旋翼飞行机器人具备机动性强和能够垂直起降和悬停的优点,可以代替人工完成高危环境下的作业任务和信息获取任务。随着传感器和计算方法的进步,旋翼飞行机器人的成本正在逐渐降低,其性能和功能在多方面得到了拓展。除了最早在军事国防领域的应用,旋翼飞行机器人也越来越多的应用在人类生活的各个方面,极大地拓展了人们的眼界,延伸了人类的臂膀。研究飞行器控制算法和环境感知等方法时往往需要在室内进行实验,而在室内以及一些GPS无法使用的环境下,飞行器往往无法获知自身位置信息。针对这个问题,本文分别研究了外部视觉和机载视觉的定位方法,并以此为基础研究了视觉方法在电力巡线中的应用。首先,本文系统的研究了旋翼飞行机器人的应用背景,概括了国内外知名的旋翼飞行机器人供应商。阐述了视觉技术在旋翼飞行机器人中的应用前景和国内外的研究现状。本文研究了基于外部视觉的旋翼飞行机器人定位方法。利用RGB-D传感器搭建了适用于室内环境的旋翼飞行机器人外部定位系统,该系统成本低廉,计算速度快,为课题后期旋翼飞行机器人电力巡线法及基于机载图像的定位方法研究打下了坚实的基础。针对旋翼飞行机器人目标设计了视觉跟踪算法,利用RGB-D传感器的彩色图像和深度数据计算目标的世界坐标,实现了飞行器自主定点悬停和位移,并完成了飞行器跟随特定轨迹的实验,飞行器的悬停精度在15mm以内。基于旋翼飞行机器人的机载图像,研究了基于地面标记的定位方法。设计了由几个简单几何图形组成地面标记系统,通过Bagging图形分类器对地面标记进行分类,提取相关目标点在图像坐标系中的二维坐标,通过EPnP算法进行位姿解算,计算旋翼飞行机器人在地面标记坐标系中的位置。实验结果与EPVS定位结果对比,其偏差在10mm以内。讨论了在地面标记不能完全识别的情况下,机载视觉的定位能力,验证了本文方法是效性的和稳定的。针对城市道路交通电力线成像的特点设计了基于Hough变换和Kmeans聚类的电力线检测方法,实验表明本章所设计的图像处理方案能够很好的检测出以城市道路交通为背景的电力线图像,准确定位图像中的电力线,计算出图像中电力线的相关参数。研究了基于电力线成像的旋翼飞行机器人图像伺服方法,仿真和模拟实验结果表明该方法可以很好的完成飞行器的偏航角对准工作。