舱段类零件的对接装配是现代航空、航天和航海装备生产中的一个关键环节。为了对该过程进行自动化升级,需要稳定、可靠的测量手段以指导调姿装置的动作。由于目前的单一的测量设备和手段很难在不依赖测量靶标的前提下,满足对不同种类和规格的舱段类零件非接触、高精度以及自动化测量的需求,本文基于线结构光扫描和分布式机器视觉为航天器的自动化对接研究了一种舱段位姿综合测量方法,冀以在保证测量精度的前提下,满足舱段自动化对接需求的非接触、无靶标测量方法。在研究该方法的过程中,本文着力解决以下三个关键问题:（1）舱段轴线位姿的测量方法:针对舱段的轴线位姿测量问题,提出了一种基于线结构光扫描的位姿测量方法。该方法通过一部线结构光扫描传感器对被测舱段外侧面进行扫描以获取其点云,并将这些点云分割为若干平面上的椭圆轮廓。针对这些椭圆轮廓,本文提出了轴线法和母线法两种方法对舱段轴线的位姿进行求解。其中轴线法指采用直接椭圆拟合法对这些椭圆的圆心位置进行估计,并进一步通过空间直线拟合舱段的轴线,得到其空间位姿参数。母线法则直接提取每条椭圆轮廓上横坐标最大的点拟合舱段外圆柱面的一条特殊母线,并根据空间几何关系平移该母线以获取舱段轴线的空间位姿。随后,本文基于蒙特卡洛模拟设计了一种仿真方法,并通过该方法发现了母线法沿截面横轴、轴线法沿截面纵轴精度较高。由于两种方法各有优劣,因此提出了一种结合两者长处的综合法,该方法取轴线法得到的纵轴坐标和母线法得到的横轴坐标为拟合点的圆心,并基于这些点拟合轴线的空间位姿。为了验证上述结论的正确性,本文设计并制造了原理样机对其进行验证。实验证明了通过综合法对扫描点云进行求解具有较高的精度:对轴线空间位置的测量误差小于0.03mm,对轴线姿态的测量误差小于0.03°。（2）舱段轴线测量的稳健性增强策略:在实际工程中应用线结构光扫描时,应当考虑两方面的干扰,即测量的光学干扰和非结构化测量环境中的干扰。其中光学干扰指通过线结构光对光滑金属表面进行扫描时,由于相机感光元件曝光不均引入的测量误差。为此,本文引入双向反射分布函数（BRDF）对该现象进行分析,解释了该误差的产生原因并给出了解决方法。非结构化测量环境中的干扰指被测舱段表面的附着物、凸起、凹陷以及环境遮挡等因素引入的干扰。本文基于M-估计和随机采样一致算法（RANSAC）提出了一种改进的稳健圆心估计算法用以对轴线扫描过程中的椭圆拟合算法进行增强。该方法通过迭代加权拟合用以排除干扰数据点,同时引入有效点阈值判定用以排除工程中具有较大干扰的轮廓数据。基于人工构造的误差数据对该算法进行仿真,证明了该算法的有效性。（3）舱段法兰转角的测量方法:针对舱段绕轴线的转角,即舱段法兰的相对位姿测量问题,本文提出了一种基于分布式视觉的转角位姿测量方法。考虑到法兰转角测量是工程中的一个常见问题,故在实际需求的基础之上对该方法进行了推广。本方法中,通过沿对接端面的外圆周布置的两组相机对舱段表面的配合特征进行倾斜拍照并得到其位置,根据预先标定得到的配准矩阵将其换算至同一坐标系中可以方便地得到两个法兰之间的相对位姿。为了得到该配准矩阵,本文采用了预加工的标准舱段与配准装置在相机的视场中移动并绘制其上配准特征的扫略轨迹,根据轨迹间的确定关系求解相机之间的变换关系,该变换关系即为配准矩阵。最后,结合原理样机进行实验,证明了该方法对法兰转角的测量误差小于0.022°。为了验证在本文方法在实际工程环境中的有效性,作者和相关研究单位合作完成了舱段数字化对接工程样机的研制工作。结合第三方测量设备,在其上进行了三项实验,即:通过轴线的稳健测量实验证明了本文方法可以有效应对实际工程中的各种干扰;通过法兰转角的测量证明了分布式视觉转角测量方法的有效性;通过舱段调姿-对接性能实验证明了本文方法可以有效指导调姿装置完成对接装配。