手术导航系统利用计算机技术对手术器械进行实时定位和跟踪,使医生在进行手术过程中能够实时了解手术器械相对于病灶部位的位置和方向,这样能够有效地减少手术对病人造成的创伤,对手术质量的提高有所帮助。对于高精度光学定位系统的研究是手术导航研制的关键和热点,目前国外企业垄断了光学定位技术,导致国内手术导航产品成本较高,难以推广。因此,本文从实际应用的角度出发,搭建了近红外三目立体视觉定位系统,研究了经典的摄像机针孔模型,详细分析并对比了 TSAI标定和张正友标定的标定方法和各自优点。并根据搭建系统使用的多目立体视觉选择了适用的TSAI标定方法并完成了系统标定。其次,研究了图像特征点提取和匹配重建方法。提出了一种基于连通域标记的快速目标中心提取方法,该算法的突出特点是在保证高可靠性和适当精度的条件下,具有较高的执行效率。第三,研究了三标志点手术器械的注册标定算法。以手术器械工作点为轴心进行旋转可以得到它的空间坐标,继而建立手术器械上标志点和工作点的相对位置关系,完成注册过程。最后,提出了一种基于多目立体视觉的手术器械跟踪定位策略。当不存在光线遮挡时,进行多目立体重建;当某一个摄像机的光线被遮挡时,进行双目立体重建。该策略能够在一定程度上解决光线遮挡问题,避免手术器械定位信息丢失,满足使用精度需求的情况下,提高定位系统的可靠性。