手术导航系统因具有高精度、微创化等特点越来越受到医疗领域的注重。跟踪定位装置是导航系统中一个重要组成部分，定位的精度直接影响导航系统的精度。光学定位系统因具有精度高、使用方便、对环境要求低等优点在手术导航系统中的应用越来越广泛。在光学定位系统中，两摄像机图像采集的不同步、亚像素提取耗时、数据传输不够实时以及手术器械注册不够方便等关键问题均会影响系统定位的精度，因此对上述关键问题的研究是很有必要的。为了有效解决上述关键问题，本文基于FPGA和图像传感器OV7620搭建了近红外双目视觉图像同步采集系统的硬件平台。该平台充分利用FPGA的可编程性、控制能力强、并行处理以及OV7620的工作模式控制、低功耗等优点，并且易升级，可以在不改变电路的情况下完成相关功能的增加或删减。在该平台的基础上，利用Verilog完成了近红外双目视觉图像同步采集系统的功能设计，主要解决了如下关键问题：两相机图像的同步采集：通过FPGA配置OV7620内部寄存器使其工作在被动模式，并产生其被动模式所需要的同步时序，从而实现两相机图像的同步采集。亚像素坐标的快速提取：利用串行实时提取的方法实现对亚像素坐标的计算，其速度可以达到图像采集的帧率，从而解决了传统亚像素采集过程中耗时的问题。图像数据和亚像素数据传输：通过USB的高速传输实现了相关数据的实时通讯，解决了图像传输过程中不够实时的问题。利用QT编写上位机进行相关命令的发送以及数据的接收、显示、处理等操作，该上位机的操作简便，利用多线程进行处理能够方便及时地完成相关的操作。手术器械快速注册：采用固定针尖旋转手术器械的方式实现了手术器械的快速注册。该注册方法中首先利用中间过渡平面计算标记点的坐标变换关系，进而得到针尖坐标，并且完成手术器械的注册。该方法可以有效简化计算，提高系统的处理速度。本文设计的近红外双目视觉图像同步采集系统在以FPGA和OV7620为主芯片构成的硬件平台下可以有效解决目视觉定位技术中的图像不同步采集、标记点亚像素坐标提取耗时、数据的传输和显示不够实时、手术器械的注册繁琐等关键问题。经过验证，标记点亚像素采集结果准确，并能同时对32个标记点进行运算；USB数据传输达到实时；手术器械注册的误差在允许范围内，达到手术导航系统中的相关要求。