随着空间技术的发展,交会对接、卫星服务和卫星捕获等空间飞行器近场操作活动的需求越来越多,其发展趋势是研制面向非合作目标的、不依赖外部导航设备的自主空间飞行器,因此需要研究非合作目标飞行器运动和结构信息获取技术。以此为背景,研究了面向非合作目标的、基于图像特征的信息处理方法,按信息处理任务的不同分为远距离图像信息处理和近距离图像信息处理两部分,对其中的关键技术进行了研究,提出了解决方法并设计了部分硬件电路。远距离图像信息处理任务是进行目标飞行器的检测、识别和跟踪,研究的关键技术是弱小目标检测和面目标提取。设计了基于能量积累和轨迹关联的弱小目标检测方法,通过对能量积累后的图像进行非最大值抑制提高了检测性能;提出了基于图像灰度熵的面目标提取方法,能够完整准确地提取出图像中的目标区域。近距离图像信息处理任务是估计非合作目标飞行器的相对运动参数和结构参数,关键技术是图像特征的提取和对应、运动与结构参数的估计。提出了Harris算子实现的硬件加速技术和改进的预存储权值矩阵Hough变换,实现了角点和直线的快速提取,设计的图像灰度直方图统计电路模块和邻域提取电路模块可以用于许多图像处理算法;提出了基于光流预测的角点和直线对应算法,通过光流预测提高了建立特征初始对应的计算效率,通过相似度判决能够得到可靠的对应;针对近距离绕飞情况,系统地提出了利用直线估计运动和结构参数的算法,包括直接线性变换算法、鲁棒性算法和光束法平差等,利用目标飞行器丰富的直线特征得到了高精度的、可靠的相对运动参数和目标结构参数。研究成果除用于自主空间飞行器近场操作目标信息获取问题外,还可以用于其他基于角点和直线估计运动和结构参数的场合,如建筑物模型重建、移动机器人定位与导航、虚拟现实等。