[发明专利]一种基于最优视点选择的多视点光学定位方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于最优视点选择的多视点光学定位方法与系统，利用多个视点同步采集光学定位标记物的图像，采集更多视点下标记物的位置信息，避免因视点被遮挡无法获得标记物图像的情况。与此同时，由于视点的空间位置不同、视点间的基线距离不同、视点与光学定位标记物之间的角度不同，导致不同视点组成的立体视觉模型对光学定位标记物的定位精度也不同。当部分视点因光线遮挡无法捕获光学定位标记物时，本发明通过对不受光线遮挡视点的最优视点的选择，完成光学定位标记物的采集和定位。当多个视点能同时捕获光学定位标记物的图像时，本发明根据光学定位标记物与视点间的相对关系选择最优视点对，从而实现多视点下标记物的定位与跟踪。

技术领域

本发明涉及手术导航技术领域,具体涉及一种基于最优视点选择的多视点光学定位方法及系统。

背景技术

目前，外科手术朝着越来越精细、越来越复杂的方向发展。手术导航系统对缩短手术时间、减小手术伤口、提高手术的精准度有重要意义。导航系统的精度主要取决于空间定位技术的精度。光学定位技术是目前手术导航系统中定位精度最高的一种定位方法。高精度的光学定位手术导航系统是手术导航定位系统的主要发展方向。

国际上先进的光学定位手术导航系统有加拿大北方数字股份有限公司(NDI公司)的光学运动捕捉系统(Polaris系统)。在专利公开号EP1034440B1中，NDI提出一种通过一对传感器接收目标源的信号，然后计算传感器中图像来确定目标在空间中位置的方法。

然而，当存在一个视点与目标之间有物体阻碍时，视点无法接收目标发出的红外光，系统无法对目标进行定位。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明为了解决光学定位技术中因为光线被遮挡而无法追踪光学定位标记物的问题，公开了一种基于最优视点选择的多视点光学定位方法与系统。利用多个视点同步获取光学定位标记物的图像，避免因视点被遮挡无法获得标记物图像的情况。当部分视点因光线遮挡无法捕获光学定位标记物时，本发明通过对不受光线遮挡视点的最优视点的选择，完成光学定位标记物的采集和定位，然后根据光学定位标记物与定位器械尖端点的位置关系确定定位器械的位姿。

具体的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于最优视点选择的多视点光学定位方法，包括：

多视点的空间布置与统一坐标系的建立步骤，建立平行式多视点阵列，通过相机标定方法与坐标系变换获得多视点统一的坐标系；

视点选择步骤，根据各视点与光学定位标记物的遮挡情况，以及光学标记物与各视点之间的空间位置关系，选择定位光学标记物所需要使用的视点，重建光学定位标记物的空间坐标；

定位步骤，根据光学定位标记物与定位器械尖端点的位置关系确定定位器械的位姿。

所述的多视点的空间布置与统一坐标系的建立步骤为：

(1)在空间中平行放置多个采集视点；

(2)采用相机标定方法获得所述多个采集视点的内外部参数；

(3)多视点同步采集图像，并计算每个视点下光学定位标记物的中心像素坐标；

(4)确定各视点下光学定位标记物之间的对应关系，利用双目视觉原理对光学定位标记物的空间坐标进行三维重建，计算出各个光学定位标记物在不同视点对下的空间坐标；

(5)利用坐标系变换计算不同视点对的空间坐标系之间的转换矩阵。

所述的视点选择与手术器械定位步骤为：

(1)控制多视点同步采集图像，并计算每个视点下光学定位标记物的中心像素坐标和光学定位标记物的个数；

(2)确定各视点中光学定位标记物之间的对应关系，判断各视点有无遮挡；