利用图像序列对目标进行三维重建在目标侦察、识别、导航以及测绘等方向有重要的使用价值。合成孔径成像原理具有鲁棒性、可靠性以及较高的空间分辨率。本论文基于光学非相参合成孔径成像原理,分别对可见光与激光图像序列超分辨率三维重建进行研究,主要内容如下:(1)改进了可见光图像序列合成孔径超分辨率成像方法。提出了基于Keren配准和BTV正则化的超分辨率重建方法,优化了合成孔径图像超分辨率重建过程,该方法能够保留图像序列中的亚像素级信息,并具有较强的鲁棒性。使用图像的灰度值与平均灰度值的差值之和代替图像的信息熵,使用差值的平方和乘积开根号的形式代替图像的联合信息熵,提出了基于合成孔径相关度以及相容信息量的聚/散焦评价函数,相比同类方法在计算速度上得到提高。(2)对合成孔径超分辨率单目、双目视觉目标三维深度获取方法进行实验仿真。针对单目合成孔径成像方法不能较好地抑制共模误差与散焦像干扰的问题,提出了双目合成孔径成像方法对其进行改进。单目视觉成像方法相比基于其他同类评价标准的方法,有较好的成像效果。双目视觉成像方法相比单目视觉成像,能够更好地抑制共模误差以及散焦像的干扰,具有良好的稳定性及鲁棒性。(3)提出了一种共激光照射源超空间分辨率三维重建方法。针对3D非扫描激光雷达空间分辨率较低的问题,将2D传感器得到的激光回波强度信息与3D激光雷达得到的目标深度信息基于合成孔径成像原理进行数据融合,实现超越2D传感器与3D激光雷达空间分辨率的三维成像。实验结果表明,该方法能够在不改变3D激光雷达构造的情况下提升其空间分辨率。