黄健，殷锋，袁平，陈彦如

（1.四川大学计算机学院，成都610065；2.西南民族大学计算机科学与技术学院，成都610041；3.重庆市第二师范学院技术与信息工程学院，重庆400067)

0 引言

计算机辅助外科手术（Computer Assisted Surgery，CAS）是一门新兴的研究领域。它通过合理、定量地利用CT、MRI、SPET 等医学诊断设备提供的多模图像数据和立体手术导航定位系统，辅助外科医生进行手术的计划和干预。手术导航系统根据采用的空间定位技术，可分为机械导航系统、超声导航系统、电磁导航系统和光学导航系统，其中光学导航系统采用可见光或红外光成像，使用双目立体视觉技术确定空间坐标，精度较高，是目前手术导航定位系统的主流方法。

本文设计了一种低成本、高精度的光学手术器械定位跟踪系统。在所提出的光学跟踪系统中，三个彩色标志小球被安装在手术仪器上。本系统使用CAMAR0135-3T16 双目摄像机，用张正友的标定方法[2-5]通过拍摄棋盘格对摄像机进行标定。使用Python 基于OpenCV 库开发了一种双目立体视觉手术器械跟踪定位系统。系统以Win10 系统的个人计算机为运行载体，由图像采集、图像处理、特征点提取、立体匹配和三维重建几个模块构成，通过连续处理视频数据，实现对手术器械尖端坐标的实时跟踪定位。

图1 实验器具

1 光学定位系统原理

1.1 摄像机标定

双目立体视觉模型涉及到几个坐标系：如图2 所示，世界坐标系XwYwZw，原点为Ow，其中点P 的坐标为P（xw,yw,zw）。左摄像机坐标系为XlYlZl，右摄像机坐标系为XrYrZr，原点Ol、Or分别代表左右摄像机的光学中心，Zl、Zr分别为左右摄像机的光轴。……