随着计算机技术、精密仪器和成像技术的快速发展，外科手术进入手术导航时代，这对提高手术定位病灶精度、优化手术路径、减少手术损伤及提高手术成功率具有重要意义。手术导航系统通常由可视化部分和能够实时定位跟踪手术器械与患者相对位置的测量装置组成。当今用于手术导航中的主流测量装置为光学定位跟踪系统。本文构建了基于近红外光的定位跟踪系统，描述了系统组成的各个部件及其位置关系，设计实现了配套的应用软件，提出了手术器械注册、立体匹配和自动识别算法，为手术导航系统的研究奠定了基础。本文主要研究内容概括如下：(1)本文搭建了近红外光学定位平台，开发了配套软件，可用于图像采集、定位目标物注册、定位和三维显示。通过此平台获取图像数据，为标定系统、手术器械注册和立体匹配等算法研究奠定基础。(2)近红外定位系统的标定。此系统能够测量前必须进行标定，过程主要为获取其两相机的内外部参数。然而，该系统无法拍摄到传统的标定板，因此采用了精确、有效的近红外标定板制作方法设计了标定板，并进一步标定系统使其成为测量系统。(3)精确、有效的手术器械注册算法。通过在同一个位置绕着其尖端旋转手术器械得到其尖端坐标，再得到该坐标与手术器械上其他发光点的关系，完成注册。在精确性方面，利用尖端位置到手术器械上其他发光点的距离均方误差来表述，并利用不同位置下计算的尖端坐标进行三维方向分析，得到其计算方法的稳定性评估。(4)提出了快速、准确的手术器械立体匹配算法。为确定术中手术器械的空间位置，需立体匹配其上的发光点和自动识别不同的器械。此算法对多个手术器械的立体匹配和自动识别是有效可行的，其采用两步对多个手术器械进行立体匹配和识别。首先，利用双目视觉系统下发光点的光线关系确定其可能存在的三维点，然后利用手术器械的发光点和距离编码信息剔除掉虚假点，完成对其的立体匹配。在匹配过程中，同时计算发光点的三维坐标以及确定哪些点属于哪个手术器械，完成识别。最后结合注册结果计算得到手术器械尖端坐标，实现定位和跟踪。