[发明专利]位置传感器与三维腹腔镜摄像机标定装置及方法

摘要

本发明涉及一种位置传感器与三维腹腔镜摄像机标定装置及方法，首先利用高精度光学定位系统补偿电磁位置传感器输出误差，然后利用标定参考立方体计算三维腹腔镜摄像机位置和姿态，最后使用对偶四元数分析电磁位置传感器与三维腹腔镜摄像机的坐标关系；其克服了现有电磁位置传感器由于磁场形变产生的输出偏差缺陷，标定精确、实时性高；本发明操作简便，仅利用内窥镜摄像机前端固定的电磁位置传感器和标定网格，即可推定电磁位置传感器和内窥镜摄像机的位置关系。

主权项

位置传感器与三维腹腔镜摄像机标定装置及方法，首先利用高精度光学定位系统补偿电磁位置传感器输出误差，然后利用标定参考立方体计算三维腹腔镜摄像机位置和姿态，最后使用对偶四元数分析电磁位置传感器与三维腹腔镜摄像机的坐标关系；其特征在于具体步骤如下：1）电磁位置传感器误差补偿(1)建立光学位置跟踪系统坐标系、光学位置传感器坐标系、电磁位置跟踪系统坐标系、电磁位置传感器坐标系；(2)计算电磁位置传感器在中的位置和姿态矩阵，记为：；(3)根据从的位置关系转换，将电磁传感器的位置和姿态在光学位置跟踪系统坐标系中的坐标转换到电磁位置跟踪系统坐标系下，其位置和姿态矩阵记为：；（4）比较和获得电磁位置传感器输出误差，建立误差补偿模型；2）摄像机位置和姿态计算(1)制作标定参考立方体(2)获取欧氏坐标系下的坐标X(3)获取图像坐标系下坐标(4)建立X、之间坐标的对应关系(5)根据建立摄像机矩阵约束方程组(6)求解(5)中约束方程组最小二乘解得摄像机矩阵3）位置传感器与内窥镜坐标关系分析(1)对N个空间中的位置取电磁位置传感器和摄像机的位置和姿态(2)计算表达传感器与摄像机之间变换关系的对偶四元数(3)利用由奇异值分解(SVD)法求的对偶四元数所包含的变换，即位置传感器与内窥镜摄像机位置转换矩阵；在三维腹腔镜导航系统中，将内窥镜摄像机、EMT传感器、磁场发生器以及MR图像的坐标系分别定义为C, S, M和I；摄像机坐标系C下点和图像上点的对应关系可以表示为：（1）其中，，分别表示从C到S、S到M、M到I、C到I的转换矩阵，表示电磁位置传感器的输出；旨在标定电磁位置传感器和内窥镜摄像机的位置关系，即C到S的转换矩阵。