增强现实中的虚实配准方法研究

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1、１０１８３；分类号：ＴＰ７５１．Ｉ单位代码研究牛学号２０Ｂ巧４０５１密级：公开：吉林大学硕女学位论文专化学化）（增强现实中的虚实配准方法研究－ｅａＲｅ下ｈｅＲｅｓｅａｒｃｈｏｉｓａｏｎＭｅ化ｏｄｆＶｉｒｔｕａｌｒｌｇｔｒｔｉｏｆＡｕｍｅｎｔｅｄＲｅａｌｉｔｇｙ作者姓名；林晓明类别；工程硕±领域（方向）；控制工程指导教师：卢韶芳副教授培养单位：通信工程学院２０１６年０６月未经本论女作者的书面授巧，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行

2、、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕±学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕±学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研巧工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日———————————————————————增强现实中的虚实配准方法研究——————————————————TheR

3、esearchofVirtual-realRegistrationMethodofAugmentedReality作者姓名：林晓明领域（方向）：控制工程指导教师：卢韶芳副教授类别：工程硕士答辩日期：2016年6月5日摘要增强现实中的虚实配准方法研究在外科诊断和手术中，能否准确定位病灶，对手术的时间长短、难易程度以及最终效果都有直接的影响。颅内有很多人体重要的神经以及血管组织，因此，颅内病灶定位最为复杂和困难。为提高颅内病灶诊断及定位的准确性，本文将增强现实技术引入颅内病灶定位中，设计并建立了一套医用增强现实实验系统，结合医学图像的三维模型重建方法和增强现实中的虚实配准技术，进行虚拟颅骨模型和真

4、实颅骨之间的虚实配准，从而实现对颅内病灶的直观三维显示及定位。本文的研究能够满足颅内病灶定位的初步应用，具有重要的研究意义和应用前景。具体的研究工作包括如下内容：1.在充分考虑真实手术环境的基础上，设计并建立了一套颅内病灶定位增强现实系统。设计制作了配准支架，将其固定在颅骨表面，用于模型重建部分的精度分析和虚实配准过程的辅助操作。2.针对二维医学图像诊断不直观的问题，利用CT图像对颅骨模型进行了三维重建，并在重建的模型内部添加了虚拟病灶。研究了基于MC算法的三维重建方法，并对重建后的虚拟颅骨模型进行优化，使虚拟模型在还原真实颅骨结构的同时，还具有逼真的材质、光照等显示效果，从而增强虚实配准的最

5、终融合显示。3.由于三维颅骨模型的结构较为复杂，针对仅依赖平面标识很难实现虚拟颅骨和真实颅骨在位置和角度上精确配准的问题，提出了结合标识和配准支架的虚实配准方法，并给出虚实配准结果的主观显示和客观数据分析，对该方法的可行性进行了实验验证。4.对本文所有的研究方法进行了实验验证，结果表明，本文的重建算法能够较为准确的还原真实颅骨的三维结构，通过对配准支架上小球的相对距离的误差分析可知，重建精度可达到0.23mm，能够满足本文对虚拟颅骨模型的重建精度要求。本文的虚实配准方法，能够实现虚拟颅骨和真实颅骨的虚实配准和融合显示。选取任意四帧图像，利用图像点和对应的注册矩阵，求得标识坐标下对应点的空间坐标

6、，将其与真实的空间坐标进行对比，计算得到其平均误差为0.88mm，符合本文对虚实配准过程的精度需求。关键词：病灶定位，增强现实，MC算法，虚实配准IAbstractTheResearchofVirtual-realRegistrationMethodofAugmentedRealityInthetraditionaldiagnosisandsurgicaloperation,lesionlocalizationisveryimportant.Theaccuracyoflesionlocalizationwilldirectlyimpactthelengthofoperativetime,the

7、operationdifficultyandfinaleffect.Inalltypesoflesionslocalization,theintracraniallesionlocalizationisthemostcomplexanddifficult.Thispaperdesignedanaugmentedrealityexperimentsystemtoimprovetheaccuracyo