一种人工膝关节置换术直接影像传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种人工膝关节置换术直接影像传输系统，包括图像采集装置、图像数据接收装置、图像数据处理与显示设备；图像采集装置，封装成与假体垫片相一致外形，采集不同角度下的从假体垫片角度所看到关节图像，再以无线的方式将图像信息发射到图像数据接收装置；图像数据接收装置，将所接收的图像数据传递到图像数据处理与显示设备；图像数据处理与显示设备，对接收的图像数据进行处理后，通过二维和/或三维重建的形式显示。本发明能实现全膝盖置换手术中的实时直接图像显示，为手术医生提供参考，帮助医生了解病人膝盖的静态状态和屈伸运动过程中膝盖的变化情况。为医生提高手术质量提供技术支持，有助于提高医生的手术成功率避免二次手术。
【专利说明】
-种人工膝关节置换术直接影像传输系统
技术领域
[0001] 本发明属于医学电子技术领域，设及一种人工膝关节置换术直接影像传输系统。
【背景技术】
[0002] 从上世纪60年代起，人工关节置换手术在我国逐渐发展，很多关节疾病得到了很 好的治疗。其中，全膝关节置换手术是目前应用较为广泛的一种人工关节置换手术。人工膝 关节置换手术为患者解决了膝关节老化或坏死及功能丧失等问题，并且手术治疗的效果可 W维持数十年，较为彻底地解除了病人的痛苦。
[0003] 人工膝关节置换手术主要有=个步骤:一、将已被磨损的股骨和腔骨表面削去一 定的厚度;二、在股骨和腔骨上分别装上股骨假体和腔骨假体;=、在股骨假体和腔骨假体 中间嵌入假体垫片。
[0004] 假体垫片的寿命长短主要取决于手术安装的质量。如果在手术过程中未能正确安 装假体垫片，在使用过程中，由于长期承受不平衡的运动应力，假体垫片就容易出现过早、 过度磨损和溶解等问题。质量较差的人工膝关节置换手术通常由于假体垫片安装不平衡导 致某些接触面受力过大，加速了假体垫片的磨损和损坏，迫使患者进行二次手术。运不仅给 患者和社会带来很多经济负担，更增添了患者不必要的生理和屯、理的痛苦。因此，让医生在 膝关节置换手术过程中对假体垫片的植入位置W及植入假体后关节运动时的关节假体相 对位置变化情况有详细了解和把握，是提高手术成功率的重要保障。运也是现在亟待解决 的问题。
[0005] 目前已有的技术是利用压力传感器来实现人工膝关节置换手术的压力平衡测量 系统。在医生手术过程中将其置于患者膝关节处W获取压力信号，并将通过对压力信号的 处理来实时地为医生提供患者人工膝关节腔骨垫片处的受力情况。运个系统的主要问题在 于不能直观显示目前垫片在膝关节中的静态位置和腔骨与垫片在运动时的接近情况，缺少 直观的直接影像，不能W形象直观的方式对手术过程予W指导。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的问题在于提供一种人工膝关节置换术直接影像传输系统，能实现全 膝盖置换手术中的实时直接图像显示，帮助医生了解病人膝盖的静态状态和屈伸运动过程 中膝盖的变化情况。
[0007] 本发明是通过W下技术方案来实现：
[000引一种人工膝关节置换术直接影像传输系统，包括图像采集装置、图像数据接收装 置、图像数据处理与显示设备；
[0009] 图像采集装置，封装成与假体垫片相一致外形，采集不同角度下的从假体垫片角 度所看到关节图像，再W无线的方式将图像信息发射到图像数据接收装置；
[0010] 图像数据接收装置，将所接收的图像数据传递到图像数据处理与显示设备；
[0011] 图像数据处理与显示设备，对接收的图像数据进行处理后，通过二维和/或=维重 建的形式显示。
[0012] 所述的图像采集装置，能够采集距其Omm到几十mm处的图像数据，且具备120° W上 的视角范围，满足假体垫片和人工关节相对运动时的图像采集要求；
[0013] 所述的图像数据处理与显示设备，对接收的图像数据进行包括清晰化处理和对运 动图像进行连续化处理，反映当前人工关节各部分之间的相对位置关系、相对运动情况。
[0014] 所述图像采集装置包括封装在壳体内的微距镜头、图像传感器、控制处理电路、无 线发射机和微距天线;所述的控制处理电路包括电源管理单元、图像压缩编码单元和微处 理器;壳体具有与假体垫片相一致的外形；
[0015] 图像经微距镜头、图像传感器捕获后发送至控制处理电路，控制处理电路中的图 像压缩编码单元将图像数据进行无损/准无损压缩，再经无线发射机和微距天线发射。
[0016] 所述的电源管理单元包括供电电池和电压转换电路，电压转换电路将电池电压转 换成图像采集、无线发射所需要的工作电压；
[0017] 所述的微处理器包括图像传感器控制器、测试模式控制器和媒体访问控制器，通 过对各控制器件收发信息提供系统控制、数据调度和无线收发媒体访问控制；
[0018] 所述的图像压缩编码单元包括压缩器和存储器；
[0019] 所述的图像传感器周围还设置有照明装置，照明装置与升压电路相连接，在图像 传感器工作时照明装置发光进行照明。
[0020] 所述的微距镜头能够采集距其Omm到IOOmm处的图像数据，且具备120° W上的视角 范围；所述的图像传感器的分辨率为固定的或动态调整的分辨率，采用CMOS图像传感器或 CCD图像传感器;图像压缩编码单元，对采集到的图像数据进行无损/准无损数据压缩;无线 发射机电路将图像数据通过无线的方式发射到图像数据接收装置，工作频率根据频率管理 规范选用。
[0021] 所述的图像数据接收装置包括无线接收机，接收图像采集装置发射出来的图像数 据；
[0022] 所述的图像数据处理与显示设备，通过有线或者无线的方式与图像数据接收装置 连接，从图像数据接收装置中下载图像数据，进而进行图像处理和重建与显示；
[0023] 或者，图像数据接收装置集成到图像数据处理与显示设备中。
[0024] 所述的图像数据处理与显示设备，对接收的图像数据进行的处理包括：
[0025] 清晰化处理:对所采集的图像数据进行包括扭曲矫正、模糊消除和对比度增强的 处理；
[0026] 径向崎变消除处理:根据所采集的图像数据进行成像系统内部参数的初始化处理 和通过参数更新进行径向崎变矫正的图像处理；
[0027] 图像失焦模糊消除处理:对所采集的图像数据进行包括图像模糊度的估测处理和 利用最大似然法得到清晰图像的估测处理；
[0028] 对比度增强处理：对所采集的图像数据进行分区域直方图均衡的对比度增强处 理。
[0029] 所述的图像数据处理与显示设备，对图像的显示包括2D静态显示和3D动态立体显 示；
[0030] 所述的2D静态显示是对处理后的图像进行特征提取，利用已有的假体模型数据进 行特殊位置的标注，并利用连续图像描绘运些位置的变化曲线；
[0031] 所述的3D动态立体显示是对处理后的连续图像进行特征提取，进行=维模型的重 建，并将重建的=维模型动态显示出来。
[0032] 与现有技术相比，本发明具有W下有益的技术效果：
[0033] 本发明提供的人工膝关节置换术直接影像传输系统，能实现全膝盖置换手术中的 实时直接图像显示，通过将图像采集装置封装成假体垫片的形式，然后将其放置在股骨假 体试模、腔骨假体试模之间，通过无线传输就能够发出最直接的、动态的图像，保证了信息 来源的准确性；图像数据接收装置进而将图像数据传递到图像数据处理与显示设备，该设 备对图像数据进行处理后，通过=维重建的形式给手术医生观看，并基于图像数据通过一 定的计算分析人工关节各部分之间的相对位置关系，为手术医生提供参考，帮助医生了解 病人膝盖的静态状态和屈伸运动过程中膝盖的变化情况。通过直接影像W及基于直接影像 的数据分析，为医生提高手术质量提供技术支持，有助于提高医生的手术成功率避免二次 手术。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明的系统结构示意图；
[0035] 图2是本发明的图像采集装置结构示意图；
[0036] 图3是本发明的图像采集装置的电路结构示意图；
[0037] 图4是本发明的图像清晰化处理功能结构图；
[0038] 图5是本发明的图像径向崎变消除算法流程图；
[0039] 图6是本发明的图像失焦和模糊消除算法流程图；
[0040] 图7是本发明的图像亮度不均消除算法流程图；
[0041] 图8是本发明的图像分析显示功能结构图；
【具体实施方式】
[0042] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0043] 本发明为人工膝关节置换术提供直接影像手术导航的图像采集、接收、处理与显 示系统。该系统由图像采集装置、图像数据接收装置、图像数据处理与显示设备等=部分组 成。
[0044] 图像采集装置外形与人工膝关节置换术中的假体垫片相同。在置换手术中，医生 先将股骨假体试模、腔骨假体试模和图像采集装置放置到对应位置，通过调节大腿与小腿 的角度采集不同角度下的从假体垫片角度所看到关节图像，再W无线的方式将图像信息发 射到图像数据接收装置。图像数据接收装置进而将图像数据传递到图像数据处理与显示设 备，该设备对图像数据进行处理后，通过=维重建的形式给手术医生观看，并基于图像数据 通过一定的计算分析人工关节各部分之间的相对位置关系，为手术医生提供参考。通过直 接影像W及基于直接影像的数据分析，帮助手术医生提高手术质量，避免二次手术。
[0045] 首先，本发明提供了一种人工膝关节手术图像采集装置。
[0046] 所述图像采集装置主要包括微距镜头、图像传感器、图像压缩编码单元、无线发射 机和微距天线。此装置的封装外形和膝关节垫片完全一致。微距广角镜头的能采集Omm到几 十mm处的图像数据，且具备很大的视角范围（比如140° W上），W应对实际应用中假体垫片 和股骨假体距离很近乃至直接接触的情况。图像传感器采用可W采用CMOS图像传感器、CCD 图像传感器等图像传感器。为方面图像数据传输，图像采集装置可W包含一个图像压缩编 码单元，对采集到的图像数据进行无损/准无损数据压缩，减少数据量，降低对图像数据传 输的要求。低功耗的无线发射机电路将图像数据通过无线的方式发射到图像数据接收装 置，工作频率可W根据频率管理规范选用400MHz、2.4G化等频段。
[0047]其次，本发明提供了一种人工膝关节置换术图像数据接收装置和一种图像数据处 理与显示设备。所述图像数据接收装置包含无线接收机，可W接收图像采集装置发射出来 的图像数据。所述图像数据处理与显示设备，通过有线或者无线的方式与图像数据接收装 置连接，从图像数据接收装置中下载图像图像数据，进而进行图像处理和=维重建与显示。 在特定情况下，图像数据接收装置也可W集成到图像数据处理与显示设备中。图像处理的 主要任务分为两个部分:一是对接收到的图像存在的扭曲、失焦和曝光不足与曝光过度等 问题进行细致处理，得到较为理想的图像数据;二是对连续的图像进行处理，得到当前股骨 与腔骨的相对运动情况，判断当前假体和垫片的放置位置是否正确，并W二维和=维的方 式进行显示，为医生提供手术指导。
[004引实施例1
[0049] 本发明实施例提供了一种膝关节置换手术直接影像手术导航系统结构示意图。该 系统包括=个部分：（1)膝关节手术图像采集装置（图中第一部分）；（2)图像数据接收装置 (图中第二部分）；（3)图像数据处理及显示设备（图形数据处理包括图像清晰化处理、数据 分析、模型重建，图中第=部分）。
[0050] 植入膝关节模型如图1中第一部分所示，膝关节假体包括=个部分，上部分是与股 骨(大腿)相连的股骨假体，下部分是与腔骨(小腿)相连的腔骨假体，中间部分是连接股骨 假体与腔骨假体的假体垫片。在进行膝关节置换手术时，医生先把股骨假体试模和腔骨假 体试模分别与股骨和腔骨接好，然后放置图像采集垫片，用手托着小腿缓慢弯曲和放平，利 用图像采集和处理得到的信息对两个假体试模进行调整，调整好上下假体试模和垫片的位 置后，再将假体试模换成对应的假体，然后将测量垫片换成假体垫片，最后进行固定和缝 厶 1=1 O
[0051] 图像数据接收装置和图像数据处理与显示设备如图1中第二部分和第=部分所 示。图像数据接收装置的作用是从图像采集装置接收图像信号，并将图像数据传输到图像 数据处理与显示设备。图像数据处理与显示设备主要包括两个部分:清晰化处理和数据分 析、重建与显示。
[0化2]实施例2
[0053] 本发明实施例提供了一种膝关节置换手术图像采集装置的结构示意图和电路结 构图。
[0054] 该装置的结构示意图如图2所示。
[0055] 该装置包含图像传感器（图2WCM0S图像传感器为例）、控制处理忍片和无线数据 收发机。图像传感器的分辨率可W是固定的（比如256*256、480*480)，也可W考虑可W动态 调整W满足应用中各种情况下对图像分辨率的需求。图像数据压缩模块可将图像传感器采 集到的图像数据进行无损/准无损压缩，减少无线数据收发机需要传输的数据量，W降低装 置的整体功耗。图像装置采集装置可W采用小型电池供电，装置内有相应的电源管理电路 将电池电压转换成图像采集、发射所需要的各种工作电压。无线数据收发机可W选用 400MHz、2.4G化等符合管理规范的频段。一种典型的数据收发机工作在400MHz频段，采用半 双工、非对称码率的无线收发机制。
[0056] 图像采集装置中的控制处理电路功能的典型实现的结构图如图3所示。该电路可 W采用分立元器件实现，也可W采用定制专用集成电路忍片的方式来实现。该电路按照功 能划分大致包括：中屯、控制部分、照明与图像采集部分、供电部分、时钟产生部分和无线收 发机部分。
[0057] 控制处理电路的中屯、控制部分的核屯、为微处理器，同时包括图像传感器控制器、 测试模式控制器和媒体访问控制器。微处理器可W提供系统控制、数据调度和无线收发媒 体访问控制，而对应的控制器则直接执行相应控制功能。
[0058] 照明与图像采集部分，是在CMOS图像传感器周围还可W设置有发光二极管和升压 电荷累，升压电荷累可W为发光二极管供电，CMOS图像传感器工作时升压电荷累可使发光 二极管发光进行照明。
[0059] 供电部分(线性稳压部分)主要包括不同电压的线性稳压器，其典型值包括0.8V、 1.2V、1.5V、1.8V、2. IV、2.5V、3.3V等等，分别给不同的工作模块供电。时钟产生部分主要由 一个晶体振荡器构成，可W为微处理器和无线收发部分提供时钟。
[0060] 无线收发机部分主要包括调制器、数-模转换器、混频器、锁相环、加法器、模-数转 换器和解调器。其中调制方式可W选择简单的FSK等，也可W选择复杂的MSK;解调方式根据 调制方式适当进行选择。
[0061] 实施例3
[0062] 本发明实施例提供了一种膝关节置换手术图像清晰化处理，图像清晰化处理的功 能框图如图4所示。主要的处理功能包括扭曲矫正、模糊消除和对比度增强。
[0063] (1)扭曲矫正
[0064] 运个系统中，图像的扭曲来源于微距镜头的小尺寸W及近距离拍摄的作用，导致 图像中的像素点非线性地沿径向朝圆屯、发生扭曲，使观察者对视野中物体形状和深度的判 断发生错误。
[0065] 径向崎变消除算法流程图如图5所示。首先估算成像系统参数，然后利用系统参数 消除径向扭曲。
[0066] 对于一个=维坐标为Q的空间点，在齐次坐标表示下，映射到平面上点的坐标q为
[0067]
[0068] 其中，是该点在空间中的齐次坐标，[R t]为旋转矩阵和平移矩阵共同构成的投 影矩阵，Te为径向投影矩阵（其中参数C控制径向崎变的程度），K为成像系统的内部参数， 具体表示为：
[0069]
[0070] 其中a为图像的纵宽比，f为焦距，S为偏斜率，（cx，cy)是镜头的主点。
[0071] 获取成像系统参数的方法为，用该成像系统拍摄一幅尺寸已知的黑白棋盘形图 案，对获取的图像中棋盘方格的顶角进行探测。通过顶角位置匹配，推算出该成像系统的内 部参数化中包含的参数）W及崎变程度参数C。将包含运些参数的矫正矩阵作用在后续拍摄 的图像上，可W消除径向扭曲，为观察者提供更为真实的画面。
[0072] (2)模糊消除
[0073] 图像的模糊分为运动模糊和失焦模糊两种。运个图像传输系统的图像采集速率为 每秒30帖，因此运动模糊可W忽略不计，主要考虑失焦模糊。
[0074] 由于摄像头在膝关节垫片中，拍摄到股骨假体的各部分与垫片距离不同，失焦程 度也有所不同。对运种非均匀的模糊图像，首先估算局部模糊度，在进行清晰化处理。
[0075] 局部模糊度的估算可W采取学习的方法。收集已知模糊度的图像块，根据模糊度 进行聚类，构成字典;对于需要估测模糊度的图像，围绕每一个像素点，选取图像块，通过回 归分析来判断其模糊度与字典中哪一类最相近，从而估测该像素点对应的模糊度。
[0076] 为了更好的为失焦模糊建模，将原始清晰图像记为g，模糊图像记为f。根据局部模 糊度的估算，可W给出模糊作用矩阵Ko,则准确的模糊作用矩阵可W表示为K = Ko+Sk，其中 Sk反应了模糊度估算的误差。在运种建模下，模糊图像可W表示为f = Kog+u+y，其中U = SKg 为误差，y为噪声。
[0077] 通过如下的优化可W估测清晰图像g:
[007引
[0079] 式中为优化参数，第一项I lKog+u-川嗦示噪声值最小化，第二项（IlFigI H |F2g| I )表示清晰化图像的纵向变化率及横向变化率最小化，从而保证图像的连续性;第= 项MuM表示误差最小化。运是一个非凸函数，可W用已有的数学方法进行优化处理。最终 得到的清晰图像g即为输出。
[0080] (3)对比度增强
[0081] 膝关节内部属于弱光照环境，拍摄的图像可能存在整体欠曝光的问题，对比度较 弱，看不清图像中的细节特点。
[0082] 对图片的对比度进行整体调整，一种常用的方法就是直方图均衡算法。直方图均 衡的基本原理阐述如下。一个灰度图像可W表示为X = X(IJ)，其中X(i，j)表示Q J)点的 灰度值。设灰度值的可能取值为离散值{Xo，Xi，I-Xl-IK图像X的灰度值概率密度函数为P (Xk)=nk/n，其中nk表示灰底值为Xk的像素占的攝目，n表示图像X中的像素点的总数。其累 积密度分布函数可W表示：
[0083] 图像X的直方图定义为nk-紅分布图，反应了图像中灰度的分布。彩色图像的直方图 可W对每一个彩色通道分别定义。
[0084] 直方图均衡的方法用到如下的转换函数：
[0085] f(Xk)=Xo+(XL-i-Xo)c(Xk)
[0086] . 二气
[0087]
[0088] 转换W后，图像的灰度值的动态范围扩大了，从而增强了图像的对比度。可W注意 到其中的两个特点：输入图像的动态范围被扩大到了最大的灰度范围[Xo，Xl-i]，并且处理 后的图像与原始图像保持了相同的从黑到白的亮度顺序。
[0089] 限制对比度的适应性直方图均衡算法（Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization)在医学图像中取得了较好的应用效果，其基本操作包括，将输入图像划分为 几个区域，其直方图的最大值有所限定，然后分别均衡。运种方法限制了对比度增强的最大 值，从而在增强对比度的同时保持自然的观感，并且避免了噪声的过度增强。
[0090] 实施例4
[0091] 本发明实施例提供了一种膝关节手术图像数据分析与显示的功能结构图。
[0092] 图像数据分析与显示的功能结构示意图如图8所示。该图像显示功能主要分为两 个部分，一是2D静态显示，一是3D动态立体显示。静态处理过程中，首先对单幅图像进行特 征提取，利用已有的假体模型数据进行包括股骨假体中屯、位置、股骨球状最低处、股骨最外 侧等特殊点的标记，并利用连续图像描绘运些位置的变化曲线。静态处理主要是找出特殊 位置，帮助医生识别当前的相对位置情况。
[0093] 动态处理过程中，首先对连续图像进行特征提取，再利用化P或EPnP等算法进行S 维模型的重建，最后再将重建的S维模型动态显示出来。如果采用化P算法，需要在股骨假 体上设置标志点，在已知标志在股骨假体上的位置、形状W及股骨假体=维形状的情况下， 通过分析拍摄图像中该标志的位置、大小和形状变化，可W进行=维重建。动态处理则是通 过大量数据的分析与计算，找出股骨与腔骨的相对运动轨迹，帮助医生判断手术的质量情 况。
[0094] 显而易见，W上所述仅为本发明的较佳实施例，在不偏离本发明的真实精神和范 围的前提下，在此描述的本发明可W有许多变化，包括传感器的数量、大小、形状和种类等。 因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在 本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，包括图像采集装置、图像数 据接收装置、图像数据处理与显示设备； 图像采集装置，封装成与假体垫片相一致外形，采集不同角度下的从假体垫片角度所 看到关节图像，再以无线的方式将图像信息发射到图像数据接收装置； 图像数据接收装置，将所接收的图像数据传递到图像数据处理与显示设备； 图像数据处理与显示设备，对接收的图像数据进行处理后，通过二维和/或三维重建的 形式显示。2. 如权利要求1所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述的图像 采集装置，能够采集距其Omm到几十mm处的图像数据，且具备120°以上的视角范围，满足假 体垫片和人工关节相对运动时的图像采集要求； 所述的图像数据处理与显示设备，对接收的图像数据进行包括清晰化处理和对运动图 像进行连续化处理，反映当前人工关节各部分之间的相对位置关系、相对运动情况。3. 如权利要求1或2所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述图 像采集装置包括封装在壳体内的微距镜头、图像传感器、控制处理电路、无线发射机和微距 天线;所述的控制处理电路包括电源管理单元、图像压缩编码单元和微处理器;壳体具有与 假体垫片相一致的外形； 图像经微距镜头、图像传感器捕获后发送至控制处理电路，控制处理电路中的图像压 缩编码单元将图像数据进行无损/准无损压缩，再经无线发射机和微距天线发射。4. 如权利要求3所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述的电源 管理单元包括供电电池和电压转换电路，电压转换电路将电池电压转换成图像采集、无线 发射所需要的工作电压； 所述的微处理器包括图像传感器控制器、测试模式控制器和媒体访问控制器，通过对 各控制器件收发信息提供系统控制、数据调度和无线收发媒体访问控制； 所述的图像压缩编码单元包括压缩器和存储器； 所述的图像传感器周围还设置有照明装置，照明装置与升压电路相连接，在图像传感 器工作时照明装置发光进行照明。5. 如权利要求3所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述的微距 镜头能够采集距其Omm到100mm处的图像数据，且具备120°以上的视角范围；所述的图像传 感器的分辨率为固定的或动态调整的分辨率，采用CMOS图像传感器或CCD图像传感器;图像 压缩编码单元，对采集到的图像数据进行无损/准无损数据压缩;无线发射机电路将图像数 据通过无线的方式发射到图像数据接收装置，工作频率根据频率管理规范选用。6. 如权利要求1所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述的图像 数据接收装置包括无线接收机，接收图像采集装置发射出来的图像数据； 所述的图像数据处理与显示设备，通过有线或者无线的方式与图像数据接收装置连 接，从图像数据接收装置中下载图像数据，进而进行图像处理和重建与显示； 或者，图像数据接收装置集成到图像数据处理与显示设备中。7. 如权利要求1所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述的图像 数据处理与显示设备，对接收的图像数据进行的处理包括： 清晰化处理:对所采集的图像数据进行包括扭曲矫正、模糊消除和对比度增强的处理； 径向畸变消除处理:根据所采集的图像数据进行成像系统内部参数的初始化处理和通 过参数更新进行径向畸变矫正的图像处理； 图像失焦模糊消除处理:对所采集的图像数据进行包括图像模糊度的估测处理和利用 最大似然法得到清晰图像的估测处理； 对比度增强处理:对所采集的图像数据进行分区域直方图均衡的对比度增强处理。8. 如权利要求7所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，在清晰化处 理时，所述扭曲矫正处理是基于标准图案获取图像采集装置的采集参数，再利用已有的采 集参数对图像进行扭曲矫正； 模糊消除处理时，构造模糊图像块字典，基于回归分析来估测局部图像块的模糊程度， 再利用最大似然法来优化能量函数，消除镜头失焦带来的模糊； 图像的对比度增强处理时，利用限制对比度的适应性直方图均衡算法增强图像的对比 度。9. 如权利要求7所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，在径向畸变 消除处理时，所述的初始化处理是采用标准图案进行图案有限点检测，进而对图像采集装 置内部参数进行校准； 所述的图像处理是对于输入的图像，先进行图像边界检测，再利用标准图案的边界检 测结果进行相对旋转角度的估测，然后利用内部参数校准的结果对图像采集装置内部参数 更新，最后进行径向畸变的矫正。10. 如权利要求7所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述图像 失焦模糊消除处理时，所述图像模糊度的估测处理包括:先用已知模糊度的图像块构造字 典;对于输入图像，通过回归分析确定其局部的图像块最接近的字典中的模糊度，从而完成 局部模糊度的估测； 所述利用最大似然法时，通过优化函数，达到噪声最小化、满足估测的局部模糊度、图 像亮度均匀的目标，得到清晰图像的估测。11. 如权利要求7所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，对所采集 的图像数据进行分区域直方图均衡的对比度增强处理，先将输入图像分割成不重叠的子 图，然后对子图的直方图分别进行截断；分别均衡后的子图拼接起来构成对比度增强的输 出图像。12. 如权利要求1所述的人工膝关节置换术直接影像传输系统，其特征在于，所述的图 像数据处理与显示设备，对图像的显示包括2D静态显示和3D动态立体显示； 所述的2D静态显示是对处理后的图像进行特征提取，利用已有的假体模型数据进行特 殊位置的标注，并利用连续图像描绘这些位置的变化曲线； 所述的3D动态立体显示是对处理后的连续图像进行特征提取，进行三维模型的重建， 并将重建的三维模型动态显示出来。
【文档编号】H04N5/235GK105847652SQ201610366046
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月27日
【发明人】王志华, 姜汉钧, 项少林, 别致, 张春, 陈虹
【申请人】清华大学