Lumière structurée codée pour une reconstruction 3-D robuste : Application à la chirurgie mini-invasive

par Xavier Maurice

Thèse de doctorat en Robotique et vision

Sous la direction de Christophe Doignon.

Soutenue en 2011

à Strasbourg .


  • Résumé

    Durant une opération chirurgicale mini-invasive, la capture de la scène est réalisée par un endoscope qui présente les informations au chirurgien sur un écran, en 2-D. Amélioration de la perception visuelle de la scène, guidage de robots, recalage de modèles d’organes, la capture en temps-réel d’une carte de profondeur pour de telles scènes peut présenter de multiples applications. A cette fin, de nombreuses contributions menant à la réalisation d’ un système endoscopique mono-trocart, stéréo, basé sur une projection de lumière structurée codée, sont présentées. Parmi celles-ci, une utilisation avancée de la géométrie épipolaire dès la conception numérique, puis la réalisation du motif, est motivée, proposée et évaluée. D’autres contributions relatives au codage avec redondance, aux différents traitements implémentés sur GPU, à la reconstruction 3-D, à l’étalonnage partiel du dispositif sont décrites. En particulier, les deux problématiques des algorithmes de codage dits "brute-force" : le comportement de recherche, et les tests d’unicité, sont traitées. D’autre part, une compensation a priori des distorsions liées aux optiques du projecteur est proposée après une rectification inverse, réalisée à travers un alignement du motif sur la géométrie épipolaire. De nombreux résultats sur le codage, les reconstructions ex vivo puis in vivo, qualitatifs et quantitatifs, permettent d’apprécier l’approche mise en oeuvre.

  • Titre traduit

    Robust 3-D reconstruction by means of coded structured light : Application to minimally-invasive surgery


  • Résumé

    During a minimally-invasive surgical intervention, the intra-abdominal scene, which is acquired by an endoscope, is presented to the surgeon by means of a 2-D display. The real-time depth map computation of such a scene could have huge benefits like a better visual perception, robot visual servoing, registration of pre-existing models of organs. To this end, in this thesis, many contributions leading to the realisation of an endoscopic stereo, mono-trocar, system, based on a coded structured light pattern projection, are presented. We propose to better exploit the epipolar geometry of the system at the pattern design step, first for the numerical coding, and then, for the pattern layout. Other contributions dealing with "brute-force" coding algorithm with redundancy, with real-time GPU processing, with 3-D reconstruction and with weak-calibration of the system, are described. In particular, the two main issues in "brute-force" coding algorithms : the search behaviour and the unicity test, are addressed. Moreover, an a priori compensation of optical distorsions of the projector is proposed after the pattern alignment on the epipolar geometry. Numerous coding results, ex vivo and in vivo 3-D reconstruction with associated statistics, are reported to evaluate the proposed approach.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-200 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 187-200.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;1274
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