随着多目标光纤光谱天文望远镜的不断发展,望远镜焦面上集成的光纤单元的数目也越来越多,从以前的400到现在的4000根光纤,以及将来的5000根光纤。目前世界上最大的多目标光纤光谱望远镜为“大天区面积多目标光纤光谱望远镜”(简称LAMOST),其焦面上安装有4000个光纤定位单元,焦面上光纤单元的作用是用来精确跟踪天体目标,以便获取天体的光谱。随着光纤数目的不断增多,光纤定位不能人工完成,而是由光纤定位单元自动完成。天文观测前,必须对光纤的空间位置进行精确测量,这样才能精确对准天体目标,所以,在大尺寸焦面上的光纤位置测量显得尤为重要。对LAMOST的光纤位置测量,我们需要选用高效高精度的测量方法。由于大尺寸光纤焦面的特殊结构和光纤的极小直径,只有高精度、高效率的非接触式视觉测量方法才能完成此项任务。本文对相机的成像几何模型和标定方法进行了分析,研究了视觉测量原理和影响视觉测量的关键因素并提出了改进方法,然后详细分析了参数优化算法光束法平差,并给出了改进算法,最后进行了模拟和实际实验。相机作为视觉测量设备,所以先对相机小孔成像的线性模型和非线性模型做了详细分析,系统地介绍了相机的像差模型,同时对相机标定方法进行了研究,并提出了针对椭圆形特征点位置提取的优化方法。最后使用基于圆形平面标定板的标定方法对单反相机进行了标定实验,从而得到了标定结果和重投影误差,通过比较重投影误差证明了精提取椭圆位置算法相比初步提取算法的精度更高。视觉测量可以使用多种算法,本文将视觉测量中的多种方法进行了对比,给出了几种方法的优缺点,选择了适用于LAMOST焦面光纤位置测量的多视角视觉测量方法,并且从相机成像的几何模型的角度阐述了适合平面测量的多项式拟合法,该方法建立了空间点XY坐标和图像点坐标之间的映射关系,该方法比较适合平面上空间点的二维坐标测量,对其不足之处进行了详细说明,还对双目视觉测量和多项式拟合法的测量精度进行了验证。实验结果表明它们在大尺寸物件的高精度测量中测量结果精度不足。测量前需要将影响测量结果精度的主要因素详细分析,最大限度地减少各因素带来的误差,以提高测量和优化计算的结果精度。这些因素主要包括：光纤光源、光强、拍摄角度、光点位置提取算法等,通过实验给出这些因素的具体设置建议,以减少测量误差,提高测量精度。视觉测量的参数优化方法是光束法平差,本文先分析了光束法平差原理和LM非线性迭代算法的实施过程,并使用法方程矩阵的稀疏性引入了稀疏光束法平差,该方法有效地提高了计算速度,减少了存储空间。直接光束法平差的测量结果位置精度不能满足要求。为此,在兼顾天文观测效率和位置测量精度的情况下,提出了只需一个高精度控制点的改进型光束法平差来优化测量点的位置坐标。其模拟实验和实际实验都表明该改进算法的可行性,最终的实际测量最大相对精度可达1/40000。