本文以航天器空间交会对接为应用背景，以计算机视觉测量技术为基础，系统研究了基于双目视觉的航天器间相对位姿的估计算法。交会对接技术的研究对于航空航天具有十分重要的意义，是我国航天计划中的关键技术。目前双目视觉算法还处于起步阶段。因此，该课题还有大量工作需要完善和改进。本课题正是在这种背景下提出来的。双目视觉测量技术是计算机视觉领域的一个很重要的研究方向。它包括图像获取、摄像机定标、特征提取、立体匹配、三维重建和运动估计等六部分内容。本文的研究重点主要在后面四个步骤。本文首先介绍了双目视觉系统的数学模型与几何关系，给出了双目视觉算法的理论基础，为后续的算法做了铺垫。针对航天器的外形和结构特点，本文提取目标航天器图像中的角点为特征信息。首先对图像进行平滑滤波等预处理以提高图像的信噪比，然后分析讨论了4种角点提取算法的原理及实现步骤，并做了较为合理的改进。立体匹配是双目视觉中非常困难的一个过程，本文根据运动估计的要求设计了一种基于图像角点特征的灰度相关匹配算法。然后采用极线约束的剔除策略对灰度相关匹配中的误匹配点对进行剔除，极大地提高了匹配准确度。三维重建过程是利用双目视觉的视差原理而进行的。运动估计在此也就是指位姿估计。本文采用误差平方和最小化准则推导出来两种估计算法：单位四元数法和SVD分解法。仿真结果表明这两种算法均能达到较高的估计精度，其中平移向量的相对误差在2%以内，旋转角的误差范围在1°以内，可以满足航天器交会对接的应用要求。