单孔腹腔镜手术(LESS)和经自然腔道内镜手术(NOTES)吸引了越来越多研究者的目光，因为相对于常规腹腔镜手术，其创口更少，对患者的美容更加有利。但是目前常规的腹腔镜手术器械在开展LESS和NOTES存在不便。为了解决这个问题并且充分发挥LESS和NOTES潜力，研制机器人化的LESS/NOTES器械具有重要意义。本文研究的就是一种面向LESS的腹腔手术机器人的视觉系统。该视觉系统以小尺寸低功耗为特征。本文分为三个部分完成对该系统的设计，分别是无线摄像子系统，照明子系统以及视频处理平台。在无线摄像子系统设计过程中，比较了模拟式视频传输方案与数字式视频传输方案的优缺点，选择了能实现小尺寸低功耗实时无线视频传输的模拟式视频传输方案；通过比较分辨率以及尺寸，选择了小尺寸高分辨率的CMOS成像芯片；根据光学参数的设计，选择了系统的镜头；为了提高发射功率，设计了小尺寸的射频功率放大电路。在照明子系统设计中，计算和分析了小尺寸前提下矩形布局与圆周布局对于视场内最低光强以及光照分布均匀性的影响，根据更好的均匀性选择了圆周布局方式作为小尺寸下LED布局方式；基于圆周布局下光强分布模型，提出了理想情况下和非理想情况下LED低功耗选择模型；根据该模型选择了小尺寸的LED，并设计了相应的小尺寸的LED驱动电路。在视频处理子系统设计中，首先分析了由视觉系统硬件所采集的图像中存在的缺陷，指出了视频处理子系统应该具有的功能；利用MFC以及OpenCV搭建了视频处理子系统的框架；引入了图像处理指标用于客观评价图像处理之后的图像质量；基于该平台实现了摄像头畸变校正以及白平衡功能；搭建了陷波滤波器对图像中条纹噪声进行了精确滤除；利用单尺度Retinex算法和多尺度Retinex算法对图像进行了增强，减少了图像中雾气的影响，并通过客观评价指标证实了算法的有效性。最后，通过实验验证设计的有效性。通过帧频测试实验测试系统帧率满足设计要求；通过视场角实验和分辨率实验测试了系统的视场大小及分辨率情况；通过照明实验测试了视场内照度分布情况。