本文選題：增強現(xiàn)實 + 標(biāo)識物設(shè)計��； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：醫(yī)療領(lǐng)域因其高風(fēng)險,不可重復(fù)的特點,迫切的需要更多的術(shù)前指導(dǎo)和術(shù)中輔助,因此本文針對增強現(xiàn)實在醫(yī)療輔助手術(shù)中的應(yīng)用,引入了基于視覺的三維注冊技術(shù),將三重建后的虛擬模型與真實場景進行實時配準(zhǔn),從而更加直觀的顯示手術(shù)位置。為了提高虛實配準(zhǔn)的效率和速度,本文設(shè)計了一個可在任何角度都能被檢測到正六面體的三維標(biāo)識物用來跟蹤注冊,重點研究了標(biāo)識物的設(shè)計、識別、位姿估計算法,并將其應(yīng)用在虛實配準(zhǔn)實驗中,實現(xiàn)了虛實模型的融合顯示。實驗證明了標(biāo)識物的識別跟蹤效果良好。本文的研究具體內(nèi)容分為以下幾點:1.在醫(yī)療輔助手術(shù)背景下,針對真實顱骨模型的三維特點和實驗場景單一,而平面標(biāo)識物具有在極限視角下突然失效的不足,設(shè)計了一種基于海明編碼的正六面體三維標(biāo)識物,不同面是編碼不同的黑白色快。設(shè)計程序算法實現(xiàn)了標(biāo)識物的檢測和定位,識別得到了標(biāo)志面的ID信息。2.針對三維標(biāo)識物的不同識別情況,采用Pn P多點透視結(jié)合POSIT算法求得攝像機的位姿,為了盡可能多的識別三維標(biāo)識物上的平面標(biāo)志,在場景范圍內(nèi)對不同大小的標(biāo)識物進行實驗,獲得了標(biāo)識物的尺度優(yōu)化函數(shù),確定標(biāo)識物邊長為8cm。采用MC算法對顱骨模型CT數(shù)據(jù)三維重建獲取了虛擬模型并渲染優(yōu)化。3.對本文提出的跟蹤注冊方法進行實驗驗證,對攝像機進行標(biāo)定獲取內(nèi)參數(shù),采集的28幅圖像標(biāo)定的平均誤差為0.38像素。將虛擬模型導(dǎo)入場景與真實顱骨模型配準(zhǔn)顯示,虛實模型輔助支架及上面的小球融合效果良好,保證了虛實配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性。本文設(shè)計的三維標(biāo)識物系統(tǒng)較為有效的實現(xiàn)了三維注冊,識別速度在60ms,保證了識別的快速性。在場景范圍長、寬、高為60cm×50cm×40cm,真實顱骨模型尺寸為20cm×14cm×14cm條件下,選取的標(biāo)識物可使識別標(biāo)志面占可視標(biāo)志面?zhèn)�數(shù)百分比達到86.67%,保證了跟蹤的有效。最后成功的將該標(biāo)識物應(yīng)用于虛實配準(zhǔn)中。本文的研究成果為醫(yī)用增強現(xiàn)實的研究提供了可行的思路。
[Abstract]:Because of its high risk and non-repeatable characteristics, the medical field urgently needs more preoperative guidance and intraoperative assistance. Therefore, aiming at the application of augmented reality in medical assistant surgery, a visual 3D registration technique is introduced in this paper.The virtual model is registered with the real scene in real time, so that the location of the operation can be displayed more intuitively.In order to improve the efficiency and speed of virtual and real registration, this paper designs a 3D marker which can detect hexahedron from any angle to track registration.It is applied to the virtual reality registration experiment to realize the fusion display of the virtual reality model.Experimental results show that the identification and tracking effect of the marker is good.The specific content of this paper is divided into the following points: 1.In the context of medically assisted surgery, a hexahedron 3D marker based on Hemin coding was designed to solve the problem that the three-dimensional characteristics of the real skull model and the experimental scene were single, while the plane marker had the deficiency of sudden failure in the limit angle of view.Different faces are coded with different black and white colors fast.The algorithm of design program realizes the detection and location of the mark, and obtains the ID information of the mark surface. 2.In view of the different recognition situation of 3D marker, using PN P multi-point perspective combined with POSIT algorithm to get the pose of camera, in order to recognize as many plane marks on 3D marker as possible,The scale optimization function of the marker was obtained and the side length of the marker was determined to be 8 cm by experiments on the different sizes of the marker in the scene range.The virtual model is obtained by using MC algorithm to reconstruct the CT data of skull model and the rendering optimization. 3. 3.The tracking registration method proposed in this paper is verified experimentally. The camera is calibrated to obtain internal parameters. The average error of the 28 collected images is 0.38 pixels.The virtual model was introduced into the scene and the real skull model was registered and displayed. The virtual solid model assisted the scaffold and the pellet above were fused well, which ensured the accuracy of the virtual real registration.The 3D marking system designed in this paper has realized the 3D registration effectively, and the recognition speed is 60 ms, which ensures the rapidity of recognition.Under the conditions of long, wide, high 60cm 脳 50cm 脳 40 cm high and 20cm 脳 14cm 脳 14cm of the real skull model, the selected marker can make the identification mark surface reach 86.67% of the visible mark surface, which ensures the effectiveness of tracking.Finally, the mark is successfully applied to virtual registration.The research results of this paper provide a feasible way for medical augmented reality research.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：R318;TP391.9

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本文編號：1754724