腹腔手術(shù)機(jī)器人視覺系統(tǒng)的研究.pdf

1、單孔腹腔鏡手術(shù)(LESS)和經(jīng)自然腔道內(nèi)鏡手術(shù)(NOTES)吸引了越來越多研究者的目光,因?yàn)橄鄬?duì)于常規(guī)腹腔鏡手術(shù),其創(chuàng)口更少,對(duì)患者的美容更加有利。但是目前常規(guī)的腹腔鏡手術(shù)器械在開展LESS和NOTES存在不便。為了解決這個(gè)問題并且充分發(fā)揮LESS和NOTES潛力,研制機(jī)器人化的LESS/NOTES器械具有重要意義。本文研究的就是一種面向LESS的腹腔手術(shù)機(jī)器人的視覺系統(tǒng)。該視覺系統(tǒng)以小尺寸低功耗為特征。本文分為三個(gè)部分完成對(duì)該系統(tǒng)的設(shè)

2、計(jì),分別是無線攝像子系統(tǒng),照明子系統(tǒng)以及視頻處理平臺(tái)。
　　在無線攝像子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,比較了模擬式視頻傳輸方案與數(shù)字式視頻傳輸方案的優(yōu)缺點(diǎn),選擇了能實(shí)現(xiàn)小尺寸低功耗實(shí)時(shí)無線視頻傳輸?shù)哪M式視頻傳輸方案;通過比較分辨率以及尺寸,選擇了小尺寸高分辨率的CMOS成像芯片;根據(jù)光學(xué)參數(shù)的設(shè)計(jì),選擇了系統(tǒng)的鏡頭;為了提高發(fā)射功率,設(shè)計(jì)了小尺寸的射頻功率放大電路。
　　在照明子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,計(jì)算和分析了小尺寸前提下矩形布局與圓周布局對(duì)于

3、視場(chǎng)內(nèi)最低光強(qiáng)以及光照分布均勻性的影響,根據(jù)更好的均勻性選擇了圓周布局方式作為小尺寸下LED布局方式;基于圓周布局下光強(qiáng)分布模型,提出了理想情況下和非理想情況下LED低功耗選擇模型;根據(jù)該模型選擇了小尺寸的LED,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的小尺寸的LED驅(qū)動(dòng)電路。
　　在視頻處理子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,首先分析了由視覺系統(tǒng)硬件所采集的圖像中存在的缺陷,指出了視頻處理子系統(tǒng)應(yīng)該具有的功能;利用MFC以及OpenCV搭建了視頻處理子系統(tǒng)的框架;引入了圖像處

4、理指標(biāo)用于客觀評(píng)價(jià)圖像處理之后的圖像質(zhì)量;基于該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了攝像頭畸變校正以及白平衡功能;搭建了陷波濾波器對(duì)圖像中條紋噪聲進(jìn)行了精確濾除;利用單尺度Retinex算法和多尺度Retinex算法對(duì)圖像進(jìn)行了增強(qiáng),減少了圖像中霧氣的影響,并通過客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)證實(shí)了算法的有效性。
　　最后,通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性。通過幀頻測(cè)試實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)幀率滿足設(shè)計(jì)要求;通過視場(chǎng)角實(shí)驗(yàn)和分辨率實(shí)驗(yàn)測(cè)試了系統(tǒng)的視場(chǎng)大小及分辨率情況;通過照明實(shí)驗(yàn)測(cè)試了視場(chǎng)內(nèi)