目前,基于视觉的测量方法在空间目标探测、交会对接等领域均有广泛的研究和应用,但在火箭分离相对位姿测量等方面的研究和应用较少。本文在前人研究的基础上提出了基于计算机视觉的火箭分离相对位姿测量方法。基于视觉测量运动目标的位姿,就是用参数已标定的单目或多目相机采集包含运动目标的图像,运动目标必须是具有六自由度(三个位置分量,三个角度分量)的体目标。通过在运动目标上建立三维坐标系,或运动目标在某坐标系下的六自由度已知时,解算定义在运动目标上的坐标系相对于测量相机坐标系的位姿关系(三维平移和三维旋转)。其中测量相机坐标系与测量相机所在的载体的基准坐标系之间的位姿关系可通过标定方法得到,最后以测量相机为传递,可得出运动目标所在的坐标系相对于基准系的相对位姿关系。为基于计算机视觉的方法测量空间运动目标的相对位姿,本文以火箭点火发射后四个分离阶段为例,研究了与火箭助推器分离、整流罩分离、级间分离以及星箭分离相对位姿测量相关的方法和算法,并建立了半实物仿真实验系统,进行了仿真实验和半实物仿真实验。本文所研究方法和算法的目的是:根据目标的图像信息结合其它先验信息,求解运动目标相对于相机的位置和姿态。研究了,在使用基于控制点的方法对位姿进行测量时,不同的测量算法以及运动目标上合作标志的个数对测量结果精度的影响。以及当运动目标上的合作标志点不可见时,如何根据目标自身的形态特征例如不存在点约束的圆形特征对位姿进行测量。本文主要包含了以下几个方面的内容。1)介绍了相机的中心透视投影成像模型以及测量过程中涉及的坐标系和这些坐标系之间的相互转化关系。研究了相机标定技术,包括相机的内参数、像差系数、外参数以及相机固连关系的标定方法。2)研究了位姿测量方法的基本原理,对火箭四个分离阶段的相对位姿测量方法做了简单介绍.重点以星箭分离为例,分析了基于控制点的单目和双目位姿测量方法。并对火箭级间分离过程中采用的基于特征圆的位姿测量方法进行了介绍。3)介绍了在本文提出的位姿测量方法基础上实现的火箭分离在线离线测量系统。模仿实际情景设计仿真和半实物仿真实验,实验结果表明,基于控制点的单目位姿估计方法精度为在6m范围内,相对位置测量误差小于1㎝,在21°范围内,相对姿态测量误差小于3°。基于控制点的双目位姿估计精度为在10m范围内,误差控制在2㎝内,6m范围内,误差控制在1cm内。基于特征圆的单目位姿估计方法精度为在4m范围内,相对位置测量误差小于1㎝,在25°范围内,相对姿态测量误差小于2°。本文研究的方法和算法相对于传统的方法具有成本低和精度高的特点,且具有很好的灵活性,可根据不同的应用场景作相应的变化,因此也可用于解决其它的基于视觉测量空间目标位姿和对目标进行三维重建、运动分析等问题。