微小型无人直升机在军事和民用方面都具有广泛的应用价值，近年来成为国内外很多研究机构和组织的研究对象。视觉系统作为无人机总体构架中不可或缺的一个环节，目前正得到越来越多的重视，成为了无人机领域中的研究热点之一。完善的视觉系统能够执行航拍，目标识别，目标追踪，自主降落等任务。在为无人机提供了丰富信息的同时也极大的扩展了无人机的应用领域。本文正是选择了微小型无人机视觉系统作为研究方向，并就视觉系统任务中的地标识别和位姿估计展开了具体研究。在此基础上设计并实现了一个无人机视觉系统应用程序。文章首先就无人机视觉系统从总体上作了个简要介绍，接着就目前比较流行的几种地标识别和位姿估计方法进行了介绍。然后针对我们所采用的基于不变矩的地标识别和位姿估计方法进行了详细研究。在视觉系统视频捕获模块的实现上，针对传统的实现方式存在的图像质量不高的问题，我们采用了高清MPEG2视频流作为我们的采集视频源格式，从而显著提高了图像质量。由于对MPEG2视频流的解析是流媒体处理领域的一个难点，因此本文专辟一章详细介绍了基于Directshow的视频捕获模块实现方式。在地标识别和位姿估计的算法实现上，我们将Directshow与Intel OpenCV & IPL图像处理开发包结合起来使用，取得了良好的效果。最后，在实验结果部分给出了软件的运行界面，并在对不变矩算法的仿真验证基础上，给出了在实景拍摄中的识别效果。结果表明该算法在识别准确率和执行效率上都比较令人满意，能够基本满足任务要求。