仿人形机器人的研究使自主移动机器人能够在人类工作的三维空间中运动而不再受限于二维平面。对于在三维环境中运动的机器人,楼梯可能是到达目的地需要通过的路径,也可能是需要躲避的障碍物,还可能是导航与定位中重要的标识物。无论是哪一种应用,对楼梯的检测或者识别都是首先要完成的工作。识别楼梯之后,还需要对楼梯的位置进行估计,也就是定位。因此,楼梯状目标的检测与定位是任何在真实、复杂三维环境中运动的自主移动机器人系统必需具备的功能。本文研究基于单目摄像机的楼梯识别与定位问题。首先构建楼梯识别与定位系统,在此系统框架下分别研究了以下内容:边缘检测与边缘提取,纹理检测,楼梯识别算法以及楼梯定位算法。本文采用线性空间滤波和Hough变换的方法进行边缘检测和边缘提取,采用模式识别的结构性方法识别楼梯,利用图像信息与机器人位姿信息及其模型参数构建目标定位算法。对于远距离楼梯边缘检测不适用的问题,本文采用Gabor滤波器进行纹理检测作为补充算法。本文对现有的边缘检测算法进行改进,针对边缘检测算法中自适应阈值分割的困难,提出了两种解决方法:基于直方图形状的自适应阈值分割和基于图像增强的自适应阈值分割。经过实验验证,本文提出的方法对各种情况下的楼梯识别都具有很好的适应性。