双目立体视觉直接模拟人类视觉处理景物的方式,成为波动光学三维传感方法中最重要的距离感知技术,被广泛地应用于各领域。近年来,随着计算机处理速度和图像采集速度的提高,使得从算法和硬件两方面实现实时的双目立体测量成为可能。双目立体视觉再次成为研究的热点。本文以Marr 的视觉计算理论为基础,对双目立体视觉的基本理论、方法和相关技术进行了系统研究,立足从改进算法方面实现快速的双目立体视觉,为实时双目立体视觉硬件系统的建立提供参考。主要内容包括基本原理、计算理论分析,图像采集,摄像机标定,立体匹配和算法软件设计五个部分。重点对摄像机标定和立体匹配过程进行了详细分析和算法实现。摄像机标定方面,在SUSAN 角点准确提取的基础上,巧妙地利用平面网格模板作为参考物,通过线性求解和Levenberg-Marquarat 非线性优化相结合,灵活快捷地标定了摄像机的内外参数,实验结果较为合理。立体匹配方面,提出基于区域相关匹配的动态匹配方法,对图像对首先进行归一化协方差相关运算建立候选匹配点集,在此基础上引入动态规划技术进行全局优化,通过在相关系数平面上寻找一条最佳路径来得到最终的匹配结果。匹配过程中采用了盒滤波技术、金字塔分层、顺序一致性约束和视差范围限定等方法加速匹配过程,实现了浓密视差图的快速准确提取。论文最后给出了实时双目立体视觉系统的构建模块,并根据面向对象的设计方法,在VC++环境下开发了图像采集、特征提取、摄像机标定、动态匹配等相应算法的实现软件。