靶场目标的三维位姿是反映其飞行状态的重要技术指标,其精准测量对试验分析、事故鉴定、训练评估、飞行控制系统检验及新型号的设计定型等方面有十分重要的实际应用价值。基于视觉的靶场目标位姿测量方法具有非接触性、测量范围大、精度高等优点。利用光电经纬仪跟踪靶场运动目标,采集得到目标飞行过程序列图像,结合图像判读方法进行位姿测量,得到目标三维位姿高精度测量结果。目前的图像判读算法在测量靶场飞行目标的位姿时还存在一些问题:首先,对于靶场中无合作标志的运动目标进行位姿测量时,图像判读过程中特征提取难度增大,其次,目标运动过程中存在较大姿态变化,自遮挡情况严重,难以实现准确,稳定的特征跟踪;最后,光电经纬仪与靶场目标的视距较大,所获取图像中目标区域较小,使特征提取的精度下降。本文针对以上问题,对双目视觉靶场目标位姿测量进行了研究,本文主要做了以下工作:基于中心透视成像模型,利用OpenGL和3D Studio Max软件,模拟了双站光电经纬仪采集目标图像序列过程,仿真生成飞行目标序列图像,为测试靶场飞行目标位姿测量算法提供了基础。基于双目视觉位姿测量原理,在弱透视投影模型下,针对平直翼飞行器,提出了基于平行线聚类的位姿测量算法。算法不需要复杂的先验信息,只需要同时成像的一对图像,通过直线特征提取,平行直线聚类,提取出平直翼飞行器结构信息,最后利用空间交会解算出飞行目标三维位姿。基于双目视觉位姿测量原理,在弱透视投影模型下,针对后掠翼飞行器,证明了翼身矢量关系投影不变性,提出了基于矢量分析的位姿测量算法。算法首先利用平行线聚类算法提取出机身,再利用投影关系不变性提取出机翼两条前边缘线,最后利用空间交会解算出飞行目标三维位姿。已知目标三维模型时,提出了基于三维投影的位姿测量算法,该算法适用于各种目标。算法首先在三维模型上选择若干点,同时利用光流法在图像中进行特征跟踪,进而确定目标位置初值,假定目标姿态初值,然后将模型三维点投影到图像中得到二维图像点集,最后通过凸包对准判据获得飞行目标的位姿估计结果。对于无结构先验或三维模型的目标,提出了基于区域跟踪的位姿测量算法。