[发明专利]面向医疗场景基于图像的力测量定位装置及其测量定位方法

权利要求书

1.一种面向医疗场景基于图像的力测量定位装置，其特征在于：包括测力触摸板、遥控笔以及两个摄像头，所述测力触摸板放置在平面上，所述遥控笔通过笔头与测力触摸板进行接触；当医疗机械设备通过遥控笔施加外力到测力触摸板上使其发生凹陷形变时，测力触摸板利用摄像头拍摄得到的形变图像通过计算机视觉根据形变程度计算出外力的大小及方向；

所述测力触摸板由弹性材料制成，且其表面绘制有N×N个阵列排布的方格，所述方格用于定位和识别，N为大于1的自然数；

当有外力施加在测力触摸板上时会发生凹陷形变，即遥控笔通过笔头与测力触摸板接触时会导致方格发生形变，通过形变的大小和方向来计算外力的大小和方向；

所述遥控笔通过笔头与测力触摸板进行接触，遥控笔的笔头凸出并附着红色且笔头与测力触摸板接触不会产生痕迹；所述测力触摸板内集成有计算模块，其接收摄像头所采集到的图像通过计算机视觉根据形变程度计算出外力的大小及方向并在测力触摸板上进行显示，同时根据遥控笔所处的位置来定位医疗机械设备所处的位置；

两个摄像头其中一个位于测力触摸板的正上方，另一个位于测力触摸板的侧方，且保证测力触摸板和遥控笔头出现在摄像头视野中，两个摄像头分别实时采集测力触摸板和遥控笔头的俯视图和侧视图，侧视图用于判断遥控笔头是否与触摸板有接触，俯视图用于定位遥控笔的位置，同时根据测力触摸板的凹陷形变程度计算受力大小和方向。

2.如权利要求1所述力测量定位装置的测量定位方法，包括如下步骤：

(1)利用摄像头采集只存在有测力触摸板的俯视图作为背景图像A₁，通过摄像头拍摄的侧视图判断遥控笔头是否与测力触摸板有接触，具体实现过程如下：

1.1利用侧方摄像头采集侧视图；

1.2当侧方摄像头和测力触摸板固定了之后，测力触摸板在图像中的位置固定，获取测力触摸板所处水平平面位置为y₁；

1.3由于遥控笔头为红色，通过定位图像中红色像素的位置确认笔头所处水平平面位置为y₂；

1.4当|y₁-y₂|＜a时，判定遥控笔头与测力触摸板有接触，a为设定阈值；

(2)当确定遥控笔头与测力触摸板有接触后，通过定位红色笔头的位置确定笔头与测力触摸板接触的方格位置，进而移动医疗机械设备到指定位置向遥控笔施加外力；

(3)当测力触摸板上的方格受力时，四边都会向内凹陷，但和受力方向一致的那条边形变程度会更大，采集此时的俯视图A₂；

(4)计算ΔA＝A₂-A₁，对于凹陷的方格，其在图像A₁中的位置为Rect₁且Rect₁＝(x,y,w,h)，x和y分别为该方格左上顶点在图像A₁中对应像素点的横纵坐标，w和h分别为该方格的长和宽，进而根据ΔA计算出该方格四条边向内凹陷后四个顶点的位置；

(5)根据凹陷后四个顶点的位置采用以下公式计算该方格四条边的像素形变差值，取形变差值最大的一条边对应方向即为受力方向；

ΔT＝y₁-y

ΔB＝y+h-y₂

ΔL＝x₃-x

ΔR＝x+w-x₄

其中：方格四条边向内凹陷后四个顶点的位置对应为(x₁,y₁)、(x₂,y₂)、(x₃,y₃)、(x₄,y₄)；

进而根据公式F＝f×ΔX计算出外力的大小，其中f为自定义系数，ΔX＝max{ΔT,ΔB,ΔL,ΔR}，ΔT、ΔB、ΔL、ΔR分别为方格四条边的像素形变差值。