本发明提供了一种非参数畸变模型的水下视觉相机标定装置及方法，属于水下相机标定技术领域，该非参数畸变模型的水下视觉相机标定装置及方法包括：将标定装置安装到视觉系统测量视场内，采集标定图像；利用标定图像和理想针孔模型对水下视觉系统的相机进行标定，利用标定结果求取重投影误差，从而获得畸变场；利用样条曲面函数拟合标定重投影误差，进而构建非参数化成像畸变校正模型；将理想针孔模型和畸变校正模型相结合，建立水下视觉系统完整的成像模型；利用光束平差算法，对水下视觉系统所有相机参数进行整体一次性解算，获得光束平差非线性优化；本发明能够解决传统参数化光学畸变模型无法适应水下视觉系统的问题。