双目立体视觉是计算机视觉的一个范畴,计算机视觉理论的提出至今已有三十多年,活跃在机器人导航、虚拟现实、数字娱乐和三维重建等比较热门的领域。利用双目立体视觉原理进行场景的三维重建,在人机交互,虚拟现实等方面都有重要的应用价值。针对基于双目视觉的三维场景重建和3D显示,本文作了如下研究工作:第一,根据建立的平行双目视觉摄像机系统,以针孔摄像机成像模型为例,分析相机标定中涉及的坐标系间的变换关系;论述视差图变换深度图的几何测量原理,推导出相机标定的理论算法和表达公式;基于Matlab工具箱和OpenCV,在软件平台上作了相应的仿真实验。第二,在对国内外立体匹配算法研究的基础上,分析匹配过程中应选取的匹配基元和相似性度量函数,总结了基于区域匹配算法的理论思路和算法步骤,针对匹配中易产生误差的情况,分析了算法实现中应该考虑的主要因素。在VC++平台上实现了基于局部的种子点生长算法和基于全局的图割算法,并对算法时间复杂度分析,结论证明,合理选择匹配窗口是优化局部算法的主要途径;全局的匹配算法能得到更为稠密的视差图,算法执行时间较慢;得到的视差图经后续图像滤波处理后效果更佳。以上结论为今后立体匹配算法的研究提供了可靠的参考价值。第三,针对重建过程中涉及的彩色图像处理方法,分析图像增强中的滤波和边缘细化算法,在比较算法仿真效果的基础上,论述不同情况的合理算法。视差图伪彩色化处理强化了感官意识,直观证明了深度和视差的反比关系。第四,基于三角测量原理,得到物体的三维坐标和深度信息,生成数据立方体,并使用OpenGL增加纹理贴图,显示效果更具真实感,使用红蓝眼镜观察3D视图,分析当前立体视频观看中人眼视觉疲劳和不适感的产生原因,并提出对应的解决方法,为后续3D显示质量优化提供了参考。