我国灌装药液的年产量及年销售量均位居世界榜首,但90%以上的制药厂家却在药液异物检测环节采用人工灯检法。受限于控制技术、图像检测算法和机械装置等关键技术的掣肘,国产全自动灯检设备检测效果不佳。因此,研制灌装药液微小异物视觉检测系统具有重大的经济效益和很强的实用价值。本文以10ml的安瓿瓶药液为主要检测对象,在详尽分析国内外现有设备和技术的基础上,基于机器视觉与图像处理技术,研发适用于灌装药液生产现场的图像检测软件,并利用PLC、伺服电机、工业相机、光源等硬件设备搭建实验平台。针对生产线现场由于平台和摄像机振动所造成的序列图像中瓶体偏移现象,引入基于相位相关的图像配准算法,并对其进行三个方面的改进:通过引入图像投影将原始相位相关配准算法分解为两个一维配准算法,显著提高原始POC配准算法的实时性;通过引入Hanning窗函数滤波,克服图像边缘“不连续性”对配准精度的影响;通过引入峰值估计技术,将配准精度提高到亚像素级。针对传统帧差法的不足,引入二次差分法解决了结果图像中目标的归属帧问题;引入能量累积法改善了差分后目标的灰度值削弱问题。提出一种微分结构相似度目标跟踪方法,该方法在迭代过程融入步长选择,改善每次迭代的跟踪精度;引入Kalman滤波器进行目标位置预测,分析了Kalman滤波器性能与其噪声协方差阵的关系,提出一种自适应的参数更新方式。实验结果表明,该方法能有效解决快速移动目标的跟踪问题,对于存在遮挡、背景干扰的情况,仍能保证一定的跟踪精度,非常适用于灌装药液中可见异物的运动轨迹提取。通过理论分析及反复实验测试,给出了伺服电机的时序控制方式。基于JAI相机SDK程序开发包,设计了相机控制和图像采集模块。利用多线程技术和MFC框架,构建了检测系统的上位机平台软件。最后,基于上述工作设计了单工位药液异物检测实验样机,并在此基础上进行了样机可靠性测试,分析了其存在的不足并给出了可行的系统完善方向。