牙科手术视频监控与焦点目标自动跟踪算法研究

发布时间：2017-07-30 17:09

  本文关键词：牙科手术视频监控与焦点目标自动跟踪算法研究

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【摘要】：随着经济的飞速发展,生活水平不断提高,越来越多的人意识到口腔健康的重要性。在口腔疾病中,龋齿病发病率较高。修牙、补牙、换牙等病例大幅度增加,使得医护人员紧缺。为了解决这个难题,培养更多优秀的牙科医生迫在眉睫,专家会诊进行牙科手术的视频成为宝贵的学习资源。牙科手术视频监控可以多角度放大图像,使牙医更清晰的观测牙齿病变部位,易于诊断,同时,使患者感到治疗过程更安全,更人性化,大大减少了医患矛盾,对医患双方都是有益的,具有广阔的市场应用前景。课题的设计方案在固定的摄像头的基础上,增加了云台控制以及调焦控制,可以自动跟踪牙科手术视频中的运动目标,并使焦点目标以预定的尺寸显示在屏幕中间,监控跟踪过程更加智能化;通过Android系统的移动设备手动控制PTZ摄像头,保证自动控制系统出现故障时,牙科手术能顺利进行,更加人性化。主要研究工作如下:(1)从牙科手术视频监控的人性化及实用性角度出发,对基于OpenCV平台、Android系统的移动设备、PTZ摄像头和PC机和显示屏等组成的系统框架进行分析,设计出PTZ摄像头实时自动跟踪牙科手术视频系统的整体方案。(2)基于Android平台,开发了手动控制PTZ摄像机的软件,通过无线通信连接,利用云台控制界面与调焦控制界面以及其他辅助功能界面,实现对PTZ摄像机的远程控制,通过镜头放大倍数与调焦指令个数,得到两者线性关系。(3)对视频图像灰度化处理,滤波去除噪声,增强图像效果,分析常用检测算法优缺点,设计五帧差分法进行运动目标检测,并以HSV颜色直方图作为模型特征,通过改进的Camshift算法对运动目标定位,Kalman滤波器进行预测补偿,获得每一帧视频图像的质心坐标,计算与视域中心坐标差值的绝对值,为云台的控制做准备。(4)建立云台自动跟踪模型和镜头自动变倍模型,计算云台调整转动的角度,当质心坐标与视域中心坐标差值的绝对值小于预先设置的阈值时,云台不会转动;当只有水平方向绝对值大于预先设置的阈值时,云台水平方向转动,当只有垂直方向绝对值大于预先设置的阈值时,云台垂直方向转动。当水平方向与垂直方向的绝对值都大于预先设置的阈值时,镜头优先向转动时间少的方向转动。镜头自动变倍模型依据镜头放大倍数与指令个数的线性关系进行调焦控制,完成自动调焦功能。
【关键词】：Android Camshift算法 Kalman滤波器 云台控制 镜头自动变倍
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH787.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及目的意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展动态11-13
• 1.2.1 国内研究现状11-12
• 1.2.2 国外研究现状12-13
• 1.3 本文的研究内容及论文安排13-16
• 1.3.1 研究内容13
• 1.3.2 论文结构13-16
• 第2章 牙科手术视频智能跟踪监控系统构架16-26
• 2.1 牙科手术视频智能跟踪系统分类16-17
• 2.1.1 镜头固定跟踪监控系统16-17
• 2.1.2 云台摄像头可变跟踪监控系统17
• 2.2 牙科手术视频跟踪监控平台的设计17-22
• 2.3 牙科手术视频智能跟踪监控系统设计实现方案22-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 视频跟踪控制软件App的实现26-42
• 3.1 Android平台简介26
• 3.2 Android控制软件功能实现26-34
• 3.2.1 软件开发编程环境及配置27-28
• 3.2.2 功能主页面设计28-30
• 3.2.3 云台控制模块设计30-31
• 3.2.4 调焦控制模块设计31-32
• 3.2.5 辅助功能模块设计32-34
• 3.3 Android控制软件功能测试34-39
• 3.3.1 通信协议的设定34-37
• 3.3.2 串口工具调试仿真37-39
• 3.4 Android软件控制云台摄像机39-40
• 3.4.1 Android软件控制云台摄像机测试39-40
• 3.4.2 镜头变倍倍数与控制指令个数的相关性验证40
• 3.5 本章小结40-42
• 第4章 牙科手术视频跟踪算法的实现42-66
• 4.1 OpenCV库函数功能简介42-43
• 4.2 牙科手术视频图像预处理43-47
• 4.2.1 视频图像灰度化43-44
• 4.2.2 视频图像滤波去噪44-46
• 4.2.3 视频图像增强46-47
• 4.3 运动目标检测帧差算法47-53
• 4.3.1 常用的运动目标检测算法优缺点介绍48
• 4.3.2 相邻帧差法原理48-49
• 4.3.3 三帧差分法的实现49-50
• 4.3.4 动态阈值五帧差分法的设计与实现50-53
• 4.4 运动目标跟踪算法53-62
• 4.4.1 Meanshift算法的原理及局限性53-55
• 4.4.2 Camshift算法的实现55-57
• 4.4.3 卡尔曼滤波器预测补偿跟踪误差57-58
• 4.4.4 基于卡尔曼滤波器的改进的Camshift算法设计58-62
• 4.5 跟踪算法实验仿真测试62-63
• 4.6 本章小结63-66
• 第5章 牙科手术视频自动跟踪目标模型的建立66-76
• 5.1 云台摄像机自动跟踪模型的建立66-70
• 5.1.1 控制参数变量定义66
• 5.1.2 云台转动角度的计算方法66-69
• 5.1.3 云台转动方向的判断方法69-70
• 5.1.4 云台转向控制指令发送策略的设计70
• 5.2 云台摄像机自动变焦模型的建立70-72
• 5.2.1 云台镜头变倍原理70-71
• 5.2.2 镜头变倍标准的设计71
• 5.2.3 镜头自动变倍模型的设计71-72
• 5.3 实验仿真测试及分析72-74
• 5.4 本章小结74-76
• 结论76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文82-84
• 致谢84

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2 韩翼刚;齿科陶瓷高效牙科手术去除机理研究[D];天津大学;2007年

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本文编号：595262