针对应用高阶奇次多项式法和光学折射模型定位误差大、局限性强的问题，提出一种优化的鱼眼镜头成像定位算法。根据镜头的偏心畸变推导出新的畸变模型，进而在此畸变和光学折射模型的基础上建立优化的成像模型，并标定模型参数；对该成像模型进行反投影推导，得到三维点坐标，实现空间目标的精确定位。实验结果表明，当被测物分别处于鱼眼图像中心区域和边缘区域时，该算法的相对定位误差远远小于高阶奇次多项式法和光学折射模型的方法，减小了图像畸变对测量精度的影响，解决了使用光学折射模型定位局限性强的问题。