3次元情報は観測された空間を直感的に認識することができるため、3次元情報の取得・表示技術は様々な分野で急速に普及している。センサーを用いて3次元情報を取得する方法としては、レーザー光を用いたセンシング技術や、多視点撮影による3次元復元などがある。しかし、これらの方法は、大規模な装置や大規模な観測システムを必要とするという欠点がある。一方，曲面鏡を用いた反射屈折撮像系は、一般的なカメラに比べて視野が広く、広い空間を観察することができる。本論文では，全方位カメラと一つの球面鏡を用いた反射屈折撮像系に基づいた単眼画像を用いることで，全方位画像とそれに写る鏡像から3次元情報を推定することを検討する。