为了实现复杂环境下已知模型目标姿态的快速跟踪和估计，提出了一种结合三维(3D)粒子滤波跟踪和M-估计优化的位姿跟踪估计算法。基于直线的多级向量表示构造了新颖的模型直线和图像直线相似性度量函数；基于粒子滤波跟踪的姿态设计了模型直线和图像直线快速对应方法；利用M-估计实现了目标姿态的优化估计；利用重要性采样方法将优化姿态有效地融合到了粒子滤波框架。另外根据预测的目标位姿定义了图像动态感兴趣区域(ROI)，极大地减少了特征检测和搜索的时间。实验表明，所提方法能够实现复杂环境下自由移动目标的快速跟踪和位