[发明专利]手术导航中单目相机内外参动态标定方法及装置

权利要求书

1.手术导航中单目相机内外参动态标定方法，其特征在于：其包括以下步骤：

(1)将单目相机拍摄的视频流分解为单帧图像；

(2)识别每帧图像在像素空间的标志矩形框范围，并利用目标特征区域划分对像素空间的标志矩形框排序；

(3)将各矩形框内像素点进行阈值分割，获取矩形框中心点在像素空间的坐标值；

(4)在光学跟踪系统下计算目标的特征框中心标志点的物理坐标，使标志点的像素坐标与物理坐标一一对应；

(5)利用公式(1)对每帧图像进行相机标定，求解相机的内外参矩阵和畸变参数

其中，S:尺度，u,v:像素坐标，fx,fy：相机焦距，cx,cy：相机主点坐标，r11-r33:9个元素组成相机外参的旋转部分，t1,t2,t3:相机外参的平移部分，Xw,Yw,Zw：与像素坐标点对应的3维点。

2.根据权利要求1所述的手术导航中单目相机内外参动态标定方法，其特征在于：在所述步骤(1)之前执行：在特定目标上粘贴若干显著性标志矩形框，对显著性标志矩形框构建物理空间的坐标系P，并在光学跟踪系统下计算每一个显著性标志矩形框中心点的物理坐标。

3.根据权利要求2所述的手术导航中单目相机内外参动态标定方法，其特征在于：所述步骤(2)中，每帧图像在像素空间识别标志矩形框的范围像素坐标，若标志矩形框被成功检测到，则利用目标的特征区域划分对像素空间的标志矩形框进行排序；若该帧图像的标志矩形框均检测失败，则舍弃当前帧的相机标定，对下一帧图像进行标定。

4.根据权利要求3所述的手术导航中单目相机内外参动态标定方法，其特征在于：所述步骤(5)中，若停止标定，则标定流程结束；若不停止标定，则对下一帧图像进行标定。

5.手术导航中单目相机内外参动态标定装置，其特征在于：其包括：

分解模块，其配置来将单目相机拍摄的视频流分解为单帧图像；

排序模块，其配置来识别每帧图像在像素空间的标志矩形框范围，并利用目标特征区域划分对像素空间的标志矩形框排序；

分割模块，其配置来将各矩形框内像素点进行阈值分割，获取矩形框中心点在像素空间的坐标值；

对应模块，其配置来在光学跟踪系统下计算目标的特征框中心标志点的物理坐标，使标志点的像素坐标与物理坐标一一对应；

标定模块，其配置来利用相机成像的坐标转换公式对每帧图像进行相机标定，求解相机的内外参矩阵和畸变参数。

6.根据权利要求5所述的手术导航中单目相机内外参动态标定装置，其特征在于：该装置还包括构建模块，其在所述分解模块之前执行：在特定目标上粘贴若干显著性标志矩形框，对显著性标志矩形框构建物理空间的坐标系P，并在光学跟踪系统下计算每一个显著性标志矩形框中心点的物理坐标。

7.根据权利要求6所述的手术导航中单目相机内外参动态标定装置，其特征在于：所述排序模块中，每帧图像在像素空间识别标志矩形框的范围像素坐标，若标志矩形框被成功检测到，则利用目标的特征区域划分对像素空间的标志矩形框进行排序；若该帧图像的标志矩形框均检测失败，则舍弃当前帧的相机标定，对下一帧图像进行标定。

8.根据权利要求7所述的手术导航中单目相机内外参动态标定装置，其特征在于：所述标定模块中，若停止标定，则标定流程结束；若不停止标定，则对下一帧图像进行标定。