深海科学是人类海洋科学的重要组成部分。作为深海科考的必要条件，耐压结构设计往往面临加载过程中装备形变量和形变模式难以获取的问题。作为传统的测量手段，应变片以及其他传感器在大深度水下环境应用时，面临防水、耐压、前期准备工作量大等诸多问题。与之相比，基于双目视觉技术的水下测量方案具有成本低廉、使用便捷、测量结果直观等优势，在近年来得到了广泛应用。本文围绕深海装备水下形变模式观察问题，旨在研制一种基于双目视觉的水下形变测量系统，实现对水下物体进行非接触式形变测量的功能。根据前期市场调查结果，选取新拓三维公司三维应变测量系统进行水下化尝试。

本文通过阐述双目视觉相关技术原理，对比空气与水下场景区别，给出了研发技术路线，总结了相关技术难点，提出了两项研究内容和一项总体性能验证需求，并对此展开一系列研究。

第一项研究内容：针对系统中相机等光学设备耐压结构的光学观测窗口部位进行优化设计，提高其抗压极限，保证硬件设备的可靠性，使系统具备大深度水下环境测量作业能力。本文通过建立力学模型、有限元仿真分析，指出了光学窗口受底座形变影响这一关键因素。针对此结论，提出了一种基于过渡材料的光学窗口优化设计方案。并给出了方案的关键影响因素和工程应用建议。进行了深海耐压实验，验证了方案的可靠性和可行性，完成了硬件设备既定研制目标。

第二项研究内容：针对因水下照度不均而导致的图像阴影问题，提出一种水下图像处理算法，校正图像灰度，使系统具备在水下恶劣光场条件下的作业能力。本文通过灰度拆分，将水下图像像素灰度拆解为真值灰度与阴影灰度两部分。针对阴影模板估计问题，提出了一种基于实际物理模型的水下光场模拟分析算法，进行了水下光衰减特征实验，完善了算法参数。使用算法模拟了多种光源条件下的被测物照度分布，并通过实验还原照明系统，验证了算法的准确性和有效性，完成了图像处理算法既定研制目标。

系统总体性能验证：针对所研制系统，设计总体实验方案，确定系统在不同使用场景下的误差量、漂移量、误差组成以及原因，并给出一套完整的工程应用示范案例。本文通过梳理实验思路，提出了一种实验台设计方案和误差分析方法，搭建了完整水下双目测量系统。展示了从最理想实验场景（空气环境标定板静态测量）至最接近实际工程应用场景（水下环境柔性膜动态测量），以及水下恶劣光场条件下的实验过程和数值结果。实验结果显示，本文系统误差在空气环境为±0.0775mm，水下环境±0.088mm，漂移量+0.028mm，满足常规工程测量需求。最后通过橡胶气囊模拟深海装备中油囊补偿器形变过程，进行了完整的工程应用示范，验证了系统在实际工程应用中的可行性。