21世纪是海洋的世纪,海洋蕴藏丰富资源,为人类生存与发展提供新的空间,海洋资源开发利用已上升到各国战略核心地位。对海洋环境进行有效感知是海洋资源开发利用的前提。可对水下环境进行感知的水下双目立体视觉技术以其信息丰富、精度高、成本低、结构简单等特点成为各国学者争相研究的热点。高精度匹配算法是双目立体视觉技术获取可靠三维信息的前提,而高精度立体匹配又是以高质量图像为依托。当前水下双目立体视觉技术面临两个难题:一、水下成像环境恶劣,图像颜色失真、对比度降低、细节丢失,不能满足双目立体匹配对高质量图像的要求。二、水下立体匹配算法在图像遮挡、不连续、无纹理区域匹配精确度较低,存在很大提升空间。针对以上两难点,本文首先研究水下图像质量增强问题,之后在图像质量增强基础上研究水下立体匹配问题。具体内容如下:1)为提升水下图像对比度,平衡水下图像颜色,考虑图像退化模型,提出基于亮通道先验的图像质量增强方法。首先,通过亮通道先验估计透射率图,并利用最大色差图像对透射率图进行校正,提高透射率图稳定性。其次,提出适用于水下图像的大气光估计方法,并利用透射率图与大气光估计值进行水下降质图像复原,增强水下图像质量。最后,为提高图像色偏校正能力,对复原后的图像做限定灰度范围的直方图均衡化,平衡图像不同通道颜色。2)针对亮通道先验方法在处理水下图像颜色失真与细节(边缘信息)丢失方面性能较弱的问题,进一步提出基于局部三融合的水下图像质量增强方法。首先,针对图像颜色失真问题,提出自适应比例融合颜色平衡方法,得到颜色平衡图像。其次,针对边缘信息丢失问题,利用分数阶微分方法对图像边缘信息进行增强,得到边缘增强图像。再次,为了防止红通道图像过增强,利用比例融合方法得到红通道抑制图像。最后,利用局部三融合方法,将颜色平衡图像、边缘增强图像与红通道抑制图像三幅图像相融合,提升水下降质图像质量。3)为提高水下立体匹配精度,在局部扩张移动算法基础上,改进LocalExp算法,提出基于像素类别的改进PatchMatch立体匹配算法。用Geman-McClure函数处理匹配代价(能量函数数据项)异常值,考虑颜色内相关信息构建能量函数平滑项,使能量函数更加合理有效。提出新的交叉窗口模型,提取更多局部窗口计算匹配代价和共享标签。为使初始化视差标签值更加合理有效,利用约束信息进行标签初始化。利用多种像素类别信息,建立多种候选标签生成机制,更新视差标签;在视差优化环节中针对不同类别像素采用不同优化策略。4)针对基于像素类别的改进PatchMatch立体匹配算法在弱/无纹理区域匹配精度不够高的问题,在跨尺度代价聚合算法基础上,提出基于多尺度视差融合与多类型支持窗的局部匹配算法。针对固定比例多代价组合方法自适应性低的缺点,利用引导滤波将不同匹配代价自适应组合,提高弱/无纹理区域初始视差图准确率。针对当前局部算法无法有效利用全局信息的问题,利用多像素分类信息构建多类型支撑区域,进而提出能够对局部与全局信息进行综合考虑的多尺度视差图像融合与视差优化策略。图像质量增强算法对比实验中,采用公用图像与实验室及真实海水环境中拍摄的图像对算法性能进行评估。立体匹配算法对比实验中,由于缺少水下标准视差评测图,首先利用通用匹配测试集图像对匹配算法进行对比评测,然后利用实验室及真实海水环境中拍摄的双目图像对匹配算法性能进行评测。实验验证了本文算法能够有效增强水下降质图像质量,提高水下双目立体视觉匹配精度。