在全球每年发射的卫星当中大约会有2到3颗未能进入预定轨道，5到10颗在寿命初期就失效，这些不能完成任务的废星不仅占用珍贵的轨道资源，还会对其他航天器产生危害作用，所以将卫星清除轨道或进行在轨维修延长卫星寿命已经成为各国的研究热点。而对于已经成为废星的航天器，他们一般不具有对接机构或是可以进行辅助测量的标识，姿态也为未知，并且星间不能进行直接的信息交流，对于这种非合作目标的捕获与在轨维修是困扰各国的一大难题。本文在采用双目视觉系统对非合作目标的特征结构进行识别与测量，对摄像机模型与标定原理进行了深入研究，并搭建了一套双目视觉系统并对其进行标定。研究了背景模型的建立方法与形态学图像处理原理，分别在复杂背景与简单背景两种情况下进行分割来分析背景分割算法的分割效果。研究了基于色彩空间对卫星模型的结构进行初步分割算法和K-mean聚类算法，并对背景分割后的卫星前景图像进行结构分割试验来分析结构分割算法的效果。通过对航天器结构设计原理的研究，并基于NASA卫星数据库中卫星典型结构，进行典型机构的特征描述和简化，利用Hough变换在色彩分割后的图像区域进行椭圆与直线检测，并基于检测的特征基本元素识别出卫星的典型结构。通过对双目视觉测量原理的研究，通过在图像上搜索特征点，并利用约束关系将两幅图像中的特征点进行点对匹配，从而计算出空间点摄像机坐标系下的三维信息，通过采集各结构的边缘角点进行计算最终确定了结构尺寸。通过试验验证该双目视觉系统能够实现对太阳帆板、卫星天线和卫星本体的识别，并利用交互取点的方式可以测量出典型结构的尺寸，通过理论研究和试验分析，由于测量结果受图像特征点和摄像机标定参数的精度影响较大，抗随机干扰能力较弱，该系统主要可用于非合作目标结构特征的识别，并将其测量结果作为其他精确测量方法前期的初值。