经颅磁刺激(Transcranial Magnetic Stimulation,TMS)是一种针对脑相关疾病的物理治疗方法。该技术由于治疗效果显著,具有无创、选择性刺激等优点,近年来被越来越广泛地应用在临床治疗中。在TMS治疗中,外部刺激点的空间定位是确保治疗安全有效的必要环节,然而现有的定位系统依赖于头部佩戴辅助定位器和人工手动配准,这在一定程度上增加了操作复杂度,降低了治疗体验,限制了治疗的灵活性。为解决这些缺点,本文重点研究颅脑三维重建与空间配准算法,并设计了一种基于视觉的、无需标记点的新型刺激点空间定位系统。针对TMS治疗内容和设计目标,本文设计了一种刺激点空间定位系统方案。在对传统定位方式的特点及局限性进行深入调研的基础上,开展了系统的需求分析,包括重建、配准等功能要求,以及定位精度、实时性等性能要求,并在此基础上设计了刺激点空间定位系统的总体方案,包括设计原理、数学模型、算法模块和硬件标定等。为了实现刺激点的实时空间定位,本文研究了一种基于二维和三维人脸特征点的空间配准方法。针对用于配准的三维基准建立,本文结合Haar-like特征和Adaboost算法从单张人脸图像中检测出人脸区域,利用局部约束模型在区域中检测出人脸特征点,并通过拟合三维可变模型对人脸进行了有效重建。同时,采用移动立方体算法分别重建出MRI数据中的大脑和头皮模型,并针对模型点云数量庞大和表面形态粗糙等问题,利用基于二次误差测度的网格简化和拉普拉斯网格平滑算法完成了三维大脑和头皮的平滑重建,在此基础上,通过三维头皮和大脑的位置配准并采用快速最近邻算法确定了头皮上距离颅内点最近的预选刺激点。在模型重建后,本文研究了Spin Image特征模板和曲率相结合的三维人脸特征点定位方法,通过人脸和头皮特征点的对齐实现了两者的空间配准,并基于视频流中的彩色图像和优化后的深度图像,通过计算头部位置和姿态实现了外部刺激点在相机坐标系下的实时空间定位。本文还搭建了刺激点空间定位系统实验平台,通过引入电磁定位系统,验证了刺激点空间定位精度和定位实时性,并基于Qt Creator平台设计了上位机软件,实现了配准和定位过程的可视化。