[发明专利]一种医用显示器的可视角检测方法和装置

权利要求书

1.一种医用显示器的可视角检测方法，其特征在于：包括以下操作步骤：

步骤1：在医用显示器的中心区域显示图像靶标，通过手眼标定获得摄像机像素坐标与机械臂空间坐标之间的转换关系，将显示器坐标系转换至机械臂坐标系下；

具体过程为：

以摄像机的光心建立摄像机坐标系，在图像靶标上建立世界坐标系，世界坐标系Z轴垂直于医用显示器，采集的图像中包含图像靶标的特征信息，图像靶标的特征点在世界坐标系下的坐标是已知的，根据特征点在世界坐标系与摄像机坐标系的关系，得到：

上式是摄像机坐标系的转换关系式，为摄像机内参数矩阵，为医用显示器的世界坐标系在摄像机坐标系下的位姿矩阵，在摄像机坐标系中表示为摄像机的外参数矩阵，为特征点在摄像机坐标系下的方向坐标，与位姿矩阵相关，在医用显示器的定位中，医用显示器上图像靶标特征点的世界坐标以及像素坐标均已知，摄像机内参数已知，医用显示器图像靶标为世界坐标系到摄像机坐标系的位姿变换矩阵，用多个特征点坐标信息代入上式即可求得位姿矩阵，完成对医用显示器的定位；

步骤2：利用手眼标定获得的转换关系计算出机械臂坐标系下的靶标位姿，由机械臂运动解算控制器将得到的位姿信息通过机器人逆运动学解算变为具体的输出信号，驱动机械臂末端向显示器中心移动；

步骤3：通过摄像机获取靶标图像后计算出图像中心与标靶中心的位置误差，以其为控制条件驱动机械臂进行移动，补偿步骤2中基于位置的视觉伺服定位过程中因标定精度和坐标转换引入的误差；

步骤4：完成机械臂末端相对于显示器中心区域的垂直定位后，计算规划出机械臂末端的运动轨迹：以显示器的中心点为球心，初始位置亮度计距离显示器中心点的距离为半径，分别向竖直上下、水平左右四个方向延伸；

步骤5：以亮度计垂直于显示器正中区域作为起始位置，按照步骤4规划的轨迹，机械臂末端所持亮度计沿轨迹以1°角度分别向水平左右和竖直上下四个方向步进移动，移动过程中亮度计始终对准显示器中心，每移动1°角度后，读取一次显示器100%全白场与0%全黑场的光亮度测量值，计算得出该位置的光亮度比；

步骤6：在向每个方向移动的过程中，当该位置的光亮度比小于10时，则停止继续移动，并驱动机械臂回归至垂直于显示器中心的初始位置；

步骤7：按水平左右两个方向轨迹移动所测得的角度之和为水平可视角，按竖直上下两个方向轨迹移动所测得的角度之和为垂直可视角。

2.根据权利要求1所述的医用显示器的可视角检测方法，其特征在于：在步骤1前还进行了步骤a1，步骤a1：将摄像机（2）和亮度计（3）固定在机械臂末端，机械臂通过支架或底盘固定于医用显示器的前面，机械臂末端所持亮度计能够以医用显示器的中心为圆心,沿着医用显示器的水平和竖直方向的圆弧轨迹移动。

3.根据权利要求1所述的医用显示器的可视角检测方法，其特征在于：所述步骤2中计算出机械臂坐标系下的靶标位姿具体过程为：

采集不同位姿下的图像靶标进行机械臂的手眼定位工作，图像靶标放在机械臂前方固定不动，不断改变机械臂的位姿以采集不同相对位姿的图像靶标，根据图像靶标与摄像机的位姿关系，以及采集每一张图像靶标时机械臂的末端位姿，计算出图像靶标相对于机械臂坐标系的位置。