双半球胶囊机器人自监督姿态快速矫正方法

摘要

为了解决胃肠道粘弹性阻尼和胶囊质心偏移等非线性因素会使胶囊机器人姿态偏离控制目标,胶囊运动过程中大视差和运动图像模糊所导致的姿态估计误差等问题,提出一种自监督姿态快速矫正方法。在胶囊初始姿态标定方面,消除了初始自转角的影响;在胶囊姿态估计方面,基于注意力机制SAB和TAM,使用深度可分离卷积替代部分标准卷积,设计出一种时空注意力机制TSAM并嵌入到PoseNet中得到注意力姿态估计网络APEN,加强模型特征提取能力。实验表明,相较于现有胶囊姿态估计方法Endo-SfM,APEN可在保持推理速度几乎不变的同时,相对姿态估计精度提高52%,并且该方法能实时、有效的对胶囊姿态进行矫正,姿态控制精度提高38.8%,为实现胃肠道高效动态诊疗奠定了基础。