视觉位姿测量技术是目前使用较为广泛的运动参数测量方法,其具有较高的测量精度,并且能够适用于运动速度快、运动范围大的待测目标和复杂多变的测量环境。目前,相关方面的研究主要集中在视觉测量模型建立、标靶的设计以及摄像机标定三个方面。本文在对现有视觉测量模型进行分析的基础上,提出了一种基于单目视觉的位姿测量模型,并对摄像机的标定方法进行了探究。主要工作内容如下:（1）单目视觉位姿测量模型的搭建。目前,常用的视觉测量模型主要有单目视觉测量模型、双目视觉测量模型、多目视觉测量模型。以上三种视觉测量法均具有测量目标轨迹位姿的功能,相比较单目视觉而言,双目视觉和多目视觉测量都会受到测量场地范围的限制,而且具有测量空间范围小、测量距离短等缺陷。而单目视觉可以很好地弥补这些缺陷和不足,具有系统构造简单和摄像机标定步骤少等优点。本文通过设计新的合作标靶,提出了一种单目视觉位姿测量方法。只需将设计出新的合作标靶固定在待测目标上,利用多个空间特征点之间的关系,即可测量其位姿。（2）基于平面标定靶的摄像机标定算法。针对径向畸变的针孔透视投影模型,提出了一种简单快速的摄像机标定方法。本方法在假设图像中心点与CCD或CMOS传感器中心重合前提下,将摄像机的内外参数和摄像机模型的畸变系数分离,使得摄像机标定可以进一步的线性进行。该方法避免了非线性优化带来的误差,降低了算法复杂度,提高了标定精度,节约了计算时间。首先根据透视投影的交比不变性原理标定摄像机镜头的向畸变系数。然后根据旋转变换关系和平移变换关系,充分利用径向畸变约束、旋转变换的正交性和旋转矩阵积差零的性质线性求解出摄像机的内参和外参。（3）基于三维标定靶的摄像机标定算法。针对传统平面摄像机标定方法中多次使用非线性优化算法、标定靶角点坐标维度信息缺失和图像中心点定位误差震荡大的问题,提出了一种基于三维标定靶的图像中心高精度定位方法进而完成摄像机标定。目前大部分摄像机标定算法都需要事先给出图像中心点坐标,或者需要多幅图像才能完成摄像机标定。本方法首先根据透视投影的交比不变性原理标定摄像机镜头的径向畸变系数。将图像进行畸变矫正后,根据旋转变换关系和平移关系,充分利用旋转矩阵的正交性建立方程组,线性求解出摄像机的内参和外参。通过一张带有三维标定靶的图像即可完成摄像机标定。（4）实验结果分析。对本文提出的方法测量精度进行测评,通过实验获取测量结果与实际的数据进行对比,验证了本方法的有效性。最后对本方法的测量效率进行统计分析并和Tsai氏方法进行对比,该方法在标定时间上节约了35%左右,在精度上至少提高了15%,验证了本方法的高效性、实时性。