太阳能热发电输出稳定且可调度,在能源需求日益增长需求下,高效利用太阳能有着较大潜力。在四种太阳能热发电利用方式中,由于碟式斯特林机有着最高峰值光电转化比,且其可分布式独立运行也可以组网发电,适应场景广,因此有着重要商业前景。碟式聚光镜面系统作为碟式斯特林机的前端能量输入,将平行入射的太阳光聚集成光斑,有着非常高的聚光比,其聚光表现对于整体碟式光热系统产电能力有着重要影响。而实际使用过程中,镜面聚光系统不可避免的存在各种误差,会引起聚焦光斑扩散、分布不均匀以及局部热点的问题。局部热点会直接导致周边元器件的寿命;光斑扩散等结果会导致集热器处的受热不均,并影响该处温度,进而影响光电转化效率。影响聚光系统性能表现的主要因素有镜面表面特性和镜面的朝向误差,据实际需求、并依据仿真结果研究结果表明,后者对于整体聚光表现有着更严重的影响。因此对于镜面系统进行监控是十分必要的。通过实时获知镜面姿态,一方面能够通过此来推测光斑能流的分布情况,达到控制和预警的作用;另一方面能够指导镜面姿态,在未来各个镜面单元有着自己的控制单元,既可以对他们进行控制。本文针对碟式镜面系统,首先对镜面对象进行了研究,从数学机理模型上对其进行分析与建模,分析其在镜面单元(小镜面)刚体假设下的镜面系统在空间中的表达。同时依据该模型,结合两大类误差对镜面系统进行聚光表现分析。研究发现镜面工艺误差会导致光斑均匀的扩散,镜面系统中各个镜面单元偏离理想位置会使焦平面上的光斑内产生热点或整体光斑产生偏移。根据以上研究表明,对于镜面系统中镜面单元的姿态控制是保证效率的核心。而姿态控制的前提是对于镜面单元姿态的获知。以此,基于机器视觉提出了一种方法,能够高效鲁棒的对镜面位姿进行监控,同时将数据用于重建镜面形态,建立了蒙特卡洛光线追踪模型,仿真模拟在聚光器附近光斑形状。在实验时采用了CCD-朗伯板测量系统,对实际碟式聚光镜面的能流分布进行测量。结果表示仿真结果吻合良好,两者平均能流密度误差约为7%。