运动速度测量是目标运动参数测量中重要的组成部分,在工业检测、流体力学、空气动力学、军事目标测速等领域有着广泛的应用。随着图像感知技术的快速发展,基于高帧频图像的运动速度测量方法在高速运动速度测量领域发挥了重要作用。目前在速度测量领域存在计时器、GPS、雷达和光电等传统的速度检测方式,但在实际工程应用中,这几种速度测量方法都存在不同程度的局限性。例如高精度计时器的测量方法需要将计时器安装于被测物体上,影响测量精度;GPS和雷达测速方法常用于室外环境,在实验室等空间有限的室内环境的测速结果会受到影响,存在较大误差;光电测速需要将光电传感器近距离安装于被测物体两端,会受限于测量条件且易误触发。针对以上几种测速方法的局限性,本文提出基于高速图像的高精度运动速度测量方法。该方法通过高速摄像机获取快速运动目标的高质量图像序列,并对目标上的特征点进行算法优化处理,获得高精度的运动速度数据,实验结果表明,该方法测量误差可以达到千分之五以上。在图像获取阶段,为保障速度测量的高精度,设置了千帧级的采集帧率,并优化了光学照明系统,增强目标表面的光照强度,降低图像中的运动模糊影响,保障目标的成像质量。为达到千分之五的测量误差,本文在相机标定、图像预处理、高精度边缘检测算法以及图像拟合算法检测图像序列等方面进行了多种优化改进,以获得高精度的亚像素坐标和像素值。本文设计了高精度图像处理算法,首先对图像进行标定校正,然后改进图像质量、增强了图像中目标特征;再通过基于Canny算子的Devernay亚像素边缘检测算法获得亚像素级别的图像边缘信息;最后采用最小二乘拟合圆算法求出圆心坐标和半径。基于本文采用的图像处理算法,图像测量误差小于百分之一单像素大小。为验证本文所提方法的实际测量精度,将该方法应用于最速曲线测量实验和落锤冲击试验机的冲击速度测量实验。最速曲线测量实验中通过计算小球的圆心坐标,将坐标通过点线图拟合与最速曲线做对比,验证了本文测量算法的准确性。落锤冲击试验机的冲击速度测量实验中通过高速图像获取系统捕捉落锤自由落体运动图像序列,采用运动速度测量软件平台计算出落锤的冲击速度。实验结果显示测量误差为0.01%-0.48%,达到基于高速图像的高精度运动速度测量方法的高精度指标;表明该方法满足实际工程需要,且测量过程可视化,可追溯,具有较高的工程应用价值。