近年来,伴随计算机和图像处理技术在理论和实践上的不断突破,计算机视觉技术广泛地应用于机器人控制、无人驾驶、非接触测量以及航天探测等诸多领域,因而计算机视觉技术已成为国内外高校和科研院所的研究热点。计算机视觉系统中主要传感器为价格相对较低的摄像机,因此研究计算机视觉技术不仅存在理论价值,更具备广阔的产业化和商业化前景。双目立体视觉是计算机视觉研究领域的重要分支,其通过左右摄像机模拟人类的双眼,基于视差理论实现三维测距与定位。双目立体视觉研究内容通常由以下几个部分组成,即相机标定、图像对立体校正、立体匹配和三维场景恢复与重建。本文从系统的硬件参数设计着手,研究分析相机标定算法和图像对的校正方法,对现有的匹配算法进行归纳分析,并进一步研究与改进,最终实现高精度的测距。针对双目立体视觉硬件系统,本文从几何结构出发,重点研究了目标精度与可分辨性问题,通过几何关系推导,提出了一种双目固有误差的理论模型,仿真分析系统的硬件参数与固有误差之间的确定关系,从而完成硬件参数的设计。双目标定中,由于传统标定和自标定算法存在标定精度不高、相机运动要求严格等缺陷,本文主要研究张正友标定算法,详细介绍了算法的原理与实现过程,在单目标定的基础上完成双目标定,并利用标定结果进行重投影误差分析。在图像对的立体校正过程中,本文研究分析了Bouguet算法原理,利用该算法完成校正。在立体匹配过程中,存在物体间相互遮挡、深度信息不连续以及物体表面弱纹理等问题,现有的相关匹配算法很难同时兼顾算法的精度和实时性。本文在半全局立体匹配算法的基础上,重新设计相似性测度函数,引入图像滤波算子,并使用立体匹配算法权威测试平台——Middlebury,根据其提供的测试图像对生成视差图,结果表明改进后的立体匹配算法效果优于原算法。本文在上述研究成果的基础上,完整地实现了双目立体视觉系统,并进行实际场景的测距实验。测距结果表明,本文实现的双目系统在一定范围内可实现高精度测距。