海洋资源丰富,对海洋资源的开发利用具有重要意义。当前用于海洋开发和勘探的设备主要是水下潜水器。水下潜水器在海洋中航行时,不可避免地会受到复杂多变的海洋环境的影响。传统的环境模型通常仅考虑有关已知海洋地形的信息,而不能完全反映海洋环境的真实情况。可用于路径规划的信息不完整。因此,为了更好地协助水下潜艇进行航路规划,迫切需要完整,准确地描述海洋环境信息。本文重点对基于视觉的水下环境建模和轨迹规划进行研究。通过使用视觉采集系统进行水下环境信息的收集和处理,以建立准确而完整的水下3D模型,并最终依靠一组优化算法来实现水下定位和轨迹规划。首先本文设计了一个水下机器人系统作为实验平台,其硬件系统主要由英伟达TX2与pixhawk飞控组成,前者负责处理视频数据信号以及运行一些中型计算量的程序,后者主要负责机器人的运动控制。整个软件系统基于ROS平台实现,采用分布式通讯框架。其次,针对水下环境建模问题,本文采取ORB-SLAM与OCTOMAP相结合的方法来建立一个稠密的三维环境。通过研究地图数据的表示形式,选择八叉树网格数据作为地图的表示格式。将Kinect深度相机采集到的深度图像数据经过处理后,转为octomap的三维占用数据。ORB-SLAM算法用于提供相机的位姿,与上述三维占用网格数据结合起来,从而创建出稠密的水下三维环境地图。通过相机标定,octomap仿真实验可以看出此方法的建模效果能达到预期。最后,针对水下机器人路径规划问题。本文设计基于PID算法轨迹及几何路径跟踪控制器。通过研究水下机器人的动态模型方程获取的模型参数,并使用Matlab进行控制器模拟实验及分析。从Matlab模拟实验结果可以看出此设计的控制器很明确的效果。