全景图是场景三维可视化的一种高效的表达方法。无论普通相机或全景相机只能采集到场景的局部,为了解决成像设备视角的局限性问题,获取宽视角、高分辨率的全景图,就需要全景图像拼接技术。电子经纬仪是一种高精度的工程测角仪器,它具有测量精度高、易于操作、非接触式测量等优点,且能够实现读数的自动化。将普通数字摄像机固定安装在电子经纬仪的望远镜上构成摄影经纬仪,可实现图像序列的快速准确拼接,且不受相邻图像之间有无有效重叠区域的影响。全景图像能给人营造一种虚拟的三维空间,但不具有可量测性,需要进行三维重建。全景三维重建是利用全景图像序列进行场景的三维重建的方法,是三维重建理论的重要组成部分。它以相对少的全景图像数据覆盖重建场景,可以有效简化重建问题并提高重建效率。本文对基于摄影经纬仪的全景图像拼接和全景三维重建相关理论和方法进行了深入研究,利用摄影经纬仪采集到已知空间方位角度的图像数据,生成360度全景图像,并基于全景图实现了稀疏点云重建。首先,基于空间后方交会法完成摄影经纬仪的系统标定,包括经纬仪标定、初始位置时摄像机标定。校准摄像机相对电子经纬仪中望远镜的固定位姿偏移参数,再由经纬仪的测角功能实现图像序列外方位元素的解算。其次,本文根据摄影经纬仪采集图像序列的特点,采用了球面模型描述全景图的投影关系,并研究了从摄影经纬仪构建球面摄像机模型的方法以及球面全景图像的表达、存储与感兴趣区域浏览的方法。最后,对球面摄像机模型下的两视图几何理论进行了推导。阐述了球面空间前方交会、摄像机相对定向和同名核线的确定等内容,并引入了球面核线误差和重投影误差的估计方法。通过球面几何算法实现了三维场景的稀疏点云重建。