月球地形环境复杂,在月球表面分布了大大小小的月岩和月坑。月球车在进行科学探测活动中,不仅要具备基本的行进、转弯、采样等功能,还必须具备障碍物识别、路径规划、规避障碍物等初级人工智能。因此探究如何让月球车具有环境感知能力是月球探测的关键技术之一。双目立体视觉系统作为月球车的主要环境感知系统可以通过模拟人眼识别周围环境,进而辅助月球车更好的开展探测任务。本文以我国首辆“玉兔号”月球车为背景,主要研究内容如下:首先研究了双目立体视觉标定算法。在搭建的双目立体视觉平台上分别利用Matlab标定工具箱和VS+Opencv进行标定算法研究。设计了双目立体视觉标定界面,并对两者的标定结果进行对比分析,实验结果表明上述两种标定方法均获得了较高的精度。其次研究了月面障碍物(月岩和月坑)识别方法。主要对最大类间方差法(Otsu)、二维最大类间方差法进行研究与分析,并在此基础上引入粒子群算法(PSO),进而得到改进后的基于粒子群的二维最大类间方差法。利用“玉兔号”科学数据和地面模拟实验照片分别进行了对比实验,并验证了其在月面环境下的适用性。再次研究了双目立体匹配算法。分别研究了基于SURF特征点的稀疏匹配算法和自适应权重稠密匹配算法。其中,利用稀疏匹配算法求出最大视差和最小视差,为后续改进的稠密匹配提供了视差搜索范围,同时利用地面模拟实验图像验证了立体匹配算法的适用性。最后研究了月面环境的三维重建方法。以双目立体视觉系统为基础,结合VS、OpenCV和OpenGL进行了虚拟环境的构建与显示,实现了月面环境的三维重建。