近景摄影测量一般应用范围都在1~20米之间,在针对约100米距离的物体进行姿态测量时,因实际应用中操作难度较大故研究的不多,本文着眼于相机内外参数标定、合作标志物的自动识别、合作标志物的高精度拟合提取、高精度姿态测量等许多实际性的问题开展深入研究,在此基础上构建了一个高精度姿态测量系统,实现对绕着固定旋转点进行全方位旋转的目标姿态测量。本论文首先针对100多米处难以进行相机外参数标定,提出先将焦距保持在被测物体端,而后调整光圈获得清晰的近处标定版图片,完成相机内参数标定,设计了一种标定靶杆,将其放置在摄影测量仪近端,处理得到标定靶杆上的合作标志点坐标的图像坐标和测试场坐标,采用张正友的基于多平面成像方法完成相机外参数标定。设计并分析此外参数标定方法的参数模型,得到影响外参数的所有影响因子,在仿真实验中研究每个影响因子的作用大小,在实践中进行验证,并根据实际要求对大地测量等提出精度要求。分析近端的相机参数标定和远端的姿态测量时不同的背景和成像条件,统一前期图像预处理方案,通过3ds Max仿真实验设计合作标志点的粘贴方案,综合基于知识和基于不变量的目标识别提取方法,研究出合作标志点及其编码带的最佳提取方法,并在几何拟合等基础上考虑灰度图像的边缘渐变性,提出了基于灰度导数加权的椭圆拟合算法,在仿真试验中验证其误差精度提高了0.02~0.03像素,使得实时性、准确性和精度上同时满足了实验要求。研究了数据平差的几种不同数学模型和稀疏光束平差算法,并结合相机参数标定、椭圆拟合、临时坐标系的建立、目标姿态测量等实际应用中的需要分别进行数学建模,设计相关优化算法,提高了实验精度。深入研究了单目测量和双目交会的数学模型,完成对摄影测量仪、标定靶杆等设备的布站,根据实际应用中的情况提出两种姿态测量方法相结合完成整个旋转过程中目标的姿态测量,定量分析了飞行器姿态精度的所有影响因子的作用大小;提出将每个相机成像中的所有合作标志点进行数据融合,利用稀疏光束平差算法进行最优化平差,在提高姿态测量的精度的同时也满足了实时性要求,尤其单目测量时效果明显。在实际应用中完成了摄影测量仪、发送光端机、接收光端机、PC机等设备的联调,测试了多功能串口卡、图像采集卡、镜头控制卡等硬件板卡的功能,实现了对相机、镜头、激光器和云台的相关操作并完成了其精度调试实验。在外场完成了相机内外参数标定实验、远距离合作标志物模拟验证实验、目标坐标系建立实验等,对相关实验结果进行误差分析,同时对整个系统的方法进行了验证。