| 摘要 | 第5-7页 |
| Abstract | 第7-8页 |
| 1. 绪论 | 第12-31页 |
| 1.1. 研究背景 | 第12-13页 |
| 1.2. 国内外研究现状 | 第13-27页 |
| 1.2.1. 用于手术导航的位姿跟踪研究现状 | 第13-22页 |
| 1.2.2. 用于增强现实手术导航的信息可视化方法 | 第22-27页 |
| 1.3. 论文研究内容 | 第27-28页 |
| 1.4. 论文组织与结构 | 第28-31页 |
| 2. 用于增强现实手术导航的惯性-磁场混合姿态跟踪 | 第31-49页 |
| 2.1. 姿态跟踪坐标系及姿态角表示方法 | 第31-35页 |
| 2.1.1. 惯性姿态跟踪坐标系定义 | 第31-32页 |
| 2.1.2. 欧拉角 | 第32-34页 |
| 2.1.3. 四元数 | 第34-35页 |
| 2.2. 用于姿态跟踪的数据融合 | 第35-38页 |
| 2.2.1. 贝叶斯滤波器 | 第35-36页 |
| 2.2.2. 卡尔曼滤波器 | 第36-38页 |
| 2.3. 惯性和磁传感器测量模型 | 第38-41页 |
| 2.3.1. 陀螺仪测量模型 | 第38-39页 |
| 2.3.2. 加速度计测量模型 | 第39-40页 |
| 2.3.3. 磁传感器测量模型 | 第40-41页 |
| 2.4. 基于惯性和磁传感器的姿态角测量 | 第41-47页 |
| 2.4.1. 利用陀螺仪计算目标姿态角 | 第41-42页 |
| 2.4.2. 利用加速度计和磁传感器计算目标姿态角 | 第42-44页 |
| 2.4.3. 用于姿态跟踪的惯性-磁场数据融合 | 第44-47页 |
| 2.5. 本章小结 | 第47-49页 |
| 3. 用于增强现实手术导航的光学-惯性混合位姿跟踪 | 第49-66页 |
| 3.1. 光学与惯性跟踪系统校正 | 第49-53页 |
| 3.1.1. 光学和惯性系统数据同步化 | 第49-51页 |
| 3.1.2. 光学和惯性跟踪系统坐标系校正 | 第51-53页 |
| 3.2. 惯性传感器偏置误差校正 | 第53-56页 |
| 3.2.1. 惯性传感器偏置误差模型 | 第53-54页 |
| 3.2.2. 惯性传感器偏置噪声滤波 | 第54-56页 |
| 3.3. 非线性系统数据融合 | 第56-58页 |
| 3.3.1. 无迹卡尔曼滤波 | 第56-57页 |
| 3.3.2. 扩展卡尔曼滤波 | 第57-58页 |
| 3.4. 光学和惯性跟踪系统数据融合 | 第58-64页 |
| 3.4.1. 状态更新 | 第59-61页 |
| 3.4.2. 测量更新 | 第61-64页 |
| 3.5. 本章小结 | 第64-66页 |
| 4. 基于光学-惯性混合位姿跟踪的增强现实手术导航信息可视化 | 第66-82页 |
| 4.1. 基于光学-惯性混合跟踪方法的内窥镜手术导航信息可视化方法 | 第66-70页 |
| 4.1.1. 内窥镜图像与位姿信息融合方法 | 第66-67页 |
| 4.1.2. 基于内窥镜的手术导航系统坐标校正 | 第67-70页 |
| 4.2. 基于光学-惯性混合跟踪方法的近眼显示手术导航信息可视化方法 | 第70-73页 |
| 4.2.1. 边缘显示式手术导航信息可视化 | 第70-71页 |
| 4.2.2. 基于头戴式显示设备的手术导航系统坐标校正 | 第71-73页 |
| 4.3. 基于光学-惯性混合跟踪方法及分光镜的手术导航信息可视化方法 | 第73-76页 |
| 4.3.1. 基于分光镜的增强现实图像叠加方法 | 第73-75页 |
| 4.3.2. 基于分光镜的手术导航系统坐标校正 | 第75-76页 |
| 4.4. 手术导航位姿信息误差可视化方法 | 第76-78页 |
| 4.5. 增强现实手术导航信息可视化实现步骤 | 第78-81页 |
| 4.6. 本章小结 | 第81-82页 |
| 5. 增强现实手术导航位姿跟踪与信息可视化实现与验证 | 第82-114页 |
| 5.1. 惯性-磁场混合姿态跟踪系统实现与实验结果 | 第82-88页 |
| 5.1.1. 基于惯性-磁传感器的离线姿态跟踪系统 | 第82-84页 |
| 5.1.2. 位移运动实验 | 第84-86页 |
| 5.1.3. 姿态角旋转实验 | 第86-88页 |
| 5.2. 光学-惯性混合位姿跟踪系统实现与实验结果 | 第88-96页 |
| 5.2.1. 基于光学-惯性跟踪系统的混合跟踪系统 | 第88-90页 |
| 5.2.2. 静止实验 | 第90-92页 |
| 5.2.3. 运动实验 | 第92-96页 |
| 5.3. 增强现实手术导航信息可视化系统实现与实验结果 | 第96-113页 |
| 5.3.1. 增强现实手术导航信息可视化系统实现 | 第97-102页 |
| 5.3.2. 增强现实手术导航信息可视化实验结果与讨论 | 第102-113页 |
| 5.4. 本章小结 | 第113-114页 |
| 总结与展望 | 第114-117页 |
| 本文工作总结 | 第114-115页 |
| 未来工作展望 | 第115-117页 |
| 参考文献 | 第117-124页 |
| 附录一 符号释义 | 第124-125页 |
| 附录二 英文缩写说明 | 第125-126页 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 | 第126-128页 |
| 致谢 | 第128-130页 |
| 作者简介 | 第130页 |
