三维运动参数测试对于航空、航天、军工等领域中涉及国家安全和国民经济发展的大型武器装备和大型复杂机械装备的质量保障具有重要意义。视觉测量技术近年来在动态测量、运动参数测量方面显示出了巨大潜力。本课题“基于多目视觉的喷管运动参数测量若干关键技术研究”的主要目的是针对火箭发动机地面冷试车过程中喷管三维运动参数的动态测量需求,提出新方案和新算法以实现喷管摆心、摆角、喷管轴线、摆动轴、运动轨迹、摆动角速度和角加速度等运动参数的动态测试。　　针对火箭喷管运动参数的现场动态测量需求,本文提出了一种基于多目视觉的火箭喷管运动参数测量方法,构建了基于多目视觉的喷管运动参数测量系统。研究了多相机在图像采集过程中的同步问题,给出了多目视觉测量系统的多相机同步方案。研究了圆心估计方法,给出了基于几何平均值的红外反光标记球中心坐标的估计方法。　　为了满足火箭喷管运动参数的现场测量特殊需求,完成基于多目视觉的喷管运动参数测量系统的多相机现场在线标定,本文将1维标定参考物从做某种特殊运动推广到不受限的自由运动,利用改进型模拟退火进化策略,迭代求解多相机的内、外参数。在进化策略中引入了模拟退火,引进了个体的自我改进系数、个体间距离等概念,加入了求取子代个体间的欧式距离和排序手段,采用大网格穷举法确定部分初始种群,加进了进化种群的最优保护机制,保持了种群多样性,很大程度上避免了初始种群进化变异过程中的近亲繁殖问题,改善了寻找最佳主点配对的收敛速度和全局收敛性。　　为了满足火箭喷管设计、工艺及运行过程中对摆心参数的需求,研究了喷管原始轴线、喷管瞬时轴线、发动机轴线、喷管摆动轴和发动机推力线之间的相互关系,提出了新的喷管摆心描述和估计方法:(1)基于喷管瞬时轴线相交法的摆心估计方法;(2)基于喷管瞬时轴线和瞬时摆动轴的摆心估计方法;(3)基于喷管瞬时轴线和喷管原始轴线的摆心估计方法;(4)基于喷管瞬时摆动轴和喷管原始轴线的摆心估计方法;(5)基于喷管瞬时轴线和发动机轴线的摆心估计方法;(6)基于喷管瞬时摆动轴和发动机轴线的摆心估计方法。详细推导了前两种方法的原理,其它四种方法属于前两种方法的特殊形式,它们的原理可以相应导出。研究对比了六种喷管摆心求解新方法,找到了一种精度最高又方便求解的新方法。为了给火箭喷管摆心的求解新方法奠定基础,文中参考平行双截面圆的圆心连线即喷管轴线的理论,提出了喷管轴线的估计方法。然后提出了喷管瞬时摆动轴的估计方法。　　为了满足火箭喷管摆角、摆动角速度和摆动角加速度等运动参数的现场测试和校准需求,研究了喷管原始轴线、喷管瞬时轴线、喷管瞬时摆动轴、发动机轴线、摆心、摆角、角速度和角加速度等参数之间的相互关系,提出了喷管绝对摆角、相对摆角的新描述。提出了喷管绝对摆角、相对摆角的估计方法:(1)基于喷管瞬时轴线和发动机轴线的绝对摆角估计方法;(2)基于喷管瞬时轴线的相对摆角估计方法;(3)基于瞬时摆动轴的相对摆角估计方法。研究对比了两种喷管相对摆角求解新方法,找到了一种精度较高以方便求解的新方法。根据摆角和摆动角速度的变化量与时间变化的关系,给出了摆动角速度和摆动角加速度的估计方法。