[发明专利]基于双目视觉系统的手术穿刺机器人手眼标定方法

说明书

本发明公开一种基于双目视觉系统的手术穿刺机器人手眼标定方法，包括以下步骤：S1：将机器人末端移入合适的双目相机视野内，其中，机器人末端的穿刺针上装配有反光标记点套件；S2：求解标记点坐标系与相机坐标系的坐标变换，包括以下步骤：S21：双目相机采集图像并计算反光标记点的图像坐标；S22：标记点立体匹配；S23：标记点三维重建得出相机坐标系下的标记点三维坐标；S24：计算坐标转换；S3：采用步骤S2所述方法，求解标记点坐标系与机器人末端的坐标变换；S4：求解机器人末端位姿；S5：机器人基坐标系与相机坐标系坐标转换。本发明不需要额外的硬件装置或设备辅助，操作简单、使用方便，大大提高了手术机器人手眼标定的自动化程度。

技术领域

本发明涉及计算机视觉、图像处理和机器人手眼标定技术领域，特别涉及一种基于双目视觉系统的手术穿刺机器人手眼标定方法。

背景技术

计算机视觉和机器人的结合使用使得其具有了智能化的功能，通常情况下在机器视觉技术应用较多的工业机器人领域，机器人和视觉传感器(比如摄像机)的关系，即手和眼的相对位置有两种：视点固定的视觉(Eye-to-Hand)和视点非固定视觉(Eye-in-Hand)。

基于光学导航的穿刺消融机器人系统结合了光学导航系统和机器人系统(Eye-to-Hand)，系统联动控制的前提是需要获得光学导航系统和机器人系统的关系，手眼标定就是求解导航坐标系和机器人坐标系之间的变换关系。

针对光学手术机器人导航系统的手眼标定，传统的标定方法往往需要在机器人末端重新安装特殊的标定装置来达到手眼标定的目的，导致每次标定过程都需要拆卸用于手术的消融针再安装标定装置用于执行标定，标定结束后又需要拆卸标定装置重新安装上手术器械。此举使得术前的标定过程变得复杂而费时，额外的标定装置也增加了系统的标定成本。因此为了简化标定流程、节约标定的时间与硬件成本，急需提出一种新的基于双目视觉系统的手术穿刺机器人手眼标定方法。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于双目视觉系统的手术穿刺机器人手眼标定方法，以简化标定流程并自动实现标定。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于双目视觉系统的手术穿刺机器人手眼标定方法，包括以下具体步骤：

S1：将机器人末端移入合适的双目相机视野内，其中，机器人末端的穿刺针上装配有反光标记点套件；

S2：求解标记点坐标系与相机坐标系的坐标变换，包括以下步骤：

S21：双目相机采集图像并计算反光标记点的图像坐标；

S22：标记点立体匹配；

S23：标记点三维重建得出相机坐标系下的标记点三维坐标；

S24：计算坐标转换；

S3：采用步骤S2所述方法，求解标记点坐标系与机器人末端的坐标变换；

S4：求解机器人末端位姿；

S5：机器人基坐标系与相机坐标系坐标转换。

进一步地：

步骤S21中，反光标记点套件图像被双目相机采集，识别各反光标记点的圆心，获取各圆心在两个相机视场中的位置坐标。

步骤S22中，使用立体匹配算法将同一标记点分别在左、右相机视场中对应的图像一一匹配。