随着成像技术的飞速发展，利用安装有视觉成像设备的无人机进行对地观测的需求也越来越广泛。与观测距离相比，受基线长度、自身尺寸、安装位置等因素的限制，无人机等空基测量平台不宜安装多台视觉成像设备，一般只安装一台视觉成像设备，即形成单目视觉。单目视觉测量方法就是仅利用一台视觉成像设备采集图像，对目标的几何尺寸、目标在空间的位置、姿态等参数进行测量的方法。单目视觉不仅无需解决双目视觉中的两摄像机间的最优距离（基线长度）和特征点匹配的问题，也不会像全方位视觉传感器那样产生很大的畸变，在像机安装、视场调整、像机参数标定等方面也都比双目视觉有优势，更重要的是，在不少应用场合，由于受到安装平台、场地等实际因素的限制，根本无法利用双目视觉开展工作，单目视觉也就成了唯一的选择。在计算机视觉研究领域，如何在单目视觉条件下解决实际存在的目标三维位置姿态的求解已成为一个重要的研究方向。本文针对无人机对地目标位姿的单目视觉测量方法，完成的主要工作包括：1.系统的调研和总结了单目视觉测量方法的研究现状，对常见的九种单目视觉测量方法等进行了简要的综述。2.针对无人机等空基测量平台上的运动单像机对公路等平面交通要道上的运动目标定位的难题，设计并实现了一种基于地面静态场景辅助测量平面运动目标的单目定位新方法，并通过协方差误差分析原理对该方法进行了理论测量误差的分析；通过仿真实验验证了该方法的正确性，并深入分析了像点噪声、像机姿态角噪声、光心位置噪声、和设定的静态物点个数对测量精度的影响，与理论测量误差分析基本一致；并分析目标不在平面内运动时不同的观测角度对定位结果的影响；最后通过三组实物实验验证了该方法的可行性，得到了较好的测量结果。3.针对诸如雷达天线、油罐等表面具有特殊形体（如圆面、圆柱等）的地面目标，研究分析了圆面目标的位姿及形状单目测量方法。该方法充分利用目标几何形状上的约束条件以及相似三角形原理，只需单台像机所拍摄的单张像片就可以确定目标的空间三维位置姿态，根据无人机连续拍摄得到的序列图像就可以得到目标实时的三维位置姿态。研究推导了该方法的测量原理，再对该方法进行相应的仿真实验，分析了不同位置姿态下圆面圆心R在成像平面上的实际投影点R’’和成像椭圆中心R ’的成像差异，对比了通过实际投影点和成像椭圆中心R ’求解的圆心三维位置的误差，最后分析了椭圆度法求解的圆面离面角误差，取得了较好的测量精度。