高速复杂流场中运动物位姿测量是确定运动物飞行轨迹、运动模态等气动性能的重要手段,运动物在高速复杂流场中受到流动分离、流激震荡等影响,使得运动物位姿高精度测量的难度很大。近年来,视觉测量具有测量范围广、不改变模型气动外形、测量精度高等优点,广泛用于国内外风洞试验中。为此,本文基于单目视觉进行运动物位姿测量,重点研究了特征标记点的识别定位与匹配、单目位姿测量及优化,搭建了单目视觉位姿测量系统,具体研究内容及成果如下:(1)研究了单目视觉位姿测量中的标记点识别定位与匹配。首先,在标记点识别定位中,根据圆形标记点是封闭轮廓特性,设计了一种对封闭轮廓进行八邻域边界跟踪方法。通过实验对比,此方法可以直接剔除不是封闭轮廓的背景干扰,有利于特征点的识别;其次,根据约束准则提取圆形标记点,采用灰度重心法进行中心定位;最后,针对小型滚转体被测目标的圆形标记点匹配问题,提出了一种环绕式圆形标记点编码解码方法,以头尾部标记点之间距离和向量关系进行解码从而实现同名标记点匹配。实验结果表明:在远距离大视场、复杂背景、高模糊情况下解码的准确性和快速性得到了提高。(2)为满足高速复杂流场中运动物位姿高精度测量的要求,分析了图像噪声对位姿估计误差的影响。在传统非线性优化位姿算法的基础上,提出了自适应重投影误差的单目位姿估计优化方法。该方法以位姿估计初值为中心设置约束区间,建立新的罚函数将约束非线性优化转化为无约束非线性优化,分析像平面重投影误差与约束区间关系并建立相应的数学模型,根据模型自动调节约束区间,基于自适应重投影误差对位姿估计参数进行约束非线性优化。仿真结果表明,该方法在不同大小图像噪声下的重投影误差,位姿估计参数都有最优解,且优于传统非线性优化算法,具有较高的位姿估计精度。通过运动位移实验验证了本文单目位姿测量方法有效性和优越性。对实现高精度单目位姿测量具有一定的应用价值。(3)设计了单目视觉位姿测量系统,分别进行了硬件搭建和软件开发,在软件设计中以功能模块化开发,呈现了良好人机交互界面和可视化。采用多片后方交会对摄像机进行畸变矫正,得到了畸变参数。最后进行基于滚转目标和平面目标的运动物位姿测量实验,实验结果表明:滚转模型沿X方向位移测量精度为0.26mm,角度测量精度为0.10°。平面靶标沿X方向位移测量精度为0.18mm,角度测量精度为0.37°。