本文關(guān)鍵詞：基于單目SLAM的內(nèi)窺鏡定位和胃腸特征地圖構(gòu)建

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【摘要】：胃腸疾病是一種常見疾病,內(nèi)窺鏡對早發(fā)現(xiàn)和治療該類疾病有很重要的意義。目前胃腸內(nèi)窺鏡在臨床治療中使用存在兩個(gè)難點(diǎn):首先是內(nèi)窺鏡在胃腸內(nèi)的位置和姿態(tài)難以估計(jì),目前主要依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗(yàn)或是X光成像等有損檢測方法;第二點(diǎn)是難以構(gòu)建胃腸環(huán)境地圖,而環(huán)境地圖對定點(diǎn)診療或者投放藥物非常有幫助。因此基于單目攝像頭和胃腸特征來完成內(nèi)窺鏡定位以及胃腸特征地圖的構(gòu)建算法的研究具有很強(qiáng)應(yīng)用價(jià)值。首先針對真實(shí)腸道環(huán)境,對比分析常用的特征提取算法,從特征提取時(shí)間,旋轉(zhuǎn)和縮放變換下正確匹配率和姿態(tài)估計(jì)精度三個(gè)方面的性能評估了SIFT、BRISK、ORB和FREAK算法。ORB二進(jìn)制特征算子具有特征提取速度快,正確匹配率高,估計(jì)誤差小的優(yōu)點(diǎn)。基于胃腸內(nèi)窺鏡實(shí)測數(shù)據(jù),對經(jīng)典SLAM算法在位姿調(diào)整和空間點(diǎn)位置計(jì)算方面做了針對性修改,引入基于視覺關(guān)聯(lián)圖的局部位姿優(yōu)化算法和幾何距離最小的三角測量算法,搭建了一個(gè)胃腸SLAM算法框架。為了解決空間點(diǎn)和關(guān)鍵幀累積數(shù)據(jù)量大的問題,設(shè)計(jì)了一種關(guān)鍵幀判斷策略和空間地圖點(diǎn)刪余策略來控制關(guān)鍵幀和地圖點(diǎn)的增長。基于內(nèi)窺鏡視頻數(shù)據(jù)重構(gòu)了人體結(jié)腸內(nèi)的特征地圖,并估計(jì)了內(nèi)窺鏡的軌跡,驗(yàn)證了該算法在真實(shí)腸道環(huán)境中的可行性。為了方便得到地圖和軌跡的真實(shí)值,搭建了一套模擬胃腸系統(tǒng)用來驗(yàn)證算法的有效性,評估了圖像幀率、關(guān)鍵幀數(shù)量對定位精度和特征地圖精度的影響�；谀M胃腸系統(tǒng),對胃腸SLAM算法和傳統(tǒng)的視覺里程計(jì)算法進(jìn)行對比,在內(nèi)窺鏡直線運(yùn)動(dòng)時(shí),所提算法的關(guān)鍵幀存儲(chǔ)數(shù)量僅為后者的1/8;定位精度上提高三倍。
【關(guān)鍵詞】：內(nèi)窺鏡 胃腸SLAM 定位 重建
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：R57;TP391.41
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-14
• 1.1 課題背景7-9
• 1.2 研究現(xiàn)狀9-12
• 1.3 研究意義12-13
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)13-14
• 第二章 胃腸SLAM14-21
• 2.1 SLAM問題簡介14-19
• 2.1.1 特征的選擇16-17
• 2.1.2 數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)17-18
• 2.1.3 位姿圖優(yōu)化18-19
• 2.2 SLAM地圖重建的方法19-20
• 2.3 本章小結(jié)20-21
• 第三章 特征提取算子在胃腸SLAM應(yīng)用中的對比評估21-36
• 3.1 常見特征提取方法21-27
• 3.1.1 BRISK21-24
• 3.1.2 ORB24-25
• 3.1.3 FREAK25-27
• 3.2 胃腸道場景中性能比較27-34
• 3.2.1 提取時(shí)間30
• 3.2.2 旋轉(zhuǎn)變換30-32
• 3.2.3 尺度縮放32-34
• 3.3 結(jié)果分析34-35
• 3.4 本章小結(jié)35-36
• 第四章 胃腸內(nèi)窺鏡定位36-62
• 4.1 相機(jī)成像模型36-41
• 4.1.1 三種坐標(biāo)系36-37
• 4.1.2 小孔成像模型37-40
• 4.1.3 相機(jī)的標(biāo)定40-41
• 4.2 相機(jī)位姿恢復(fù)41-45
• 4.2.1 基礎(chǔ)矩陣和本質(zhì)矩陣41-43
• 4.2.2 求解本質(zhì)矩陣和基礎(chǔ)矩陣43-44
• 4.2.3 相機(jī)矩陣的恢復(fù)44-45
• 4.2.4 相機(jī)姿態(tài)的初始化45
• 4.3 相機(jī)位姿更新45-51
• 4.3.1 光束平差法46-50
• 4.3.2 姿態(tài)更新50-51
• 4.4 基于視覺關(guān)聯(lián)圖的位姿局部優(yōu)化51-53
• 4.4.1 關(guān)鍵幀和視覺關(guān)聯(lián)圖51-52
• 4.4.2 局部光束平差52-53
• 4.5 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析53-61
• 4.5.1 模型驗(yàn)證53-59
• 4.5.2 實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證59-61
• 4.6 本章小結(jié)61-62
• 第五章 腸道特征地圖構(gòu)建62-72
• 5.1 特征地圖構(gòu)建62-64
• 5.1.1 幾何距離最小的三角測量62-64
• 5.1.2 空間點(diǎn)的添加和刪除64
• 5.2 基于特征的場景地圖構(gòu)建64-71
• 5.3 本章小結(jié)71-72
• 第六章 總結(jié)和展望72-74
• 6.1 總結(jié)72-73
• 6.2 展望73-74
• 致謝74-75
• 參考文獻(xiàn)75-78

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 張瑞娟;劉晴;;膠囊內(nèi)窺鏡產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀綜述[J];生物技術(shù)世界;2015年09期

2 梁明杰;閔華清;羅榮華;;基于圖優(yōu)化的同時(shí)定位與地圖創(chuàng)建綜述[J];機(jī)器人;2013年04期

3 廖專;李兆申;;消化道智能膠囊:從內(nèi)鏡到機(jī)器人[J];中華消化內(nèi)鏡雜志;2012年03期

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本文編號(hào)：597113