基于C形臂X光机(简称C形臂)图像的手术导航是计算机辅助外科手术领域的研究热点之一。影像增强器型C形臂具有成本低、使用广泛的特点。但影像增强器会使C形臂存在不可避免的图像失真,导致C臂图像不能正确进行空间定位及导航。针对基于影像增强器型C形臂图像的手术导航中存在的问题,本文研究了C形臂投影图像的失真校正、C形臂成像模型标定及利用C形臂进行目标的空间定位等方法,对C形臂手术导航实用化具有重要的理论意义和实际价值。论文的主要工作如下：首先,分析C形臂图像失真成因,并模拟其失真类型。针对图像失真校正,在利用全局校正法进行校正的基础上,提出采用移动最小二乘法增加虚拟标记点来提高校正精度,初步分析了该方法的可行性；提出小孔成像投影法建立理想模型并与等距法、相似法等建立理想模型的校正结果进行了比较,结合模型原理及其实验效果,最终选取小孔成像投影法方法实现理想模型的理想化,改进了全局校正法的校正效果。其次,为实现理想模型的建立,本文针对小孔成像投影模型设计了新型双层校准靶,针对投影图像特征,提出用形态学方法处理图像；在此基础上,分析C形臂投影图像的标记点排列规律,实现了对投影图像中不同平面标记物坐标信息的自动识别与提取,并对标记点排序,使图像点与空间点对应。最后对不同角度的C形臂投影图像进行了坐标提取实验,并与人工提取结果进行了比较,验证了提取技术的可靠性、精确性、时效性。再次,为实现空间定位,并为后续三维重建建立基础,本文提出利用Tsai摄像机数学模型,对C形臂成像系统进行标定,以减小标定误差；并针对校正图像,提出利用归一化8点法的匹配技术,实现C形臂不同角度下投影图像中的空间点对应。最后通过利用设计的极线约束板,对其空间点进行了匹配验证,并通过测距检验其了精度。最后,本文针对所研究的技术进行了临床实体实验,得到了较好的实现。通过狗的动物标本实验验证了校正技术的可行性；通过人脑图像实验,验证了空间定位技术的可靠性,初步达到了系统要求,并为性能优化提供了基础。