视觉位姿测量即利用视觉技术来感知和获取周围环境中的地理或人工信标的相对位置信息,从而计算载体相对于目标的位置和姿态.视觉位姿测量在科研、工业、医疗、娱乐、军事、空间开发等领域具有十分重要的应用价值.由于实验条件的限制,面向空间载体相对位姿测量的视觉技术研究很难通过真实实验来进行,仿真实验就成了最有效的研究手段之一,该文采用半物理仿真的研究方法,运用真实感图形生成技术生成空间载体、合作目标以及环境的三维模型,利用仿真系统模拟空间载体与合作目标的相对运动,得到空间载体运动时的动态图象,利用投影仪将该图象投影到屏幕上,再采用真实的视觉处理系统获取并处理图象,进行相对位姿测量技术的研究.该文作者以空间载体位姿测量为应用背景,开展基于视觉位姿测量的半物理仿真实验系统关键技术的研究,包括仿真系统的实现技术、目标捕获与跟踪技术、仿真系统的标定技术等,在此基础上,建立了一个位姿测量半物理仿真系统.主要工作包括:1)应用OpenGL工具包,建立了逼真的空间载体位姿仿真系统RLab_Simulation,比较好的模拟了空间载体和合作目标在空间中的位姿变换和运动轨迹.2)在对Otsu阈值方法进行研究的基础上,提出了一种改进的图象分割方法,利用先验知识和合作目标的约束条件,实现了合作目标的识别与跟踪,在此基础上,开发了视觉位姿测量软件RLab Measurement.3)提出了一种分解的视觉标定方法,较好的确定了空间坐标与图象坐标的变换关系.为顺利快捷的进行仿真系统的标定工作,利用Matlab软件,开发了RLab Calibration工具箱.该文首先给出了基于视觉的位姿测量半物理仿真系统的研究背景和系统概述,然后分别介绍了其中的三个关键技术:仿真系统的实现技术、目标捕获与跟踪技术和仿真系统的标定技术.最后给出了半物理仿真系统的实现及功能验证实验.