结构模态分析技术被广泛应用于航空、航天、机械、汽车、高铁、土木以及生物科学等各个领域的结构动态分析和优化设计,为减振降噪、振动控制、结构健康监测、有限元模型修正与确认等提供重要依据。针对测试模型建模复杂、费时以及传统接触式传感器对轻质、柔性被测结构有较大附加质量影响等问题,本文研究基于视频测量技术建立被测结构几何模型,测点多目标跟踪,并实现运行状态模态分析的理论和方法。首先对摄像机成像系统进行校准,依照结构形状特性分布测点,由测点在结构静止时空间位置构建测试几何模型,然后进行视频采集和多目标跟踪获取各测点动态响应数据,并采用运行状态模态分析方法,识别出被测结构的模态参数。论文基于摄像机成像模型,采用光束法平差提取出结构测点三维方向位移振动信息,每个测点等效于一个三轴“微位移传感器”,对多测点目标跟踪可视为多通道同步数据采集,具有全场非接触、测试过程简便、测量精度高等突出优点。基于视频测量数据,本文还研究了采用带通滤波器和希尔伯特变换的时频域运行状态模态参数识别方法,并与经典的快速时域法、频域空间域分解法等进行了对比。通过建立视频测量系统和目标跟踪的图像用户界面,方便实现测点相对空间位置求取和振动数据采集,并与模态分析软件紧密结合,形成了完整的视频采集与分析系统,具备良好的空间域展现能力,特别适用于柔性低频结构的动态测试与分析。以轻质风扇叶片、若干树叶、三摆系统、柔性悬臂梁以及飞机模型机翼等结构为对象进行实验研究,验证了本文技术和方法的有效性。