电子内窥镜作为一种成熟的无损检测仪器,在工业与医疗方面有着广泛的应用,它能够突破人眼观察的局限,提供清晰的二维图像信息。在近三十年来,随着计算机视觉突飞猛进的发展,双目立体视觉作为计算机视觉中的研究热点,与内窥镜技术相结合,形成了一种新型的检测仪器——双目内窥镜,其可利用双摄像头模拟人的双眼,对空间中的物体进行三维立体感知。本文设计了一种微型双目内窥镜系统,并主要围绕该系统的摄像机标定、系统组成、特征点匹配以及立体匹配算法进行研究。首先,本文介绍了所设计的微型双目内窥镜的系统方案与硬件模块组成,并基于针孔摄像机模型与张正友标定法,完成了双目摄像机内外参数的标定。其次,在特征点匹配方面,本文提出了一种正交对称局部二值模式(Orthogonal symmetric local binary pattern,OS-LBP)算子的编码方式,并以此为基础,构造了一种紧凑的具有旋转不变性的局部特征描述子。该描述子的构造方法是将特征区域基于笛卡尔网格划分成若干子区域,根据特征点主方向确定OS-LBP算子的编码次序,并在各个子区域中构造OS-LBP算子编码次数直方图,形成子区域特征向量,最终将多个特征向量排列形成最终的描述子。通过实验证明,本文设计的描述子具有良好的旋转不变性,并且在保证可观的区分度和鲁棒性的同时,具有维数较低的优势。再者,在立体匹配算法方面,本文提出了一种基于区域匹配的局部立体匹配算法。该算法首先通过像素间颜色信息与距离关系,构造十字骨架自适应窗口;然后利用绝对误差和算法与Census变换相结合的复合代价在动态窗口内进行代价聚合,通过WTA(Winner-Takes-All)策略获取初始视差图,并利用一种基于区域投票的视差优化方法对视差图进行视差精化,获取精确的稠密视差图。通过实验证明,本文提出的立体匹配算法可整体提高立体匹配的准确率,尤其在视差不连续和高纹理区域,能够大幅度降低错误匹配率。最后,本文利用所设计的双目内窥镜系统进行了长度与面积测量和三维重建实验。实验结果表明,长度测量的平均相对误差为3.22%,面积测量的平均相对误差为4.69%,这表明本文设计的内窥镜系统可有效的进行近距离的三维测量。在三维重建实验中,内窥镜系统结合本文的立体匹配算法,对真实场景实现了立体匹配,获取了视差图与点云数据,并通过辅助软件实现了场景的三维重建。