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難點：首先是內(nèi)窺鏡在胃腸內(nèi)的位置和姿態(tài)難以估計，目前主要依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗或是 X光成像等有損檢測方法；第二點是難以構(gòu)建胃腸環(huán)境地圖，而環(huán)境地圖對定點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應(yīng)用價值。
　　首先針對真實腸道環(huán)境，對比分析常用的特征提取算法

2、，從特征提取時間，旋轉(zhuǎn)和縮放變換下正確匹配率和姿態(tài)估計精度三個方面的性能評估了 SIFT、BRISK、ORB和 FREAK算法。ORB二進制特征算子具有特征提取速度快，正確匹配率高，估計誤差小的優(yōu)點。
　　基于胃腸內(nèi)窺鏡實測數(shù)據(jù)，對經(jīng)典 SLAM算法在位姿調(diào)整和空間點位置計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，搭建了一個胃腸 SLAM算法框架。為了解決空間點和關(guān)鍵幀累積數(shù)據(jù)量大的問

3、題，設(shè)計了一種關(guān)鍵幀判斷策略和空間地圖點刪余策略來控制關(guān)鍵幀和地圖點的增長?；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，并估計了內(nèi)窺鏡的軌跡，驗證了該算法在真實腸道環(huán)境中的可行性。為了方便得到地圖和軌跡的真實值，搭建了一套模擬胃腸系統(tǒng)用來驗證算法的有效性，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)的視覺里程計算法進行對比，在內(nèi)窺鏡直線運動時，所提算法的關(guān)鍵幀存儲數(shù)量僅為后者的