增强现实技术由于其虚实融合的特点,能够增强人们对现实场景的感知能力和交互体验,已成为计算机科学领域的热门技术。针对基于内窥镜视觉导航微创手术中的人体内部解剖结构错综复杂、病灶区域定位难等问题,增强现实技术开始被应用到手术导航当中。通过将术前影像等先验信息叠加到即时的手术画面中,给予医生“透视”导航效果,从而实现对病灶的直观三维显示及精确定位,提高手术成功率。本文重点探索和研究基于立体视觉的增强现实技术应用在盆腔微创手术中存在的问题及解决方案,具体的研究内容如下:首先,针对术前影像重建的3D模型与内窥镜视野下的2D目标区域的配准难的问题,本文提出基于颜色一致性的3D/2D配准方法。利用显露在内窥镜的部分骨盆组织来完成术前3D模型到2D目标区域的初始化配准,缩短了人工配准时间,提高了配准精度。与此同时,提出3D模型的可视点快速检测法和仿真实验环境的制备方法。其次,针对内窥镜的定位问题,本文提出两种定位算法:基于3D模型的摄像机定位算法和基于立体视觉的摄像机定位算法。在3D模型与2D目标区域重叠对齐的条件下,通过最小化模型可视点的光度测量误差来优化摄像机的帧间相对位姿。实验结果表明,此定位算法的估计轨迹精度较高。然而,该算法的鲁棒性需满足以下三个条件的场景:3D模型与真实物体的形状完全一致;3D模型与真实物体完全配准对齐;真实物体的表面大部分能够被观测到。在现实手术场景应用中,该算法存在一定的局限性。因此,本文进一步提出基于立体视觉的摄像机定位算法。首先采用具有多种优良特性的ORB(Oriented Brief)作为定位算法的特征提取及匹配的特征算子,并对立体匹配算法进行改进;接着使用立体光束平差法(Bundle Adjustment,BA)和立体三维点云优化进行估计摄像机位姿,并通过局部地图优化以减少累积误差。实验结果显示,基于立体视觉的定位算法具有较高定位精度,且满足一定的实时性。最后,本文将增强现实技术应用于仿真盆腔微创手术导航。首先介绍了系统总体框图以及实现细节,然后通过位姿优化线程、局部地图优化线程和增强现实显示线程实现导航系统,并在仿真骨盆模型进行算法验证。同时,在未知摄像机真实轨迹的情况下,提出通过评估3D模型与真实物体的重叠程度来定性判断摄像机位姿估计的准确性,实验结果表明此系统具有良好的增强现实显示效果。