随着计算机和信息技术的迅猛发展，立体视觉尤其是双目立体视觉被广泛应用于社会许多领域，这些领域包括零件识别与定位、工业检测、医学检查和导航、视频监控、移动机器人导航等，兴起了一波以立体视觉为导向的热潮，从而在一定程度上解放了人类的双眼，同时也促进了科学可视化技术的巨大进步。随着机器视觉理论越来越广泛的应用，利用计算机图像处理技术，对视频、图像进行处理，实现对目标有效、实时、定位跟踪的研究越来越受到人们的关注，本文对双目立体视觉定位系统关键技术的研究，在零件识别与定位、移动机器人导航、医学检查和手术导航、安全鉴别、监视与跟踪等领域有着实际的应用价值。本课题以手术导航为实际应用背景，想通过建立一个基于立体视觉的手术探针定位系统，来辅助外科医生顺利完成手术，提高临床手术的成功率。基于这个目的，本课题重点做了以下几项工作。第一，搭建了一个配置简单、合理的双目立体视觉定位系统硬件平台。其中主要包括：Point Grey Research (PGR)公司的Bumblee2摄像机、博视通1394图像采集卡、戴尔Dimension E520计算机、手术探针模型等，并在硬件的基础上，设计了双目视觉系统的软件流程图。第二，在摄像机标定和图像畸变校正方面，本课题要求标定方法要简单、灵活，标定精度高。所以，论文研究分析了国、内外常用的几种标定方法，最后采用了张正友基于平面模板的标定方法，并借助于MATLAB7.1软件平台，得到了理想的摄像机标定结果；提出了一种图像径向畸变的校正效果评估的方法，实验结果显示校正误差为0.6204个像素，能够满足多数视觉测量应用的精度要求。第三，立体匹配和三维重建方面，立体匹配，在立体视觉中可以说是最为困难的一步，在查阅大量国内外资料的基础上，提出了基于X型特征点的匹配方法，采用了X型角点子像素级提取方法，得到图像对上角点的精确坐标，并利用极线约束，实现了对应角点的准确配对，并在此基础上，对立体视觉三维重建方法、原理进行了分析。第四，设计了一种定位标识器，提出一种基于立体视觉的探针标定方法，展开了探针标定实验，并得到标定结果；然后进行了探针定位跟踪实验，并对探针定位误差进行分析，实验结果表明，探针的定位精度达到0.21mm,能够满足课题的定位要求。