在开放式肝脏肿瘤精确定位切除手术中,如何对肝脏表面进行三维重建已经成为手术导航领域需要重点解决的问题之一。目前基于双目视觉的三维重建作为术中人体组织三维重建常用的方法之一,该方法具有无辐射、精度高、重建速度快等特点。但针对肝脏表面存在的弱纹理特性及术中肝脏表面局部亮度饱和等问题,其三维重建的效果较差。针对上述问题,本文在双目视觉研究的基础上,对基于多频外差法的双目结构光的三维重建技术进行研究,提出利用绝对相位值作为立体匹配对象和基于不同反射率区域分割投影算法制定的自适应最佳条纹光栅相结合的方法来解决上述问题。搭建术中基于双目结构光的肝脏表面三维重建系统实验平台,制定基于该系统平台的肝脏三维重建的流程并通过猪肝实验对上述方法的有效性进行验证。本文在对国内外术中器官三维重建的研究基础上,结合医生的手术需求,针对肝脏表面三维重建存在的问题,主要从双目结构光系统的标定、基于肝脏表面弱纹理特性的立体匹配、肝脏表面局部亮度饱和的分区投影算法及肝脏表面三维重建系统的实验四个方面进行深入的分析和研究。首先,对双目结构光系统的标定进行深入研究。概述相机的成像原理并推导三维世界坐标系和像素坐标系之间的转换关系,通过建立畸变数学模型来解决相机镜头存在的畸变对标定精度的影响。再针对基于投影法的投影仪标定精度较差的问题,提出采用基于解相法的“逆相机”标定方法,利用椭圆质心代替圆心拟合的方法,依靠已标定的相机的参数,求解出图像坐标系中的圆心在投影平面中的亚像素位置,完成投影仪标定。最后将世界坐标系建立在标定板的左上角,完成系统的外参标定,并通过实验去验证系统的标定精度。其次,对基于肝脏表面弱纹理特性的立体匹配进行研究。针对肝脏表面弱纹理特性对三维重建的立体匹配环节产生的影响进行分析,提出利用基于结构光的绝对相位值作为立体匹配的对象来克服由于弱纹理特性而导致立体匹配困难的问题。而绝对相位值需要通过对光栅条纹进行多频外差解相,因此首先对结构光相移原理进行概述,推导基于多频外差法的绝对相位的求解并制定解相的流程。除此以外对双目相机的模型和手术区域视场进行分析,对拍摄的相机图像进行极线校正。从而进一步利用基于SAD匹配算法完成绝对相位值的立体匹配并建立肝脏表面点云深度信息计算的数学模型。然后,针对肝脏表面局部亮度饱和的分区投影算法研究。为了解决肝脏表面局部亮度饱和对三维重建带来的影响,先建立肝脏表面光照的物理模型再推导出双目系统下的肝脏表面光照示意图并分析了肝脏表面局部亮度饱和的影响。利用肝脏表面不同位置反射率不同,进行区域划分,提出一种基于不同反射率的区域分割投影算法来计算自适应最佳条纹光栅的强度,从而实现肝脏表面的分区投射。将左、右相机中的饱和点转换到投影仪投射的条纹图像中并通过局部亮度饱和实验来验证本文提出的自适应最佳条纹光栅算法对克服肝脏表面局部亮度饱和问题的有效性。在解决局部亮度饱和问题的基础上,提出基于邻接面法向量的曲面拟合方法对肝脏三维点云进行曲面拟合。最后,对基于双目结构光的肝脏表面三维重建系统实验进行研究。搭建基于双目结构光的肝脏表面三维重建的实验平台,在局部亮度饱和及肝脏弱纹理特性带来的重建精度低、重建表面不完整的问题得到解决的基础上,进行肝脏表面三维重建精度验证,选取手术过程中不同手术操作状态下的猪肝进行实验,得到平均三维重建精度为0.70mm。另外考虑肝脏表面三维点云的计算量大的问题,采用基于CUDA模型的GPU-CPU协同加速计算的方法来加快三维重建速度,同时验证GPU-CPU协同加速对表面三维重建速度的有效性,实验得改进后比改进前的平均三维重建速度加快了52.7%。最后对本文提出的肝脏表面三维重建系统的实际应用性进行实验验证,通过实验证明该系统在未来手术导航领域有很好的应用前景。