本课题基于双目视觉研制一种低成本、高精度、实时、无框架图像导航手术器械定位系统，该系统能达到临床应用要求，并将主要应用于医学图像导航手术中。本文针对系统所涉及的关键技术进行可行性研究，并给出相应的实验结果。 为实现高精度的三维定位，在棋盘格特征提取阶段，本文利用SUSAN，Harris角点提取算法进行特征粗提取，基于灰度矩的特性获取亚像素级特征边缘，通过加权全距离平方和做直线拟合，最终精确得出亚像素对角角点图像坐标。 摄像机的标定精度直接影响系统的最终定位精度，针对摄像机标定过程中复杂的成像和畸变模型，本文使用基于平面模板的方法进行线性标定，基于极大似然估计的非线性优化方法估计最佳参数，然后进行立体标定。在特征线的基础上，理论分析平面模板标定方法，得出四个重要性质并应用于指导标定模板配置过程。 为快速检测目标，本文设计一种结构简单，特征明显，易识别的人工定位标识器，并提出其快速检测算法。本文利用多分辨率的思想减少计算复杂度，并提出一种黑白积分图对缩略图动态分块并检测感兴趣区，最后利用目标局部对角角点，综合颜色分布、形状、纹理等多种特征筛选出定位标识器。 为重建手术器械三维空间位置，本文对捕获的图像进行畸变补偿，在标定的基础上，利用视差完成目标点的三维空间坐标重建，在重建出人工标识器四个特征点三维空间坐标的基础上，直接利用旋转矩阵性质或四元数法对手术器械进行运动分析。 基于以上关键技术的研究，本文构建了一套1.0～2.0m3的工作范围的实验原型系统，进行了系统实验，重建一帧图像平均耗时为62.4333ms，重建过程中人工定位标识器特征点静态重复性误差为0.0467mm，平均误差为0.4860mm，手术区域内的误差不超过1.5mm，整个视野内的最大误差为2.5026mm，实验结果表明，本系统完全符合手术导航的技术需求。