随着空间技术的发展,越来越多的航天器在太空工作。在日趋频繁的空间活动下,航天器一旦损坏或失效,将成为不可控的非合作目标,它们将占用大量的轨道资源,威胁着其它在轨卫星和宇航员的安全。为确保空间活动的顺利展开,对非合作目标的在轨维修成为各航天大国必须要面对的问题,而在轨维修的前提是非合作目标的相对位姿测量。本文针对超近距离阶段的交会对接,开展了基于圆特征的非合作目标位姿测量算法的研究。具体工作分以下方面:1)构建了双目视觉测量系统,采用了Matlab标定工具箱和OpenCV视觉标定库对单目、双目相机进行了标定。经对比得出Matlab标定的参数更接近于相机的理想值,从而确定了本实验中所用的相机参数。2)研究了椭圆特征识别与定位中的关键技术。针对实验室环境,提出了一种复杂场景下椭圆特征快速识别与高精度定位的算法。该方法首先利用L0范数最小化思想进行图像平滑,然后配合奇异值分解(SVD分解)进行了椭圆快速识别,最后利用滑动高斯拟合对边缘进行高精度定位,该方法有效解决了复杂背景下提取不到或者误检测边缘、识别目标特征效率低、定位目标位置不精确等问题。3)改进并拓展了Marco Sabatini等人提出的单目视觉测量算法,同时结合经典的圆位姿测量几何法,提出了一种基于同心圆特征的双目视觉测量算法。该算法不需要人工标记目标圆心和目标半径,通过几何关系和最小二乘法即可求出星箭对接环和发动机喷嘴的尺寸、二者圆心投影位置以及星箭对接环到发动机喷嘴的距离;该算法通过讨论三种不同位置关系下姿态角的求解,完善了模型的角度适应性问题;该算法采用同心圆特征并配合角点给出了三维的姿态角信息,提高了测量的可靠性。最后对算法作了仿真验证,仿真结果显示了该算法姿态测量误差小于0.5°,位置测量误差小于20mm,即使存在一定的安装误差,姿态测量误差也能达到1°以内。4)设计了一套双目视觉位姿测量软件,该软件是基于OpenCV在VS平台上开发,并依次介绍了软件各个模块的功能及实现方法。最后,对所做的工作进行了总结并对下一步的深入研究进行了展望。