随着科技的发展,人类对海洋研究、开发利用的需求日益增长,监测海洋表面环境十分必要。海浪高程是海洋表面环境的重要参数之一,目前海浪高程测量方法很多,但每种方法都有其适用范围。远海作业时测波浮标布放难度大,雷达和卫星技术受限于分辨率,对海面小尺度波浪的监测有待提高。同时在对海洋的研究当中,三维可视化技术可以准确反映海面波浪分布和轮廓特征,为监测海洋表面环境提供了直观可靠的真实情况。针对上述问题,本文提出了一种基于双目视觉摄影测量的方法来获取海浪高程,并对测量的水面进行三维可视化处理。首先,提出了本文双目视觉测量海浪的总体方案,介绍了主要步骤并给出整体方案框图。同时对相机进行参数标定,研究了双目视觉测量中不同坐标系的转换关系,并对常见的双目相机标定方法进行分类,重点研究了张正友相机标定方法的相关步骤及原理。根据标定原理对相机进行了标定实验,获取到了相机的内外参数。其次,针对室外实验难以用标定棋盘获取相机外参的问题,运用基于SURF特征匹配的相机自标定方法给予解决。介绍了SURF相关的特征点提取原理,以及快速匹配特征点的方法。对于快速匹配中的错误匹配点,运用RANSAC方法将错误匹配点剔除,并设计了相应程序流程,并实验验证了该方法的有效性。然后,进行平均水面方程及高程的求解。对立体匹配算法进行了分类,列出不同算法的优缺点。通过对比分析,选用了速度与精度兼顾的半全局立体匹配算法获取视差图像。之后给出了空间点重建问题中两种情况的分析,应用RANSAC方法获取平均水面方程,并设计了相应的程序流程完成高程信息的求解。最后,现场实验验证。首先介绍水面三维可视化的实现步骤,然后现场观测获取视差图像,完成了水面的三维可视化。接着进行高程测量实验,提出本文高程的测量标准,介绍了用于高程测量的实验软件;分别在松花江与马家沟河进行现场观测,将获取的同组视频图像进行3次不同频率采样,对比不同采样频率的高程测量结果。实验结果表明,两个观测地点的水面三维可视化效果良好,本文方法测量高程的相对标准偏差分别在5.97%和4.30%左右,验证了文中方法的有效性。