高尔夫球运动参数测量系统是高尔夫模拟器的重要组成部分,要求其具有高精度和实时性等特点。雷达传感器的测量精度最高,但是它在测量低速运动的高尔夫球时检测率低,并且受外界干扰时易产生虚警。本文针对以上问题展开研究,设计了一种单目视觉测量系统,以及基于单目视觉和雷达的传感器融合测量系统,以较低成本实现对雷达测量系统的完善,主要工作如下：首先,本文研究了单目视觉的测量模型、摄像机标定技术和单目视觉位姿测量原理等内容。采用基于平面靶标的方法对单目摄像机进行了标定,计算其内参数；针对高尔夫球的特点,以及计算其平移和旋转运动参数的要求,选取基于特征靶标的位姿测量方法测量高尔夫球位姿,进而计算其运动参数。其次,本文设计了一种球面标记,借鉴了人工标记的设计准则,并且充分考虑球体投影和球面的特点,使其符合高尔夫球位姿测量的要求。同时对目标检测和特征提取方法进行了研究,提出了角点提取方法以及角点识别方法,用于获取角点在目标坐标系中的坐标值,为之后的位姿计算提供必要的数据。最后,对基于4点的位姿计算和运动参数计算方法进行了研究,利用P4P算法求解每一幅图像所对应的高尔夫球的位姿,并给出了利用两个时刻高尔夫球的位姿求解其运动参数的方法,搭建了单目视觉测量系统,对系统的实际测量结果进行了分析。分析了多传感器系统的特点及应用,提出了基于雷达传感器和单目视觉传感器的决策融合系统,采用仿真方法验证融合系统的性能。实验表明基于特征靶标的方法和设计的球面标记满足高尔夫球运动参数测量的要求,采用传感器决策融合的方式能够提高测量系统的可靠性。