自主在轨服务凭借其成本低、风险小、隐蔽性高、军事利用价值强等特点,成为了目前乃至未来空间技术新的研究与发展方向。为解决在轨服务中最终逼近阶段非合作目标相对位姿测量问题,本文对非合作目标视觉测量方法进行了研究,主要研究了基于立体视觉的测量方法,并根据研究内容设计实现了基于DSP的测量系统。主要研究内容及贡献包括:1.提出了一种基于Hough变换的非合作目标的特征提取与跟踪算法。该方法针对点特征的稳定性不高等缺点,利用线特征的高稳定性,采用Hough变换实现对非合作目标进行识别和特征提取。实验表明,该算法能够对目标进行准确稳定地定位。2.提出了一种基于局部特征的快速区域匹配算法。该方法首先以局部特征为中心建立匹配区域,然后采用快速区域匹配算法进行快速匹配,快速区域匹配算法采用极限约束和Box滤波技术。实验表明,该算法能够显著提高匹配速度。3.提出了一种基于广义逆的三维重建和位姿求解与优化方法。该方法首先利用广义逆进行空间点重建,然后利用广义逆对基于空间向量的位姿求解方法进行改进,最后采用优化方法对姿态矩阵进行优化。测量实验表明,该方法能够获得较高的测量精度。4.设计实现了基于DSP的非合作目标相对位姿测量系统。测量系统基于前述研究方法,主要包括双目CCD摄像机,光源和DSP处理系统。对运动卫星模型的测量实验表明相对位置测量精度小于±20mm,相对姿态测量精度小于±2°,测量速度能够达到8fps。