本文针对虚拟像平面相机模型的虚拟图像生成和光心定位等问题展开研究。首先研究虚拟图像生成问题,一般方法为k-NN方法,采用加权平均法求解像素点灰度值,本文提出了一种基于三角面片拟合的生成方法,以像素点坐标及其灰度值构成一个三维坐标系,将图像生成问题转换为在该坐标系下的局部曲面拟合问题,以像素点在曲面上的坐标值为其灰度值,从几何角度解释了像素点灰度值的物理含义。其次研究光心定位问题,一般方法为利用多幅标定板图像的最小二乘方法,本文提出了仅利用一个高度已知的圆柱体标定块的光心定位方法,利用圆柱体在虚拟像平面上的投影特性及圆柱体的本身性质得到对光心位置的约束,从而对光心进行定位,该方法只需拍摄一幅圆柱体图像,现场工作量较小,且适用于不易多次移动标定板的场合。最后提出了利用单幅标定图像进行相机模型标定的新方法,通过两个阶段的非线性优化得到全部的相机参数,标定过程简单,还将此方法应用于虚拟像平面相机模型,利用标定得到的参数进行虚拟图像生成和光心定位。实验结果表明,本文提出的基于三角面片拟合的虚拟图像生成方法较k-NN方法,在精度上有所提高;提出的利用圆柱体标定块的光心定位方法的精度达到了与当前主流方法相当的水平;提出的利用单幅标定图像的相机标定方法比当前主流方法更为简单,可用于工业现场标定板摆放困难或无法多次移动标定板的场合。本文工作完善了虚拟像平面相机模型的理论,由于虚拟像平面相机模型能简化视觉系统分析流程,因此本文的研究结果有利于促进模型在实际中的推广应用。