斯特林发动机具有结构简单、工作稳定,以及与卡诺循环相同的理论热力学效率等优势,在回收小型分布式低级热能领域有广阔的应用前景,广泛应用在能源的综合利用、降低污染排放量、可持续发展等诸多方面。本文针对自由活塞式斯特林发电系统低频发电,功率小,直线运动的特性,提出了一种自由活塞式斯特林发动机和直线摩擦发电机相耦合的设计方案并通过实验证了该方案的可行性。本文中工作频率为50HZ的模型机的功率密度达到30.53Wm~3,相比于直线摩擦发电机在工作频率为6.1HZ达到877.8m Wm~3的功率密度峰值,提高了34.78倍。本文的设计方案在低频和小功率发电领域比传统的直线摩擦发电机发电性能更优良。通过实验对模型机的设计方案的可行性进行验证后,本文设计和加工了一台小型自由活塞式斯特林发动机,以更好的耦合直线摩擦发电机。并对其一些关键部件如回热器,冷却循环装置,动力输出装置进行设计和加工,最后完整装配进行启动试验。针对传统传感器放置不符合该试验方案的问题,本文采用非接触视觉检测方法,通过立体视觉对斯特林发电机的运行信息进行检测。本文提出了一种快速的多相机标定方法,该方法快速,准确能只通过每个相机拍摄的一幅照片标定出多个相机的参数,并通过立体视觉跟踪特征点快速获取斯特林发电机活塞的三维运动信息。