自主移动机器人技术经过近40年的探索和研究，正向着智能化方向发展，而最能反映其智能化水平的就是其导航能力的高低。随着传感技术的迅速发展，各种导航方式相继问世，其中视觉导航以其费用低廉、无有害影响、所探测的信号范围宽、信息量大、获取信息完整等特点倍受关注。本文以自行设计的一种新型人工路标为基础，针对带有单目视觉的自主移动机器人，研究了视觉导航中的相关问题。 首先，本文对各种导航方式进行了综述，介绍了各自的导航原理和优缺点，重点对视觉导航的基本原理和特点进行了阐述。详细地介绍了目前各种人工路标模式的结构、导航方式以及各自的优缺点。同时从数学角度介绍了摄像机成像模型和成像过程中所涉及到的各种空间几何变换以及各种变换下的不变量或不变性。 视觉导航需要通过计算机视觉测量技术来进行定位，因此摄像机的标定问题是一个关键步骤。本文利用消元方法，分别对未标定的P5P问题和基于Kruppa方程的自标定问题提出了解析求解方法，同时分析了图像噪声对求解精度的影响，这一研究成果丰富了摄像机标定方法，具有实际应用价值。 为了利用人工路标进行视觉导航，本文利用交比不变性和七段数码结构特点设计了一种新型灰度路标。路标由六个矩形和两个七段数码构成，其中矩形构造交比用于路标的探测，而七段数码用于不同路标的识别。摄像机成像过程中的交比不变性保证了路标探测可靠性。同时根据路标的结构特点，提出了一种自定位方法，该方法可基于n(n≥1)个路标进行定位，并对定位作了详细的误差分析和具体的仿真实验，在此基础上提出了减小定位误差的相关措施。成功的实际导航实验表明了这种路标模式的可行性。 最后，为了扩大这种路标的应用环境，提高探测的准确率，本文研究了在基于形状信息视觉识别中颜色信息的应用方法，提出了路标的红色模式，具体给出了基于聚类思想的红色路标探测方法，这些研究对基于颜色的物体识别具有普遍的指导意义。