自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)作为目前探索海洋环境以及资源的有力装备,可以在较少人类的干预下,独立进行某一项任务,极大程度提高了人类探索海洋的能力。AUV由于其本身携带的电池电量有限,影响其工作的时间以及距离,所以对AUV回收对接的研究已经成为热点。本文主要研究AUV回收对接过程中前景视场的三维重建,提出一种水下成像模型并完成摄像机标定,运用改进的最小生成树算法实现立体匹配,基于点云库(Point Cloud Library,PCL)完成了前景视场的三维重建,并且参与研制了一套AUV水下回收对接实验系统。论文首先分析了AUV回收对接以及前景视场三维重建的国内外研究现状,阐述了AUV回收对接的总体方案设计以及功能需求,并研究了AUV前景视场三维重建的设计方案。其次研究了水下成像模型。根据小孔成像的原理分析了空气中双目视觉的模型以及水下环境对摄像机成像的影响,提出了一种考虑折射现象的水下成像模型;完成了摄像机参数标定实验,包括在陆地上和在水下拍摄目标图像,根据张正友平面标定法实现了包括折射参数在内的摄像机内外参数标定。然后针对AUV前景视场的双目图片为水下环境,图中弱纹理以及无纹理区域较多的问题,提出了一种改进的立体匹配算法。该算法基于最小生成树,将对光照噪声鲁棒的CENSUS变化与最小生成树相结合,得到视差图。根据标定出的摄像机内外参数将视差图恢复成包含三维坐标的点云图,运用统计滤波器对点云进行滤波去噪,基于Open CV库与PCL库实现了对前景视场的三维重建,可以对点云图中的任意一点进行坐标提取,辅助AUV回收对接导航定位与路径规划避碰。最后进行了AUV的湖试试验。介绍了AUV的改造以及对接坞的制作,设计了AUV水下软件部分以及三维重建软件;针对双目摄像机以及通信定位一体机两个关键模块进行了实验验证,对双目摄像机还进行了水池试验,验证了在对接近距离采用双目视觉定位以及采用蓝光光源作为回收定位光源的可行性,在沙洲湖进行了AUV湖试验证,试验表明研制的AUV回收对接试验系统达到了设计要求。