基于雙目視覺的手術(shù)器械三維精確定位研究.pdf

1、本課題基于雙目視覺研制一種低成本、高精度、實時、無框架圖像導(dǎo)航手術(shù)器械定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)能達(dá)到臨床應(yīng)用要求，并將主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像導(dǎo)航手術(shù)中。本文針對系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行可行性研究，并給出相應(yīng)的實驗結(jié)果。 為實現(xiàn)高精度的三維定位，在棋盤格特征提取階段，本文利用SUSAN，Harris角點提取算法進(jìn)行特征粗提取，基于灰度矩的特性獲取亞像素級特征邊緣，通過加權(quán)全距離平方和做直線擬合，最終精確得出亞像素對角角點圖像坐標(biāo)。 攝

2、像機(jī)的標(biāo)定精度直接影響系統(tǒng)的最終定位精度，針對攝像機(jī)標(biāo)定過程中復(fù)雜的成像和畸變模型，本文使用基于平面模板的方法進(jìn)行線性標(biāo)定，基于極大似然估計的非線性優(yōu)化方法估計最佳參數(shù)，然后進(jìn)行立體標(biāo)定。在特征線的基礎(chǔ)上，理論分析平面模板標(biāo)定方法，得出四個重要性質(zhì)并應(yīng)用于指導(dǎo)標(biāo)定模板配置過程。 為快速檢測目標(biāo)，本文設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，特征明顯，易識別的人工定位標(biāo)識器，并提出其快速檢測算法。本文利用多分辨率的思想減少計算復(fù)雜度，并提出一種黑白積分圖

3、對縮略圖動態(tài)分塊并檢測感興趣區(qū)，最后利用目標(biāo)局部對角角點，綜合顏色分布、形狀、紋理等多種特征篩選出定位標(biāo)識器。 為重建手術(shù)器械三維空間位置，本文對捕獲的圖像進(jìn)行畸變補償，在標(biāo)定的基礎(chǔ)上，利用視差完成目標(biāo)點的三維空間坐標(biāo)重建，在重建出人工標(biāo)識器四個特征點三維空間坐標(biāo)的基礎(chǔ)上，直接利用旋轉(zhuǎn)矩陣性質(zhì)或四元數(shù)法對手術(shù)器械進(jìn)行運動分析。 基于以上關(guān)鍵技術(shù)的研究，本文構(gòu)建了一套1.0～2.0m3的工作范圍的實驗原型系統(tǒng)，進(jìn)行了系統(tǒng)實