在计算机视觉领域,涉及运动目标跟踪的研究大都是基于二维图像的视觉跟踪,视觉跟踪能够提供目标的很多具体信息,但它不能提供目标在三维空间内的真实坐标。使用三维空间坐标(如GPS经纬度坐标)表达目标位置时具有唯一性和便利性,因此对于目标三维空间位置的确定的研究具有一定的意义。摄像机标定技术是连接二维图像和三维世界的桥梁,是进行机器视觉研究的前提,逐渐发展起来的摄像机标定技术已经广泛应用于视觉测量、目标识别和跟踪等领域。为了扩大定位和跟踪的范围,本文采用云台摄像机进行目标定位,云台摄像机的灵活性也带来了其标定的难度,现有的监控系统并不能提供视场内目标的空间坐标信息,基于标定模板的摄像机标定方法也大多不适用于大视场环境。本文针对摄像机标定技术应用在大尺度视场范围的视觉定位、跟踪和视觉测量时所带来的适应性问题,将GPS定位引入到摄像机的标定过程中,通过GPS定位坐标建立统一的全局世界坐标系对摄像机进行标定,该方法具有快速、便捷、测量范围大等优点。首先,根据本文的应用特点,选择合适的摄像机标定方法,确定标定的参数模型。为在GPS定位坐标精度有限的情况下保证摄像机的标定精度,本文采用一种基于圆形几何约束的改进方法,对GPS定位坐标进行优化,并将其扩展到云台摄像机的标定。为了提高标定的自动化程度,对基于颜色直方图匹配的目标检测算法进行了研究,以自动获取图像中标定物的准确图像坐标。其次,针对GPS定位信号易受干扰和分布不规律的特点,使用RANSAC算法在GPS天线几何排列约束的基础上对GPS坐标进行优化,有效剔除偏差较大的坐标。实验表明,在GPS定位精度有限的情况下,通过对GPS天线的几何约束和对观测数据的优化提高了标定的精度。再次,为适应云台摄像机的姿态多变的特点,根据姿态角的变化量,通过运动学模型实时更新摄像机的外部参数矩阵,以实现在世界坐标系(GPS经纬度坐标系)中对目标的定位和跟踪。为获得目标二维图像坐标,使用基于循环核矩阵相关滤波器的目标跟踪算法获取摄像机视野中运动目标的图像运动轨迹。最后,本文分别通过目标检测和跟踪实验、摄像机视场内参考点欧氏距离测量实验和目标定位、跟踪实验验证本文方法的可行性。