内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法技术

本发明专利技术公开了内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，涉及图像处理技术领域。本发明专利技术包括如下步骤：步骤S1：建立图像重构的标准样本模型，对内窥镜图像进行预处理，获取内窥镜序列图像；步骤S2：对内窥镜摄像机进行标定，得到内窥镜摄像机的参数；步骤S3：得到摄像机的参数畸变情况，基于畸变情况进行特征矫正；步骤S4：矫正后代入参照项，即标准样本模型，利用计算机观察差异点，并进行二次特征修复完善；步骤S5：对图像特征点进行提取和匹配；步骤S6：进行三维摄影重建，并对模型进行可视化处理；步骤S7：完成重构。本发明专利技术通过从序列2D图像中重建出当前内窥镜视野下的三维结构，手术中观察可控性加强，参考价值高。参考价值高。参考价值高。

【技术实现步骤摘要】
内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，特别是涉及内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法。

技术介绍

[0002]微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术，微创手术的优点是创伤小、疼痛轻、恢复快，内窥镜是集中了传统光学、人体工程学、精密机械、现代电子、数学、软件等于一体的检测仪器，一个具有图像传感器、光学镜头、光源照明、机械装置等，它可以经口腔进入胃内或经其他天然孔道进入体内，利用内窥镜可以看到X射线不能显示的病变，因此它对医生非常有用，随着内窥镜技术的不断发展，其亦应用于微创手术中，相对于普通开放的外科手术，内窥镜微创手术通过一个微小的创口，利用内窥镜观察内部的结构信息，能够减小手术的并发症以及缩短病人的手术恢复时间，内窥镜微创手术提高了手术质量，也减少了手术的费用；
[0003]但目前的内窥镜手术中对医生的主观经验依赖性较高，对内窥镜的位置掌握精确度不够，从而难以对病灶进行精准定位，此外内窥镜2D的图像表达形式下缺乏解剖结构的三维信息，手术可控度不足，存在一定的局限性；因此，我们提出内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，解决上述背景中提出的问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术为内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1：建立图像重构的标准样本模型，作为参照项，并对内窥镜图像进行预处理，获取内窥镜序列图像；
[0008]步骤S2：利用摄像机非线性标定算法，对内窥镜摄像机进行标定，得到内窥镜摄像机的参数；
[0009]步骤S3：基于上述步骤，得到摄像机的参数畸变情况，基于畸变情况进行特征矫正；
[0010]步骤S4：矫正后代入参照项，即标准样本模型，利用计算机观察差异点，并进行二次特征修复完善；
[0011]步骤S5：对内窥镜图像进行增强处理，并对图像特征点进行提取和匹配；
[0012]步骤S6：基于上述匹配的图像特征点，进行三维摄影重建，并对模型进行可视化处理；
[0013]步骤S7：完成内窥镜微创手术的空间成像高清图像同步精度重构。
[0014]所述步骤S1中标准样本模型为内窥镜微创手术中已成立的图像数据样本。
[0015]所述步骤S1中对内窥镜图像进行预处理，包括对图像进行滤波处理，把图像或序列中心点位置的值用该域的中值替代。
[0016]所述步骤S2中内窥镜摄像机的视频采集图像帧率为40帧/秒，单帧图像尺寸为720
×
576，图像格式为RGB。
[0017]所述步骤S4中通过计算机使用C++编程，计算机软件系统为Windows XP，计算机硬件配置包括INTEL i7
‑
8700k，内存为2GB。
[0018]所述步骤S5中对图像特征点进行提取和匹配，采用SIFT算法进行。
[0019]所述步骤S6中对图像进行三维摄影重建，通过即时跟踪内窥镜摄像机的运动轨迹获得。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：
[0021]一、本专利技术内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，通过从序列2D图像中重建出当前内窥镜视野下的三维结构，手术中观察可控性加强，参考价值高，应用范围广阔。
[0022]二、本专利技术内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，利用图像序列获取几何造型数据，有效减少计算量，同时通过图像可获得场景或物体的纹理，减少对光照等物理特性的设计，降低对计算能力的要求，适应性强。
[0023]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术的内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法的操作流程图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]请参阅图1所示：本专利技术为内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，包括如下步骤：
[0028]步骤S1：建立图像重构的标准样本模型，标准样本模型为内窥镜微创手术中已成立的图像数据样本，作为参照项，并对内窥镜图像进行预处理，包括对图像进行滤波处理，把图像或序列中心点位置的值用该域的中值替代，同时获取内窥镜序列图像；
[0029]步骤S2：利用摄像机非线性标定算法，对内窥镜摄像机进行标定，得到内窥镜摄像机的参数，内窥镜摄像机的视频采集图像帧率为40帧/秒，单帧图像尺寸为720
×
576，图像格式为RGB；
[0030]步骤S3：基于上述步骤，得到摄像机的参数畸变情况，基于畸变情况进行特征矫正；步骤S4：矫正后代入参照项，即标准样本模型，利用计算机观察差异点，并进行二次特征修复完善，计算机使用C++编程，计算机软件系统为Windows XP，计算机硬件配置包括INTEL i7
‑
8700k，内存为2GB；
[0031]步骤S5：对内窥镜图像进行增强处理，并对图像特征点进行提取和匹配，采用SIFT算法进行；步骤S6：基于上述匹配的图像特征点，进行三维摄影重建，并对模型进行可视化处理，基于计算机进行，其中，对图像进行三维摄影重建，通过即时跟踪内窥镜摄像机的运动轨迹获得。
[0032]步骤S7：完成内窥镜微创手术的空间成像高清图像同步精度重构。
[0033]本方案中，从运动恢复三维形状以匹配的图像点特征作为输入，获得摄像机的运动参数和场景中特征点的三维坐标，并估计出摄像机的运动参数，通过跟踪出摄像机的运动轨迹，判断当前内窥镜视野下定位信息流失时的手术器械位置，重建出的三维结构可用来显示当前场景的三维结构，并将其和术前的医学影像进行对比。
[0034]本方案中，SIFT算法实现特征匹配的环节包括，提取关键点：关键点是一些十分突出的不会因光照、尺度、旋转等因素而消失的点，比如角点、边缘点、暗区域的亮点以及亮区域的暗点，此环节是搜索所有尺度空间上的图像位置，通过高斯微分函数来识别潜在的具有尺度和旋转不变的兴趣点；定位关键点并确定特征方向：在每个候选的位置上，通过一个拟合精细的模型来确定位置和尺度，关键点的选择依据于它们的稳定程度，然后基于图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1：建立图像重构的标准样本模型，作为参照项，并对内窥镜图像进行预处理，获取内窥镜序列图像；步骤S2：利用摄像机非线性标定算法，对内窥镜摄像机进行标定，得到内窥镜摄像机的参数；步骤S3：基于上述步骤，得到摄像机的参数畸变情况，基于畸变情况进行特征矫正；步骤S4：矫正后代入参照项，即标准样本模型，利用计算机观察差异点，并进行二次特征修复完善；步骤S5：对内窥镜图像进行增强处理，并对图像特征点进行提取和匹配；步骤S6：基于上述匹配的图像特征点，进行三维摄影重建，并对模型进行可视化处理；步骤S7：完成内窥镜微创手术的空间成像高清图像同步精度重构。2.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，其特征在于，所述步骤S1中标准样本模型为内窥镜微创手术中已成立的图像数据样本。3.根据权利要求1所述的内窥镜微创手术空间成像高清图像同步精度重构方法，其特征在于，所述步骤S1中对内...

【专利技术属性】
技术研发人员：董健文，刘斌，张良明，刘仲宇，杨阳，陈子豪，戎利民，刘青山，王远彬，
申请(专利权)人：普密特成都医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：