Suture needle localization plays a crucial role towards autonomous suturing. To track the 6D pose of a suture needle robustly, previous approaches usually add markers on the needle or perform complex operations for feature extraction, making these methods difficult to be applicable to real-world environments. Therefore in this work, we present a novel approach for markerless suture needle pose tracking using Bayesian filters. A data-efficient feature point detector is trained to extract the feature points on the needle. Then based on these detections, we propose a novel observation model that measures the overlap between the detections and the expected projection of the needle, which can be calculated efficiently. In addition, for the proposed method, we derive the approximation for the covariance of the observation noise, making this model more robust to the uncertainty in the detections. The experimental results in simulation show that the proposed observation model achieves low tracking errors of approximately 1.5mm in position in space and 1 degree in orientation. We also demonstrate the qualitative results of our trained markerless feature detector combined with the proposed observation model in real-world environments. The results show high consistency between the projection of the tracked pose and that of the real pose.


翻译:缝合针的本地化对于自动缝合具有关键作用。 为了强有力地跟踪针缝缝缝缝缝缝缝缝缝的6D结构, 以往的方法通常会在针缝缝上添加标记, 或进行复杂的地貌提取操作, 使这些方法难以适用于真实世界环境。 因此, 在这项工作中, 我们为无标记缝缝合针使用巴伊西亚过滤器进行跟踪提出了一个新颖的方法。 一个数据高效特征点检测器经过培训, 以提取针线上的特征点。 然后根据这些检测结果, 我们提出一个新的观测模型, 以测量针线的探测和预期投射之间的重叠, 并且可以有效计算。 此外, 对于拟议的方法, 我们得出观测噪音的共差近近, 使这一模型对检测的不确定性更加有力。 模拟实验结果表明, 拟议的观测模型在空间位置和方向上达到大约1.5毫米左右的低跟踪误差。 我们还展示了我们经过培训的无标记特征检测器与现实世界环境中拟议观测模型的定性结果。 所得出的结果显示, 跟踪图象与真实面的形状的投影的高度一致。

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