现代无人机(Unmanned Aerial Vehicle)技术经过几十年的发展已经相对成熟,在军事和民用领域发挥了越来越重要的作用,正逐渐受到各国的广泛重视。以赶超国外先进水平为目标,面向UAV开展的多学科交叉的基础性技术研究,有着非常重要的现实意义。多UAV协同编队飞行(Coordinated Formation Flight)是国外近年来提出的一种新思想,目的是提高UAV完成任务的效率,拓宽其使用范围。基于视觉信息的UAV编队飞行方法来自于鸟类仿生机理,随着计算机视觉方法和图像处理软硬件的发展,采用视觉方法来实现UAV的编队飞行成为了可能。本文的主要研究工作包括:1)围绕UAV编队视频序列特征点的提取,开展了图像转换,图像滤波去噪,图像腐蚀膨胀以及图像的阈值分割等图像预处理方法的研究。2)深入讨论了基于LED标志灯获取长机位置和姿态信息的LHM算法。该方法采用LED标志灯标记长机,通过比较LED灯的颜色、个数和安放位置等因素,分析了LED灯对UAV编队的影响。在此基础上针对LHM实时性差的缺陷,提出了改进的LHM算法,并融合最小二乘图像匹配算法的思想,提出了LHM-LSIM算法。3)在基于LED标志灯的方法上,提出了用单目视觉信息进行双机间相对运动状态以及距离的测量方法。分析了视觉测量原理和摄像机标定对测量的影响,建立了双机编队问题的动力学模型以及视觉状态方程和测量方程。在硬件平台上进行距离测量的验证仿真。4)在多UAV编队飞行中不仅要确定长机之间的位置关系,还需要确定与其它飞机之间的关系,然而视觉照相机在捕捉视觉信息的视角范围上存在局限性,可能会存在视觉死角和信息丢失的情况。因此根据仿生学的思想理念,设计出一种双曲全景仿生眼视觉系统。研究了仿生眼的机理,并进行仿真验证。