水下视觉技术在军事、水下勘探和海洋工程等领域都有着广泛和深远的应用价值。克服海水中由于后向散射效应导致的成像噪声是海洋中光学探测要解决的重要问题。本课题来源于国家“863”课题项目“水下集束光、激光差频扫描三维视觉研究”，在总结和分析国内外观测型ROV发展现状的基础上，对世界上目前搭载于观测型ROV上的水下成像技术进行了深入研究分析。在对水下非均匀光场理论进行分析的基础上，根据项目实际情况提出了一种使用集束光源构建水下非均匀光场的方法。使用目前国际上先进的同步摄像机搭配非均匀光场，既可以进行单目水下图像采集，又可以针对重点目标进行双目立体探测。即本论文设计了基于非均匀光场的水下照明系统和基于多CCD的水下图像采集系统。将非均匀光场应用于多CCD水下图像采集系统中。同时使用多个普通水下摄像机搭载在水下载体上搭建了水下普通观测系统和其配套的数据传输方案。结合水下非均匀光场，同步摄像机可以克服后向散射背景噪声，在增加了可探测距离和清晰度的同时，使用同步摄像机图像数据可以进行水下目标的三维重建。论文首先对观测型ROV的国内外发展现状进行了阐述和分析，对目前水下成像技术的发展水平进行了了解。在研究现有成熟技术以及新技术的基础上，依托水下非均匀光场理论，提出了一套搭载于观测型ROV上的多CCD图像采集系统。水下非均匀光场照明系统中包括两组集束光源，每组光源包含2个集束光源筒灯。本论文设计的水下图像采集系统包括两部分：同步摄像机成像和普通摄像机成像。一对同步摄像机采用两组非均匀光场照明阵列进行照明成像，4台普通摄像机使用普通水下灯进行照明成像。在传输方式上，同步摄像机采用配套的供电和数据传输控制箱，普通摄像机的传输方案在对比了网络传输方案和双绞线传输方案后，选择了双绞线传输方案。论文最后进行了相关实验验证了成像系统的可行性，并分析了远距离双绞线传输对视频质量的影响和多CCD水下图像采集增加可探测范围的效果。论文在研究目前水下成像技术的基础上，将立体摄影技术运用到水下探测领域，并将同步摄影机和普通水下摄像机结合使用，既能完成常规的勘探任务，又能进行水下重点目标的立体探测。为了保证系统的可靠性和灵活性，本论文为同步摄像机和普通摄像机分别设计了独立的传输方案。论文在研究现有水下非均匀光场成像理论的基础上，给出了一种水下非均匀光场的构建方法，并设计了基于多CCD的视觉系统。即将以集束光技术为核心的非均匀光场与水下多CCD图像采集技术相结合。