Υπολογισμός θέσης και προσανατολισμού ενδοσκοπικής κάμερας στον χώρο με χρήση υπέρυθρων αισθητήρων

Abstract

Ο σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η ανάπτυξη ενός συστήματος προσδιορισμού της θέσης και του προσανατολισμού της ενδοσκοπικής κάμερας στον χώρο με χρήση υπέρυθρων αισθητήρων. Η ενδοσκοπική κάμερα που αναφέρεται είναι αυτή που διαθέτει το ρομποτικό χειρουργικό σύστημα Da Vinci. Έγινε περιγραφή της υπάρχουσας τεχνολογίας στον τομέα της ελάχιστα επεμβατικής χειρουργικής και παρουσιάστηκε το σύστημα Da Vinci. Έπειτα μελετήθηκαν διάφορες τεχνικές προσδιορισμού θέσης αλλά και συστήματα που εξυπηρετούν τον σκοπό αυτό. Επιλέχθηκε η τεχνολογία του εντοπισμού θέσης με υπέρυθρη ακτινοβολία εξ’ αιτίας της καταλληλότητάς της για χρήση σε εσωτερικούς χώρους. Επίσης το κόστος για την εφαρμογή ενός τέτοιου συστήματος είναι αρκετά προσιτό μιας και χρησιμοποιήσαμε την υπέρυθρη κάμερα που διαθέτει το χειριστηρίου της κονσόλας Nintendo Wii (wii remote). Τα wii remotes είναι συσκευές με πολλαπλές δυνατότητες σε είσοδο και έξοδο δεδομένων (συμβατές με τεχνολογία Bluetooth κ.α.) και γι’ αυτό το λόγο μπορούν να υποστηρίξουν πολλές εφαρμογές πέρα απ’ την αρχική προβλεπόμενη χρήση τους. Το σύστημα εντοπισμού θέσης του εργαστηρίου κατασκευάστηκε τοποθετώντας δύο wii remotes σε κατάλληλες θέσεις. Η δυνατότητα σύνδεσής τους με Η/Υ μέσω τεχνολογίας Bluetooth, έχει ωθήσει στην ανάπτυξη πολλών βιβλιοθηκών σε γλώσσα matlab για τον χειρισμό τους και την επεξεργασία των δεδομένων που παρέχουν. Έτσι χρησιμοποιήσαμε το λογισμικό πακέτο matlab για τη συλλογή και την επεξεργασία των δεδομένων θέσης του αντικειμένου προς ανίχνευση. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν κρίθηκαν ικανοποιητικά συνυπολογίζοντας τον ερασιτεχνικό εξοπλισμό που χρησιμοποιήσαμε και το χαμηλό του κόστος. Υπάρχουν βεβαίως πολλά περιθώρια βελτίωσης, κυρίως στο θέμα της ακρίβειας, μιας και το σύστημα προορίζεται να εφαρμοστεί σε χειρουργικό σύστημα. Τέλος παρουσιάζουμε πολλές βελτιώσεις του συστήματος, αλλά και ιδέες για μελλοντικές επεκτάσεις του, ώστε να αποτελέσει η εργασία αυτή πραγματικό εφαλτήριο για μετέπειτα έρευνα.

The purpose of this thesis was to develop a system for determining the position and orientation of the endoscopic camera in space using infrared sensors. The endoscopic camera that is mentioned is the one that has the robotic surgical system Da Vinci .It was described the existing technology in the field of minimally invasive surgery and was presented the system Da Vinci. Then were studied various techniques of positioning and systems that serve this purpose.It was selected the technology of positioning with infrared because of its suitability for use indoors. Also the cost of implementing such a system is quite affordable since we used the infrared camera that has the joystick of console Nintendo Wii (wii remote). The wii remotes are devices with multiple opportunities to input and output data (compatible with Bluetooth technology, etc.) and for this reason can support many applications beyond its original intended use. The positioning system of the laboratory was constructed by placing two wii remotes at appropriate locations. The ability to connect with PC using Bluetooth technology ,has pushed the development of many libraries in matlab language for handling them and processing the data they provide. So we used the software package of matlab for collecting and processing the location data of the object that is being detected. The results of the experiments were considered sufficient taking into account the amateurish equipment that we used and its low cost. There is certainly much room for improvement, particularly in terms of accuracy, since the system is intended to be applied at a surgical system. Finally we present several improvements of the system and ideas for future extensions, so as this work to constitute a real springboard for subsequent research.