空间物体位置与姿态测量是研究实时导航、现代控制和运动跟踪等领域的关键问题。机器视觉位姿测量作为一种非接触式位姿测量方法，具有结构简单、测量方便等优点。随着视觉测量理论的成熟和视觉传感器精度的提高，视觉测量的精度也逐步得到提高，视觉测量技术在工业、国防和航天等诸多领域也得到愈来愈广泛的应用。本文在现有视觉测量技术的基础上，以实现空间物体的位姿测量和多自由度平台的模拟对接作为研究目的，研究了摄像机成像模型和标定方法、测量目标特征及角点提取等关键技术，同时基于机器视觉的多自由度测量方法搭建了实验装置，开发了相应的测量软件，验证研究工作的正确性。主要研究内容如下：①针对视觉测量系统中摄像机的内外参数进行标定。分析了两种不同的成像模型下摄像机的投影变换矩阵，对图像畸变产生的原因进行详细分析，建立畸变模型，实现两步标定法对摄像机内外参数进行标定，非线性迭代优化由直接线性标定法计算得到的结果。②针对摄像机标定和位姿测量时特征区域角点的提取。在图像预处理的基础上，采用区域生长和连通域处理等方法将特征目标区域同图像背景分离出来。并针对摄像机标定时的矩形特征采用角点提取方法得到特征点，在垂直姿态视觉测量中对比分析灰度重心法和最小二乘曲线拟合方法定位圆形标志中心的精度，选取最佳中心定位算法。③针对对接模拟平台设计了相应的软硬件结构，分析了两种不同姿态下的多自由度测量和对接的原理及方法，对光轴垂直于目标测量平面的情况，利用微分的思想结合成像模型得到位姿参数，通过坐标转换得到平台对接调整参数。对光轴不垂直于目标测量平面的情况，引入P4P问题的解决办法来求解得到位姿参数。并为此设计了相应的实验，验证了测量模型及方法的正确性。