下颌骨是人体口腔的重要组成部位,下颌骨运动对于我们行使咀嚼、吞咽及语言等功能具有十分重要的意义。对于下颌骨运动轨迹的研究在当前医学领域特别是生物医学工程领域,是各国学者研究的一个热点,具有广泛的应用前景。人们对下颌骨运动轨迹跟踪的研究已经有很长的一段历史,随着社会各领域技术的不断进步,各种下颌骨运动轨迹跟踪方案也不断的被提出,从最早的磁钢式、光电式,到最新的超声波式,在符合时代要求的同时又有其局限性。本文通过阅读大量国内外文献,分析对比了国内外下颌骨运动轨迹跟踪方案的优缺点,依据已有的算法,提出了一种新的下颌骨运动轨迹跟踪算法方案,通过跟踪固定于下颌骨的特征棋盘格来间接跟踪下颌骨运动轨迹。后续通过合理规划硬件架构进行算法加速,得到一个在实时性和准确度等方面和其他方案相比都有一定优势的系统。本文主要研究内容包括:下颌骨运动轨迹跟踪系统的算法设计以及系统的规划实现。(1)算法设计算法按照角点提取、亚像素精细、三维坐标变换的顺序执行。角点提取基于Harris算法实现,通过“Sobel+连通域标记”提取棋盘格轮廓,减少Harris检测的数据量,提高检测精度;亚像素精细基于图像灰度梯度实现;三维坐标变换基于成像几何原理求解。(2)系统硬件规划实现系统规划为“FPGA+ARM+PC”三部分,FPGA完成对角点提取的硬件加速,ARM完成对角点的亚像素精细,PC完成三维坐标变换。FPGA结合“乒乓操作”实现了流水线架构,提高了系统数据吞吐率。通过系统软硬件的协同工作,很好的实现了系统功能。系统测试结果表明,本系统在1280×1024分辨率的条件下,能达到73fps的帧率,同时经过粗略测量,系统精度能达到53(±20)um。相比于其他下颌骨运动轨迹跟踪系统,本系统在实时性以及准确度上有着更好的效果。