基于ICP算法的脊椎手术导航配准技术

针对计算机辅助脊椎手术三维导航技术中术前CT图像与术中实际对象的配准问题,提出一种基于Visualization Toolkit(VTK)的在三维可视化平台环境下通过电磁定位系统进行配准的两步配准策略:首先,在虚拟空间和实际空间中的脊椎骨表面取几个特征点,进行粗配准;然后,在实际空间利用电磁定位探针在脊椎骨表面取点,并从虚拟空间提取对应的脊椎骨表面点;最后通过ICP(最近点迭代)算法进行精细配准.同时对ICP算法进行了模拟验证和精度分析,以脊柱模型骨为对象进行了脊柱手术导航配准精度实验,并进行了误差分析.结果表明这种配准方法简单可靠,在模型骨情况下最后的配准精度可达到临床手术的要求.     

基于多个外辐射源的单站无源定位

利用多个外辐射源,单站可以对目标进行定位。文中研究了在多个外辐射源条件下,利用目标反射信号和外辐射源到接收站的直达信号的单站无源定位算法;并结合计算定位精度的几何稀释度的方法,定量分析了定位的误差,最后讨论了外辐射源数目会对定位精度产生的影响。计算机仿真验证了算法的有效性。     

机载激光对管道自主定位误差的灵敏性分析

针对机载激光对埋地天然气管道自主定位这一特殊应用背景,对其定位原理进行研究,阐述其实现方法,分析激光对管道定位精度影响的因素,介绍定位误差建模方法。以载机位姿误差为例,给出定位误差敏感误差源的辨识方法和步骤。结果表明:载机的位姿精度是影响定位精度的主要因素,俯仰角误差对地面点误差影响最大,滚转角误差对地面点误差的影响较小,地面点的定位误差几乎不受载机高度误差的影响。分析结果提高了定位误差避免和误差补偿的效率。     

基于三点法和ICP算法的手术导航系统患者配准

为提升手术导航系统的患者配准精度和操作效率,提出一种将三点法与迭代最近点(iterative closest point,ICP)算法相结合的配准策略.首先,定义患者配准问题,并介绍术前和术中数据获取方法;然后,以光学定位标记球心为患者空间与图像空间的共同特征,并利用三点法完成初始配准;最后,以经初始映射后的患者点云中各点为球心,建立半径为r的球形区域,并仅保留位于该区域内的图像点云以实现抽样,再利用改进ICP算法对两片点云执行精确配准.实验结果表明,采用所提方法对猪股骨和猪髂骨执行配准的平均误差分别为(0.83±0.10)mm和(0.86±0.09)mm,其精度和稳定性均优于传统ICP算法,且具备高效、易操作的特点以及潜在的临床应用价值.     

云闪定位算法研究及其精度分析

为了减少云闪对各种空间飞行器和电子设备造成的损失,同时研究雷暴活动物理机制以及云闪时空分布规律,开展云闪定位算法研究具有重要意义。概述了闪电定位原理及其基本方法,结合测向测时差联合定位法,研究了VHF频段云闪四站定位算法原理,并且分析了对定位精度造成影响的主要因素。在解决测角精度问题方面重点介绍了基于均匀圆阵的二维ESPRIT算法。最后利用Matlab仿真了不同云闪高度和测角精度情况下的定位误差分布图,为提高云闪定位精度提供了坚实的理论依据。     

Clifford代数空间上的三维颅部感兴趣区配准

针对3D颅部医学图像配准中存在的配准精度不高、运算复杂、配准效率低等问题,在创新性地圈定了感兴趣配准区域的基础上,提出了一种基于Clifford代数的全新的几何特征轴构造方法。起初从参考模态与浮动模态中依次提取特征点,通过该特征点实现配准感兴趣区(ROI)圈定;其次利用感兴趣区的点云数据集到其质心的距离测度构造几何特征轴,并计算相应的旋转算子完成浮动模态相对于参考模态的高效、高精度配准。这样的配准方式有效地避免了多模态图像成像时配准区域非完全匹配导致的误差,并减少待处理的数据量,同时消除了无效配准区域产生的局部最优点的影响,进而降低了配准的误差。实验表明,感兴趣区处理后的待配准图像,经新算法仿真配准,能够精确地定位组织器官的三维位置,执行效率高且配准误差较小,是一种有效的3D颅部医学图像配准方法。     

基于ADS-B数据的一次雷达系统误差配准方法

针对大误差一次雷达测量过程中雷达配准方法的精度提升问题,分析了一次雷达误差分布特性,以广播式自动相关监视系统的航迹数据为真值,提出了基于改进轨迹跟踪滤波的实时雷达配准方法。采用点云配准方法中随机抽样一致性的迭代最近点法,对基于期望增加模型的变结构交互式多模型算法中的偏置函数进行了改进,有效减少了随机误差在配准过程中的影响,并获得最优的偏置参数,以提升大误差一次雷达配准的精度。算例分析结果表明,该方法配准后可使所选一次雷达俯仰角平均绝对误差降低至0.04°,方位角平均绝对误差降低至0.07°,为雷达系统误差配准提供新方法支撑。     

基于因素分布模型的微震定位精度敏感性分析

根据微震定位方程,基于误差最小原理,构造微震定位精度敏感性评价的输入输出数学模型,选取震源点到各检波器之间距离测量误差、微震波波速标定误差和信号到时拾取误差3个影响因素作为分析因子。从信息熵的角度,分析因素分布密度函数,并通过泛函变分求得相应表达式。采用正交法设计16组方案,根据分布函数求取因素各水平值,进行全局敏感性分析。研究结果表明:3个因子取值在给定区间内均符合均匀分布;无论是对内场震源点还是外场震源点,微震波波速误差,是对定位结果影响最大的因素,各因子对定位精度影响的主次顺序为:Ve,Te,De;对于内场震源点,3个因素对定位精度均有高度显著影响。但对于外场震源点,可能由于因素之间的交互作用或者试验误差影响,仅微震波波速标定误差对定位精度有高度显著影响。相关研究可为微震监测的准确定位等提供针对性指导。     

多视图点云配准算法综述

以多视图点云配准为研究对象,对近二十余年的多视图点云配准相关研究工作进行了全面的分类归纳及总结．首先,阐述点云数据及多视图点云配准的概念．根据配准的任务不同,将多视图点云配准分为多视图点云粗配准和多视图点云精配准两大类,并对其各自算法的核心思想及算法改进进行介绍,其中,多视图点云粗配准算法进一步分为基于生成树和基于形状生成两类;多视图点云精配准算法进一步分为基于点云的点空间、基于点云的帧空间变换平均、基于深度学习和基于优化四类．然后,介绍了四种多视图点云配准数据集及主流多视图配准评价指标．最后,对该研究领域研究现状进行总结,指出存在的挑战,并给出了未来研究展望．     

基于圆阵的被动式静电探测系统定位方法研究

研究被动式地面静电探测系统对空中静电目标的定位方法.在静电感应原理和圆阵定位理论分析的基础上,推导出了基于圆阵的被动式静电探测系统定位方程;并利用误差理论对该定位方程进行了误差分析及定位精度的计算机仿真,仿真计算的结果与误差理论分析一致.理论分析与仿真结果表明:采用平面圆阵的被动式静电探测系统可实现对空中目标较远距离的定位,且具有较高的定位精度.     

基于单位四元数的手术导航注册方法

针对目前的脑立体定向手术导航注册方法存在较大误差和可能出现奇异点等缺点,提出了一种基于四元数电磁定位的新注册方法.利用四元数的快速迭代特性和计算过程无奇异解的特性实现注册过程中的3个空间映射过程,根据单位四元数中的刚体姿态变换描述及奇次坐标理论求解从实时手术空间到计算机空间的最优转换矩阵.实验结果表明,文中所提算法得到...     

微创人工耳蜗手术导航匹配算法研究

微创人工耳蜗通道(Minimal Cochlear Access,MCA)是一种直接从颞骨的表面向内耳钻出隧道,然后在内耳植入耳蜗电极的手术治疗方式.相比于传统开放的耳蜗植入手术,MCA具有创伤小、耗时少、快速恢复及较少的并发症等优点.该手术的主要难点是要获取足够的精度,通常小于0.50 mm.该文对基于基准标志物的光学导航系统(Landmark-Based Optical Navigation System,LONS)的定量精度进行研究,通过不同的表面配准算法来获得稳定的精度.结果表明:在相同初始化条件下,颞骨模型匹配的目标配准误差(Target Registration Error,TRE)最小值为(0.16±0.01)mm.     

非球面拼接测量中的配准误差校正

为了抑制配准误差对子孔径拼接测量非球面的影响,采用基于仿射变换和子孔径位置优化的拼接算法,校正由于配准误差引起的子孔径拼接重叠区对应点的不一致性,以提高拼接测量的精度.首先,分析了子孔径重叠区域相位误差不一致性的原因,然后,根据重叠区相位误差最小原则,利用反向求解法,求得配准方程中的各项系数,进行子孔径数据的配准和位置的优化校正.实验结果表明:经过配准误差的校正后,采用同步拼接方法得到的子孔径拼接测量结果与全口径直接测量结果更为吻合.     

基于蒙特卡洛方法的惯性元件误差模型分析

为了减小惯性元件误差对捷联惯导系统的影响,将蒙特卡洛方法应用于惯性元件误差模型的分析,并编制了一套在RTLinux下运行的软件.利用轨迹发生器和导航程序,通过对各误差系数的选择、采用拉丁超立方和对偶变数相结合的抽样方法抽样,分析各误差项对导航精度的影响.在此基础上,提取出简化的误差模型,并对简化模型进行评定,选择符合要求的作为适用模型,从而可以利用该模型进行惯性元件的误差补偿以提高捷联惯导系统精度.惯性元件误差模型分析作为导航系统测试平台的一部分,已经应用于工程实践.     

北斗卫星导航系统对定位测量数据的影响

北斗卫星导航系统是中国自主研制的全球卫星导航系统,然而北斗卫星导航系统对GNSS测量数据精度有何影响的研究较少,本文主要研究有无北斗卫星导航定位系统参与下,对GNSS测量数据的点位中误差及点位精度所带来的影响。研究表明,在有北斗的参与下,数据的点位中误差明显偏小,更接近已知点位的坐标,且数据质量稳定。     

基于统计滤波和稀疏度优化的印花配准算法

在数码印花技术上,传统全局印花图案配准方法在精度和效率上无法满足需求,局部印花图案配准方法存在配准误差较多导致匹配误差大的问题,还存在图像变形控制点过多导致算法效率低等问题.该文提出了一种新的局部印花图案配准方法.该方法基于统计滤波优化配准算法,减少FLANN匹配点中的误差点;并在分析图像变形中冗余控制点特性的基础上,...     

增强现实技术在虚实图像配准中的研究

通过标定对标志点进行匹配,利用变换关系将真实场景图像与计算机生成的虚拟物体图像准确配准,最终达到增强现实的效果,并通过计算机乳腺外科手术支援系统进行验证.     

交比不变量在机器视觉中的误差分析及应用

研究成像过程中交比不变量的误差问题.介绍了如何利用两个黑条来构造共线4点的交比;分析了图像像素噪声对交比值精度的影响;给出了一个与摄像机外部参数有关的交比误差不等式,得到了交比误差上下限.利用交比不变性设计了一种结构简单的新型人工路标,这种路标对各种视角及变光照条件下的检测具有很高的鲁棒性.真实图像的检测结果表明,这种人工路标易于识别,被检速度快而准.这对单目自主移动机器人基于人工路标的视觉定位与导航具有重要的实际应用价值.     

交互式地图匹配算法在组合导航中的应用

针对捷联惯性导航系统（SINS）/里程仪组合导航中车辆受初始对准偏差和测量器件自身误差等因素影响的精度随时间和位移增加而降低的问题,设计了交互式电子地图匹配修正新方案.通过车辆姿态角变化选择合适的地图匹配算法,并在转弯处精确反馈修正车辆坐标,同时利用定位误差修正初始对准偏差和里程仪刻度系数误差,降低其对以后导航定位的影响.仿真结果表明,采用交互式电子地图匹配算法,航向失准角偏差可很快收敛至2′左右,里程仪刻度系数偏差也降低至0.08%左右,能够实现系统的需要,跑车实验也证明了此方案的有效性.