基于双目内窥镜的软组织图像三维重建

发布时间：2021-03-26 10:27

　　随着医用内窥镜设备的发展,微创手术（Minimally invasive surgery,MIS）,在当下逐渐成为日常医学实践中的重要技术手段。微创手术由于创口小、疼痛轻、术后恢复快,近年来获得广泛应用。但在惠及患者的同时,微创手术却对手术操作者提出了更高的要求。微创手术是以内窥镜为媒介的多人间接眼-手协同过程。内窥镜有限的视界和直接深度感知的缺失给医生术中定位带来困难,极大影响了手术操作的精确性和安全性。针对这些问题,本文对基于双目内窥镜的软组织图像三维重建方法进行了深入研究。主要研究工作如下:1)研究了双目立体内窥镜成像模型。利用张正友相机标定算法对立体内窥镜进行了标定。基于标定结果对立体图像对进行了立体校正,开展了特征匹配算法研究,实现了基于立体视觉的软组织三维重建。2)提出了一种改进的阴影恢复形状（SFS）重建算法。研究了常用的朗伯反射模型和Blinn-Phong模型等基于经验的光照反射模型,针对经验光照反射模型在真实微创环境下成像过程表现力有限的问题,本文采用了一种基于辐照度学和微表面理论构建的光照反射模型用于SFS重建。与经典光照反射模型的比对实验表明,本文光照发射模型能够... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

达芬奇手术系统

第二章立体视觉法与SFS算法基础90010=0110011udxuxvdyvy(2-1)其中，dx为一个像素x方向上的物理尺寸，dy是y轴上的物理尺寸，00u,v为图像成像平面的原点。综上，三维场景中，目标物体在世界坐标系下的坐标信息通过刚体变换转换到摄像机坐标，再通过透视映射转换到图像坐标，整个转换关系如图2-1所示。图2-1坐标转换关系刚体变换的齐次表达形式如下：0111CWCWCWXXYRTYZZ(2-2)其中1TWWWXYZ，1TCCCXYZ分别表示世界坐标和摄像机坐标的齐次坐标形式，R为3×3的旋转矩阵,，为3×1的平移向量，借由刚体变换可以将世界坐标转换为摄像机坐标。透视映射具体表达式如下：

电子科技大学硕士学位论文10CCCCxfXZyfYZ(2-3)其中f为相机焦距，x,y为图像坐标。摄像机坐标系可以通过以上透视映射关系转换到图像物理坐标系。明确以上视觉系统三大坐标系转换关系后，开始对理想相机成像模型建模。此处我们暂时忽略相机镜头畸变的影响，将小孔成像模型视作理想的相机成像模型。小孔成像模型通过几何光学映射来描述三维场景下的空间点转化为成像平面上二维像点的过程，以此建立起了目标世界坐标与图像坐标之间的联系。在小孔成像模型中，假设空间一点TWWWMXYZ、与之对应的图像坐标Tmuv，摄像机坐标系原点及摄像机光学中心（光心）CO三点共线，M与CO的连线在成像平面上的交点即为与空间点对应的二维像点在图像上的位置，如图2-2所示：图2-2小孔成像结合上文提到的刚体变换、透视映射、图像物理/像素坐标之间的转换，不难推导得出小孔成像模型，并整理以齐次坐标形式表示如下：


本文编号：3101431