作为自主移动机器人研究的一个新的分支，足球机器人的研究受到了越来越广泛的关注。机器人足球比赛的目的是通过提供一个标准的比赛平台来推动机器人相关技术的发展。足球机器人的设计综合了机械、电子、控制、模式识别、图像处理和人工智能等多个科研领域。足球机器人的组成一般包括决策系统、感知系统(以视觉系统为主、超声等为辅助)、运动控制系统和无线通信系统四部分。其中视觉系统作为机器人感知外界环境的重要手段，对机器人的性能有着重要的影响。虽然机器人足球比赛中目标物体的颜色、形状特征已知，但由于比赛的高对抗性，使得视觉系统应具有很高的实时性、较高的精确度、具有一定的适应能力和抗干扰能力，这对视觉系统的设计提出了很大的挑战。本文介绍了足球机器人的起源和发展、RoboCup中型组比赛的相关知识和足球机器人视觉系统设计的重点和难点。在对机器人视觉系统概述的基础上，介绍了图像预处理、图像分割、目标表达和图像识别等相关知识。本文设计了全向视觉和前向视觉相结合的实时视觉系统。完成的主要工作包括：选择了更为适合图像分割的HSL颜色空间；采用了基于查找表的像素分类方法用于图像分割大大降低了计算量；采用了游程长度编码技术使得计算量进一步降低；并提出了新的球门和角柱的识别算法；对全向视觉和前向视觉分别设计了线性插值和网格插值算法用于物理距离的计算。实验结果表明系统具有良好的实时性和有效性。本文还对视觉系统中的关键问题之一：颜色阈值标定进行了深入论述并提出了基于HSL颜色空间聚类分割方法来解决这个问题。当然目前所设计的视觉系统还有一些需要改进的地方，如系统对环境光线变化的适应性有待进一步提高，物理距离计算的精度还需要提高等。