[发明专利]一种基于径向样条插值的软组织三维视觉跟踪方法

摘要

本发明公开了一种基于径向样条插值的软组织三维视觉跟踪方法，在基于软组织图像的三角形目标区下，构造了一种低复杂度的非线性空间的三维形变模型，在每一帧图像下通过快速求解出三维形变模型的最优参数，实现对软组织图像的目标区域实时、准确的三维视觉跟踪，具有简单、灵活等特点，符合当前临床医疗发展的需要。

主权项

一种基于径向样条插值的软组织三维视觉跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将立体内窥镜获取的首帧k＝1左图像记为IL1；(2)、确定三角形目标区在左图像IL1中，确定需要跟踪的三角形目标区，其三个顶点的像素坐标分别用二维列向量表示为：ma，mb和mc；在三角形目标区内包含的N个像素点，其坐标分别记为：m1,m2,...,mN；(3)、保存跟踪模板从左图像IL1中提取目标区内N个点的像素值，按顺序排列并保存为N维行向量，记为：T＝[IL1(m1) IL1(m2) ... IL1(mN)]其中，IL1(mn)为左图像IL1中像素点mn(n＝1,2,…,N)的像素值；(4)、根据步骤(2)确定的三角形目标区，构造径向样条插值三维形变模型；(4.1)、构造模型的设计矩阵其中，三维列向量λn(n＝1,2,...,N)为mn在三角形目标区中的重心坐标，由下式获得：λo为三角形目标区外接圆圆心的重心坐标，由下式获得：sn(n＝1,2,…,N)为像素点mn的径向样条插值系数，由下式计算：其中，mo＝[ma mb mc]λo为三角形目标区外接圆圆心的像素坐标；(4.2)、构造径向样条插值三维形变模型P＝[pa pb pc po]Q其中，模型参数pa、pb、pc、po分别为三角形目标区的三个顶点ma、mb、mc，和外接圆圆心mo在真实三维空间中的三维坐标列向量；3×N维的输出矩阵P包含了三角形目标区N个像素点的三维坐标，即P＝[p1 p2 … pN]，其中pn为像素点mn对应的三维坐标；(5)、将立体内窥镜获取的第k帧左、右图像分别记为ILk、IRk；(6)、基于步骤(4)构造的三维形变模型，求解最优的模型参数，使左、右图像ILk、IRk与模板T之间最匹配，可用以下方程表示为：其中，为最优的模型参数，它们使目标函数||IL‑T||2+||IR‑T||2最小；IL＝[ILk(m1′) ILk(m2′) ... ILk(mN′)]、IR＝[IRk(m1″) IRk(m2″) ... IRk(mN″)]分别为三角形目标区内N个点在第k帧左、右图像中的像素值排列而成的行向量，其中mn′和mn″为mn在第k帧左、右图像中的新坐标；(7)、输出目标区三维形态将步骤(6)获得的模型参数代入模型方程，得：输出矩阵P*包含了目标区N个点在第k帧时刻的三维坐标，从而获得目标区三维形态；(8)、k＝k+1：等待下一帧图像到来，帧序号加1，然后返回步骤(5)。