[发明专利]一种用于插管机器人的视野拓展方法

说明书

本发明涉及一种用于插管机器人的视野拓展方法，包括以下步骤：1)通过控制插管机器人对内镜图像进行采集，获取初始图像和待拼接图像；2)对初始图像和待拼接图像进行预处理，消除畸变、噪点及反光的影响；3)对初始图像和待拼接图像分别进行仿射变换增强处理用以增加待匹配的特征点，获取仿射变换后的图像组及对应的仿射变换矩阵；4)对仿射变换后的图像组提取特征点，并对初始图像和待拼接图像进行特征点的重新映射展示；5)对初始图像和待拼接图像进行图像配准并获取单应性变换矩阵；6)根据单应性变换矩阵进行图像拼接，得到拼接完成的全景图。与现有技术相比，本发明具有适用于气道组织等非刚体情况、拼接准确、鲁棒性高等优点。

技术领域

本发明涉及插管机器人图像导航领域，尤其是涉及一种用于插管机器人的视野拓展方法。

背景技术

气管插管术是急救工作中常用的重要抢救技术，是呼吸道管理中应用最广泛、最有效最快捷的手段之一，是医务人员必须熟练掌握的基本技能，对抢救患者生命、降低病死率起到至关重要的作用，大多数病人通过气管插管建立人工气道，常见的气管插管工具是纤维内镜，然而，纤维内镜受限于体内狭小的空间，其视野往往较小，且容易出现由镜头导致的畸变。

纤维内镜技术同视野拓展技术的结合，能够有效地拓展医生视野，解决单张照片下视野不足的问题，尤其在困难气道条件下，患者的气道中有较多的肿块、增生、分泌物，对医生的判断造成极大的影响，对周围图像进行拼接，则可提供更多的信息辅助医生决策，为其判断提供更为准确的依据和参照。

但是现有的视野拓展算法，其对于待拼接图像的假设为刚体模型，在图像主体为刚体时，能够取得较好的效果，但对于气道插管而言，人体的内环境无时无刻不再发生着改变，心跳、呼吸均有可能导致解剖结构形状的改变，上述特征检测算法往往不能稳定的进行特征检测，即使在相邻帧之间，其特征检测结果也存在较大差异，另外由于上呼吸道内表面较为光滑，有较多的反光存在，对特征点的检测也造成了负面的影响。

此外，对于待拼接的图像，图像之间的变换关系由单应性矩阵表征，而单应性矩阵的计算依赖于特征点的配准，当特征点不能准确检测时，用于视野拓展的图像也将难以准确拼接。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于插管机器人的视野拓展方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于插管机器人的视野拓展方法，包括以下步骤：

1)通过控制插管机器人对内镜图像进行采集，获取初始图像和待拼接图像；

2)对初始图像和待拼接图像进行预处理，消除畸变、噪点及反光的影响；

3)对初始图像和待拼接图像分别进行仿射变换增强处理用以增加待匹配的特征点，获取仿射变换后的图像组及对应的仿射变换矩阵；

4)对仿射变换后的图像组提取特征点，并对初始图像和待拼接图像进行特征点的重新映射展示；

5)对初始图像和待拼接图像进行图像配准并获取单应性变换矩阵；

6)根据单应性变换矩阵进行图像拼接，得到拼接完成的全景图。

所述的步骤1)中，当插管机器人在前进过程中出现视野不清无法判断当前视野内的解剖结构类型时，停止推进，采集当前位姿下的视频帧作为初始图像，并且保持插管机器人前后方向不变，分别向上、下、左、右四个方向调整30°角度，并采集角度调整过程中图像作为待拼接图像。

所述的步骤2)具体包括以下步骤：

21)根据内镜镜头的内参，对初始图像和待拼接图像分别进行逆变换，恢复畸变前的形状；

22)对该图像进行高斯滤波，用以消除图像中的高斯噪音；