在海洋工程研究中,一个至今任极具挑战的课题是海岸带极浅水域的水深测量,基于近海海浪特征反演水深的测量方法是海岸带海底地形智能测绘的有效手段。海浪模型根据不同的建模理论具有不同的表达形式,而基于色散关系的水深/海浪频谱模型形式简单,在实际工程应用中具有不错的效果。本文以色散关系为理论基础,设计实际飞行测绘系统通过视频图像对波浪的特征参数进行估计,从而反演得到极浅水域的地形图。本文主要完成了相机标定、图像透视变换、时延估计以及谱估计等算法实现工作,并设计了一套满足理论要求的测量系统。通过开展实地测试对比分析,经过大量测试显示本系统与声呐测绘系统的平均误差均方根为0.13m~2。本文主要研究的工作如下所示:（1）假设极浅海域波浪满足理想流体要求,根据近海岸带水域的二维边界情况,分析并建立波浪模型的边界条件方程,经线性化近似处理后,利用分离变量法求得模型的解,并推导出色散关系式。根据色散关系式,深入探讨了如何根据图像像素时间序列,利用互相关函数和功率谱分别估计波浪的波速和周期,进而反演得到海水深度。（2）针对正射图像的获取问题,本文深入探讨了基于单像空间后方交会原理的透视变换算法的原理,提出了利用地面控制点求取相机外参矩阵并得到正射图像的算法。针对无人机抖动造成图像晃动问题,提出了一种地面控制点再识别算法,动态调整地面控制点的图像像素坐标,提高了相机外参矩阵的精度。（3）根据色散关系反演算法原理,从硬件的选型和软件设计流程方面设计并实现无人机测绘系统。该系统可完成飞行器位姿获取、海浪视频采集、地面控制点位置测量等功能。同时设计并实现了一套地面工作站软件系统,完成图像透视变换、图像像素时间序列采集、波浪参数估计以及水深反演等功能。本文所设计的无人机测绘系统在实际课题项目中得到了应用,其测量精度也符合项目需求。