结肠内窥镜视觉导航系统中光流寻径算法的研究

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1、学校代号10536学号12105020491分类号TP399密级公开硕士学位论文结肠内窥镜视觉导航系统中光流寻径算法的研究学位申请人姓名李晗所在学院电气与信息工程学院指导教师刘桥副教授学科专业电子科学与技术研究方向图像处理论文提交日期2015年4月学校代号：10536学号：12105020491密级：公开长沙理工大学硕士学位论文结肠内窥镜视觉导航系统中光流寻径算法的研究学位申请人姓名李晗指导老师刘桥副教授所在学院电气与信息工程学院专业名称电子科学与技术论文提交日期2015年4月论文答辩日期2015年5月24日答辩委员会主席文建国教授Re

2、searchonOpticalFlowRoutingAlgorithminColonicEndoscopyVisualNavigationSystembyLIHanB.E.(ChangshaUniversityofScience&Technology)2010AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinElectronicScienceandTechnologyinChangshaUniversityof

3、Science&TechnologySupervisorAssociatedProfessorLIUQiaoApril,2015长沙理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或。集体已经发表或撰写的成果作品对本文的研巧做出重要贡献的个人和集体，均已在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名ｉ？；日期；；ｂ／年／月＾０日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学

4、校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长沙理工大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库、进行检索，可Ｗ采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并通过网络向社会公众提供信息服务。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密囚。＂＂（请在Ｗ上相应方框内打Ｖ）作者签名■：４始日期：年Ｘ月日〇导师签名；必年月

5、３日；日期摘要智能化医疗设备和医疗机器人技术，是一个多学科交叉的热门领域，其应用的一个重要方面是无创微创外科手术（MIS），即利用人体的天生管腔或手术小孔来导入医疗器械或医疗机器人以实现对人体的检测、诊断、治疗和手术等。结肠内窥镜是诊疗结肠癌等疾病的重要手段，但目前手术操作存在某些不足，如穿孔、出血等。因此，利用机器人和计算机技术对结肠内窥镜诊疗设备进行智能化改造具有重要的研究意义和应用前景。本文以克服内窥镜检查穿孔、提高内窥镜智能化水平为目标，研究了结肠内窥镜视觉导航系统的光流寻径算法，主要内容如下：（1）针对常用结肠内窥镜寻径方

6、法的优缺点，研究了基于光流法的自主机器人避障系统，得出了将光流法与结肠内窥镜视觉导航系统相结合的基本思路。（2）在传统光流算法的基础上，研究了一种改进的微分算法—稀疏LK光流法。分析了HS光流法、LK光流法、匹配法以及稀疏LK光流法，在MATLAB7.0软件平台上进行对比实验，验证了稀疏LK光流法在运行时间和结果精度上都要优于另外三种。（3）考虑到稀疏LK光流法在帧间运动较大时，容易光流丢失，导致效果较差，本文提出一种改进的稀疏LK光流法：金字塔LK稀疏光流法。通过分析比较，确定了3层金字塔LK稀疏光流法作为本文研究的主要算法。将改进的

7、光流法与传统的LK光流法进行了性能对比实验，结果表明：金字塔LK稀疏光流法在计算间隔较大的帧间光流场时,计算结果精度较高，程序运行所消耗的时间也大大减少了。（4）制定了基于光流法的平衡策略方案。针对原始平衡策略只适用于走廊等简单环境，提出了一种改进的内窥镜寻径平衡策略。该策略利用图像中心部分的光流幅值来判断前方是否存在即将碰撞的肠腔壁，实验结果表明，改进的平衡策略能使结肠内窥镜做出较好的行动决策。利用MATLAB7.0重建结肠CT图像的三维体，在重建的结肠三维体上进行了光流寻径算法的实验，实现了视觉寻径。关键词：结肠内窥镜；视觉寻径法；

8、平衡策略；光流法；稀疏LK；金字塔LK光流法IABSTRACTTheresearchonintelligentmedicaldevicesandmedicalrobotsiscurrentlyanimpor