基于單目SLAM的內(nèi)窺鏡定位和胃腸特征地圖構(gòu)建.pdf

1、胃腸疾病是一種常見疾病，內(nèi)窺鏡對(duì)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(cè)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(duì)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(lái)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(duì)真實(shí)腸道環(huán)境，對(duì)比分析常用的特征提取算法

2、，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(píng)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(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)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(duì)性修改，引入基于視覺(jué)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(cè)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(wèn)

3、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(lái)控制關(guān)鍵幀和地圖點(diǎn)的增長(zhǎng)?；趦?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(lái)驗(yàn)證算法的有效性，評(píng)估了圖像幀率、關(guān)鍵幀數(shù)量對(duì)定位精度和特征地圖精度的影響?；谀M胃腸系統(tǒng)，對(duì)胃腸 SLAM算法和傳統(tǒng)的視覺(jué)里程計(jì)算法進(jìn)行對(duì)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?jī)H為后者的