[發明專利]一種基于徑向樣條插值的軟組織三維視覺跟蹤方法

有效

• 申請號: 201510982502.3
• 申請日: 2015-12-24
• 公開（公告）號: CN105616003B
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發明（設計）人: 楊波;鄭文鋒;劉珊
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61B34/10
• 分類號: A61B34/10;A61B34/20
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙)51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于徑向樣條插值的軟組織三維視覺跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、將立體內窺鏡獲取的首幀k＝1左圖像記為I_L1；

(2)、確定三角形目標區

在左圖像I_L1中，確定需要跟蹤的三角形目標區，其三個頂點的像素坐標分別用二維列向量表示為：m_a，m_b和m_c；在三角形目標區內包含的N個像素點，其坐標分別記為：m₁,m₂,...,m_N；

(3)、保存跟蹤模板

從左圖像I_L1中提取目標區內N個點的像素值，按順序排列并保存為N維行向量，記為：

T＝[I_L1(m₁) I_L1(m₂) ... I_L1(m_N)]

其中，I_L1(m_n)為左圖像I_L1中像素點m_n(n＝1,2,…,N)的像素值；

(4)、根據步驟(2)確定的三角形目標區，構造徑向樣條插值三維形變模型；

(4.1)、構造模型的設計矩陣

其中，三維列向量λ_n(n＝1,2,...,N)為m_n在三角形目標區中的重心坐標，由下式獲得：

λ_o為三角形目標區外接圓圓心的重心坐標，由下式獲得：

s_n(n＝1,2,…,N)為像素點m_n的徑向樣條插值系數，由下式計算：

其中，m_o＝[m_a m_b m_c]λ_o為三角形目標區外接圓圓心的像素坐標；

(4.2)、構造徑向樣條插值三維形變模型

P＝[p_a p_b p_c p_o]Q

其中，模型參數p_a、p_b、p_c、p_o分別為三角形目標區的三個頂點m_a、m_b、m_c，和外接圓圓心m_o在真實三維空間中的三維坐標列向量；3×N維的輸出矩陣P包含了三角形目標區N個像素點的三維坐標，即P＝[p₁ p₂ … p_N]，其中p_n為像素點m_n對應的三維坐標；

(5)、將立體內窺鏡獲取的第k幀左、右圖像分別記為I_Lk、I_Rk；

(6)、基于步驟(4)構造的三維形變模型，求解最優的模型參數，使左、右圖像I_Lk、I_Rk與模板T之間最匹配，可用以下方程表示為：

其中，為最優的模型參數，它們使目標函數||I_L-T||²+||I_R-T||²最小；

I_L＝[I_Lk(m₁′) I_Lk(m₂′) ... I_Lk(m_N′)]、I_R＝[I_Rk(m₁″) I_Rk(m₂″) ... I_Rk(m_N″)]分別為三角形目標區內N個點在第k幀左、右圖像中的像素值排列而成的行向量，其中m_n′和m_n″為m_n在第k幀左、右圖像中的新坐標；

(7)、輸出目標區三維形態

將步驟(6)獲得的模型參數代入模型方程，得：

輸出矩陣P^*包含了目標區N個點在第k幀時刻的三維坐標，從而獲得目標區三維形態；

(8)、k＝k+1：等待下一幀圖像到來，幀序號加1，然后返回步驟(5)。