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基于模型的单目视觉是指仅利用一台摄像机拍摄单幅图像来进行定位工作，其前提条件是物体的几何模型已知。在计算机视觉研究领域，如何在单目视觉的条件下，完成位置与姿态的求解并进行鲁棒性分析是一个重要的研究方向。
单目视觉所应用的几何特征可分为点、直线与高级几何特征等几类。相对来说，目前对于基于点特征的单目视觉定位方法研究较多，而对于基于直线特征的单目视觉定位方法的研究还比较少，因此对于直线特征的定位方法的研究具有理论意义。另一方面，在某些特定的环境中，采用基于直线特征定位比采用其它特征定位更适合。因此，对基于直线特征的定位进行研究又具有实际应用价值。本论文对基于直线特征的位置与姿态求解及鲁棒性问题进行研究，并取得以下研究成果：
首先，对互相垂直且交于两点的三条直线、门型三条直线、Z型三条直线推导出了定位的闭式解方法。由于闭式解方法避免了复杂非线性方程组的优化过程，所以其计算速度比迭代方法快，具有很好的实时性。同时，通过对模型作特殊的设计，该三种闭式解方法很容易得到定位算法的唯一解。实验结果表明：该方法与常规算法相比，具有收敛速度快的优点，适合应用于对实时性要求较高的定位系统中。
其次，针对空间交于两点的三条直线提出了一种快速的数值解定位方法。空间交于两点的三条直线具有任意三条直线不具有的特殊性质，由这样的直线组定位，数学表达式简单，更易于求解。由交于两点的三条直线的几何约束关系入手，设计了一种新的直线定位算法。针对该定位算法的多解问题，给出了一种新的判断正确解的方法，该方法根据直线特征的几何位置信息确定正确解，不需要把所有的解都计算出来就可以判断出正确解，实时性较好，解决了多解问题的干扰。该定位算法基于几何意义和步长加速法迭代求解，计算速度快，避免了复杂的非线性方程组的优化过程，能够避免出现局部极小值。同时，本文推导了使用基于几何意义迭代法求解该直线定位算法的成立条件，该研究保证了迭代求解方法的收敛性，为迭代求解方法的应用提供了理论基础。该算法由于冗余信息的加入，使得它的定位精度与普遍使用的任意三条直线的定位算法相比精度有很大提高。实验结果表明：用该定位算法进行定位，精度高、实时性好。
最后，针对直线特征定位算法进行了鲁棒性分析。在直线特征定位鲁棒性研究中，量化误差是影响定位精度的主要因素之一。本文针对任意三条直线定位问题分析了量化误差的传播特性，使用误差传播的方法，以闭式解的形式建立了定位结果受图像量化误差影响的数学模型。在分析量化误差传播特性的基础上，本文提出了定位模型的最优选线方法和定位模型的最优摆放方法。最后，确定了模型的最优选线配置和最优摆放位置。实验结果表明：该方法有效地提高了定位精度。