[发明专利]一种胃肠结构的真实尺度三维重建及可视化方法

说明书

本发明公开了一种胃肠结构的真实尺度三维重建及可视化方法，涉及三维重建与测量技术领域，能够通过胶囊机器人的位姿检测获得相机的实际位姿信息来确定三维模型中的相对尺度信息的转换系数，包括如下步骤：实时检测胶囊机器人位姿信息。获取相机采集的连续N帧胃肠内部图像。取其中图像I₁和I₂，通过光流法估计胃共有褶皱集S₀，重建出I₁和I₂的三维局部肠模型C₁和C₂；将图像I₁和I₂中相同的褶皱点标记为相同的ID。在三维局部肠模型C₁和C₂中取对应于图像I₁和I₂中标记为同一ID的三维褶皱点集分别放入集合S₁和S₂，对两个集合S₁和S₂进行配准计算，估计出三维局部肠模型C₁和C₂的运动变换矩阵M和缩放比例K。三维局部肠模型的尺度信息为K₁：K₁＝K^‑1·p₂·(p₁)^‑1·M^‑1。

技术领域

本发明涉及三维重建与测量技术领域，具体涉及一种胃肠结构的真实尺度三维重建及可视化方法。

背景技术

基于单目相机的胃肠三维重建是指利用图像处理技术提取胃肠组织中孔腔区域信息和褶皱纹理信息，并通过单帧图像中轮廓灰度值与深度信息间的关系求出褶皱轮廓的三维点集，再将点集进行平滑曲面拟合处理形成局部三维结构。然后通过相邻帧图像间的共有褶皱纹理，将重建的局部三维结构变换到全局空间中，得到完整的胃肠三维重建结构，这可用于为胶囊机器人的运动控制和路径规划提供外部环境信息。

但是，通过单目相机采集的图像只能重建出胃肠三维结构的相对尺度信息，而要进行胶囊机器人的路径规划则需要提供胃肠三维模型的绝对尺度信息，因此需要把真实的尺度信息与三维模型的相对尺度信息联系起来。

传统的三维测量需要手工测量选中的某一褶皱轮廓的真实特征信息，如褶皱的直径、周长等，然后再根据重建的三维模型中相对应的同一褶皱相对特征信息来确定转换系数。

但是在实际中，由于无法直接测量人体胃肠的尺寸信息，因此需要一种间接的方法来确定真实的尺度信息。

目前尚未有一种方法能够在不必进行人体胃肠尺寸直接测量的基础上，间接确定人体胃肠真实尺度信息。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种胃肠结构的真实尺度三维重建及可视化方法，能够通过胶囊机器人的位姿检测提供相机的实际位姿信息来确定三维模型中的相对尺度信息的转换系数，从而进一步实现对胃肠结构的真实尺度的三维重建和可视化。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种胃肠结构的真实尺度三维重建方法，该方法通过位于胃肠内的胶囊机器人获取胃肠内部图像，其中胶囊机器人上固连用于实时采集胃肠内部图像的相机，该方法包括如下步骤：

实时检测胶囊机器人位姿信息，作为相机的位姿信息。

获取相机采集的t₁时刻至t₂时刻之间的连续N帧胃肠内部图像，胃肠内部图像为包含有胃肠孔腔信息的图像。

取其中一帧胃肠内部图像为参考图像I₁，取另一帧胃肠内部图像I₂，通过光流法估计胃肠内部图像I₁和I₂的共有褶皱集S₀，其中S₀为非空集合。将图像I₁和I₂中相同的褶皱点标记为相同的唯一编码ID。