双目立体视觉系统是模拟生物的双眼成像原理,通过两台摄像机从不同角度拍摄同一三维世界中的物体,根据物体在摄像机的投影透射和摄像机之间的几何关系来获取认知物体的三维信息。双目立体视觉相关算法和技术逐渐成为研究的重点,在追求精确跟踪,三维测量、虚拟现实等方面具有重大的意义,具有十分重要的研究价值。本文研究双目立体视觉中摄像机标定、立体标定、立体匹配和三维信息获取等关键技术,其中创新点之处是提出一种具有更好鲁棒性和高精度的传统摄像机标定新方法,分析和推导了影响双目立体视觉系统精度的因素。其主要研究内容如下：(1)研究摄像机成像数学模型和标定原理,提出一种基于平面模板摄像机标定的新方法,其原理是先通过假设图像中心坐标为模型的成像中心,由摄像机线性模型求解中间变量,然后分解独立的摄像机参数,并将求得的参数作为带畸变的非线性模型初始值进行优化求解,最终得到摄像机模型所有参数的精确值。通过仿真实验和真实实验对本方法与其他方法进行测试与比较,结果表明本文算法有相似的收敛性,在噪声环境中有更好的鲁棒性,并且具有更小反投影误差。(2)研究了双目立体视觉中的极线几何原理,对两台摄像机的成像进行立体校正,使得两台摄像机几何结构为平视双目立体结构。此外,分析和推导了影响双目立体系统精度的因素。(3)由于目前双目立体应用大多采用基于检测对象的纹理特征的方法,从而只能表达对象的某些局部点的三维信息,为了满足能重构表现整个三维空间的立体结构,本文研究和分析了具有较高难度和挑战性的全局立体匹配算法,着重分析了基于马尔科夫随机场的置信传播算法并编程实现,以最终获取稠密的深度图,反映物体在三维空间的位置关系。(4)搭建双目立体视觉实验平台,编程开发系统软件,从而实现两台摄像机的标定和图像的立体校正,并对两幅图像进行立体匹配。为了验证双目立体视觉系统的有效性,设计三维信息提出实验,实验表明系统具有较好的检测精度。