随着科技的进步和发展,基于内窥镜的微创手术与人们的生活越来越息息相关,被广泛地应用于耳鼻咽喉科治疗、心脏瓣膜切换手术,腹腔疾病的检测等领域。微创手术相比传统手术,具有手术恢复时间短,减轻术后疼痛,减小组织的切口创伤的优点。先进的手术机器人平台可以使微创技术更安全,更容易成功完成手术,越来越成为科研工作者们研究的热点,是将图像处理、模式识别、信息传输与处理、自动控制等多学科知识进行融合应用于医学影像行业,为医生提供更安全可靠的三维数据,提高手术的成功率。本文基于双目视觉的原理,重点研究双目内窥镜中的三维重建的难题。研究内容围绕摄像机标定、机械臂和相机的手眼标定、图像预处理、特征匹配和三维重建等几个方面展开。首先,依据医学内窥镜的性能指标以及使用要求搭建了双目内窥镜系统,研究了系统的整体设计方案,包括硬件模块的选择和软件设计,其中软件设计主要包含两个模块,标定模块和三维重建模块。其次,进行相机的标定和机械臂的手眼标定。根据各个坐标系之间的转换关系以及摄像机的模型,在进行双目相机参数标定的时候选用张正友标定法,得到相机的内参数以及外参数矩阵,同时分析了双目视觉系统的立体几何关系,最后研究了机械臂和双目相机的手眼标定。再次,对采集到的目标物体的图像进行预处理和图像的校正,为立体匹配做准备。在图像的特征提取和立体匹配方面,选用了局部特征匹配的方法,并且对其中SURF算法做作了改进。通过实验验证,改进的SURF算法不仅提高了匹配的正确率,而且大大降低了匹配时间,保证了算法的实时性,具有更好的性能。最后,利用第三章标定好的相机的内外参数与第四章得到的正确的匹配点对数结合,由三维重建算法解算出目标物体的三维点坐标,再根据坐标转换关系,将相机坐标系下的三维点坐标转换到机械臂坐标系下,通过纹理映射的方式,重建出不同坐标系下具有可视性和真实感的模型结构。