医疗正骨机器人X光图像处理及标定技术研究

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1、摘要摘要近年来，医疗机器人逐渐成为世界范围内快速发展的领域和研究热点之一，它开辟了医疗领域与机器人领域的新方向，具有重要的理论研究意义和实际应用价值。利用X-Ray图像进行手术导航是医疗机器人的关键技术之一，这个技术的关键是需要确立图像坐标系和手术机器人坐标系之间的对应关系。本文结合国家863项目“遥操作辅助医疗正骨机器人系统”进行，对图像导航关键技术如X光数字图像处理算法和X光机标定方法进行研究。本文针对图像在传送和转换过程中由于各种原因导致的降质，提出了条件直方图均衡化和权值直方图均衡化的图像处理方法。条件直方图均衡化方法是将灰度概

2、率分布和空间相关性联系在一起，提出用二维条件概率密度函数取代一维概率密度函数作均衡化处理。根据在直方图均衡化处理过程中存在分布较小的图像灰度级‘*被分布较大的图像灰度级‘。所淹没的趋势，提出了权值直方图均衡方法。利用X光机得到的平面图像位置信息获取空间位置信息，是进行图像坐标系和机器人坐标系标定的关键。本文针对这个问题，结合摄像机标定的相关理论，分析了X光机与普通摄像机成像原理的不同，提出X光机标定块的设计原则。通过对X光机的成像原理的深入分析，建立了成像过程的几何模型，推导出近似的数学模型。并利用NOVATR60型移动式C型臂X射线影

3、像系统进行标定与重建实验，通过实验数据对模型进行了验证分析，并提出误差补偿的方法。实验结果表明，该方法可以有效的减小标定误差。关键词图像处理;条件直方图均衡;权值直方图均衡;X光机标定;图像导航哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears，Medicalroboticshasbeenplayinganincreasinglyimportantroleinthesurgicalandroboticsareasworldwide.Itpioneerthenewwayforthedomainofsurgeryand

4、robotics，Soithasgreatsignificancefordevelopingoftechnologyandapplication.Oneofthekeytechniquesofmedicalrobotisimagingguidance,whichistogetthemappingnexusbetweentheimagecoordinateandtheworldcoordinate.ThisdissertationgoeswithTheNational"863"program"ResearchonTeleoperation

5、RobotAssistantBoneSurgerySystem”toresearchtheimageprocessingarithmeticanddemarcatingmethodsforX-RaysystemAimingatthedebasementofimagequality,theConditionalHistogramEqualizationandBit-rightImageEqualizationMethodarebroughtforward.TheConditionalHistogramEqualizationcombine

6、thegray-valueprobabilitydistributingandspacerelativitytoprocesstheimageinsteadofone-dimensionprobabilitydensity.TheBit-ri少ModifiedImageEqualizationistosolvetheproblemthatthevastdistributinggray-valuepetslayoverthelessdistributinggray-valucpels.Thenextkeyproblemishowtoobt

7、ainthespacepositioninformationthroughthex-rayimage.Aimingatthisproblemandbasedonthetheoryofcameracalibration，theprincipleisbroughtforwardtodesignthecalibrateddeviceforx-Raysystem.Throughdeeplyanalyzingtheprincipleo#theformationofax-rayimage，thegeometricalmodelo#theformat

8、ionofax-Rayimageisbuildandthemathematicmodelisdeduced.ThroughtheexperimentwhichisdoneintheNOVATR60C-ARM