手术导航系统将患者的术前影像数据与术中解剖结构准确对应,能在手术过程中为医生提供手术器械相对于手术靶点的位置和方向信息,实时引导手术进行。定位设备是手术导航系统最为核心的部分,其定位的实时性及精度直接影响到手术导航系统的安全性和精确性。基于双目视觉原理的近红外光学定位技术因其精度高、操作方便的优势被广泛应用于手术导航领域,但目前国内的光学定位设备主要依赖于国外进口,缺乏自主创新与技术支持。因此为了自主研发高精度光学定位系统,需要对系统硬件设计、相机图像同步采集、标记点亚像素坐标提取及数据实时传输等关键技术进行研究。为解决上述关键问题,本文采用Zynq作为核心处理器,通过光学定位系统硬件设计和Zynq平台的软硬件协同设计研究实现了对近红外标记点的实时跟踪定位,本文的主要研究内容如下:(1)设计了光学定位硬件系统,结合光学定位技术需求进行模块划分与设计,根据模块功能需求完成了芯片选型及硬件电路实现。(2)设计了高同步近红外相机图像采集模块,近红外相机能有效抑制可见光对图像标记点提取的干扰,并实现了高同步图像采集控制,有效避免标记点的伪匹配问题。(3)实现了高速率图像标记点提取,利用Zynq平台的可编程逻辑资源实现实时的图像标记点识别及其亚像素坐标计算。(4)实现了高速数据传输方案,基于以太网、USB及Wi-Fi三种通信方式实现图像与标记点坐标数据高速的传输,满足不同场景下的通信需求。实验结果显示,本文提出的手术导航光学定位技术的定位精度标准偏差在0.15mm范围内,处理速度可达60pfs,并具有极高的图像采集同步性,满足手术导航的应用需求。