火控系统的射击诸元是一种重要检测指标,因此,在火炮的设计、校准以及应用中,都对射击诸元的解算方法的精度有着很高的需求,针对射击诸元中身管指向测量所存在的安装调试复杂、测量精度较低、不适应动态测量等问题,本文研究了基于机器视觉的测量方法,并经过实验证明了方法的实用性和鲁棒性。首先,设计了一种条状标志物作为合作靶标,将标志圆的圆心作为图像特征点,根据身管运动时特征点位置变化映射在图像上的变化,结合相关参数通过一定的函数关系式求解出身管的运动姿态。其中圆心角点图像坐标为直接测量,所解出的姿态角为间接测量,利用几何关系建立两者之间解析式,得到了影响姿态测量精度的误差规律。接着,针对在复杂环境下因目标点的提取精度不准而导致位姿测量误差较大的问题,提出了一种自适应阈值的预处理及特征点校正的方法。该方法将包含“X”形特征点的标志物作为标靶固定在火炮身管上,经网格化搜索出适应光照的最优变换参数后,利用角点检测算法检测出初始角点坐标,结合特征点之间的几何约束及像素灰度值的分布特点,对条状标志物采用直线拟合的方法来校正,对不规则标志圆受到身管曲率的影响,采用非线性函数回归的极大似然法得到角点之间拟合曲线的交点作为修正后的圆心图像坐标;以摇臂三角架模拟火炮身管,设计实验系统,结合特征点已知的世界坐标、提取的图像坐标及相关相机参数,实时解算出身管运动姿态,验证了算法的准确性及稳定性。其次,为提高标志物安装的便捷性及美观,扩展应用场景,使用不规则标志圆代替条状标志物。针对身管曲面上特征点物理坐标使用常规测量手段难以确定的问题,提出基于多确定场景下三维坐标测量的方法,通过在场景内放置棋盘格确定图像场景的位姿参数,结合人工交互获得的圆心图像坐标解算出空间点的初始三维坐标。基于此类方法在X轴坐标误差较大的情况下,使用倾角仪保持身管方位角为0°,高低角为0°、15°、30°等典型角度,将初始坐标解出的姿态角测量值与确定值的容差约束转化为带惩罚函数,X轴坐标值作为粒子维度,在初始坐标一定范围内采用求解约束优化问题的粒子群算法对坐标进行精确求解,对所得到的初始坐标进行优化,试验结果表明,该方法下的三维点X轴标记位置与真实位置间的距离误差在3mm以内,Y、Z轴精确度在1mm以内,满足身管位姿的精度要求。最后,研究了多机协作下的身管指向测量系统。首先,提出了系统总体方案,由主控单元、通信测试和测量终端构成了基于C/S架构的大口径火炮身管指向测量系统;接着说明了测量的具体流程,包括摄像机布局与定位、摄像机标定、同步测量及数据处理等。