本文针对仿人机器人打乒乓球的任务,设计并实现了基于双目视觉的机器人外部视觉系统和本体视觉系统对快速运动的乒乓球目标进行识别、定位和跟踪,实时地为机器人提供乒乓球在三维空间中准确的位置信息,为实现仿人机器人打乒乓球奠定了基础。本文首先设计了基于双目视觉的仿人机器人视觉系统的硬件和软件结构,以及同步控制方式,对视觉系统的基线距和时间同步误差对测量精度的影响进行了分析,并对乒乓球目标的准确、实时的识别进行研究。利用颜色查找表分类方法对图像进行颜色分类,设计了快速的区域搜索算法在颜色分类结果的基础上获取乒乓球的目标区域,利用Canny边缘检测方法在目标区域中提取边缘信息,然后设计快速CHT算法准确计算出乒乓球目标中心的图像坐标。然后,对乒乓球目标的定位和跟踪问题进行研究。根据摄像机的几何模型和其内、外参数实现对乒乓球目标的定位。并运用了流体力学的方法对乒乓球飞行过程所受阻力进行了分析,在此基础之上建立乒乓球的运动模型,利用卡尔曼滤波方法实现了对乒乓球目标的跟踪,以获得图像中的感兴趣区域(ROI),增强视觉系统对乒乓球识别的实时性和鲁棒性。最后,提出了基于特征区域角点的摄像机外参实时标定方法,使得本体视觉系统能够在线精确地获得其摄像机的外部参数,实现了在其跟随仿人机器人运动时对乒乓球目标位置信息实时、准确的获取。