成像过程是对三维世界信息的二维投影,图像是对客观世界局部的裁剪和二维退化的信息。在视觉测量、遥感测绘过程中,单视图往往难以满足实际需要,其受限于单一视角有限的视场范围,以及目标场景向二维平面投影时的三维信息损失。不同视角的多张图像,其蕴含的信息量远超单视图。通过对多视图信息的提取融合,既可重构覆盖大范围场景的平面图像,也可反演三维待观测目标区域。而要想利用多视图信息提取技术实现目标的重建与测量,要解决的基础问题是如何确定多视图图像之间的配准关系或各视角相机之间的相对位姿关系,同时还要具备有效的信息提取方法,以获得所需的重建以及测量结果。本文分别以航拍多条带图像的拼接、大尺寸目标的三维表面参数测量,以及通过三维表面变化估计月球探测器的月壤采集体积量等应用需求为背景,针对大视场图像拼接和三维重建测量问题展开研究,分别设计了多视图序列图像配准、相机定向、三维点云配准的优化方法,以及拼接图像快速融合、三维表面变化量测量等多视图信息提取方法。具体创新点如下:(1)提出了一种基于网格化的图像配准全局优化方法。多条带长序列航拍图像在配准过程中,图像特征点分布不均等问题会导致单应计算出现误差,而误差累积会造成拼接接缝位置出现明显错位问题。本文设计的基于网格化的图像配准优化方法,通过控制参与单应优化的特征点在图像上的分布,以及利用匹配链路对全局优化函数进行设计,实现了对存在纹理分布不均的多条带长序列航拍图像拼接累积误差的有效抑制。然后提出了一种基于背景线加成的图像快速融合方法。为实现航拍飞行平台回传图像的实时拼接,基于低频背景信息结合高频细节信息的图像融合思路,设计了一种快速图像融合方法,既保留了接缝两侧的细节信息,同时通过曲线拟合抑制了接缝位置由于配准误差造成的错位现象。本文拼接方法适合在航拍图像采集平台无法提供精确实时位置信息的条件下,面向近平面场景的实时拼接,或多条带长序列图像的快速有效拼接,且对拼接接缝处的错位现象有较好的抑制能力。(2)分别设计了基于单相机和固连双相机的大尺寸目标表面参数多视图摄影测量方法。在单相机多视图标志点点云重建中,设计了初始点对的选取方法,优化了相机定向精度。再利用固连双相机作为图像采集设备,设计了双相机多视图图像对应相机的高精度定向方法,并将固连相机相对位置关系引入优化过程。相比单相机多视图摄影测量方法,本文双相机多视图摄影测量方法更适合应用于不便在待测目标附近布置尺度基准的应用场景,如高铁隧道施工现场的顶壁沉降量测量。本文单相机多视图摄影测量方法利用现场布置的尺度基准,只需一台相机采图即可完成图像采集与测量,测量任务执行成本更低廉,而精度与双相机多视图测量在相同量级。(3)设计了一种基于多视图密集重建与点云比较的月球探测器月壤采集量测量方法。鉴于月球探测器不便安装额外的月壤采集体积测量设备,本文提出的方法有效利用了固连在采集臂上的单监视相机所采集的多视图序列图像,完成采集区表面三维密集点云重建,以便于后续通过点云比较测量土壤采集量。设计了一种基于重建源图像特征链路双向比对验证的点云配准方法,配准效果优于传统基于三维点云特征的配准方法。设计了一种直接基于点云比较的地形表面起伏量测量方法,避免了点云表面网格化引入的额外误差。经实验验证本文所提方法精度满足要求,可以胜任月球探测器土壤采集量的估测任务。本文以多项重建与测量任务为研究背景,以多视图信息提取为内在核心,重点研究了大视场拼接优化和目标表面三维信息高精度获取,经实验验证算法稳定可靠,结果满足实际需求。