诊断设备能否精确地瞄准实验靶球以实现自动化控制是惯性约束核聚变(ICF)系统中的公共诊断平台急需解决的问题之一。根据ICF工程检测要求，构建了一套三维精确定位机器视觉系统，该系统采用双目视觉原理来恢复空间点的三维坐标。　　 系统由图像采集和图像处理两大子系统组成。图像采集子系统能够采集目标定位范围内清晰的平板标定图像和目标靶丸图像，主要实现了图像实时采集、图像清晰度评价函数辅助调焦等功能；图像处理系统包括摄像机标定及目标靶丸精确定位两大模块，主要实现了图像预处理（滤波、分割）、特征点提取、亚像素边缘检测，摄像机高精度标定、光斑中心提取、目标点重建等功能。　　 针对系统高精度定位检测要求，在摄像机标定算法中，对张正友平板标定算法进行了改进。针对低噪声污染率图像提出了一种改进的中值滤波方法，针对镜头畸变提出了一种混合模型精校正算法，并用奇异值分解和亚像素直线拟合来校正奇异角点，使得摄像机标定反投影误差比原标定算法降低20％-40％。　　 实验结果表明，双目视觉测量系统中，当被测目标在移动50-20000微米范围内，系统误差在X和Y轴上为20微米以下，Z轴为5微米左右，实测距离的最大误差小于100微米（均方根值小于18微米），达到了微小目标高精度瞄准的工程要求。