在三维重建和机器人导航等计算机视觉领域,通常需要尽可能多的获取场景信息。普通相机的视场有限,而单个全方位相机获取的图像又难以用于目标的深度数据计算。近年来出现的全方位立体视觉技术,具有全方位和立体视觉的双重优点,为智能系统感知周围环境提供了一种新的手段。通常的立体视觉系统需要两个同样的相机,其体积和重量令负载能力较差的小型机器人无法承受,因此,需要结构紧凑、轻便小巧的全方位立体视觉系统。本文以设计适用于微型飞行器的单相机全方位立体视觉系统为目的,进行了以下几方面的研究：(1)系统的结构设计与优化。在结构上采用由一个双曲面镜、一个双曲面与平面结合的反射镜以及一个普通相机组成的视觉系统；同时,为满足系统外观尺寸与性能的要求,构建了优化约束条件,实现了对系统参数的优化。(2)系统的标定。为了使用该系统获取的图像进行准确可靠的深度信息恢复,必须进行标定。本文以球体为标定物、以等效投影模型为基础设计了标定算法,并指明至少需要两个球体才能够实现对相机参数和系统基线长度的标定。(3)利用仿真软件POV-Ray对设计的系统进行性能仿真和校核,并生成测试图像,对标定算法进行实验,验证了其有效性。