【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫療器械、醫學圖像算法，具體涉及一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法。
技術介紹
1、傳統可見光內窺鏡無法明確呈現病灶的具體位置，術中目標位置的精準定位對醫生的專業素養和臨床經驗有極高要求。隨著熒光分子影像技術的不斷發展，熒光內窺鏡系統借助有標記作用的熒光分子探針(如：吲哚菁綠和亞甲基藍)，在近紅外激發光源的照射下產生一定波段的熒光信號，經過熒光相機采集成像可以明確定位熒光分子探針的位置。單獨的熒光相機只能采集熒光分子探針發出的信號，卻無法同時提供手術導航的基礎影像。因此，功能比較完善的醫用內窺成像一般是利用可見光相機呈現基礎影像，利用熒光相機呈現分子探針標記的病灶位置。而涉及多個相機的成像系統，如果不經過嚴格配準，很難保證每個相機的成像視野完全一一對應，從而無法保證后續多相機圖像信息的準確融合。
2、在現有的熒光內窺鏡成像系統中，其中一種同步采集可見光和近紅外熒光圖像的辦法是采用分光棱鏡的辦法實現的。可見光和被激發的熒光通過同一個內窺鏡頭后再通過分光棱鏡，在分光棱鏡的作用下將不同波長的可見光和熒光分離，分別投射到可見光相機和熒光相機的cmos或ccd上，從而實現不同波長的可見光和熒光同步分別成像。
3、相機配準方法需要根據具體成像系統結構原理來設計。以分光棱鏡的方式實現的可見光和熒光同步成像，不同相機因為共用了同一個鏡頭，其成像幾何關系是不隨拍攝距離和角度的變化而變化的，故無需進行實時配準關系計算。
4、而非分光式的成像方式，為了保證配準的精度和實時性，一般還需要
技術實現思路
1、本專利技術的目的在于提供一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，該方法主要用于解決以分光棱鏡方式實現可見光和熒光同步成像的系統結構中存在的相機配準問題。
2、為解決上述問題，本專利技術所采用的技術方案如下：
3、一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，該方法包括以下步驟：
4、將棋盤格完整呈現在可將光相機和熒光相機的視野中；
5、分別采集并保存可見光相機、熒光相機采集到的棋盤格圖像；
6、基于采集到的棋盤格圖像提取棋盤格的角點位置坐標；
7、根據提取到的角點位置坐標實現可見光相機和熒光相機各自的單目相機矯正畸變；
8、對畸變矯正后的圖像再次提取棋盤格的角點位置坐標，并確定可見光圖像中棋盤格角點與熒光圖像中棋盤格角點的一一對應關系；
9、根據標定所得的透視變換矩陣對熒光圖像進行變換；
10、得到配準后的可見光圖像和熒光圖像。
11、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，在采集圖像之前，提供一種涵蓋可見光和近紅外光波段的寬光譜光源，將熒光內窺鏡成像系統安裝并固定，并調整標定棋盤格的位置，使得棋盤格同時出現在可將光相機和熒光相機的成像視野中，完成可見光圖像和熒光圖像的采集；其中，重復n次圖像采集過程，分別得到n對含有完整棋盤格的可見光圖像和熒光圖像。
12、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，設置熒光圖像中棋盤格的角點位置為[x,y]，則可見光相機中對應角點的位置坐標為[u,v]，構建配準模型，實現兩點之間的坐標映射，表示為公式(1)：
13、
14、其中，tm為3×3的變換矩陣，共有8個自由度，具體表示為公式(2)：
15、
16、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，將可見光圖像進行畸變矯正后棋盤格的n個角點位置坐標設置為[u1,v1],[u2,v2]…[un,vn]，與之對應的畸變矯正后的熒光圖像中n個角點位置坐標為[x1,y1],[x2,y2]…[xn,yn]，則構建線性方程，表示為公式(31)、(32)、(33)以及(31)：
17、
18、
19、
20、
21、利用最小二乘法可求得公式(33)中t的解析解，即矩陣tm的解析解，表示為公式(4)：
22、t＝(ata)-1atb#(4)(4)
23、至此，完成離線標定階段工作。
24、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，在進行單目相機矯正畸變時，采用張正友標定法分別實現可見光和熒光相機的單目畸變矯正，計算可見光、熒光相機的相機內參rrgb、rir和畸變系數drgb、dir。
25、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，在實時配準階段，根據離線標定階段所得內參矩陣rrgb、rir和畸變矯正矩陣drgb、dir，對實時采集的可見光圖像和熒光圖像進行畸變矯正。
26、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，在對熒光圖像進行單目畸變矯正時，利用rir、dir計算去畸變熒光圖像中每個像素位置[x,y]對應的有畸變熒光圖像中的位置[x′,y′]，利用位置[x′,y′]周圍四鄰域像素的灰度值插值計算出對應去畸變圖像位置[x,y]的灰度值；
27、利用rrgb、drgb對可見光圖像進行去畸變處理，設畸變處理后可見光圖像為irgb、iir。
28、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，利用公式(1)和計算得到的tm矩陣對irgb、iir進行配準變換。
29、根據本專利技術提供的一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，在進行配準變換時，首先計算tm的逆矩陣，記為將z值設為1，對irgb的每個齊次坐標位置[u,v,1]，計算其在iir中的坐標位置[x,y,1]，表示為公式(5)：
30、
31、利用iir中對應齊次坐標[x,y,1]位置周圍四鄰域的灰度值插值，計算出可見光相機對應[u,v,1]位置的灰度值；
32、經過公式(5)配準變換和插值之后的圖像為則即為最終與可見光圖像irgb配準之后的熒光圖像。
33、由此可見，相對于現有技術，本專利技術提供的相機配準方法在離線階段完成相機配準參數的標定，不需要在成像過程中實時計算配準參數；該方法的模型參數比普通的剛性配準變換有更高的自由度，能夠適應更復雜的相機幾何關系；同時本專利技術的方法可以降低對相機選型和裝調工藝的要求。
34、本專利技術的系統易于構建，分別使用棋盤格、寬光譜光源、可見光相機、熒光相機即可完成輸入數據的采集、標定及配準；程序簡單，易于實現。
3本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于：
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于：
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于：
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于：
【技術特征摘要】
1.一種基于透視變換的熒光內窺系統中棱鏡相機的配準方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于：
【專利技術屬性】
技術研發人員：遲崇巍，何坤山，
申請(專利權)人：北京數字精準醫療科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。