本文關(guān)鍵詞：基于結(jié)構(gòu)光的多視場(chǎng)三維圖像采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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【摘要】：視覺是人類獲取信息最重要的方式。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展,圖像采集和顯示技術(shù)逐漸成為人類視覺信息獲取過程中的重要載體,圖像采集和顯示技術(shù)極大的拓展了人類的視野,使得人們可以看到很多無法直接用肉眼觀察的場(chǎng)景,如遙遠(yuǎn)的星系,微觀世界或者穿透表面看到身體的內(nèi)部�，F(xiàn)實(shí)的物理世界是三維的,現(xiàn)有的圖像采集及顯示技術(shù)無法表現(xiàn)出三維立體感,三維采集與三維顯示可以彌補(bǔ)上述的缺陷,通過先進(jìn)的技術(shù)方式還原出原始的真實(shí)場(chǎng)景,使得通過采集和顯示技術(shù)傳遞的信息更加真實(shí)直觀。三維采集和三維顯示技術(shù)是當(dāng)前熱門的研究領(lǐng)域,三維成像和信息的處理形成一個(gè)有機(jī)的整體。三維顯示技術(shù)需要三維采集獲取的三維圖像作為內(nèi)容,而三維采集獲取的三維圖像需要使用三維顯示技術(shù)才能夠準(zhǔn)確重現(xiàn)。而三維內(nèi)窺鏡則涵蓋了三維技術(shù)的多個(gè)方面,是未來醫(yī)療儀器的發(fā)展趨勢(shì),研究具有重要意義。論文主要圍繞多視場(chǎng)三維內(nèi)窺鏡技術(shù)展開研究,首先對(duì)結(jié)構(gòu)光原理行了介紹和分析,對(duì)相機(jī)標(biāo)定方法進(jìn)行了研究,在對(duì)光場(chǎng)的原理、光場(chǎng)的采集和顯示原理進(jìn)行學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,研究了多視場(chǎng)的三維重建技術(shù),展示了重建結(jié)果,設(shè)計(jì)了一種全新的多視場(chǎng)三維內(nèi)窺鏡,實(shí)現(xiàn)了三維采集和三維顯示,并且推出了一種新型的內(nèi)窺鏡磁導(dǎo)引控制方式。論文實(shí)現(xiàn)的多視場(chǎng)三維內(nèi)窺鏡系統(tǒng),包括適應(yīng)內(nèi)窺鏡的微型結(jié)構(gòu)光設(shè)計(jì)方案,多相機(jī)的內(nèi)外參數(shù)標(biāo)定,多視場(chǎng)的圖像采集和處理,基于SIFT的圖像匹配算法,多視稠密點(diǎn)云重構(gòu)算法和表面重構(gòu)算法,顯示采集的光場(chǎng)圖像或重建結(jié)果的體三維顯示和多視光場(chǎng)顯示的硬件和軟件設(shè)計(jì),以及整套的內(nèi)窺鏡磁導(dǎo)引控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制作。論文所設(shè)計(jì)的整套系統(tǒng)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得了較為滿意的結(jié)果,從多視場(chǎng)的圖像獲取到較好的三維重建的效果,控制系統(tǒng)的可操控性達(dá)到預(yù)期的目標(biāo),部分條件已經(jīng)滿足臨床醫(yī)療的要求,為今后三維內(nèi)窺鏡的臨床實(shí)驗(yàn)和VR手術(shù)奠定了一定的基礎(chǔ),推動(dòng)了三維內(nèi)窺鏡的發(fā)展和醫(yī)療器械技術(shù)的進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】：結(jié)構(gòu)光 三維采集 三維重建 光場(chǎng)三維顯示 磁導(dǎo)引控制
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-16
• 1.1 內(nèi)窺鏡的現(xiàn)狀11-12
• 1.2 當(dāng)前內(nèi)窺鏡的技術(shù)和限制12-14
• 1.3 傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的測(cè)量方式14-15
• 1.4 本文的結(jié)構(gòu)15-16
• 第二章 結(jié)構(gòu)光三維成像系統(tǒng)定標(biāo)及基本原理16-24
• 2.1 相機(jī)及投影儀光學(xué)模型16
• 2.2 投影儀系統(tǒng)標(biāo)定算法16-18
• 2.2.1 投影儀的亮度定標(biāo)16-17
• 2.2.2 投影儀的幾何標(biāo)定17-18
• 2.3 結(jié)構(gòu)光三維成像基本原理18-19
• 2.4 結(jié)構(gòu)光三維成像技術(shù)分類19-22
• 2.4.1 時(shí)空編碼19-21
• 2.4.2 單幅空間編碼21-22
• 2.5 適合內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)光設(shè)計(jì)方案22-23
• 2.6 本章小結(jié)23-24
• 第三章 光場(chǎng)原理與相機(jī)標(biāo)定24-37
• 3.1 光場(chǎng)的概念及其采集與重構(gòu)25-31
• 3.1.1 光場(chǎng)的基本概念及表示方法25-27
• 3.1.2 光場(chǎng)與圖像采集27-31
• 3.2 相機(jī)模型與標(biāo)定31-36
• 3.2.1 相機(jī)的光學(xué)模型31-33
• 3.2.2 相機(jī)的標(biāo)定33-36
• 3.3 本章小結(jié)36-37
• 第四章 三維重建37-60
• 4.1 系統(tǒng)整體框架37-38
• 4.2 內(nèi)窺鏡重建預(yù)處理38-39
• 4.3 特征抽取及匹配39-45
• 4.3.1 FAST特征檢測(cè)方法40-41
• 4.3.2 FAST算法決策樹生成41
• 4.3.3 非極大值抑制41-42
• 4.3.4 SIFT特征檢測(cè)方法42
• 4.3.5 多尺度DOG算子進(jìn)行特征點(diǎn)檢測(cè)42-43
• 4.3.6 計(jì)算梯度并提取特征描述向量43-44
• 4.3.7 特征點(diǎn)匹配44-45
• 4.4 三維稀疏點(diǎn)云重構(gòu)45-49
• 4.4.1 初始化三維結(jié)構(gòu)45-47
• 4.4.2 捆綁調(diào)整47-49
• 4.5 多視匹配及點(diǎn)云網(wǎng)格化49-57
• 4.5.1 稠密點(diǎn)云重構(gòu)50-53
• 4.5.2 PMVS算法的改進(jìn)53-54
• 4.5.3 三維點(diǎn)云網(wǎng)格化54-57
• 4.6 多視三維表面重構(gòu)結(jié)果57-59
• 4.7 本章小結(jié)59-60
• 第五章 三維顯示技術(shù)60-75
• 5.1 體三維顯示技術(shù)60-64
• 5.1.1 體三維顯示技術(shù)原理61-62
• 5.1.2 體三維顯示硬件系統(tǒng)62-63
• 5.1.3 體三維顯示中的問題63-64
• 5.2 多視光場(chǎng)顯示技術(shù)64-74
• 5.2.1 多視光場(chǎng)三維顯示成像模型65-67
• 5.2.2 基于采集光場(chǎng)圖像計(jì)算投影圖像67-68
• 5.2.3 基于場(chǎng)景渲染的投影圖像生成算法68-71
• 5.2.4 系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)71-73
• 5.2.5 圖像的標(biāo)定和校正73-74
• 5.2.6 系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)74
• 5.3 本章小結(jié)74-75
• 第六章 內(nèi)窺鏡的磁導(dǎo)引系統(tǒng)設(shè)計(jì)75-85
• 6.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)75-76
• 6.2 有限元分析76-79
• 6.2.1 用虛功法計(jì)算磁力76-77
• 6.2.2 使用Maxwell仿真77-79
• 6.3 控制系統(tǒng)分析79-82
• 6.3.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)79-80
• 6.3.2 PID控制原理80
• 6.3.3 模糊自適應(yīng)PID控制80-82
• 6.4 實(shí)驗(yàn)和分析82-84
• 6.5 本章小結(jié)84-85
• 第七章 總結(jié)與展望85-87
• 7.1 論文總結(jié)85-86
• 7.2 工作展望86-87
• 參考文獻(xiàn)87-93
• 致謝93-94
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其他科研成果94

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