内燃机作为舰船和现代交通运输装备以及能源装备的核心动力源,受到了世界各国军工、交通运输以及能源动力部门的高度重视。内燃机在向高速、高压、高效率和高服役可靠性发展时,缸套-活塞环作为其关键零部件,它的摩擦学性能和表面形貌直接关系着内燃机的工作性能和寿命。本文围绕缸套表面形貌特征的机器视觉感知的视场范围、磨损表面二维轮廓及三维形貌的定量描述与表征,利用单重分形以及多重分形理论分析其特征参数的变化及其表面形貌特征与磨损性能的关系,阐述了内燃机动力装备活塞组件-缸套系统的摩擦磨损特性,利用非线性分形理论来定量表征缸套-活塞环磨损的特征变化。论文的主要工作包括:（1）基于机器视觉感知的大视场图像获取,对其先利用Harris角点检测算法得到图像特征点,再运用自适应抑制极值法来筛选特征点,接着采用随机抽样一致性算法对图像进行关键点匹配最终进行融合。通过图像拼接,验证了大视场拼接算法的有效性。（2）在图像融合后的基础上,分析磨损表面的分形维数,建立不同分形参数下的二维轮廓和三维形貌的W-M分形模型,从而得到分形维数D和特征尺度系数G与形貌复杂性之间的变化规律。结果表明:特征尺度系数G不变的情况下,分形维数D越大,模拟的二维轮廓曲线越复杂;分形维数D不变的情况下,特征尺度系数G越大,表面轮廓高度也不断增大,表面的轮廓越粗糙。（3）基于UMT-2摩擦磨损实验机得到不同工况的缸套磨损试样,利用三维共聚焦显微镜获取试样二维轮廓和三维形貌图,采用结构函数法和功率谱密度法计算试样在不同载荷和润滑实验下的表面二维轮廓和三维形貌的分形维数D,从而实现定量表征。结果表明:随着载荷的增大,缸套磨损表面二维轮廓越光滑,粗糙度指标Ra存在无规律变化的现象,且D值持续变大;贫油实验摩擦副表面的分形维数小于稳定磨损实验,摩擦副表面更加粗糙。（4）针对不同磨损工况缸套试样的二维轮廓和三维形貌图,采用盒维数法计算其在不同载荷实验和贫油实验下的多重分形谱及参数,从而定量反映磨损表面形貌的变化趋势和其表面高度均一性变化规律。结果表明:随着载荷的增加,多重分形谱的宽度变小,形貌波动幅度逐渐减小,表面逐渐变得光滑;从未拉缸到拉缸状态下,谱宽突然变大,轮廓高度出现较大变化,说明磨损表面损耗严重。