随着海洋观测技术的日新月异,各类海洋探测工程对深海环境中绝对尺度的精确三维重建技术的需求也日益增长。同时,计算机视觉技术的进步使得以往仅适用于空气中的双目三维重建与测量技术逐渐应用到水下场景中,但目前的水下三维重建和测量技术都较少考虑到水下折射造成的影响,通常将其等效为畸变进行补偿。本文通过对水下光线折射路径进行了研究,取得了更精确的重建结果。本文主要研究了基于光线共面约束的非单视点相机模型,模拟了水下成像的过程并实现了对水下场景绝对尺度的三维重建。通过对水下图像复原、图像特征提取与匹配、立体匹配、基于卷积神经网络的目标物首尾点选取、考虑水下折射的三维重建和绝对尺度测量等技术进行研究,最终实现了基于水下场景的三维重建和绝对尺度测量的技术框架与实现流程。本文通过在玻璃水缸外部使用双目相机拍摄水缸内的物体来模拟水下防水罩中相机拍摄水下场景的过程。对水下场景的鱼模型分别进行了基于单视点相机模型和非单视点相机模型三维测量实验,在三维重建实验中,利用两折射光线的共面约束和光心到玻璃的距离和玻璃厚度计算一条直接连接水下三维点云与一条新的虚拟光心之间的直线,并以新的虚拟光心将原像素图像投影到三维空间得到物体的稠密点云,结合相机位姿计算得到三维重建结果。在物体长度测量实验中,对待测物体所在区域进行二值化来求待测物体的最小外接矩形,计算待测物体与最小外接矩形两个短边的交点,并按相机投影模型将其交点投影到世界坐标系,采用欧氏距离计算物体长度。实验结果证明本文所述方法效果较好,能够达到较好的测量精度要求。此外,本文基于所搭建的三维重建框架对水下双目相机拍摄到的海底数据集进行了三维重建的实验。通过对数据集进行基于水下图像成像模型的复原技术进行图像复原。并在序列图像上使用SIFT算子进行特征点提取和匹配,将这些特征点投影到三维空间。在使用八点法和重投影误差优化得到相机的位姿后,使用立体匹配方法计算图像的深度图,将序列图像按深度图投影到三维空间,得到稠密的三维点云。本文还对近海区域波浪场景进行了三维重建和测量实验。首先对双目相机进行标定,再使用立体匹配方法计算深度图,将图像按深度图投影到三维空间形成稠密三维点云,最后将点云转化为以米制单位高度进行表示的高程图。