煤矿智能化工作面建设对于减少采煤工作面人员数量,保障安全生产具有重要意义。随着煤矿综采工作面智能化水平的不断提升,“采掘失衡”矛盾凸显,掘进智能化、高效性迫在眉睫,挑战严峻。煤矿井下设备动态定位技术严重制约了智能采掘技术的发展。视觉测量在动态目标导航、跟踪与控制等诸多领域得到广泛应用,特别是近几年在煤矿井下得到迅速发展,借助视觉感知和智能算法实现井下动态目标的非接触位姿测量,已经成为国内外该领域的研究热点。论文针对煤矿掘进工作面动态目标位姿视测量技术难题,自主研发基于单目视觉的煤矿掘进装备机身及截割头位姿测量系统,建立防爆玻璃折射影响的矿用相机校准模型,研究激光点-线标靶测量系统误差建模及补偿、振动模糊建模校正以及位姿检测性能评价等问题,旨在提高掘进工作面的智能化水平。论文主要研究工作包括:矿用防爆相机采用的双层平面或球形防护玻璃折射导致的成像偏差对视觉测量影响大,本文提出基于几何驱动的矿用防爆相机成像建模及校准方法。通过构建基于共面约束条件的矿用相机模型获得目标成像像素点与空间三维坐标间的对应关系,研究折射校准算法实现矿用相机折射校准,有效提高了井下视觉测量系统的精度与可靠性;提出一种非单视点相机球形折射校准方法,通过引入虚拟相机轴,解决球形防爆玻璃引起的矿用相机成像非线性失真问题,提高了视觉测量系统的有效性和鲁棒性。煤矿掘进工作面设备位姿精度要求高,测量难度大,现有方法存在累计误差、适应性差等问题,论文提出一种基于激光束标靶的掘进机机身视觉位姿测量与动态定位方法。以激光指向仪构建平行激光束作为目标标靶,研究高粉尘、低照度环境下矿用相机采集的激光标靶图像分割、特征提取算法,构建2P3L测量模型解算掘进机相对巷道的全局位姿,并建立掘进机机身位姿测量系统的误差传递函数模型,获得机身位姿测量系统的误差传播规律,提高了恶劣环境动态目标检测的适用性和精度。针对传统的悬臂式掘进机截割头位姿测量系统结构复杂、故障率高等难题,研究基于多点LED红外标靶的单目视觉非接触位姿测量方法。以截割臂部位安装的多点红外LED作为目标标靶,研究定参高斯曲面拟合算法的光斑快速检测与中心定位算法,依据空间几何投影约束条件,构建基于改进P4P模型的截割头特征点空间坐标解算模型,实现井下掘进设备间或部件的局部位姿测量,解决高粉尘和部分LED遮挡下位姿测量难题;建立误差传递函数模型,掌握掘进工况下测量系统的误差传播规律,为提升截割头视觉测量系统性能提供理论依据。掘进振动干扰引起的图像模糊会引起位姿解算误差,甚至测量失败影响系统稳定性,构建一种基于非均匀模糊核的迭代盲复原算法实现矿用相机单图像盲去模糊。通过建立矿用相机非均匀模糊模型,以参数化几何模型全局描述工况振动和运动引起的图像非均匀模糊,构建变分方程来评估和优化参数分布,研究迭代盲复原方法实现基于非均匀模糊核的单图像盲去模糊算法,获得稳定清晰的标靶图像,进一步保障位姿视觉测量系统精度。最后,建立掘进机位姿视觉测量实验平台测试系统的精度和可靠性,验证理论研究成果。实验结果表明,系统在防爆玻璃、抖动、粉尘水雾等影响下可以实现掘进装备定位、定向和定形截割中的轨迹测量,有效解决煤矿井下低照度、高粉尘、强光干扰和遮挡等问题。研究对解决煤矿井下动态目标的位姿测量难题具有重要应用价值,对推动采掘工作面智能化意义重大。