基于红外LED特征的悬臂式掘进机截割头位姿视觉测量系统中，外参标定稳定性和红外LED光斑中心提取精确性对截割头位姿检测精度具有重要影响。现有外参标定方法需依靠经验将截割臂摆至正中位置(未知)，标定结果存在较大波动。针对该问题，提出了一种基于多点固定的外参标定方法，该方法控制掘进机截割臂分别摆动到左上角、右上角、左下角、右下角4个已知极限位置并采集标靶图像，计算外参矩阵值，可有效提高外参标定稳定性。现有的灰度质心法采用像素的灰度值作为权重来计算光斑质心，精度只能到像素级，仅粗略满足实际应用需求。针对该问题，提出采用亚像素级边缘检测算法改进光斑中心提取方法：首先采用灰度质心法进行光斑中心粗提取，然后采用亚像素级边缘检测算法求出亚像素级边缘坐标，最后使用最小二乘法拟合光斑中心，实现光斑中心精确提取。实验结果表明：改进光斑中心提取方法将标靶LED灯间距最大测量误差从3.2mm缩小为1mm，提高了检测精度；基于多点固定的外参标定方法所获得的外参数矩阵比较稳定，平移矩阵中位移的最大变化幅度为15mm，旋转矩阵中角度的最大变化幅度为1°；视觉测量系统改进前对截割头摆角的测量误差范围为［-1.2°,1.7°］，改进后截割头水平摆角误差范围为［-0.5°,0.5°］，垂直摆角误差范围为［-0.6°,0.6°］，说明改进方法有效提高了截割头摆角的检测精度。