随着建筑行业的高速发展,当前的建筑施工机械难以满足实际工程需求,研发高质量、高效率、微型化,自动化的建筑机械是大势所趋。混凝土地面施工是建筑施工中一项重要的工作,当前施工应用的混凝土地面整平机全部由人工操作,人力成本开销大,工人的劳动强度大。针对上述问题,本文设计了一套视觉定位系统,在施工场地边缘布置多个合作靶标,通过相机拍摄靶标图像,获取靶标上的特征点信息,进行相机与靶标之间的位姿解算,来实现整平机在场地中对自身的定位。本文设计的视觉定位系统主要由相机,合作靶标,IMU,以及相应的配套程序组成。第二章主要介绍了相机的成像模型和合作靶标的设计。合作靶标为平面靶标,由外部矩形轮廓和内部圆形区域组成,圆心作为靶标的特征点;第三章主要介绍了靶标图像识别算法。通过中值滤波,Gamma变换,阈值处理,Canny边缘检测进行靶标识别,并通过重心法提取特征点,通过实验验证,在相机与靶标相距8m远时,能够有效的识别靶标和提取特征点;第四章主要介绍了PNP位姿解算算法。使用张正友相机标定法对相机进行了标定,获取了相机的内参和畸变参数,建立了相机的成像模型。通过PNP算法求解相机位姿,通过非线性优化构建最小二乘问题,使特征点的重投影误差达到最小,以优化相机的位姿;第五章主要介绍了多传感器数据融合算法和定位精度的测试。通过无迹卡尔曼滤波和卡尔曼滤波分别对相机和IMU的观测数据进行了滤波,并进行了数据融合,获得了相机在实际运动过程中的连续轨迹和实际姿态;测试表明:在相机与靶标相距5m范围内,在X方向和Y方向的最大定位误差会达到0.2m和0.5m。在相机与靶标相距8m,在X方向和Y方向的定位误差会达到0.5m和1m。