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磁导航手术系统（MSS）物体空间定位检测的研究

作　者: 杨明
导　师: 王秋良
学　校: 中国科学院研究生院（电工研究所）
专　业: 电工理论新技术
关键词: 磁导航手术系统 定位检测 机器视觉 CCD 摄像机 图像采集 位图 三维重建
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


本论文主要针对磁导航手术系统(MSS)中的物体空间定位进行了研究。论文简述了磁体的设计和制造工艺,详细探讨了MSS 物体空间定位检测系统的硬件和软件实现,给出了最后试验的结果并对磁导航手术系统的空间定位系统的进一步研究提出了建议。本论文研究中采用一个具有均匀磁场梯度的球型磁体,采用“双饼”绕法实现了球型磁体的绕制。通过使用本实例中的方法,既可以有效解决“跑线”和“打滑”等问题,又能够将导线的接头数量减少一半,这对于后期使用超导线绕制的磁体具有更加明显的优势和意义。本论文基于普通机器视觉模型,采用计算机软件和图像采集系统相结合的方法来对磁导航定位手术系统中兴趣物体的空间位置进行检测。简单地说就是采用了双CCD 的机器视觉的方法来给MSS 中的要控制的小磁珠确定空间位置。机器视觉是一个发展中的学科方向,其理论体系还在不断完善,在工业测量中有一些应用,但是这些应用与研究目前多限于正直摆放模型。因此,以普通视觉模型为对象的立体视觉检测系统的应用研究具有很重要的意义。对于空间定位而言,立体视觉检测主要包括:摄像机标定;图像的预处理及特征提取;特征匹配;三维尺寸计算与空间重建。针对磁导航手术系统(MSS)物体空间定位检测软件系统对物体定位的需要,运用VC++6.0 编程开发了一套利用双面阵CCD 的在线测量定位系统,实现了图像采集、数字图像处理、特征提取、三维重建,得到了兴趣物体的空间位置,显示了该物体的运行轨迹,还可以将这些空间位置信号传送给下级控制单元,并控制目标兴趣物按一定的路线运行。论文中包括了算法细节和软件编写的框架及具体实现。使用论文研究的磁导航手术系统(MSS)物体空间定位系统进行小磁珠定位检测,试验结果很好,基本达到了试验要求的精度。

全文目录


第一章:绪论  7-15
  1.1 磁导航手术系统(MSS)概述  7-10
  1.2 机器视觉系统概述  10-13
  1.3 论文的结构和安排  13-14
  参考文献  14-15
第二章:MSS 空间定位测量系统  15-26
  2.1 磁体  15-18
    2.1.1 磁体设计  15-17
    2.1.2 磁体绕制  17-18
  2.2 双目视觉定位系统  18-25
    2.2.1 双目视觉立体定位系统硬件  19-21
    2.2.2 双目视觉立体定位模型  21-25
  参考文献  25-26
第三章:图像与MSS 中图像处理  26-37
  3.1 图像(image)和数字图像(digital image)  26-27
  3.2 数字图像处理概述  27-28
  3.3 数据信息与处理  28-36
    3.3.1 位图阵列的结构  28-29
    3.3.2 双目视觉定位系统中数字图象处理技术的应用  29-36
      3.3.2.1 图像的平滑  30-32
      3.3.2.2 运动物体检测  32-33
      3.4.2.3 阈值处理(thresholding)  33-34
      3.4.2.4 边缘检测与提取  34-35
      3.4.2.5 质心法处理  35-36
  参考文献  36-37
第四章:实验部分  37-58
  4.1 单目测量磁力实验  37-41
  4.2 摄像机标定  41-49
    4.2.1 摄像机标定模型  41-43
    4.2.2 摄像机标定方法  43-44
    4.2.3 摄像机标定实现  44-49
  4.3 MSS 物体空间定位检测实验  49-56
    4.3.1 MSS 物体空间定位检测系统  49-50
    4.3.2 MSS 物体空间定位检测系统精度验证  50-53
    4.3.3 MSS 物体空间定位检测试验结果  53-56
  参考文献  56-58
第五章:软件设计  58-74
  5.1 软件系统的总体设计  58
  5.2 图像采集卡工作流程  58-59
  5.3 初始化图像采集卡  59-60
  5.4 修改菜单选项  60-61
  5.5 内存管理  61-62
  5.6 数字图象采集  62-63
  5.7 物体空间定位检测程序  63-66
  附录List5.1 主函数构造和析构程序  66-67
  附录List5.2 回调处理函数程序  67-74
第六章:结论  74-78
  参考文献  77-78
已发表学术论文  78-79
致谢  79-80

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