本文在对农药喷洒机研究现状分析的基础上，设计了一套适合我国北方地区部分棉田的农药喷洒机视觉系统。该视觉系统主要有两部分功能：一是实现在自然环境下棉株特征识别；二是根据垄的走势来获得农药喷洒机自主行走所需要的导航控制信息。本文的主要研究内容如下： 1.研究了自然环境下棉田棉株图像识别的方法。对不同光照条件采集的棉田图像从彩色到二值的转换过程中分别在RGB、Lab、HIS颜色空间进行了灰度化比较。最后，棉田图像在静态、动态光照较弱条件下在Lab颜色空间进行处理，动态光照充足条件下在RGB颜色空间进行处理。利用图像处理的方法对棉株实际覆盖面积进行了计算，实现了对喷药机喷药量的决策。 2.研究了获得棉田垄中心线的方法。依照棉田垄的几何分布特征，将图像人为地划分成若干水平图像条，采用垂直投影法将识别垄中心线转换为求取垄平均定位点，最后采用最小二乘法对图像条每垄的平均定位点进行垄中心线拟合。 3.研究了获得喷药机导航控制信息方法。通过喷药机正前方两垄的中心线来获得导航离散点，对所有离散点利用Hough变换来获得导航路径及导航控制信息。 4.实现了一种易于使用且灵活的摄像机标定方法，在标定过程中不需要精密、昂贵的校准仪器，使视觉系统实现更容易、可靠。 5.对AS-R机器人跟踪导航路径方式进行了设计。室内模拟棉田环境对本文提出的获得导航参数的方法进行了仿真实验，实验表明本文提出的获得棉田导航控制信息的方法是可靠的。