[发明专利]空间变换用配准块及其使用方法

说明书

技术领域

本发明的目的是提出一种适合视觉定位的空间变换用配准块及其用于体数据空间与视觉空间配准的方法。

背景技术

通过视觉空间与体数据空间配准，可以利用视觉引导完成对物体内部的加工操作。常用空间配准方法有三类：

1.使用专用框架进行配准。将物体安装在配准框架内，采集体数据，通过配准框架的特征进行配准，这种方法受到框架大小和安装方式的限制，难以适应物体尺寸、形状的变化。

2.利用物体的几何特征进行配准。如利用物体表面形成的曲面进行配准，这种方式计算量很大，配准时间较长。

3.使用配准块进行配准。在物体表面固定配准块，用来在不同的空间定位和识别配准特征点，利用特征点完成空间的配准。使用配准块配准时，需要识别、定位用于空间配准的特征点，但是人工定位配准块时易引入人员操作误差。

为减小第三种方法的配准误差，通常采用配准块自动识别定位的方法，如采用球形标记物，处理图像得到球的边缘，进行圆或椭圆的拟合，并计算球心位置，实现配准块的定位。边缘提取和圆的拟合需要大量计算；需要2幅以上图像的处理才能在体数据空间中完成球心定位；为了进行可靠的圆拟合，需使用大尺寸的球体，使得配准块体积较大。在操作空间对配准块的定位方式也较多，如电磁式、光电式、立体视觉等。为了解决配准块与体数据成像设备的兼容问题，电磁和光电法需要使用特定材料制作的配准块。

发明内容

本发明的目的就是为提高空间配准的自动化程度、降低配准块成本、减小人员操作误差，提供一种空间变换用配准块及其视觉定位配准方法，它利用配准块在不同的待配准空间中对配准特征点进行自动或半自动定位以降低人员操作误差，提高配准精度，同时易于兼容各种成像设备，降低配准块成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种空间变换用配准块，它包括视觉标记、盖板、N形标记、底座。视觉标记粘贴或绘制在盖板上，盖板安装在底座上，在底座内设有N形标记；N形标记由利于体数据采集设备成像的材料制成或使用填充了成像粉剂或液剂的空心管加工。

所述视觉标记为至少具有三个公共顶点的类似于黑白棋盘格的黑色图案块，且这些公共顶点不共线。

所述N形标记内充满用于体数据成像设备成像的液剂或粉剂。

所述盖板一端设有凹口，所述底座设有凸口，凹口与凸口相互配合。

一种采用空间变换用配准块的视觉定位配准方法，

（1）将配准块固定在操作对象上，由透视成像设备获得操作对象及配准块的体数据；利用体数据中两层断层图像，对配准块内N形标记的中心进行定位，将该中心坐标作为配准块的体数据空间坐标；

（2）利用立体视觉定位系统对视觉标记进行自动识别、定位，计算配准块内N形标记中心的坐标，将它作为配准块在视觉空间中的坐标；

（3）利用仿射法或SVD法，计算体数据空间与视觉空间的空间变换阵，完成体数据空间与视觉空间的配准。

所述步骤1）中，配准块的体数据空间定位方法为：

利用透视成像设备获得配准块的断层图像，配准块内包含装有成像粉剂或液剂的管道构成的N形标记，N形标记在图像中有明亮的点状成像，这些成像点可以用图像边缘提取等方法检测定位。记O为体数据空间原点，N形标记的左下角顶点记为n₁，沿顺时针方向的其它三个顶点分别记为n₂,n₃,n₄。以N形标记的中心作为配准特征点的位置，在体数据空间记该

位置坐标为m_I(x,y,z)，基于空间向量关系，其坐标可由计算得到。

在断层图像I₁中，可检测得到的N形标记的外边缘及其对角线的成像点，分别记为a₁，b₁，c₁；在断层图像I₂中检测得到的相应成像点分别记为a₂，b₂，c₂。

由于在N型标记上，三角形a₁n₂b₁相似于三角形c₁n₄b₁，即Δa₁n₂b₁∝Δc₁n₄b₁，其对应边长成