无人车是指无需人员操控的集环境感知、路径规划、自动控制等功能于一身的地面自主移动车辆系统,可辅助或代替人类在复杂地形条件下完成既定任务。在无人车多车协作和调度的应用场景中,准确实时的目标跟踪是多车协同系统的前提和保障。基于传统固定摄像机模式的无人车系统在目标跟踪过程中具有视野狭窄的缺点,增加了无人车目标跟踪的难度和系统的复杂度。针对传统固定摄像机模式在车辆目标跟踪过程中的不足,本文在实验室自主设计研发的无人车平台上采用可以自由转动的云台摄像机,研究基于云台摄像机视觉的无人车跟踪算法。首先,对现有无人车架构进行分析,使用云台摄像机代替固定摄像机,结合跟踪任务特点和车载设备类型,对基于云台摄像机的无人车整体结构进行了设计;第二,对云台摄像机的视觉伺服控制算法进行研究,设计了一种基于图像坐标偏移反馈的云台运动控制算法。该算法使云台可根据目标相对位置驱动摄像机转动追踪标靶,从而保证目标标靶质心始终处于图像中心位置,有效解决了无人车跟踪过程中传统固定摄像机视野受限、目标跟踪丢失的问题;第三,研究了基于改进的POSIT迭代算法的单目视觉位姿估计,在此基础上融合单目视觉位姿信息和惯性导航信息进行无人车跟踪算法研究。该算法使用扩展卡尔曼滤波融合视觉位姿信息和惯性导航信息,可以针对跟踪目标实现较为精确的位姿估计,从而实现实时的目标跟踪;第四,对无人车舵机控制系统进行研究,设计了一种可实时自主调节的S曲线局部路径规划方法。该方法可在位姿估计的基础上对无人车的跟踪行为进行决策。然后,研究了基于增量式PID算法的无人车舵机控制技术,解决了舵机状态变化较快时发生抖动的问题,从而做出最优决策来向舵机发送转向指令,驱动无人车行进。最后,对基于云台摄像机的无人车跟踪系统进行了实现,并通过实验测试验证了整个过程的可行性。测试结果表明,基于云台摄像机的无人车系统可以有效、精确地完成对目标的跟踪任务。