为了实现高精度的基于直线段对应的相机位姿估计，提出一种直接最小二乘法。通过提出并利用一种直线段之间的距离测度，将原问题转化为最小化一个姿态旋转矩阵的二次目标函数，该距离测度综合考虑了线段的端点距离、中点距离、夹角和线段的长度，通过旋转矩阵的CGR 参数表达获得一个修正的目标函数，此修正目标函数的最优解条件组成了一个三元三次方程组，利用代数多项式方法在不需要迭代的情况下直接求解这个方程组，从而得到了旋转矩阵的全局最优解。该算法的计算复杂度为O(n)。仿真和真实实验验证了该方法的有效性和高精度。