[发明专利]光学跟踪用标记、光学跟踪系统及光学跟踪方法

说明书

本发明提供形成有图案的标记和对附着有这种标记的目标物进行跟踪的光学跟踪系统及跟踪方法。图案可包含多个行(rows)的多个二进制编码序列(binary‑coded sequences)，各个行的二进制编码序列可包含反复排列的多个非周期性序列(aperiodic sequences)，上述多个行中的任意一个二进制编码序列所包含的多个非周期性序列可与上述多个行中的另外任意一个二进制编码序列所包含的多个非周期性序列互不相同，各个非周期性序列可包含按事先确定的顺序排列的多个子序列(subsequences)。

技术领域

本发明涉及位置及姿势测定用标记、利用其的光学跟踪系统及跟踪方法。

本发明是从作为产业通商资源部的机器人产业融合核心技术开发事业的一环而进行的研究中得出的。[课题固有编号：10062800，研究课题名称：通过临床试验之基于医疗影像的脑部手术机器人系统的实用化技术开发]

背景技术

作为用于对目标物进行跟踪的方法，可使用光学跟踪系统。近来，为了使手术中产生错误的危险性最小化并进行精密手术，使用对手术机器人或手术工具的位置(location或coordinate)及姿势(posture或orientation)进行跟踪并将跟踪结果应用到手术的方法。目标物的位置可由笛卡尔坐标系中的X轴、Y轴、Z轴上的坐标等的空间坐标来定义。目标物的姿势可由物体绕Z轴旋转的角度(roll)、物体绕X轴旋转的角度(pitch)、物体绕Y轴旋转的角度(yaw)来表示。为了对目标物准确进行跟踪，如上所述，准确掌握与目标物的6自由度(Degree of Freedom)相对应的位置及姿势尤为重要。

在光学跟踪系统中，例如，可在使被称作标记(marker)的基准物附着于目标物后对上述标记进行跟踪，从而可测定目标物的位置及姿势。例如，可通过使附着有三个以上的多个标记的结构物附着于目标物来测定目标物的位置及姿势。使用三个以上的多个标记的方式存在难以使跟踪基准物小型化的问题。尤其，若使多个标记附着于手术工具等的人直接使用的工具来进行使用，则因标记的大小及重量等而导致妨碍使用人员使用工具或有可能使使用人员感到不方便。

发明内容

解决的技术问题

本发明的目的在于提供可实现轻量化或小型化的光学跟踪用标记。

本发明的另一目的在于提供可通过利用轻量或小型的标记来测定目标物的位置及姿势的光学跟踪系统及光学跟踪方法。例如，本发明提供一种光学跟踪系统及光学跟踪方法，其跟踪附着有至少一个标记的目标物的位置及姿势。

技术方案

根据本发明的例示性的一实施例的标记形成(formed)有图案，上述标记可包括光学系统，可在视觉上在上述标记的外部识别沿着通过上述光学系统从上述标记的外部看到上述标记的方向固有呈现的上述图案的至少一部分，上述图案可包含多个行(rows)的多个二进制编码序列(binary-coded sequences)，各个行的上述二进制编码序列可包含反复排列的多个非周期性序列(aperiodic sequences)，上述多个行中的任意一个二进制编码序列所包含的多个非周期性序列可与上述多个行中的另外任意一个二进制编码序列所包含的多个非周期性序列互不相同，各个上述非周期性序列可包含按事先确定的顺序排列的多个子序列(subsequences)。

根据一实施例，上述多个行的多个二进制编码序列可包含沿着列(column)方向相邻的第一二进制编码序列及第二二进制编码序列，上述第一二进制编码序列内所包含的多个子序列中的每个子序列的比特数量可与上述第二二进制编码序列内所包含的多个子序列中的每个子序列的比特数量互不相同。