机器人辅助输尿管软镜术作为一种针对泌尿系统疾病而兴起的技术,可以有效地减轻泌尿外科医生的手术负担,提高手术质量和效率。本文围绕泌尿外科医生在进行机器人辅助输尿管软镜术中的实际需求,研究利用术中图像信息提升输尿管软镜手术机器人性能的可行性。由于人体自然腔道生理约束的存在,输尿管软镜在绕轴向旋转时存在明显的运动偏差,同时输尿管软镜末端空间狭小,难以安装可检测运动偏差的传感器。因此,本文针对输尿管软镜成像特点,提出了一种基于视觉反馈的输尿管软镜末端运动补偿策略。另一方面,在手术过程中对结石进行不必要的碎石操作会显著增加泌尿外科医生的手术负担,而取出尺寸过大的结石则会划伤输尿管,甚至造成输尿管的脱落,针对此问题,本文提出了一种基于结石识别和图像分割的结石尺寸估计策略。围绕这两个主题,本文进行了如下研究工作:首先,针对输尿管软镜视野的成像特点,设计了以改进霍夫圆检测为核心的软镜视野的自动提取方法,将输尿管软镜的圆形视野作为感兴趣区域,减轻计算负担,提升计算效率。针对输尿管软镜成像中特有的梳状结构干扰进行了频谱分析和消除,为之后的图像信息提取打下了基础。其次,针对输尿管软镜末端绕轴向旋转时存在运动偏差的问题,对输尿管软镜视野图像进行了ORB特征提取,通过对前后两关键帧之间的空间关系进行几何描述并求解,得到输尿管软镜末端的角位移,并制定了输尿管软镜末端运动补偿策略。然后,结合方向梯度直方图特征提取算法和支持向量机提出了结石识别的实现方案,研究了输尿管软镜视野下基于聚类的图像分割算法,引入超像素分割的概念,获得了较好的结石轮廓保持度。结合超像素区域内的光谱、纹理、形状信息和结石位置信息,实现了结石区域的合并与提取,并对结石图像域尺寸进行了定量描述,借助结石手术中必需的激光光纤,提出了结石尺寸估计策略。最后,通过搭建实验平台对所提输尿管软镜末端运动补偿策略的实时性、计算精度和补偿效果进行了分析与验证。利用人体肾脏模型制作了结石数据集,并通过数据增广的方式对数据集进行了扩展,完成了对所提结石识别方案可行性的验证。设计了尺寸估计的模型实验,验证了尺寸估计策略的可行性。