本书主要依托国家自然科学基金“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划：面向室外复杂光照与气象条件的共融机器人多模感知系统（项目编号：91648118）的研究成果，结合作者多年的科研及工程实践经验，针对复杂的光照环境与气象条件明显降低机器人视觉鲁棒性的问题，主要从大气物理与光学成像的新角度出发去详细系统地论述复杂光照（如阴影，反光）与恶劣天气（如雨雪雾）环境下机器人视觉系统的环境感知、建模、及图像预处理技术。主要内容涉及光照建模与光谱计算、阴影、反光的建模、检测与去除、本征图像获取与光照分解、雨雪雾的建模与去除、水下散射的建模与去除，并给出了一些机器人应用实例和工作展望。这些技术将图像与环境建立了关联，对于提高机器人的自主环境感知能力具有一定的意义，使其具有全天候作业能力。