[發(fā)明專利]一種雙目導(dǎo)航儀超線程優(yōu)化方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011438392.1
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112587235A
• 公開（公告）日: 2021-04-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 侯禮春;蘆穎僖;蘆嘉毅
• 申請（專利權(quán)）人: 南京凌華微電子科技有限公司
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 龔擁軍

本發(fā)明公開了一種雙目導(dǎo)航儀超線程優(yōu)化方法，屬于手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域，使用多線程方法來提升圖形工作站的處理效率。本發(fā)明通過在同一時間啟動多個線程來對多個互相之間不發(fā)生數(shù)據(jù)訪問的任務(wù)同時進(jìn)行處理；多線程將分別對來自左右攝像機(jī)拍攝的手術(shù)器械圖像進(jìn)行處理，提取出手術(shù)器械圖像的二維坐標(biāo)，在線實(shí)驗(yàn)表明相比較非多線程處理而言，使用多線程技術(shù)可以將時間效率提升38%左右，多線程技術(shù)之所以可以提升時間效率的原因在于充分調(diào)用CPU的資源。本發(fā)明也對實(shí)驗(yàn)中CPU的資源占用率進(jìn)行了分析，在線實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多線程下CPU的占用率為42%，而非多線程下CPU的占用率為23%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域，尤其涉及一種雙目導(dǎo)航儀超線程優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

手術(shù)導(dǎo)航需要通過計(jì)算機(jī)工作站處理得到的病灶影像信息，重建出病人的三維模型影像，然后在此基礎(chǔ)上手術(shù)醫(yī)生通過操作相關(guān)軟件進(jìn)行術(shù)前計(jì)劃并模擬手術(shù)過程；實(shí)際手術(shù)過程中，通過計(jì)算機(jī)工作站處理將手術(shù)器械和病灶實(shí)時顯示在術(shù)前重建的虛擬解剖結(jié)構(gòu)上。

手術(shù)導(dǎo)航儀基于雙目立體視覺進(jìn)行定位，也可以將它稱之為立體定位系統(tǒng)，其工作流程圖如圖1所示，定位系統(tǒng)的構(gòu)成和原理如圖2所示，手術(shù)導(dǎo)航儀由雙目攝像機(jī)、手術(shù)器械以及圖形工作站組成。在使用時，兩個攝像機(jī)將拍攝的帶有標(biāo)志點(diǎn)的手術(shù)器械圖像輸入到圖形工作站，分別將左右攝像機(jī)的光心與對應(yīng)的光斑中心連線，它們的交點(diǎn)就是該標(biāo)志點(diǎn)的空間位置。由手術(shù)器械上的各個標(biāo)志點(diǎn)的空間坐標(biāo)可以確定手術(shù)器械的位置，這就是手術(shù)器械定位與實(shí)時跟蹤的基本過程。

要實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械的實(shí)時跟蹤，必須要求圖像工作站能夠?qū)崟r處理來自雙目攝像機(jī)拍攝的手術(shù)器械圖像。近年來，隨著攝像機(jī)質(zhì)量的提升導(dǎo)致拍攝的圖片和實(shí)時視頻分辨率越來越高，這對圖形工作站的處理效率帶來了一定的考驗(yàn)。如何提升圖形工作站的運(yùn)算能力是手術(shù)導(dǎo)航領(lǐng)域中值得研究的問題。對于這個問題，很多學(xué)者和研究人員通過提升硬件水平來達(dá)到相應(yīng)的需求，但是硬件的提升畢竟是有限的，而且提升硬件帶來的巨大費(fèi)用并不適合大面積推廣與應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種雙目導(dǎo)航儀超線程優(yōu)化方法，使用多線程方法來提升圖形工作站的處理效率。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種雙目導(dǎo)航儀超線程優(yōu)化方法，包括以下步驟：

(1)將雙目攝像機(jī)兩個攝像頭同時拍攝的帶有標(biāo)志點(diǎn)的手術(shù)器械圖像輸入到圖形工作站中；

(2)利用OpenCV庫獲取采集的圖像矩陣，對設(shè)計(jì)的帶有彩色小球標(biāo)志點(diǎn)的RGB值進(jìn)行顏色通道的分離，獲取分離后的圖像矩陣；

(3)利用OpenCV中的findContours和drawContours命令提取出各個小球標(biāo)志點(diǎn)的輪廓，并對圖像殘留的噪聲進(jìn)行處理，使用膨脹、形態(tài)學(xué)方法使得提取出的標(biāo)志點(diǎn)輪廓更加精確；

(4)獲取處理后的只有標(biāo)志點(diǎn)的圖像以后，計(jì)算各個球心標(biāo)志點(diǎn)在圖像坐標(biāo)系下的二維坐標(biāo)；

(5)根據(jù)步驟(4)得到的二維坐標(biāo)求出三維坐標(biāo)；

以上所述步驟中，步驟(1)-步驟(4)獲取標(biāo)志點(diǎn)球心二維坐標(biāo)的過程是相對獨(dú)立的過程，處理來自兩個攝像機(jī)圖像獲取標(biāo)志點(diǎn)二維坐標(biāo)的過程中兩幀圖像之間沒有數(shù)據(jù)的互相訪問；

步驟(2)-步驟(3)中使用pthread庫創(chuàng)建多線程，利用不同的線程分別同時處理來自兩個攝像頭的圖像，計(jì)算機(jī)釋放每個線程，總運(yùn)行時間為所有線程中運(yùn)行時間的最大值；具體包括以下步驟：