在昆虫运动仿生研究中，由于昆虫运动测量方法的限制，直接来自于昆虫活体的实验数据非常有限，这大大限制了该项研究的深入发展。本论文以开发昆虫运动参数的测量方法和获取昆虫运动参数实验数据为主要目的，对自由飞行昆虫的光学测量方法作了改进，并对运动参数进行了系统的定义与较全面的测量，还对昆虫运动仿生研究中所涉及到的生物运动跟踪测量方法和生物外部流场测量方法作了一定的研究。 通过对蜻蜓飞行的实验研究，提出了“翅膀前缘刚杆”假设，该假设比以往的翅膀几何形变假设和翅膀扇翅对称假设更加符合蜻蜓飞行的实际情况。在此假设的基础上，用梳状条纹投影测量物体三维形貌的方法，结合蜻蜓翅膀上的自然标记点(痣)，在自由飞行的蜻蜓身上准确的建立了随体局部坐标系。详细的定义了反映蜻蜓自由飞行的飞行轨迹、身体姿态和翅膀形变等运动参数，并介绍了各参数测量、计算和描述的方法。对蜻蜓的两种飞行状态，前飞和转弯，进行了运动参数的综合测量，获取了大量实验数据，并对实验结果进行了初步的分析和比较。 为了扩大被测生物的运动范围，本论文设计了一种新型的二维视频跟踪测量系统，实现了对测量目标的跟踪和形貌测量。该系统的控制模块包括了一个条纹投影跟踪子系统和一个视频跟踪子系统，能同时对目标进行跟踪。该模块还采用了目标运动轨迹预测算法。跟踪部件在跟踪目标的同时，其旋转角度被记录下来。基于光学三角法，被测目标的空间位置和形貌可从变形的条纹中计算出来。该系统在游鱼的跟踪测量中得到了成功的应用。另外，还设计了三维视频跟踪测量系统，并实现了对自由飞行蜻蜓的跟踪。 开发了一种简单紧凑、成本低的二维数字粒子图像测速系统，用斩波器、连续半导体激光器以及同步曝光控制单元实现了“帧尾～帧头”曝光技术。斩波器的两个窗口用来产生曝光双脉冲，通过改变窗口的大小和位置，可以方便的调整曝光时间和曝光间隔。该系统使得普通视频CCD测量流场的动态范围提高了一个量级，并在游鱼尾鳍外部流场的测量中得到成功的应用。另外，还进行了一些昆虫翅膀外部流场的显示的实验。