本论文的研究目的是通过对图像导航系统中光学三维定位技术的研究，为图像导航系统提供一个快速定位方案，开发一套空间目标定位系统。 如何实现对目标的快速检测和匹配是本文的研究重点。为此先后采用彩色和灰度两种颜色系统设计了多个定位标识器，对其中两种实现了快速检测。其中最有效的是一种基于灰度分布和形状特征的快速检测方法。该方法在多分辨率下利用目标区域的灰度直方图分布特征对图像进行分块搜索，得到一系列初始目标，然后对它们进行特征提取，进一步对目标进行识别。实验证明，该方法可以快速、准确的检测目标。 双目立体视觉中对应点提取和匹配是一个难点，因此首先设计定位标识器，采用类似于条形码的组合图形编码来区分和匹配不同目标，通过多次实验设计出了能够简便又准确的实现特征点的提取和匹配的定位标识器。 摄像机的标定精度直接影响定位系统最终的定位精度，针对摄像机标定过程中复杂的成像和畸变模型，使用一种基于极大似然估计的非线性优化方法来标定摄像机，并利用实际数据对其进行了实验测试。结果表明该方法可以获得较高的标定精度。 本文尝试了一种基于双眼视觉的空间目标定位方法，建立了一套光学三维定位实验系统。该系统能在73.64毫秒内完成图像尺寸为2048×1536像素的一帧灰度图像中多个目标点的三维定位，在1.0-2.0m<3>的工作范围内对空间目标点进行定位的平均误差为2.514390mm，实验结果表明系统所用的方法是有效可行的。