火箭、导弹和弹丸等靶场试验运动目标的运动位姿参数是反映其空间运动状态的关键参数,对武器系统性能分析及综合性能的考核有着重要的作用。现有的高速成像技术无法同时兼顾分辨力、拍摄频率、感光度及测量方便性,影响了其在靶场高速小目标位姿参数的测量精度及应用。本文开展一种基于高速成像技术的弹丸运动位姿参数测量方法研究,尝试提高高速小目标的空间位姿测量精度。在分析了高速小目标对象的特性及现有成像技术的基础上,提出了一种基于高分辨率成像、激光照明及双目成像技术的弹丸运动位姿参数高精度测量方法,并据此开展了测量方案设计,给出了测量原理及系统组成。该方法与现有方法比,具有测量简单、灵活、精度高的特点,适合于野外测量。针对高速小目标运动产生的模糊量,研究了脉冲激光光源照明技术。根据高速小目标运动和结构特性,以及高分辨率相机的性能,理论分析计算激光光源参数选取的依据。分析出激光照明下的图像噪声主要为散斑噪声,给出了一种基于同态滤波和双边滤波相结合的去噪算法,在去噪的同时很好地保护了图像的细节信息。针对弹丸的高速旋转下位姿参数测量需求,根据弹丸模型、弹丸在身管中的运动规律及弹丸双目视觉成像模型,确定了沿弹丸轴线方向设计两组周向环绕式标记点的方法,并采用基于区域特征编码的识别方法,完成左右图像中同名像点的匹配,实现了对单帧图像进行有效的提取及匹配。针对基于特征点的位姿参数解算的方法中遗传算法可能存在过早收敛的问题,给出了 一种基于误差阈值判断的遗传算法解算位姿参数,并与SVD算法进行仿真对比分析,证明了所提方法在不依赖初值的情况下解决了欧拉姿态角大角度变化的问题且没有降低解算精度,满足了弹丸运动中精度和自转角大角度变化的解算要求。搭建了基于激光照明的高速成像实验系统,通过静态模拟试验方法验证了基于高速成像技术的弹丸运动位姿参数测量方法的可行性。将被测对象放置于六轴并联机器人上,通过控制其运动的方法,模拟弹丸空中运动位姿的变化,将经验证过的六轴并联机器人位姿参数与测量值进行对比分析,验证了基于特征点的位姿参数测量方法和基于中轴线的姿态角测量方法的准确性和可靠性。