基于摄像机的图像引导放射治疗研究与设计

摘要

随着图像处理技术和肿瘤放射治疗技术的发展,图像引导放射治疗(IGRT)必将成为二十一世纪放射治疗技术的主流。基于摄像机的图像引导放射治疗系统是为了完成放射治疗前病人自动定位和复位,以及实时监测治疗中病人的位置,以实现精确放射治疗。它是目前该领域内一个很有价值的研究方向。本论文中,根据课题的实验环境,选择了基于双目立体视觉原理的主动测距的方法,通过图像分割完成标记物的提取,进而用图像匹配技术并结合一定的先验知识对提取的像点匹配,然后通过匹配点对对标记物三维重建。其中摄像机标定和图像匹配部分是本论文的难点,也是论文的工作重点。鉴于课题应用环境的特殊性,系统对精确度要求较高,论文主要从两个方面,即摄像机标定和图像匹配,来提高系统精度。通过对大量实验分析总结后,论文提出了对立体视觉中的双摄像机进行整体优化的非线性方法,先对每个摄像机分别标定,标定的结果作为整体优化的初值做进一步迭代优化。为保证图像匹配正确,避免三维重建失败,提出了一种适合本课题的综合匹配算法,先利用外极线约束获得一个特征点在另一幅图像中的候选匹配点集合,接着根据相似性约束对候选点排序,最后根据位置约束和唯一性约束确定最后匹配。对结果的分析表明本论文中的方法有效达到了课题的要求,可以满足放射治疗中病人的定位和复位需要。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题的背景和意义

1.1.1 放射治疗的发展

1.1.2 图像引导技术在放射治疗中的发展

1.2 课题的任务

1.2.1 图像处理

1.2.2 立体视觉

1.3 本论文的主要内容

第二章 摄像机系统

2.1 概述

2.2 摄像机系统表示方法

2.2.1 齐次坐标与透视变换

2.2.2 坐标变换与刚体变换

2.3 摄像机模型

2.3.1 摄像机内参数

2.3.2 摄像机外参数

2.3.3 摄像机变形参数

2.4 摄像机标定

2.4.1 线性标定

2.4.2 立体标定

2.4.3 非线性优化

2.4.4 整体优化

第三章 特征点提取

3.1 概述

3.2 Harris 点检测算法

3.3 哈夫变换

第四章 对应点匹配

4.1 概述

4.2 外极几何学

4.3 匹配约束

4.3.1 外极线约束

4.3.2 一致性约束

4.3.3 唯一性约束

4.3.4 连续性约束

4.3.5 位置关系约束

4.4 匹配算法

4.4.1 选择匹配基元

4.4.2 确立相似性测度

4.5 综合约束匹配

第五章 三维重建

5.1 概述

5.2 立体视觉

5.3 三维重建

5.3.1 最基本的双目视觉

5.3.2 线性方程组求解

5.3.3 双直线相交法

第六章 实验、结果与分析

6.1 系统精度分析及器件选择

6.1.1 系统精度分析

6.2 实验、结果与分析

第七章 总结与展望

致谢

个人简历及研究成果

附件