物体的位置和姿态测量在航空航天、机器人导航、外科手术、光电瞄准系统、汽车质量检测等工业领域有着非常重要的价值。单目视觉位姿测量是指仅利用一台视觉传感器采集图像,对物体的几何尺寸以及物体在空间中的位置和姿态的测量,具有非接触、结构简单、实时性强等诸多优点。针对普通靶标位姿测量系统不能兼顾高分辨率和大视场这一问题,本课题提出了基于平面编码靶标的位姿测量方法并建立了相应的位姿测量系统,本系统从成像目标入手,利用平面编码靶标,只需获得编码靶标的局部信息,即可解码得出该部分在整体中的位置,然后通过图像处理与空间坐标位置变换就可得出靶标的位置和姿态,实现了视觉位姿测量只需较小视场就能对相对大范围的目标进行高精度的测量,具有较高科学研究意义和实用价值。本文具体开展的研究工作如下:(1)分析了目前位姿测量的研究现状,针对现在位姿测量系统不能同时兼顾小视场和大范围的情况,提出了利用编码靶标即可实现只需较小视场就能对相对大范围运动的待测目标进行测量。(2)完成了基于编码靶标的位姿测量系统的整体设计。(3)研究了位姿测量原理,完成了基于编码靶标位姿测量系统的设计,研究了编码靶标成像坐标传递规律,据此建立了位姿测量数学模型并进行模型优化,然后仿真验证了模型的正确性,并分析了影响位姿测量精度的因素,通过仿真验证了采用编码靶标进行位姿测量时的精度高于非编码靶标。(4)进行了摄像机内参数标定。设计制作了圆阵列的平面标定板,用局部阈值对标定板图像进行分割,对标定板圆阵列进行排序,用张正友标定法对相机进行了标定,并用重投影法对标定结果精度进行了评价。(5)编写了基于编码靶标的位姿测量系统软件,设计并进行了大量实验,检验了编码靶标位姿测量模型和仿真的正确性并得到了系统测量精度,实验证明了编码靶标测量系统精度优于普通靶标位姿测量系统。