三轴视觉跟踪稳定转台系统是集机械、电子、控制、图像处理、传感器技术为一体的复杂系统。它是以三轴陀螺稳定技术为基础,抵消载体运动带来的低频干扰,确保视觉稳定地跟踪捕获运动目标。随着计算机技术、自动化控制、图像处理技术发展,视觉稳定跟踪技术一直受军事、工业、民用领域重视,同时也有大量国内外著名研究人员深入研究。三轴视觉跟踪系统目前广泛应用于车载、舰载、机载武器装备,精确制导、防恐防暴、交通管理、环境监测、救灾救援、大地测量、机器人导航、航空摄影、天文观测等领域。本文以三轴视觉跟踪稳定转台系统为背景,以技术指标为依据,主要对三轴视觉跟踪稳定转台结构设计、控制系统设计、转台惯性稳定信号处理、目标跟踪四个方面进行研究。首先,确定系统总体设计方案以及系统结构组成,重点围绕解决跟踪盲区问题,完成系统系统控制模型及关键硬件的设计。其次,分析转台惯性稳定元件的测量原理,利用卡尔曼滤波器解算惯性姿态角,利用三轴加速度及三轴磁航向作为观测量,结合四元数微分方程,采用信息融合手段陀螺漂移进行修正,并利用UD分解方法防止滤波器发散,同时根据传感器误差特性,分别对误差进行补偿与校正。再次,研究目标视觉跟踪系统的原理,其中跟踪器主要由金字塔光流法组成;而检测器是由方差分类器、随机森林、最邻近分类器级联而成;学习器主要是依据PN约束的机制进行设计。最后,利用仿真分析误差协方差对卡尔曼滤波器输出的影响特性;通过实验测试惯性稳定系统的性能误差;模拟各种可能遇到的干扰,对目标跟踪系统进行可靠性验证;最后利用摇摆台模拟载体干扰,最终视觉跟踪稳定系统取得预期效果。