针对目前空间非合作矩形目标位姿测量过程中提取像素级特征点误差大、距离测量值不稳定等导致的测量精度不高的问题，提出一种基于TOF（time-of-flight）相机的非合作矩形目标三维位姿测量方法。首先对灰度图像进行修正的FAST特征点提取，然后分别计算提取出的特征点在相机坐标系和目标坐标系下的三维坐标，最后检测矩形目标亚像素级角点并融合30帧距离信息后再计算姿态角。实验结果表明，对于1m距离范围内边长为50mm的非合作矩形目标，Z、X、Y轴方向位置测量的绝对误差平均值分别为2.65mm、1.28mm、0.60mm；姿态角γ测量的绝对误差平均值降为0.52°。相对于传统的基于点云配准