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基于双目立体视觉的手术器械跟踪定位研究

高纯玲  
【摘要】: 双目立体视觉是用两个摄像机对同一景物从不同视角拍摄图片并根据成像几何关系获取三维场景。把基于双目立体视觉的三维重建和跟踪技术应用到计算机辅助外科手术的立体导航定位系统中,辅助外科医生完成高难度的手术,对提高手术定位精度、减小手术损伤等具有十分重要的意义。 在基于双目视觉的手术器械定位方面,主要研究了摄像机标定和立体匹配过程。考虑到手术导航系统要求操作简单、定位精度高以及稳定性好的目的,采用张正友的模板平面两步法,以灵活快捷地获取摄像机的内外参数,并在摄像机成像模型中增加了切向畸变校正,提高了摄像机标定的精度。在图像对的立体匹配研究中,利用一种改进的紧凑外极线校正算法,在校正后的图像上,采用基于角点特征的立体匹配,直接在候选点的水平扫描线附近提取角点并同时搜索匹配点,这样大大缩减了匹配搜索的范围和时间,可达到实时匹配的要求。在手术器械跟踪方面,提出了Camshift和Kalman滤波相结合的算法,卡尔曼滤波器预测目标在当前帧的可能位置,CamShift算法在该位置邻域内搜索,并利用两个颜色直方图的距离判断目标是否被严重遮挡或干扰,从而有效解决了目标较长时间被完全遮挡下的跟踪难点,提高了算法的鲁棒性。 实验结果表明,在现有的实验条件下,系统能够对空间物体进行实时的跟踪定位,获得较准确的空间运动轨迹。


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