随着各国海洋开发战略不断向深海远海推进，各种海洋活动对海底地形探测的质量和分辨率以及水下目标物的精细化探测提出了更高的要求。现阶段在海洋测绘中用于探测海底表面地形以及目标物的声学测量系统主要有单波束、多波束测深系统以及侧扫声呐系统。单波束测深系统探测需要密集测线，测量效率低、成本高;相较于单波束，多波束每次探测可同时获取整条测线上的测深数据，测量效率高，但随着水深增加，测深点间距随之增大，单位面积内测点分辨率快速下降，因而难以获取高分辨率海底地形及目标物。与测深系统相比，侧扫声呐可在相同扫幅宽度下获得远高于测深系统分辨率的海底声学图像，在深海区也可以采用拖曳方式贴近海底获得高分辨率海底地貌图像。尽管侧扫声呐受其测量机理的制约不能直接获取海底地形深度信息及目标物的高度信息，但侧扫声呐图像中隐含了大量的地形或目标物高度信息。本论文借助图像三维重构技术，挖掘侧扫声呐图像中的三维信息以获取更加丰富的地形及目标物细节信息，为水下高分辨率、精细化探测提供一种全新的途径。论文具体研究内容及贡献如下:　　侧扫声呐图像预处理研究。针对现有侧扫声呐图像存在的辐射畸变、几何畸变和噪声突出等问题，论文给出了一套侧扫声呐精处理步骤:包括原始文件解析、瀑布图像生成、海底线检测、增益均衡、斜距校正、航迹处理以及地理编码。其中，在增益补偿中，论文在借鉴了前人工作的基础上，提出了一种较简单高效的自动增益均衡方法。　　基于阴影信息的水下目标物三维重构研究。论文提出了一种基于两幅二维图像（亮度图及高度图）的三维点云图像显示方法。　　基于明暗恢复形状法的侧扫声呐图像三维重构研究。论文在借鉴现有研究成果基础上，对基于声呐图像的明暗恢复形状最小化法进行了改进，采用一种基于随机梯度下降法的迭代优化算法求解出能量函数收敛到最小值时的高度参数;最终实现水下沙丘、沙纹以及浅坑地貌图的三维重构以及沉船残骸的三维重建图。