应用于腹腔微创手术机器人立体视觉技术研究

摘要

伴随着科学技术的进步，医疗机器人也迅猛发展，随着国外的医疗机器人技术推向市场，中国本土的医疗机器人技术也有了很大进步，很多高校已经积极着手研究各式各样的医疗机器人。医疗机器人发展如此迅速，对于机器人视觉部分的二维图像，已经不能够提供给医生足够的视觉信息，因为二维图像没有深度信息，致使医生在手术过程中对病灶精确位置判断起来比较困难，严重影响了医疗机器人的发展，视觉部分成了医疗机器人的比较薄弱的环节。本文以为医生提供三维立体图像为目的，从而对立体视觉系统进行了的研究。
　　在为腹腔微创手术机器人实现立体视觉这方面，根据实验中的环境和条件，采用了软硬件结合的方法实现了立体视觉系统。在硬件方面采集设备是双目内窥镜系统，图像处理方面使用的电脑主机，而对于立体实现部分采用了偏振光被动的立体显示器，通过以上三个硬件设备搭建完成立体视觉系统的硬件平台，并对其中各个硬件组成原理以及使用方法做了详细的研究。对于获取的图像，采用了消除噪声、图像增强以及图像锐化的处理，并就其中的实现方法进行了探讨，从中选择了对于本文合适的处理方法对图像进行了处理。另外还针对摄像机标定进行了研究，由于考虑的手术环境的特殊性，需要标定方法能够快速、准确、稳定，所以采用了张正友提出的单应性矩阵的基础上加以推导出求取摄像机内外参数的方法，最后在求取畸变参数时，在原有切向畸变的模型的基础上加上了径向畸变，使求取的结果更加准确。并且根据在摄像机标定的结果求取畸变参数，对图像进行了畸变校正，使之得到更好的效果。对于在标定过程中的角点提取，首先采用了harris角点提取算法，然后再用亚像素角点提取对角点进行精确定位。
　　最后本文进行了立体视觉系统实验，本文实验表明，该系统在目前现有的实验条件下，能够成功的实现三维立体效果。

目录

应用于腹腔微创手术机器人立体视觉技术研究

RESEARCH ON THREE-DIMENSIONAL VISUAL TECHNOLOGY APPLIED TO MINIMALLY INVASIVE CELIAC SURGERY ROBOT

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 腹腔微创手术机器人立体视觉及其相关理论的发展概况

1.2.1 医疗机器人的发展现状

1.2.2 立体视觉的研究现状

1.3 本文的主要研究内容

1.4 本文的各章节安排

第2章 立体视觉系统的实现以及硬件组成

2.1 引言

2.2 立体成像原理

2.3 立体视觉的实现

2.4 立体视觉系统的硬件组成

2.4.1 双目内窥镜

2.4.2 图像服务器

2.4.3 立体显示器

2.5 本章小结

第3章 立体视觉系统中的图像处理

3.1 引言

3.2 消除噪声

3.2.1 低通滤波器

3.2.2 线性滤波

3.2.3 中值滤波

3.3 图像的均衡化

3.3.1 灰度变换

3.3.2直方图均衡化

3.4 图像锐化

3.4.1梯度锐化法

3.4.2二阶锐化

3.5 本章小结

第4章 摄像机的标定及畸变校正及系统实验

4.1 引言

4.2 摄像机模型

4.2.1成像模型的坐标系模型

4.2.2摄像机的线性各个坐标系的转换

4.2.3图像的畸变模型

4.2.4摄像机非线性模型

4.3 摄像机标定

4.3.1求取单应性矩阵

4.3.2内外参数的求取

4.3.3畸变的校正

4.4 角点检测

4.4.1Harris角点提取算法

4.4.2亚像素级角点提取算法

4.5 摄像机标定实验结果

4.6立体视觉系统实验

4.6.1白平衡

4.6.2系统的实验部分

4.7 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢