摄像测量方法具有非接触、高精度、低成本、实时动态、普适性强等独特优势,已广泛应用于航空航天、军事侦察、安防监控、工业检测、交通运输、建筑施工、医疗与机器人等诸多领域。目前摄像测量方法研究主要集中于观测几何相对较好的条件,然而实际工程实践中,受制于成像传感器的物理上限以及测量任务的受限环境,观测几何条件几乎不可能达到最优,更为普遍的情况是观测条件次优或表现为大倾角、小视场角、小交会角或透镜光轴不垂直于成像传感器等弱观测几何条件。弱观测几何条件易导致测量参数方程的病态,极大地制约了摄像测量方法的精度和鲁棒性。为进一步提高弱观测几何条件下摄像测量方法的精度、鲁棒性以及可扩展性,本文针对弱观测几何条件下的相机标定以及摄像测量方法开展研究,主要包括沙姆（Scheimpflug）相机标定方法及其测量应用、长焦相机标定方法以及无人机对地面目标定位方法等关键技术,论文的主要研究内容和创新点可概括如下:（1）提出了基于广义成像模型的Scheimpflug相机标定方法。该方法将Scheimpflug相机看作一组像素和其对应的虚拟空间光线的集合,基于不同视角下的标定图像中同一像素点对应的多个位于不同空间局部坐标系下的控制点,应在参考坐标系下共线的基本约束,提出了基于平面标定板的两步标定方法,避免了参数化标定模型中复杂的初值确定过程。（2）提出了一种基于Scheimpflug相机的立体数字图像相关（Digital Image Correlation,DIC）全场三维变形测量方法。在立体Scheimpflug相机成像的对极几何基础上,提出了一种鲁棒的立体Scheimpflug相机逐级标定方法,基于标定得到的内外参数和成熟的DIC匹配算法,即可以重建待测试件的三维形貌和全场三维变形场。该方法可增大现有立体DIC方法的测量范围,为三维变形测量提供新的解决途径,在立体DIC领域显示出巨大的应用潜力。（3）基于透视投影模型,提出了基于圆锥曲线和直线段融合特征的长焦相机标定方法。揭示了长焦相机标定方程病态性的形成机理,在此基础上设计了同心半圆弧平面模板,并结合归一化直线单应估计方法和分部正则估计理论,实现了长焦相机内外参数的高精度鲁棒求解。（4）提出了基于仿射近似投影模型的长焦相机标定方法。以仿射近似投影模型替代透视投影模型,详细推导了基于平面模板的长焦相机内外参数标定模型,并结合前文设计的圆锥曲线和直线融合特征,分别提出了基于弱透视和平行透视投影模型的长焦相机标定方法,此外通过在合作特征上附加微凸圆柱标志以剔除仿射投影模型的位姿歧义。（5）提出了基于仿射近似投影模型的无人机对地面目标定位方法。在基于平行透视投影模型的迭代因式分解法框架下,利用无人机序列影像,结合基于扩展卡尔曼滤波的目标跟踪方法以及基于优化最小化框架的低秩矩阵分解技术,可实现目标区域剔除位姿模糊歧义的高精度欧式三维重构,再充分利用机载导航系统提供的高精度相机位置信息,即可完成对地面目标的精确定位。该方法摆脱了对高精度定姿设备以及地面控制点的依赖,使得基于低成本硬件设备实现对地面目标高精度定位成为可能。