[发明专利]一种确定内腔图像分支点和分支段的方法

权利要求书

1.一种确定内腔图像分支点和分支段的方法，用于微创手术中体表投影虚拟透明观察内腔方法，其特征在于，所述微创手术中体表投影虚拟透明观察内腔方法包括以下步骤：

步骤a、Kinect医生视角追踪，用于确定医生当前的头部位置和视觉角度；包括以下步骤：

步骤a1、选择瞳孔、鼻尖的深度数据作为关键点，建立医生视角数学模型；

步骤a2、用卡尔曼滤波器预测医生视角并修正追踪数据；

步骤a3、分析Kinect与医生头部、患者体表、患者内腔、投影机之间的方位关系并统一坐标系，设计患者体表投影系统参数；

步骤b、PTAM内腔三维建模，PTAM为Parallel Tracking and Mapping，用于生成能够随步骤a所述医生视角旋转的内腔三维模型；包括以下步骤：

步骤b1、内腔特征量构建：包括：

步骤b11、区分镜面反射区域和血管的内腔图像预处理；

步骤b12、检测单像素血管；

步骤b13、确定分支点和分支段；包括以下步骤：

步骤b131、根据分支点为三或四个血管结合点的特性，以每个单像素血管特征点R_i为圆心做半径为d的圆，其中，d根据摄像机分辨率和摄像机与目标距离来设定；

步骤b132、判断圆周点集C_i是否同时满足以下两个条件：

条件一、C_i中灰度接近R_i的点(|I(C_i)-I(R_i)|t_i)为交点，其数量为3或4，其中t_i根据R_i的灰度设定；

条件二、交点之间的点灰度|I(C_i)-I(R_i)|t_i；

如果：

是，R_i为准分支点，进入步骤b133；

否，R_i不是准分支点；

步骤b133、若干相邻的R_i构成准分支点邻域，以其亚像素中心作为分支点；

步骤b134、确定分支点邻域后，以分支点邻域为起点沿相邻像素检测分支段，若遇到另一个分支点邻域则为完整分支段，否则为半分支段；

步骤b2、内腔三维建模：采用Stanford PLY文件格式存储内腔三维数据及纹理图像，即同时利用PTAM的多帧图像提供三维节点数据和纹理信息，然后利用OpenGL结合医生视角生成能够多角度观察的旋转内腔三维模型；

步骤c、生成患者体表投影图像序列，基于步骤a所述的医生视角，将步骤b生成的内腔三维模型投影到患者体表；包括以下步骤：

步骤c1、根据医生视角和内腔三维模型，利用典型摄像机成像模型，计算医生期望看到的内腔图像；

步骤c2、根据内腔图像、患者体表三维形貌、医生视角、投影机方位，计算体表投影图像序列；

为增加医生观察范围，利用多投影机投影；以体表点p为例，利用典型摄像机/投影机模型、空间坐标系变换矩阵，从点p出发映射到投影机坐标xp1、xp2与医生眼睛坐标xc，由此计算投影机投射图像1和投影机投射图像2；由于利用点对应而非曲面拟合，患者体表上的医生视场和投影机视场重合覆盖区域均能够准确计算投影图像，而与患者体表的复杂程度无关。