目前,新型自主航天器的研制已经成为航空航天领域研究的热点,空间目标位姿测量是该系统的一个重要组成部分。本文主要研究基于双目立体视觉的空间非合作目标位姿测量中测量精度的影响因素、双目图像立体匹配算法、以及为提高系统速度性能对这些匹配算法基于FPGA的快速实际实现等关键问题。首先本文通过理论分析及数值仿真,分析了双目立体视觉配置结构参数对目标姿态测量精度的影响,并得到相关结论,这些结论对用双目立体视觉进行航天器位姿测量的摄像机结构配置具有重要的参考价值。图像立体匹配是双目立体视觉位姿测量的关键技术,本文对基于区域和基于特征的两类匹配方法进行了研究。基于区域的匹配主要考虑了基于归一化互相关度量的图像匹配,并且给出了一个简单例子的仿真。基于特征的匹配主要探讨了Harris角点、SIFT算子等特征点提取方法,同时考虑了通过极线约束以及RANSAC鲁棒估计进行特征匹配获得稳定特征点的方法,并且结合图像进行了仿真。为了改善基于双目立体视觉非合作目标空间位姿测量系统的速度性能,本文对前述图像匹配中广泛应用的相似性度量—基于区域的匹配以及基于特征的匹配过程中寻找候选匹配点时所用的归一化互相关度量基于FPGA进行了实际实现,提出了两个基于FPGA的归一化互相关并行实现方案。在这两个方案中,提出了很多有效的方法来减少逻辑资源消耗并且提高计算速度。通常实际中对归一化互相关度量降序排序后的前几个值感兴趣。为充分利用FPGA的资源,本文同时基于FPGA对相关的排序算法进行了实现。采用RAM作为是否已排序的标识,这种方法可扩展到FPGA芯片可用资源较少的情况。最后,基于FPGA芯片EP2S90和相应开发软件的功能时序仿真及在实际图像匹配系统中的应用结果表明所实现的归一化互相关和排序算法并行架构可有效地提高系统的速度性能。