随着温室效应、人类活动等因素的影响,全球范围内的水环境都在一定程度上发生改变,表现在水环境（包括湖泊、近海）漂浮物如垃圾、藻类等增多,许多地区的水质在下降,因此,对水环境进行全方位、多角度的监测是十分必要的。本研究将从现存的水环境中目标检测方法存在的缺陷展开,利用计算机和目标检测算法对传统上使用的水平方向和垂直方向的水上运动目标物监测方法进行改进,力求提出更高效、稳定、客观的检测方法。水体透明度是水质基本参数之一。一百多年以来,人们一直使用细绳连接的Secchi盘下放入水中的方法来测量水体透明度。当人眼无法看见Secchi盘时,此时盘在水中的深度定义为水体透明度,也称为Secchi disk depth（ZSD）。这种方法的测量结果完全依赖于人的判断,缺乏客观性和稳定性。本研究提出了一种用摄像头代替人眼来确定ZSD的方法。具体包括采用改进后的背景差算法将下放的Secchi盘与其它背景物区分,在二值化图像中分别以前景点和背景点出现。以Secchi盘下放至全部像素被摄像头视为背景物时为对应ZSD的时刻。实验结果表明,与传统的方法相比,该新系统测量的ZSD的不确定性达到3.7%,而传统的人眼观测方法的不确定性是11.9%。该结果显示新的电子系统不但客观,也更加稳定,减少了人眼判别带来的主观性。此外,我们还设计并制造了一种轻质能稳定测量的系统,使得Secchi盘在水流很快时依然保持竖直,从而在较强流场的水域能够进行准确的测量。另一方面,在旅游景点以及核电冷却水输入区域,时常出现大量的漂浮物,包括藻类、海地瓜、毛虾或垃圾等,这些不但破坏水环境生态,也可能使核电站的过滤系统堵塞,影响其正常运转,造成巨大的经济损失。因此,十分有必要对这些漂浮物进行实时监测。然而,目前的远距离漂浮物实时监测系统存在着一些缺陷,比如:用于检测漂浮物的普通商用摄像头的检测能力不够强,在监测过程中容易受到环境因素（如水面反射）的影响,以及缺乏目标物的位置信息。为了提高监测系统的检测和定位能力,很有必要对常用的摄像机镜头进行改进。为此,本研究进行了两个方面的探索:1)镜头前添加偏振镜,从而减少水面反光的影响;2)改装摄像机镜头图像采集装置,增强其检测能力。结果表明,改装后图像采集装置的kappa系数从0.70提高到0.90,显著提升了其监测和定位能力。此外,还采用基于摄像机图像几何模型的定位算法确立了图像中漂浮物的位置信息。这些成果不但能够更有效地监测水环境,也为通过动力模型预测漂浮物的位置打下基础。