[发明专利]一种增强现实头盔显示器位置实时跟踪的标定方法

说明书

本发明涉及一种增强现实头盔显示器位置实时跟踪的标定方法，包括：步骤S1：捕捉增强现实头盔显示器移动前和移动后的位置，并得到移动前和移动后参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵；步骤S2：获得患者移动前和移动后，参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵；步骤S3：获得虚拟图像坐标系与患者参考坐标系之间的空间变换矩阵；步骤S4：使三维虚拟模型的坐标系与虚拟图像坐标系一致，获得三维虚拟模型移动前在虚拟图像坐标系下的空间位置矩阵；步骤S5：计算获得增强现实头盔显示器的标定矩阵。与现有技术相比，本发明基于配准以及使三维虚拟模型的参考坐标系和虚拟图像坐标系一致，简化计算，通过消除中间变量的方式得到标定矩阵。

技术领域

本发明涉及一种标定方法，尤其是涉及一种增强现实头盔显示器位置实时跟踪的标定方法。

背景技术

与目前大多数手术导航系统工作流程相比，基于增强现实的手术导航系统在完成计算机屏幕的虚拟图像坐标系与患者实体坐标系的配准后，还需要解决如何将用户在增强现实头盔显示器中看到的虚拟图像(如三维重建的重要解剖结构模型：血管、神经、软组织等)与患者实体实时融合匹配的难题。

现有的标定方法大多没有引用配准过程，或者配准过程不准确，且涉及5个坐标系，导致标定过程的计算需要过多的数据，并且计算复杂，硬件和系统开销大，不能很高效地进行标定，

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增强现实头盔显示器位置实时跟踪的标定方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种增强现实头盔显示器位置实时跟踪的标定方法，包括：

步骤S1：捕捉增强现实头盔显示器移动前和移动后的位置，并得到移动前和移动后增强现实头盔显示器参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵；

步骤S2：获得患者移动前和移动后，患者参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵；

步骤S3：通过配准操作，获得导航系统虚拟图像坐标系与患者参考坐标系之间的空间变换矩阵；

步骤S4：重建三维虚拟模型，使三维虚拟模型的坐标系与虚拟图像坐标系一致，获得三维虚拟模型移动前在虚拟图像坐标系下的空间位置矩阵，其中，所述空间位置矩阵为单位矩阵；

步骤S5：根据增强现实头盔显示器参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵、患者参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵和间变换矩阵计算获得增强现实头盔显示器的标定矩阵。

所述增强现实头盔显示器上固定有与所述增强现实头盔显示器相对位置不变的定位参考架，其中，所述定位参考架上设有用于被光学定位跟踪系统跟踪的反光小球；

所述增强现实头盔显示器参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵由光学定位跟踪系统计算获取。

所述患者参考坐标系相对于世界坐标系的空间变换矩阵由光学定位跟踪系统计算获取。

所述步骤S3中，三维虚拟模型移动前在虚拟图像坐标系下的空间位置矩阵根据点配准或者面配准获得。

所述步骤S5中，增强现实头盔显示器的标定矩阵为三维虚拟模型移动后在虚拟图像坐标系下的空间位置矩阵B₂。

所述增强现实头盔显示器的标定矩阵计算公式为：