视觉位姿测量实时性强、智能化程度高,在航空航天、工业制造等领域得到广泛应用。以点特征为特征标识进行位姿测量,特征标识只能提供坐标信息,且标识的图像坐标与空间坐标匹配易出现偏差,影响位姿测量精度。本文研究二维编码光学标识定向位姿测量算法,在位姿解算过程中可利用标识坐标信息、标识图像-空间拓扑关系、标识定向信息,提高位姿测量精度。1.设计了二维编码定向光学标识,构建了光学标识定向模型。设计由微透镜阵列、背景图案、背景构成的光学标识,设计光学标识的背景图案纹理和微透镜阵列规格。根据光学标识定向原理,构建了光学标识定向模型,处理标识定向图像获取定向信息。2.研究了二维编码光学标识定向模型标定方法。完成了视线方向标定,实现了转轴转动角度与视线方向间的转换。在部分视线方向下获取单位微透镜区域灰度均值基础上,进行线性插值拟合,得到未采集视线方向下单位微透镜区域灰度均值。设定各编码对应灰度区间,对各单元微透镜进行编码,得到定向二维编码。搭建光学标识定向模型标定系统,完成光学标识定向模型标定。3.研究了二维编码光学标识定向位姿测量算法。提出了一种单光学标识定向位姿测量算法,利用四特征圆心坐标进行位姿解算得到初步结果,使用标识的定向信息,完成位姿结果修正。提出了一种多光学标识位姿测量算法,利用标识定向信息,建立空间定向交汇模型,解算相机坐标系与目标物体坐标系之间的平移向量;根据多标识定向几何约束建立目标函数,求解目标函数获取相机坐标系与目标物体坐标间的旋转矩阵;结合多标识的空间几何约束与定向几何约束,建立目标函数,实现位姿结果优化。搭建目标位姿测量实验装置,通过实验验证了单光学标识定向与多光学标识定向位姿测量算法的准确性。