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纱线外观不匀是影响纱线及纺织品质量的关键因素，亦是纺织界永恒的研究主题。《纺织工业“十二五”科技进步纲要》提出“开展纺纱织造在线监测控制系统的基本理论研究”。本文以视觉图象技术为基础，分析纱线外观不匀检测机理，研究其测量方法和评价机制，得到如下结论: (1)建立了单光束入射纱线直径测量模型，确定入射角γ=π/2时，投影测量直径与偏心率无关;建立了直径和质量变异系数关系模型，验证了其线性关系的相关性大于0.95，且线密度不匀表现为一定的比例的外观不匀;纱线捻度沿着其轴线变化，且高捻度在细节的部分集中，捻度和毛羽不规则加剧外观不匀。 (2)基于样本聚合原理，建立了理想纱线总体不规则和变异系数关系模型，分析表明随着聚合度增加，总体不规则和自相关性逐渐减小，总体不规则趋近于稳定值，而自相关系数以近似指数衰减的速度趋近于0;建立了变异长度曲线模型，验证了自相关性的指数衰减模型;分析了测量场长度的检测效率及对周期性和随机性不规则检测的影响，确定了当ΔL≤2mm时，检测效率达到98％以上。 (3)构建了基于线阵CCD激光传感器的纱线外观直径测量系统，建立了测量系统的传递函数和振幅比灵敏度模型，确定了系统能够测量不规则的最小波长是光束宽度的10倍，且当测量头长度与波长的比为整数时，振幅比灵敏度高;提出了递归平均滤波和基于高斯拟合曲线插值的亚像素细分算法，仿真结果表明两次递归平均滤波处理后，全部消除高频噪声和毛羽信号，且测量系统的分辨率提高4倍，最小分辨率达到10μm，能够测量更加细微的纱线毛羽特征。 (4)基于时间序列理论，验证了纱线直径采样过程为随机平稳过程，且信号分布近似正态分布;建立了时间序列聚合和记忆性均值方差估计模型，确定了总体不规则指数拟合曲线的衰减速度满足v25％＜vo＜v50％＜ v75％，聚合后的纱线直径测量信号不规则的变异系数减小17.27％;研究纱线直径测量信号记忆特征，确定了信号的长记忆性及其方差时间图的最佳估计方法。 (5)设计开发了便携式纱线外观不匀测量系统，确定了纱线直径测量的光照强度的阈值比例为25％～35％，实验结果表明在相同的测量长度内，随着采样间隔增加，纱线直径变异系数、粗节、和细节逐渐减小到0;提出了动态重叠批均值算法，实现在线测量数据的压缩与处理;纺纱系统的对比试验显示变异系数的单值偏差率|E|≤2％，组平均偏差率|Em|≤1.49％，组平均相关系数r≥99.9％，实现了棉条、粗纱和细纱的外观不匀在线测量与评价。