[发明专利]一种基于位姿映射关系数据库的双层磁源定位方法

说明书

本发明公开了一种基于位姿映射关系数据库的双层磁源定位方法：对待追踪物体进行磁标记；使标记磁源的位置和姿态与待追踪物体的位置和姿态保持一致，位置参数和姿态参数之间满足映射关系；基于映射关系，对标记磁源的空间运动进行离散点采样标定，构建位姿映射关系数据库；通过双层逆问题求解算法计算获得标记磁源的准确位置参数和准确姿态参数；获取待追踪物体的位置参数和姿态参数。其中通过第一层逆问题求解算法得到标记磁源的初步位置参数和初步姿态参数，根据初步位置参数从位姿映射关系数据库中获取对应的映射姿态参数，将初步位置参数和对应的映射姿态参数作为第二层逆问题求解算法的初始值，求解得标记磁源的准确位置参数和准确姿态参数。

技术领域

本发明涉及磁源定位方法，具体涉及一种基于位姿映射关系数据库的双层磁源定位方法。

背景技术

在基于磁标记定位技术中，标记磁源激发磁场的空间分布与标记磁源的位置、姿态参数满足特定的物理模型，这里特指磁偶极子物理模型。利用磁场测量传感器检测传感器位置上标记磁源激发空间磁场的分布，结合标记磁源的磁偶极子物理模型，建立与标记磁源位置、姿态相关的目标函数，通过非线性迭代的反解方法，获得使目标函数最小的标记磁源的位置、姿态参数，实现标记磁源定位，进而获得待追踪物体的运动信息。

磁标记定位技术由于具有非接触、无需激励源、传播不依赖于介质和物理模型成熟等优点，在工业生产、生物医学中得到了广泛的应用，如医学上用于胃肠道检测的内窥镜胶囊定位等。

由于标记磁源位置、姿态求解是非线性逆问题求解，多采用迭代优化方法实现，而迭代算法的求解结果很大程度上受迭代初始值的影响，现有研究从软硬件着手改善标记磁源定位的精度和速度，包括增加用于测量标记磁源激发空间磁场的磁场测量传感器个数，获得更多的磁场分布信息，然而，传感器个数的增加使得整个磁源定位系统成本增加、体积增大、使用不便，并且更大的检测信息样本会给后端信号处理以及非线性算法求解带来很大的负担；此外，通过矩阵和线性代数运算获得简化的非线性反解模型，然而，这些方法对噪声信号引入的干扰较为敏感。因此，如何在现有磁场测量传感器技术的基础上，获得高精度磁源定位参数是该磁标记定位领域研究的重点。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明目的在于提供一种基于位姿映射关系数据库的双层磁源定位方法。

本发明提供了一种基于位姿映射关系数据库的双层磁源定位方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，对待追踪物体进行磁标记；步骤二，使标记磁源的位置和姿态与待追踪物体的位置和姿态保持一致，位置参数和姿态参数之间满足映射关系；步骤三，基于映射关系，对标记磁源的空间运动进行离散点采样标定，构建位姿映射关系数据库；步骤四，通过双层逆问题求解算法计算获得标记磁源的准确位置参数和准确姿态参数；步骤五，通过定位标记磁源获取待追踪物体的位置参数和姿态参数。

在本发明提供的基于位姿映射关系数据库的双层磁源定位方法中，还可以具有这样的特征：其中，双层逆问题求解算法包括以下两层算法：

在第一层逆问题求解算法中，通过N个磁场测量传感器测得标记磁源的激发空间磁场的磁通密度分布B_m，

B_m＝{B_m(1),B_m(2),…,B_m(i),…}_i＝1：N (1)

将N个磁场测量传感器中检测信号最强的磁场测量传感器位置参数r_p0和零姿态参数M₀作为公式(2)最小二乘迭代优化算法的初始值，