随着空间技术的不断发展,应用于空间作业的机器人的工作任务愈发复杂和多样,许多诸如空间非合作目标柔顺抓取、细窄空间探索、管道修理、复杂3D地形穿越等任务,传统结构型机械臂很难完成。空间柔性臂是应运而生的一种新型空间机器人,可以有效解决很多复杂空间任务。作为最主要的信息输入来源,空间柔性臂对视觉系统提出了更多、更高的要求,如更精确的定位、更稳定的效果等。而为了实现这些需求,视觉系统的预处理算法变得尤为重要。本文的研究目的就是在深入讨论柔性臂视觉系统基础上,结合各类型图像预处理算法,选择或改进后为空间柔性臂视觉系统预处理问题提供有效的解决方法。本文研究主要分为两大部分:第一部分主要介绍空间柔性臂及其视觉系统的软硬件系统架构;第二部分主要介绍空间柔性臂视觉系统图像预处理算法,并进行深入研究。文章完成的主要研究工作如下:1)调查了空间柔性机器人及其视觉系统算法的研究现状,并介绍了一种基于空间变几何桁架结构(VGT),主动控制器采用形状记忆合金(SMAs)的空间柔性机器人。2)设计了这种空间柔性机器人的视觉系统架构,以及视觉系统图像处理算法流程,并针对空间柔性机器人的工作任务需求,重点分析了其需要的视觉系统预处理方法,以及各算法需要进行改进和提高的方面。3)针对空间柔性机器人视觉系统较高定位精度的需求,设计了视觉相机的标定方法,并提出了一种新的基于低秩纹理和方向全变分(DTV)的棋盘标定方法。4)针对空间柔性机器人视觉系统工作环境的特殊性,设计了适用于高度结构化图像场景的超分辨率复原方法,并提出了一种新的基于复合正则化项的图像超分辨率复原方法。大量可靠的实验验证表明,本文中所提出的基于低秩纹理和方向全变分的棋盘标定方法,在保留了简便的操作方式基础上,明显改进了相机标定算法精度;本文所提出的基于复合正则化项超分辨率复原算法,在高度结构化的人工场景中,有对低分辨率图像有较好的复原效果。