图像导航外科手术光学三维定位系统的研究与开发

摘要

该论文的研究目标是通过对图像导航手术系统中光学三维定位技术的研究,为定位系统的研制提供一个可行性技术方案.围绕这一目标,该文从CCD摄像机标定,双目立体视觉重建到红外光学定位三个方面加以研究,并在此基础上建立了一套红外光学三维定位实验系统.该文在Tsai提出的摄像机模型的基础上分两步进行摄像机标定,第一步利用Tsai的高精度标定算法计算出摄像机初始参数,第二步采用非线性优化算法对第一步得到的摄像机参数进行全面优化.与Tsai原有的标定算法进行实验比较,我们采用的两步标定算法具有更好的标定性能.该文第二部分重点研究了基于点的三维重建技术,在此基础上实现了一个双目立体视觉系统,并通过实验对算法的可行性进行了验证.

目录

文摘

英文文摘

第一章：引论

1.1研究背景和动机

1.2当前几种常用的手术导航三维定位系统

1.2.1被动式机械臂

1.2.2超声定位系统

1.2.3电磁定位系统

1.2.4光学三维定位系统

1.3论文的研究内容和实现方法

1.4论文综述

第二章：摄像机标定

2.1线性模型摄像机标定

2.1.1成像几何坐标系

2.1.2针孔摄像机模型

2.1.3线性模型摄像机标定

2.2非线性模型摄像机标定

2.2.1非线性摄像机模型

2.2.2非线性摄像机标定

2.3我们的CCD摄像机标定算法

2.3.1摄像机模型

2.3.2模型方程的建立

2.3.3标定数据的获取

2.3.4摄像机内外参数的估计

2.3.5外部参数的标定

2.3.6标定精度的评估

2.4实验结果与讨论

2.4.1算法可行性实验研究

2.4.2算法应用有效性实验研究

2.5本章小结

第三章：双目立体视觉系统

3.1 Marr计算视觉理论

3.1.1视觉系统研究的三个层次

3.1.2视觉信息处理的三个阶段

3.2立体视觉三维重建技术

3.2.1立体视觉的基本原理

3.2.2基于空间点的三维重建

3.3对应点的匹配

3.4双目立体视觉系统基本框架

3.5实验结果与讨论

3.6本章小结

第四章：红外光学三维定位系统

4.1系统结构与工作原理

4.2 IRED中心点的定位

4.2.1 IRED图像中心点的检测

4.2.2对应点的匹配

4.3探针针尖的定位

4.4实验结果与讨论

4.5本章小结

第五章：结论

5.1论文工作总结

5.2将来的研究方向

参考文献

致谢