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扫地机器人作为服务机器人的一种,能替代传统的人工清洁工作,市场前景广阔。目前国产扫地机很少具备导航定位功能,缺乏有效的路径规划,价格便宜但清扫效率低。国外的许多扫地机具备导航定位功能,清扫效果好却价格高,不利于扫地机器人的普及。针对国内扫地机器人的现状,本文提出一种基于单目视觉的室内定位算法,定位所需的视觉信息来自天花板。相比使用昂贵的环境感知设备如激光雷达,使用摄像机极大的降低了成本。本文的主要工作为：1.针对室内天花板高度及装饰的不同,给出了一种自适应确定天花板高度的办法和一种改进的特征点提取算法。自适应确定天花板的高度需要两个置于特定位置的LED灯配合,图像处理得到灯在图像上的光斑质心坐标后,考虑结构关系并利用摄像机小孔成像模型确定天花板的高度。在特征点提取方面,将FAST算法与Shi-Tomasi算法结合起来,用于获得一定数目且在图像中分布合理的特征点。实验证明FAST结合Shi-Tomasi特征点提取算法与Shi-Tomasi相比,特征点提取效果接近但是速度提高5倍左右。2.根据摄像机的成像模型以及扫地机器人的结构布局,建立了扫地机器人单目视觉定位模型。依据模型以及扫地机器人的清扫策略,分别对扫地机器人的平移运动、旋转运动以及混合运动进行定位。本文给出了一种图像匹配算法,该算法利用陀螺仪和霍尔传感器提供的位姿数据缩小特征点的匹配范围,使用ORB (Oriented Fast and Rotated BRIEF)特征和汉明距离确定匹配对。在消除多对一的匹配后使用随机抽样一致性(RANSAC)等算法对匹配对提纯。此外,本算法对扫地机的不同运动采用不同的图像匹配策略,为定位提供准确的匹配对。3.为证明本文提出的单目视觉定位算法有效,设计了扫地机直线运动、旋转运动和矩形回路运动的定位验证实验。在Smart210核心板上实现了与STM32F4运动控制系统的串口通信、使用V4L2 (Video 4 Linux 2)控制摄像头的灰度视频采集以及USB-WiFi传输定位数据等功能：在PC虚拟机Ubuntu上用Qt制作演示界面,收到Smart210发来的数据后绘制定位波形。实验结果为：扫地机直线运动不超过255cm时,在运动方向及其垂直方向上的定位结果与实际测量值间的距离误差均不超过5cm,角度误差不超过5°;扫地机旋转不超过180°时,视觉定位角度值与实际测量值的误差在3°以内。实验结果表明本文提出的算法有效的实现了扫地机器人室内定位功能。