目前刚体目标运动参数非接触测量技术已经成为国内外研究重点，不仅弥补了对于空间航天飞行器仅作为质点目标进行位姿测量的不足，而且在大型工件装配与航天器空间对接领域也有重要的应用，因此目标的运动参数已经成为实验结果鉴定、事故原因判定的重要依据。为此，本文做了以下几方面的研究工作：首先，对于目标刚体位姿参数解算方法进行研究。基于单目视觉测量原理，结合PNP算法解决了单目视觉景深缺失问题，对PNP问题进行阐述并给出PNP测量解算方法的相关重要结论，在此基础上建立刚体位姿参数PNP问题测量解算数学模型，最后结合改进的两段式迭代算法，提出本文所用解算方法。其次，基于单目视觉的刚体位姿测量方法的研究。设计刚体位姿参数测量系统方案，搭建系统实验框架，明确实验思路，依照实验整体框架选取现有实验设备，对系统硬件设备及实验环境进行介绍；对特征标靶最优布局问题进行理论推导求解，并进行实际测量解算实验，得出实验结论；对刚体位姿测量系统进行仿真，实验误差来源与实际测量实验误差相比较，得出仿真结果。最后，刚体位姿参数测量系统验证。确定实验中各坐标系坐标统一方法，将各个测量坐标系特征点坐标统一化，以便于进行刚体位姿测量解算；采用圆点标靶进行位姿测量解算实验，基于实验数据重点分析了特征标靶基线长度与解算精度的关系、特征圆点椭圆化对解算精度的影响、刚体三轴联动位姿解算精度等问题，并将实验测量解算误差与仿真结果相比较，确定实验误差来源，提出相应提高精度的方法，分析系统精度水平；应用制作好的二极管光点特征标靶进行位姿测量解算实验，结合基于LabVIEW的图像采集处理程序，对刚体位姿图像实时采集处理得出特征点坐标信息，进一步实现位姿解算，并对实验结果进行了分析。