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基于FPGA的增强现实人工标记的识别和跟踪

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基于FPGA的增强现实人工标记的识别和跟踪

作者：李聪西安电子科技大学

学位级别：硕士

增强现实（Augmented Reality,简称AR）是在虚拟现实（Virtual Reality,简称VR）的基础上发展起来的新技术，其目的是通过计算机视觉、融合、显示等技术将虚拟环境无缝的融入到真实的环境中，最终实现人机互动。基于标记的增强现实... 详细信息

增强现实（Augmented Reality,简称AR）是在虚拟现实（Virtual Reality,简称VR）的基础上发展起来的新技术，其目的是通过计算机视觉、融合、显示等技术将虚拟环境无缝的融入到真实的环境中，最终实现人机互动。基于标记的增强现实技术是通过对放置在真实环境中的标记进行识别、定位和跟踪，将计算机生成的虚拟物体注册到标记所在的位置上，以达到对现实的增强效果。而如何识别标记，跟踪标记，则成为了增强现实系统的关键技术之一。基于标记的增强现实技术具有算法简单，速度快，对环境条件和硬件条件要求比较低，可扩展性比较强等特点。因此本设计提出了基于FPGA的增强现实人工标记识别和跟踪系统。系统利用Altera DE2-115开发板和TRDB-D5M摄像头搭建了硬件平台，并且利用QuartusII11.0软件和ModelSim-Altera10.0c软件对FPGA进行了系统开发，采用Verilog硬件描述语言编写所有模块程序，并对各模块进行仿真。主要实现了对视频图像的采集，图像格式的转换，图像的缓存，标记识别和跟踪等功能。在标记识别模块中主要对图像进行了灰度处理和二值化处理，再通过连通域分析和模板匹配完成了对标记的识别，最终根据跟踪算法完成了对标记的跟踪。通过实验验证和分析，表明该方法能够准确的识别无遮挡的标记，最终建立了基于FPGA的增强现实人工标记识别跟踪系统。对增强现实移动系统的进一步完善和发展具有重要的实际意义。

关键词： FPGA 增强现实人工标记模板匹配识别跟踪

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基于人工标记的光学手术导航仪研究

基于人工标记的光学手术导航仪研究

作者：马帅依凡山东大学

学位级别：硕士

手术导航仪一直存在于人类手术的历史长河之中,并随着人类科学的发展进行着自我变革。21世纪最初的这十多年,信息技术跨越式发展,计算机运算速度几何级增长、医学信息化技术如PET等多维影像技术新起、图像处理和识别技术相关算法日趋成... 详细信息

手术导航仪一直存在于人类手术的历史长河之中,并随着人类科学的发展进行着自我变革。21世纪最初的这十多年,信息技术跨越式发展,计算机运算速度几何级增长、医学信息化技术如PET等多维影像技术新起、图像处理和识别技术相关算法日趋成熟、工业技术的跨越性成长,手术的微创化和精密化成为现代医疗技术和临床手术的追求方向,计算机辅助手术逐步走向临床医疗行业研究前沿。计算机辅助手术融合配准术前CT、MRI等医学影像信息和术中对手术工具的空间定位信息,给予手术医生辅助视图以了解手术工具与人体手术区域的相对关系,从而在术前规划中提高前瞻性,在术中增强过程可靠性和精确性。而手术导航仪系统则演变为计算机视觉领域研究的热点之一,由于手术导航仪系统是整个计算机辅助手术系统的中枢模块。出于对当前可见光光学导航仪的改进和优化,本文提出了一种基于ARTag人工标记的导航仪系统实现方案。本文对手术导航仪系统发展历程做了大致概述,结合当下各种流行的手术导航仪系统的实现方式一些缺点和不足,提出了本文的研究内容。本文研究内容主要如下:1、提出了一种基于ARTag人工标记的手术导航仪实现方案。光学手术导航仪系统是当前被认为最具潜力,并被广泛研究的手术导航仪系统方案,其基于双目立体视觉实现手术工具空间定位。本文启发于目前光学导航仪系统复杂、多目标跟踪能力偏弱或者实现冗杂、成本较高等一系列不足。结合增强现实应用中的ARTag人工标记系统,利于双目立体视觉,通过对ARTag人工标记空间跟踪而实现对手术工具跟踪,从而实现手术导航系统功能。2、针对提出的作为标志物的ARTag人工标记,本文提出了一种快速、稳定、精确度高、对光照条件鲁棒性强的标记检测算法。该算法基于边缘检测,通过线段检测、线段融合、线段延伸、标记四边形重构等步骤,实现了高效、快速的标记检测。结合实验,与相似标记系统ARToolKit相关检测算法比较,验证检测算法光照鲁棒性和准确性。3、针对ARTag标记特性,实现标记边角点链获取,并解码标记ID;对手术工具进行标定的前提下,利于双目视觉原理,计算标记空间三维坐标,进一步实现手术工具空间定位跟踪。对手术工具标定方法,我们通过将手术工具绕端点旋转,根据手术工具上标记特征点轨迹在自身球面的原理,拟合计算球心,即工具工作端点三维坐标,进一步结合三维空间到手术工具坐标系的转换矩阵,计算获得端点在手术工具坐标系下坐标,实现手术工具注册。4、针对本文所提出的手术导航仪方案,对该方案系统空间定位稳定性和精确性做出试验并定量分析。系统空间定位稳定性,手术工具工作端点在固定点,手术工具处于不同姿态状况下,计算手术端点跟踪位置的误差来判定跟踪稳定性。系统空间定位精确性,手术工具工作端点在固定已知距离网格点移动,计算手术端点跟踪位置距离误差来判定跟踪精确性。相关系统试验表明本文提出手术导航仪定位系统方案跟踪精度与现有系统精确度在同一数量级,达到系统需求,具有较高的研究和应用价值。

关键词：手术导航仪双目立体视觉人工标记多目标跟踪手术器械标定

人工标记导引法单孔单通道后腹腔镜下肾囊肿去顶减压术对围术期指标、应激指标与CRP的影响

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中国医学创新 2022年第10期19卷 76-81页

作者：付伟佳木斯大学宏大医院黑龙江佳木斯154000

目的:分析人工标记导引法单孔单通道后腹腔镜下肾囊肿去顶减压术对围手术期指数、应激指数和CRP的影响。方法:选择2018年10月-2021年6月在佳木斯大学宏大医院泌尿外科接受腹腔镜下肾囊肿去顶减压术92例患者作为研究对象。按照随机数字... 详细信息

目的:分析人工标记导引法单孔单通道后腹腔镜下肾囊肿去顶减压术对围手术期指数、应激指数和CRP的影响。方法:选择2018年10月-2021年6月在佳木斯大学宏大医院泌尿外科接受腹腔镜下肾囊肿去顶减压术92例患者作为研究对象。按照随机数字表法分为观察组和对照组,每组46例。对照组行常规后腹腔镜肾囊肿去顶减压术,观察组行人工标记导引法单孔单通道后腹腔镜下肾囊肿去顶减压术。比较两组临床指标与手术前后皮质醇、促甲状腺激素(TSH)、总三碘甲状腺原氨酸(TT_(3))、总四碘甲状腺原氨酸(TT_(4))、白细胞计数(WBC)、C反应蛋白(CRP)、白细胞介素-6(IL-6)、白细胞介素-8(IL-8)、免疫球蛋白G(IgG)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)水平。结果:两组手术时间比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组术中出血量、疼痛指数评分、引流量、切口长度、术后住院时间、Kiyak评分比较,差异均有统计学意义(P0.05)。两组术后1、2、3 d的WBC、CRP、IL-6、IL-8水平均高于术前,且观察组患者术后1、3 d的CRP、术后1、2、3 d的IL-6及术后2、3 d的IL-8水平均低于对照组,差异均有统计学意义(P人工标记导引法单孔单通道后腹腔镜下肾囊肿去顶减压术损伤小、恢复快、对患者身体影响小。

关键词：肾囊肿肾囊肿去顶减压术单孔单通道应激反应后腹腔镜人工标记

盘周萎缩弧β区扩大与青光眼视神经损害进展的人工标记

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眼科 2023年第1期32卷 48-48页

作者：李建军首都医科大学附属北京同仁医院、北京同仁眼科中心、北京市眼科研究所眼科学与视觉科学北京市重点实验室 100730

女性,60岁。双眼原发性开角型青光眼。2018年7月2日右眼眼底像显示颞下方盘沿稍窄,局部轻度楔形视网膜神经纤维层(RNLF)缺损,存在盘周萎缩弧β区(左上图)。2年半后2023年1月28日复查眼底像显示,视盘垂直杯盘比明显扩大,上、下方盘沿明... 详细信息

女性,60岁。双眼原发性开角型青光眼。2018年7月2日右眼眼底像显示颞下方盘沿稍窄,局部轻度楔形视网膜神经纤维层(RNLF)缺损,存在盘周萎缩弧β区(左上图)。2年半后2023年1月28日复查眼底像显示,视盘垂直杯盘比明显扩大,上、下方盘沿明显变窄,颞下方RNLF缺损明显加重增宽,盘周萎缩弧β区面积明显扩大(右上图)。下方两图是人工标记的视盘边界(浅蓝色)、视杯边界(深蓝色)、盘周萎缩弧β区外界(黄色)及RNLF缺损的边界(白线)。

关键词：视神经损害视网膜神经纤维层原发性开角型青光眼视杯深蓝色萎缩弧人工标记浅蓝色

基于程序化生成的多图层背景快速生成方法研究

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基于程序化生成的多图层背景快速生成方法研究

作者：米星光中国传媒大学

学位级别：硕士

随着电子游戏制作成本的不断上涨、游戏内容制作量不断提高,作为能够高效地自动生成游戏中各类元素的程序化生成技术越来越引起了人们的关注。近年来在2D游戏制作中,各种程序化生成算法取得了良好的效果,大大改善了2D游戏制作的效率。... 详细信息

随着电子游戏制作成本的不断上涨、游戏内容制作量不断提高,作为能够高效地自动生成游戏中各类元素的程序化生成技术越来越引起了人们的关注。近年来在2D游戏制作中,各种程序化生成算法取得了良好的效果,大大改善了2D游戏制作的效率。在2D游戏的多图层背景的自动化生成中,最初有些生成算法效果相对单调,在交互方面缺乏可控性。为了避免生成的结果不可控或缺乏价值,改进的算法往往会通过添加更多的输入参数、更复杂的规则来解决这一问题。但一方面,这就导致设计者希望通过这样的程序化生成算法提高场景搭建效率时,反而需要面对大量复杂的参数,甚至可能需要清楚算法内部的实现原理才能制作出符合自己预想的场景,增加了场景设计者的学习负荷;另一方面,现阶段的2D场景生成算法往往只对生成场景中的某一个环节有着效率或者效果的提升,而因为这些算法实现原理差异较大,所以难以将这些方法集成或维护在一起。但场景生成是一个多流程的过程,因此需要一个完整的适用于场景生成的程序化生成方案。针对上述两个主要问题,本文借鉴了多种程序化生成算法的思路,提出了建一套适用于2D横板视角多图层背景生成的解决方案,包含从生成地形到在地形上生成物体的整个流程。该解决方案中算法设计在地形生成和物体生成上的一体化,让这些不同环节中的输入参数和功能更容易做进一步地整合、封装。这样最终从使用者的角度来看,使用者只需要关注少量的输入参数,并通过较少的控件就可以生成丰富的场景,从而给使用者提供了较好的交互模式。通过利用游戏引擎的实际制作对上述解决方案的实现进行了做可行性验证,本文生成算法能够在具备直观简洁的输入参数的前提下,应用于多种环境形态的多图层背景生成。

关键词：游戏场景多图层背景程序化生成地形与物体生成人工标记

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影视声音鉴赏系统的分析与设计

影视声音鉴赏系统的分析与设计

作者：聂鸿涛吉林大学

学位级别：硕士

本系统是依据当前的影视声音鉴赏系统的现况,采用数据挖掘、人工标记、Apriori算法等技术进行分析与设计出来的一套系统。首先,介绍了影视声音鉴赏系统的选题背景与意义,并对训练集标记、数据挖掘计算法进行了概述,是本文研究的技术支持... 详细信息

本系统是依据当前的影视声音鉴赏系统的现况,采用数据挖掘、人工标记、Apriori算法等技术进行分析与设计出来的一套系统。首先,介绍了影视声音鉴赏系统的选题背景与意义,并对训练集标记、数据挖掘计算法进行了概述,是本文研究的技术支持;然后,结合影视声音鉴赏系统的具体业务操作,构建影视声音鉴赏系统的总体框架,并对影视声音信号进行预处理,重点是对影视声音的分帧、预加重、加窗、静音帧判别等处理,并对影视声音的音色和节奏进行特征提取,提出基于SVM集成的影视声音分类器设计,这是影视声音分类的基础;在此基础上,将影视声音分为影视人声、影视音乐、影视音效和其他类型,并结合人工标记和数据挖掘,完成影视声音分类规则的查找,并对影视声音进行信息标注和分类,完成影视声音标注信息的自动生成,这是影视声音鉴赏系统设计的重点;最后,对影视声音鉴赏系统进行设计与实现,着重分析影视声音鉴赏系统中预处理子系统和影视声音分类系统的设计与实现,基于本系统的系统影视声音库,完成了对影视人声、影视音乐、影视音效和其他类型的初步划分,并取得了良好的效果。论文基本上完成了对本系统的整体设计,为系统的后续开发和完善奠定了基础。

关键词：影视声音鉴赏人工标记数据挖掘

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基于分水岭区域合并的彩色服装图像分割

广西师范学院学报（自然科学版） 2015年第4期32卷 75-81页

作者：韩冬越覃晓刘步实广西师范学院计算机与信息工程学院广西南宁530023

针对标记分水岭对生活彩色服装图片分割效果不佳的缺点,提出了基于分水岭算法的最大相似性区域合并算法。首先对彩色生活图片进行去噪处理,然后以彩色梯度图代替传统的灰度梯度图进行分水岭粗分割,最后结合人工标记区域合并算法对彩色... 详细信息

针对标记分水岭对生活彩色服装图片分割效果不佳的缺点,提出了基于分水岭算法的最大相似性区域合并算法。首先对彩色生活图片进行去噪处理,然后以彩色梯度图代替传统的灰度梯度图进行分水岭粗分割,最后结合人工标记区域合并算法对彩色服装图像进行了后期处理。结果表明:W_MSRM算法对于彩色生活图片的分割效果优于传统分水岭算法。结论:该算法能有效地实现目标对象和背景对象分离。

关键词：彩色服装图像分水岭算法人工标记区域合并

基于DCNN与HMM融合的疲劳驾驶检测方法研究

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湖南交通科技 2022年第1期48卷 138-143,161页

作者：方斌王岩杨降勇胡鹏湖南警察学院交通管理系湖南长沙410138

首先提出一种深度卷积神经网络(DCNN)与隐马尔可夫模型(HMM)融合的疲劳驾驶检测方法,针对眼睛和嘴巴状态单一特征,构建3层DCNN来识别眼睛和嘴巴闭合状态;再针对训练样本人工标记困难的问题,提出结合人工标记、采用Dlib特征点检测和疲劳... 详细信息

首先提出一种深度卷积神经网络(DCNN)与隐马尔可夫模型(HMM)融合的疲劳驾驶检测方法,针对眼睛和嘴巴状态单一特征,构建3层DCNN来识别眼睛和嘴巴闭合状态;再针对训练样本人工标记困难的问题,提出结合人工标记、采用Dlib特征点检测和疲劳参数加权获取驾驶员疲劳等级的方法进行标记;最后,针对疲劳驾驶是一个从状态良好到重度疲劳的时序过程,构建基于DCNN与HMM融合的疲劳驾驶状态判断方法。结果表明,本方法能有效减少因状态检测和突变造成的误差,准确率较传统参数加权方法提高约10%,单帧检测时间约为150 ms。因此,该检测方法既提高了系统鲁棒性,也满足实时需求。

关键词：疲劳驾驶检测人工标记特征点检测深度卷积神经网络隐马尔可夫模型

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改进Turbo-pixel算法在CT图像分割中的应用

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现代计算机 2016年第16期22卷 44-46,74页

作者：田连晓闭应洲广西师范学院计算机与信息工程学院南宁530032

医学图像分割是各种医学图像应用的基础,但由于医学图像噪声复杂,纹理低,使得分割极为困难。且目前大多的图像分割算法,忽略像素点的位置信息,应用包含位置信息的Turbo-pixel超像素对CT图像进行处理,后期结合少量的人工标记信息,可完整... 详细信息

医学图像分割是各种医学图像应用的基础,但由于医学图像噪声复杂,纹理低,使得分割极为困难。且目前大多的图像分割算法,忽略像素点的位置信息,应用包含位置信息的Turbo-pixel超像素对CT图像进行处理,后期结合少量的人工标记信息,可完整提取出CT图像的软组织信息,为医生减轻负担,且根据专家目测表明,改进的Turbo-pixel分割提取的软组织较为完全且位置信息正确。

关键词： Turbo—pixel CT图像人工标记