Seguimiento robusto de características visuales para secuencias de imagen médica en ORB-SLAM2

Gómez Rodríguez, Juan José
Tardós Solano, Juan Domingo (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2019
Departamento de Informática e Ingeniería de Sistemas, Área de Ingeniería de Sistemas y Automática

Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

Resumen: El problema de localización y mapeo simultáneos, más conocido por sus siglas en inglés SLAM, consiste en localizar un agente (por ejemplo, un endoscopio en una intervención quirúrgica) dentro de un mapa generado gracias a información obtenida por una serie de sensores de a bordo. ORB-SLAM2 es un sistema de SLAM desarrollado por el grupo de Robótica, Percepción y Tiempo Real de la Universidad de Zaragoza, que utiliza cámaras como sensores. Se trata de un sistema de SLAM indirecto, por lo que basa su funcionamiento en la extracción de características visuales para el seguimiento de la cámara y triangulación de puntos para el mapa. Para ello, utiliza puntos FAST con descriptores ORB para realizar los emparejamientos entre las características visuales extraídas.
En el presente trabajo se ha investigado el uso de un método alternativo para realizar el emparejamiento de características visuales basado en el uso del flujo óptico mediante el método de Lucas-Kanade. Para ello, se han desarrollado una serie de mejoras al método para dotarle de invarianza a la iluminación y rotación, obteniendo un método más preciso y robusto que el método básico, a cambio de ser computacionalmente más costoso. Para reducir el coste, se ha desarrollado el uso de patrones de píxeles, resultando en un método más eficiente a la vez que más preciso y robusto que las implementaciones estándar.
El objetivo final del proyecto es integrar el método de flujo óptico desarrollado en ORB-SLAM2 para poder procesar secuencias endoscópicas obtenidas de cirugías mínimamente invasivas. Éstas suponen un gran desafío debido a condiciones de iluminación altamente cambiantes, baja repetibilidad de las texturas y superficies deformables. Para las pruebas se ha hecho uso secundario de secuencias obtenidas en intervenciones reales de personas, donde el cirujano no sabía que serían utilizadas por un sistema SLAM, ni se modificaron las herramientas ni procedimientos de la intervención. Los resultados obtenidos demuestran que la técnica de flujo óptico desarrollada mejora la calidad de la inicialización del mapa, y los puntos seguidos y triangulados, obteniendo una nueva versión de ORB-SLAM2 que es capaz de procesar de forma efectiva secuencias endoscópicas.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master