医院环境下智能空间视觉服务支持系统

论文摘要

在智能空间的支持下,应用移动机器人进行病房巡视,能够大大减轻护士的劳动负荷及精神压力,同时也能够及时发现病人住院过程中所出现的问题,提高病人满意度,有着重要的现实意义。本论文设计了医院环境下的智能空间视觉服务支持系统,利用多种机器视觉方法,实现了室内的运动目标监控,协助移动机器人进行病房巡视。论文围绕着医院环境下的各种视觉任务开展了如下的研究工作。针对医院环境中智能空间的具体任务,本论文首先设计了基于顶棚摄像机的全局视觉系统,比较了常用的运动目标检测方法,之后利用运动历史图像(MHI)设计了一种运动检测方法,为跟踪、定位等各种高级图像处理任务奠定了基础。该方法可以在有运动目标存在的情况下采集背景,并能够量化采集的背景质量。使用摄像机内外参数设计了目标定位算法,该方法在定位人和机器人时能够达到0.5m以内的定位精度,从而为智能空间提供更加精确的服务对象的位置信息。人工地标是机器人定位与导航的重要辅助手段。论文设计了一种基于QRCode技术的新型人工地标,该地标不仅能存储丰富的信息,还能为机器人提供有效的方位信息。为了让机器人能够在远距离找到人工地标,设计了基于颜色和形状的快速识别算法。利用消影线原理设计了定位算法,可在机器人摄像机坐标系中快速且准确地定位人工地标。给出了机器人远距离搜寻、识别、定位及读取人工地标的控制方案,为机器人自主定位及导航奠定了基础。实验表明,本章设计的人工地标识别距离远、识别速度快、定位精度高,在复杂室内环境下仍能有很高的识读效率和很好的稳定性。基于TI公司的TMS320DM642设计了机器人本体的嵌入式机器视觉系统,并编写了服务器端和客户端程序,能够实现视频的实时采集、压缩、处理和传输。设计了病房内的机器人巡视流程,在通过摄像机标定判断出预检测区域的前提下,针对输液瓶、皮肤、医疗仪器等重点巡视目标设计了单独的图像处理算法。基于此系统,机器人能够更加快速准确的完成巡视任务。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 运动目标检测技术
• 1.2.2 基于地标技术的机器人导航定位方法
• 1.2.3 主动视觉技术
• 1.3 研究内容及主要工作
• 1.4 论文的章节安排
• 第二章 复杂环境下的运动目标检测及定位
• 2.1 复杂环境下的运动目标检测
• 2.1.1 常用的运动检测方法
• 2.1.2 基于运动历史图像（MHI）的运动检测算法
• 2.2 摄像机标定及目标定位算法
• 2.2.1 摄像机模型
• 2.2.2 摄像机标定
• 2.2.3 基于OpenCV的摄像机标定
• 2.2.4 使用摄像机内外参数进行目标定位
• 2.3 实验与分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于人工地标的机器人自定位
• 3.1 基于QR Code的新型人工地标设计
• 3.2 人工地标的识别与定位
• 3.2.1 人工地标的快速识别
• 3.2.2 角点检测
• 3.2.3 人工地标定位
• 3.3 人工地标识读过程的实现
• 3.4 实验与分析
• 3.4.1 实验设计
• 3.4.2 实验分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 移动机器人病房巡视
• 4.1 病房巡视任务要求及巡视流程设计
• 4.2 基于TMS320DM642的机器人本体视觉系统
• 4.2.1 TMS320DM642简介
• 4.2.2 DSP端软件设计
• 4.2.3 PC端软件设计
• 4.3 基于特征的重点目标查找
• 4.3.1 确定预检测区域
• 4.3.2 输液瓶
• 4.3.3 病人面部表情及伤口部位
• 4.3.4 医疗仪器
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表的论文和科研成果
• 硕士期间参加的科研工作
• 学位论文评阅及答辩情况表