水下成像探测具有结果直观、便于处理和理解,图像空间分辨率高,系统构成简便、结构灵活等特点,被广泛应用于水下目标定位、搜寻、海水参数测量等各个领域,是搭建海洋原位测量系统的有力研究技术。目前水下成像探测系统多采用以计算机为核心的信息处理系统,难以满足海洋原位监测系统大面积、远距离水下目标搜索系统的需求。本论文对海洋探测实际需求展开研究,设计基于FPGA和DSP为核心的智能化的闭环控制、图像处理和传输的嵌入式系统,为获取水下线状目标、海水折射率、海水盐度等提供基础图像数据采集平台,从而为海洋研究提供通用的测试设备。论文首先分析了光在水下传输过程和成像模型,通过公式推导和仿真计算研究了水体吸收、散射物理现象等对实际成像的影响,为基于水下距离选通成像的线状目标的技术方案提供理论基础;推导了介质折射率与全反射角计算公式,仿真计算了透明介质和吸收介质的反射率微分曲线,为基于光学折射率的海水盐度测量系统的技术方案提供理论基础;然后,深入分析了基于水下成像系统的体系架构、采集性能、控制方式、存储容量、数据交互带宽、信号处理能力及应用需求等,以及传统平台的局限性。在此基础上构建了基于嵌入式的智能图像处理平台:将图像处理平台分解为以传感器设计为核心的图像采集系统、以FPGA和DSP为核心的图像控制、处理和传输系统。（1）设计与实现了水下距离选通成像系统的闭环控制系统。针对水下距离选通成像系统中常采用国外垄断的专用仪器DG535产生高精度时序这一技术瓶颈,提出粗粒度延迟时间加细粒度延迟时间的方法,采用FPGA内部延迟单元、并串转换逻辑设计和精细延迟器件实现高分辨率延迟信号,实现了电动镜头自动调整和选通门准确开关的有序控制,成功实现对不同距离下的水下目标检测。实际测量结果表明,系统产生的脉宽可低至1ns,延时抖动小于80ps,延迟信号动态范围得到扩大,多种性能参数优于国外商用仪器DG535,实现了关键技术的自主设计。（2）完成了水下距离选通成像系统的智能图像处理模块,并应用于水下线状目标检测。针对传统RANSAC算法运行效率低下,对于有一定曲度的线状目标难以探测的问题,提出了改进型CCNL-RANSAC算法。通过深入分析传统算法数据集的分类法,提出增加预检步骤,减小抽样数目,同时在预检阶段引入曲线交叉错误检查,成功地实现了对水下线状目标的探测。实验结果充分证明了CCNL-RANSAC算法的图像失真程度较小,算法的准确率始终高于传统RANSAC算法,尤其在距离增大时,优势更为明显。比较了不同背景、不同距离下的算法效率,改进后算法效率至少提升30%,最高可达80%。（3）针对常规电极式电导率海洋盐度计响应速度慢,盐度测量准确度难以进一步提升等缺点,论文提出了基于光学成像的走航式海水盐度计。采用乒乓方式存储数据,解决了数据存储瓶颈,实现FPGA的多通道大带宽数据的同步采集,每个图像传感器数据速率可达800Mbps,满足走航式光电海水盐度计的速率传输需求。选择CMOS成像芯片OV2643和OV9281芯片作为前端传感器,采用状态机实现控制逻辑设计,完成了基于FPGA和DSP的实时图像处理系统体系结构设计和硬件电路,测试结果表明,高性能的图像处理系统仅用大约4.8ms的时间完成盐度算法,相对于软核运算,时间缩短30倍左右,满足水下探测实时处理需求。（4）以上设计搭载于海水参数原位测量系统,在实际场景对水下线状目标、海水盐度两种参量进行探测实验。其中走航式盐度测量在渤黄海域实现了长期工作,15天无故障运行,数据采集超过200多万次。实际测量与标准参考传感器比较,平均差值为0.03614‰,满足系统预期精度要求。