[发明专利]一种基于多目相机坐标融合的手术器械导航系统

权利要求书

1.一种基于多目相机坐标融合的手术器械导航系统，其特征在于，该系统包括：

1)相机模块，由两个固定的相机模块，以及一个活动的相机模块组成，在手术过程中获得手术器械、病人以及动态基准的位置信息，手术器械、病人以及动态基准上都安装了定位器；

所述相机模块包括固定相机模块和活动相机模块；所述活动相机模块为一相机和一种相机安放架；

所述相机安放架，设置有滑轨，相机可以在上面滑动，且滑轨上标有刻度，并安装刻度传感器，通过WIFI模块与计算模块进行信息传递；

2)决策模块，根据相机获得的图像，进行决策；

所述决策模块提供一种决策方法：决策1)，若两个固定相机没有一个采集到有定位器的图像，则需要重新获取图像；若有一个固定相机或者两个固定相机都采集到有定位器的图像，则将图像数据传递给计算模块；若连续三幅图像都没有采集到定位器，则使用时间点最近的采集到有定位器的图像数据；决策2)，若活动相机模块没有采集到有动态基准的图像，则变换相机位置重新获取图像；活动相机模块采集到有动态基准的图像，则将图像数据传递给计算模块；

3)计算模块，在决策模块判断相机信息有效后，通过计算得出手术器械、病人以及动态基准的定位器的三维位置坐标；

4)位置确定模块，用于根据得到的定位器的三维位置坐标对应确定手术器械、病人和动态基准的位置；

5)显示模块，将对应的病人的位置与手术器械的位置进行实时的显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于多目相机坐标融合的手术器械导航系统，其特征在于：所述计算模块计算步骤如下：

1)

p点是世界坐标系中任意一点，x_l、y_l、z_l分别是两个固定相机中左相机坐标系中p点的x、y、z坐标，x_r、y_r、z_r分别是两个相机中右相机坐标系中p点的x、y、z坐标，分别是两个固定相机中左相机世界坐标系中p点的x、y、z坐标，分别是两个固定相机中右相机世界坐标系中p点的x、y、z坐标，T_lg、T_rg分别对应左右相机的相机矩阵；

2)

u_l、v_l是p点在左相机像素坐标系下的像素坐标，u_r、v_r是p点在右相机像素坐标系下的像素坐标，z_l、z_r分别是p点在左右相机坐标系下的z轴坐标，f_l、f_r分别是左右相机的焦距；

3)联立公式(1)(2)(3)可得：

其中，

矩阵中的各个数据可由张正友标定法获得；

4)联立(4)(5)方程，可得：

通过最小二乘法可以获得同理可以获得

5)动态基准参考坐标系以及活动相机坐标系分别用如下矩阵表示T^ref∈R_4*4，T^L∈R_4*4，p点在动态基准参考坐标系中的位置可以计算为，

其中，为动态基准参考坐标系以及活动相机坐标系之间的转换矩阵；

6)因为动态基准与固定相机处的相对位置是固定的，可以通过坐标系的旋转平移相互转换，具体转换关系如下：

T_g＝T_αT_βT_γT_ref+B (11)

其中，B是动态基准坐标系与固定相机坐标系之间的平移矩阵，

三维坐标中的任意一点(x₀，y₀，z₀)绕x、y、z轴旋转，旋转α、β、γ度的变换矩阵分别为：

7)将公式(10)(11)整合，可以获得如下关系式：

8)通过公式(12)可以将活动相机观察到的p点的坐标转换为固定相机处的世界坐标系p点坐标，即

9)为提高精度精确度并容纳更多信息，采用相机坐标权重融合方法，对以下三组坐标进行处理