大视场图像拼接和多视图三维重建技术是计算机视觉领域的两个研究热点。通常来说,大视场图像拼接只要求相邻图像间有很少的重叠区域,而多视图三维重建则需要多个摄像机对同一空间场景进行多次拍摄,要求不同帧图像之间具有足够多的重叠区域来计算获取场景三维信息。然而,在军事远景侦察、机器人视觉导航等应用领域,往往既要获得大视场的成像范围,同时又能感知场景的三维深度信息,这正是传统的图像拼接技术和多帧图像三维重建技术所无法实现的。本文研究采用硬件设计和软件处理相结合的思路,系统地解决大视场全景成像和多视图三维重建不能同时兼顾的问题,创新性地设计了一种叠进式的成像系统结构,并针对该成像系统的结构特点,针对性地进行多帧图像三维重建和大视场图像拼接技术的研究。本文的主要工作及创新点包括:1)叠进式摄像机阵列结构的成像系统设计通过设计一种新颖的叠进式摄像机阵列结构,使得各个摄像机视野既相互存在重叠,又渐进延拓,不仅为多视图三维重建技术提供了足够多的图像重叠区域,同时又通过视野的渐进延拓提供了大视场的视野范围,为后续的三维重建和图像拼接提供了前提基础。2)基于面元构建与过滤的多视图三维重建算法结合快速特征提取以及面元的构建、过滤和扩展技术,提出了一种新的多视图三维重建算法。首先对获取的图像进行Harris和DoG特征点的提取,并进行同名匹配;然后,以匹配成功的特征点为中心进行面元扩建,并按照局部灰度一致性原则和全局一致性原则进行异常面元的删除和扩展,最终得到目标场景的稠密面元和三维结构,即场景空间点的深度信息。3)基于场景深度信息的大视场全景图像拼接通常来讲,图像拼接技术需要对每个摄像机进行内外参数的标定,然后根据标定结果进行图像配准和投影变换,最后通过匹配重叠区域、搜索最佳缝合线以及图像平滑处理生成拼接后的图像,不可避免会产生拼接裂痕。本文提出一种结合场景深度信息的图像拼接算法,在进行全局参数求解的过程中,加入图像深度信息,使用高斯-牛顿迭代法优化新的目标能量函数,进而计算出全局一致的配准参数集合,完成图像配准,最终拼接得到全景图。