对实物进行三维重建技术在逆向工程、虚拟现实、制造质量检测等领域有着广泛应用。利用单相机多角度拍摄的实物序列图像进行三维重建是近年来的研究热点,其中相机拍摄视点及路径的规划对三维重建数据的完整性与精度有重要影响,是其中的一项关键技术。本文针对小型无人机搭载单相机航行过程中拍摄图像的三维重建问题,研究航拍中相机的路径规划及相机姿态控制技术。本文的主要研究内容如下:(1)针对无人机航拍过程中相机路径规划问题,研究了相机视点(位置与姿态)布设与无人机飞行路径规划问题。在相机视点布设中,提出一种基于实物粗略三角网格模型的视点规划方法,该方法先采用经纬分割法获得密集的候选视点,然后在相机拍摄可视角度、分辨率、立体重叠度、无人机机身结构等多种约束条件下对候选视点进行筛选,并对候选视点无法拍摄的区域进行视点补充,使得后续的三维重建数据有更好的完整性。在无人机飞行路径规划中,借鉴蚁群算法寻求了最短的飞行路径。(2)研究视点规划中的相机入射角度对三维重建精度的影响,对相机姿态的筛选给出指导。首先分析图像误差跟重建精度之间的关系,然后通过图像交比理论研究相机入射角度对拍摄图像误差的影响,并通过对标准板的拍摄实验获得了量化的误差模型。(3)针对航拍中的相机姿态控制,采用一种以地面系统通过通讯链路遥控的控制方式。地面系统读取视点规划获得的航点文件,解析航点位置与相机姿态并发送给无人机飞行控制器与相机云台控制板,在飞行过程中通过传感器反馈实时获得无人机位置与姿态并同规划文件相比较,达到指定视点与位姿时则进行图像拍摄。(4)开发了面向三维重建的无人机航拍相机路径规划软件系统和相机位姿控制地面平台软件系统。相机路径规划软件系统具备候选视点布设、视点筛选、路径规划、航点文件生成等功能,并能够对规划结果进行仿真。相机位姿控制地面平台软件系统通过无线链路通讯能够对无人机飞行和相机拍摄进行控制。