[发明专利]一种三维扫描仪空间坐标定位方法

说明书

本发明实施例公开了一种三维扫描仪空间坐标定位方法，能够解算物体内部待测点的扫描仪坐标值，所述方法包括：在所述物体周边设置参考坐标仪；通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值；然后以所述若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在扫描仪坐标系下的空间位置拓扑关系；根据所述拓扑关系，利用控制点的扫描仪坐标解算出待测点的扫描仪坐标。本发明所述的三维扫描仪空间坐标定位方法对三维扫描仪无法捕获到物体内部点的缺陷进行了改善，通过扫描外置坐标参考坐标仪的三角架定位点，对物体内部待测点进行间接捕获，使得扫描仪标定过程中布控方式更为灵活，提高了标定的质量。

技术领域

本发明实施例涉及医学图像处理、手术导航技术领域，具体涉及一种三维扫描仪空间坐标定位方法。

背景技术

随着三维扫描技术的快速发展，扫描设备的扫描精度和扫描效率越来越高，目前国内外已开展将三维扫描设备与医学影像设备结合的研究，将三维扫描技术应用到医学影像重建与配准领域，将扫描形成的面数据同CT、MRI、PET等专业医学影像的体数据结合运用，以达到在手术过程中实时定位的效果。在这种应用场景下，需要将三维扫描仪采集到的三角面片数据精准定位到医学影像对应的解剖位置。因此，对三维扫描仪进行坐标系标定，建立扫描仪的数据空间同真实世界物理空间的对应关系显得尤为重要。

由于扫描仪仅能采集物体表面的空间信息，因此最终重建的数据模型为物体表面轮廓。而在三维扫描仪应用到医学影像处理的过程中，常需要获取物体内部某些点的投影在扫描仪坐标系的坐标值，这时无法通过扫描仪直接扫描获取。

在实际工作中，我们有时需要对已建立物理空间坐标系的真实世界中某些空间位置点进行数据采集，而三维扫描仪仅能采集空间中的曲面数据。对于孤立位置点而言，由于没有足够的表面积支撑，很难被扫描仪识别。对于这个问题，通常我们用一个有一定表面积的规则物体代替一个位置点，例如半径为R的小球，让小球的中心点与待测位置点重合，由于小球有一定的形状和表面积，因此可以被扫描仪识别。我们利用扫描仪获取小球的曲面数据后对小球进行重建，然后利用小球的面数据反求扫描仪坐标系下小球的中心坐标。

但上述方法有其缺陷，第一、该方法依赖于对小球的扫描效果，精度受小球的大小、材质、表面的光滑程度影响较大；第二、有些场景我们不能用规则物体代替位置点，例如已知颅脑内某些点的真实物理空间坐标，需要利用扫描得到的颅骨表面的重建数据获取这些内部点的扫描仪坐标，可是颅骨是不规则的，无法直接通过捕获到的表面点扫描仪坐标计算内部点扫描仪坐标。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种三维扫描仪空间坐标定位方法，以解决现有技术中由于无法获取物体内部某些点的扫描仪坐标系坐标值而导致的扫描仪标定过程中无法对孤立定位点和物体内部测量点进行扫描定位的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面提供一种三维扫描仪空间坐标定位方法，能够解算物体内部待测点的扫描仪坐标值，所述方法包括：

在所述物体周边设置参考坐标仪；

通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值；

以参考坐标仪的若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在扫描仪坐标系下的空间位置拓扑关系；

根据所述拓扑关系，利用参考结点的扫描仪坐标解算出待测点的扫描仪坐标。

进一步地，所述参考坐标仪包括三个可升降的底座和第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器组成的三角支架，所述第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器在物理空间坐标值已知。