應(yīng)用于3D內(nèi)窺鏡的光度立體重建技術(shù)研究.pdf

1、在醫(yī)學(xué)診斷中，雖然彩色視頻內(nèi)窺鏡已經(jīng)能夠?qū)ξ改c道表面進(jìn)行大視場的檢查，但是它依然存在許多重要病變檢查不出來或者存在模擬兩可的狀態(tài)，導(dǎo)致病變的正確診斷率偏低。臨床上表明，許多胃腸道中重要的病變都會展現(xiàn)出它特有的三維表面形貌。對于一些病變來說，在內(nèi)窺鏡視場中它的三維形貌的展示比它的染色更加明顯，然而在傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡相機中，主要依靠器官組織的染色來實現(xiàn)診斷。我們希望采用光度立體視覺技術(shù)和對傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡的微小修改，使新內(nèi)窺鏡系統(tǒng)能夠同時獲得基于染色

2、的傳統(tǒng)圖像信息和重建的場景三維幾何信息，來大大提高這些病變的檢測能力。
　　本文研究了一種用于內(nèi)窺鏡的光度立體視覺三維重建技術(shù)，研究工作主要包括以下三個部分。
　　(1)設(shè)計并實現(xiàn)了用于內(nèi)窺鏡的光度立體算法。利用MATLAB實現(xiàn)了該算法，其基本流程為:首先利用高光黑球標(biāo)定光源方向;然后利用標(biāo)定的光源方向計算目標(biāo)圖像上每點的法向量，并將它轉(zhuǎn)化為梯度;最后利用核化泊松方程梯度場重建法進(jìn)行物體表面三維重建。研究中對核化泊松方程法與

3、最小二乘法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)基于核化泊松方程法重建精度高很多。
　　(2)搭建了基于光度立體三維重建的模擬內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，主要包括照明光源的硬件電路設(shè)計和三維重建算法軟件設(shè)計。使用CMOS攝像機來采集光度圖像;利用4個LED點光源作為照明光源，它們均勻分布以CMOS攝像機中心為圓心、半徑為7mm的圓周上，LED通過電路控制可以單獨打開和關(guān)閉;利用MATLAB設(shè)計了三維重建軟件，它具有良好的人機交互能力，輸入一組不同LED點亮?xí)r的圖像即可

4、輸出三維重建結(jié)果。
　　(3)在模擬系統(tǒng)上對光度立體三維重建性能進(jìn)行了測試與分析。在25-55mm的距離范圍內(nèi)，對連續(xù)曲面石膏半球、階躍曲面階梯泡沫和具有細(xì)微特征非常豐富的齒輪進(jìn)行近距離三維重建，結(jié)果表明該系統(tǒng)均能較好地重建它們的三維表面。經(jīng)測試，該模擬系統(tǒng)的測量精度約為1mm。
　　通過實驗分析，本文驗證了基于光度立體視覺的內(nèi)窺鏡三維測量系統(tǒng)的可行性，特別在細(xì)節(jié)重建方面，基于光度立體的三維重建技術(shù)更具優(yōu)勢，用于內(nèi)窺鏡上，成