本发明提供了一种基于机器视觉的大型直齿轮几何参数测量系统及方法，该方法首先调整相机到合适的位置，使其能够清晰拍摄所需要的图片。然后对相机进行标定，得到相机的内参矩阵和畸变向量；对拍摄到的齿廓局部图像进行预处理，包括畸变矫正、图像滤波和阈值分割；再利用边缘提取算法提取齿廓边缘局部图像，并使用亚像素方法对边缘进一步精定位，得到亚像素边缘；然后利用角点提取算法提取齿廓关键角点，以此角点来确定齿廓亚像素中心；根据亚像素中心，获取像素坐标下齿轮齿根圆半径和齿顶圆半径；再通过像素当量标定，得到齿轮真实齿根圆半径和齿顶圆半径，由此计算得到齿轮的模数和分度圆半径，完成大型直齿轮几何参数的测量。本发明使大型直齿轮几何参数的测量自动化程度更高，可以实现从单目相机标定、图像处理、参数测量和计算一体化的功能，投入成本低，工程应用价值高。