为适应国家经济的高速发展与城市化进程的不断加快,在《国家公路网规划(2013—2030年)》以及《中长期铁路网规划》和西部大开发战略、“一带一路”倡议实施的历史机遇下,我国在铁路、公路以及城市轨道等公共建设领域中投入越来越大。作为其中关键一环,隧道的建设与运维成为保证道路畅通的前提。然而由于隧道建设点多为地质复杂地区,在施工建设和维护中极易发生形变造成坍塌事故发生。因此对隧道形变进行量测,可有效降低灾害事故造成的损失。考虑到现有量测方法存在的不足,本文从硬件设计和软件算法方面进行改进,研究一种基于图像处理的隧道围岩形变量测系统,使其具备自动化量测,兼顾量测精度和高性价比。硬件方面,通过设计红蓝线条组成“井”字标靶作为减少相机畸变的手段,将激光发射器固定于隧道形变监测点,使其在“井”字标靶上形成清晰光斑;通过工业相机采集含有光斑的“井”字标靶图像。由于“井”字标靶中蓝线组成网格为25 mm×25 mm,红线网格为5 mm×5 mm,通过定位光斑所处蓝红网格区域即可获取光斑大致位置。通过像素坐标系和重建坐标系的转换可获取光斑重建坐标。由于光斑坐标已知,最后计算激光发射器在标靶上产生的光斑位移量即为隧道围岩形变量。算法方面,针对隧道施工扬尘对光斑定位造成的影响,采用改进的自适应中值滤波消除以椒盐噪声展示的隧道杨尘影响。对于隧道环境光照影响,利用基于YCr Cb颜色空间的蓝色分类器对标靶图像进行蓝色线条提取,并对分割后的蓝色标靶进行金字塔分层模板匹配,以实现标靶交叉点空间位置重建,便于后续光斑区域定位和精确定位。采用改进的Otsu法对光斑图像进行分割,并提取光斑质心坐标。最后分别判定光斑所处蓝红网格区域完成区域定位。对于位于红色网格区域内的光斑,进行自标定获取毫米和像素之间比例系数,完成光斑精确定位。通过计算前后两次定位光斑坐标之间距离,可得监测点形变量。实验表明系统量测误差为0.0662mm。符合《城市轨道交通工程测量规范》(GB/T 50308—2017)中规定垂直±0.5mm,水平位移±3mm要求。