基于立体视觉的LED手术无影灯自适应调光技术基础研究

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手术无影灯是医院手术室必备的重要医疗设备之一,其光照位置及亮度能否得到及时调整将影响到手术的正常进行。传统的无影灯多采用手工方式调节,存在很大的局限性。随着全球医疗设备的数字化、信息化、智能化的发展,手术无影灯的自动数字化调光技术也成为一个研究热点。本文基于立体视觉技术检测手术区域遮挡物的空间位置,通过ARM嵌入式系统对多个LED阵列进行控制从而实现手术无投影灯自适应调光,达到实时调节无影灯的位置和亮度的目的。本文首先分析比较了已有的LED手术无影灯调光控制方案,提出了基于立体视觉技术的ARM+DSP的嵌入式自适应调光系统,采用ARM+DSP作为主处理器,Linux作为系统内核的嵌入式操作系统,实现双摄像机图像的采集、处理及调光信号的发送,与已完成的多路LED调光电路联合实现LED阵列各个子灯光亮度的调节;结合图像增强和图像复原方法设计图像预处理方案,该方案先采用直方图均衡化法对图像因曝光而导致的对比度减弱进行改善,再采用维纳滤波对手术区域存在的噪声进行滤波,达到较好的预处理效果;为实现对场景中运动遮挡物快速、准确的提取,在传统算法基础上,结合颜色空间理论和深度约束方法,提出了基于改进的高斯混合模型的运动物体检测方法;针对传统算法中立体匹配难以兼顾匹配速度和准确性的缺点,提出基于边缘约束的快速三维重建算法,即首先对运动物体边缘部分的缩减空间进行立体匹配,再通过深度约束的方法去除误匹配点,最后对视差数据采用平滑修正的方法消除因误匹配而产生的尖峰干扰,达到了快速准确的重建效果。实验结果表明,本文设计的运动遮挡物三维重建方法动态响应速度快,准确性高,可以为后续的调光工作提供参考依据。
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