[發(fā)明專利]空間變換用配準(zhǔn)塊及其使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210225058.7
• 申請日: 2012-07-02
• 公開（公告）號: CN102779344A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏軍;薛玉艷
• 申請（專利權(quán)）人: 濟南大學(xué)
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的目的是提出一種適合視覺定位的空間變換用配準(zhǔn)塊及其用于體數(shù)據(jù)空間與視覺空間配準(zhǔn)的方法。

背景技術(shù)

通過視覺空間與體數(shù)據(jù)空間配準(zhǔn)，可以利用視覺引導(dǎo)完成對物體內(nèi)部的加工操作。常用空間配準(zhǔn)方法有三類：

1.使用專用框架進行配準(zhǔn)。將物體安裝在配準(zhǔn)框架內(nèi)，采集體數(shù)據(jù)，通過配準(zhǔn)框架的特征進行配準(zhǔn)，這種方法受到框架大小和安裝方式的限制，難以適應(yīng)物體尺寸、形狀的變化。

2.利用物體的幾何特征進行配準(zhǔn)。如利用物體表面形成的曲面進行配準(zhǔn)，這種方式計算量很大，配準(zhǔn)時間較長。

3.使用配準(zhǔn)塊進行配準(zhǔn)。在物體表面固定配準(zhǔn)塊，用來在不同的空間定位和識別配準(zhǔn)特征點，利用特征點完成空間的配準(zhǔn)。使用配準(zhǔn)塊配準(zhǔn)時，需要識別、定位用于空間配準(zhǔn)的特征點，但是人工定位配準(zhǔn)塊時易引入人員操作誤差。

為減小第三種方法的配準(zhǔn)誤差，通常采用配準(zhǔn)塊自動識別定位的方法，如采用球形標(biāo)記物，處理圖像得到球的邊緣，進行圓或橢圓的擬合，并計算球心位置，實現(xiàn)配準(zhǔn)塊的定位。邊緣提取和圓的擬合需要大量計算；需要2幅以上圖像的處理才能在體數(shù)據(jù)空間中完成球心定位；為了進行可靠的圓擬合，需使用大尺寸的球體，使得配準(zhǔn)塊體積較大。在操作空間對配準(zhǔn)塊的定位方式也較多，如電磁式、光電式、立體視覺等。為了解決配準(zhǔn)塊與體數(shù)據(jù)成像設(shè)備的兼容問題，電磁和光電法需要使用特定材料制作的配準(zhǔn)塊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為提高空間配準(zhǔn)的自動化程度、降低配準(zhǔn)塊成本、減小人員操作誤差，提供一種空間變換用配準(zhǔn)塊及其視覺定位配準(zhǔn)方法，它利用配準(zhǔn)塊在不同的待配準(zhǔn)空間中對配準(zhǔn)特征點進行自動或半自動定位以降低人員操作誤差，提高配準(zhǔn)精度，同時易于兼容各種成像設(shè)備，降低配準(zhǔn)塊成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種空間變換用配準(zhǔn)塊，它包括視覺標(biāo)記、蓋板、N形標(biāo)記、底座。視覺標(biāo)記粘貼或繪制在蓋板上，蓋板安裝在底座上，在底座內(nèi)設(shè)有N形標(biāo)記；N形標(biāo)記由利于體數(shù)據(jù)采集設(shè)備成像的材料制成或使用填充了成像粉劑或液劑的空心管加工。

所述視覺標(biāo)記為至少具有三個公共頂點的類似于黑白棋盤格的黑色圖案塊，且這些公共頂點不共線。

所述N形標(biāo)記內(nèi)充滿用于體數(shù)據(jù)成像設(shè)備成像的液劑或粉劑。

所述蓋板一端設(shè)有凹口，所述底座設(shè)有凸口，凹口與凸口相互配合。

一種采用空間變換用配準(zhǔn)塊的視覺定位配準(zhǔn)方法，

（1）將配準(zhǔn)塊固定在操作對象上，由透視成像設(shè)備獲得操作對象及配準(zhǔn)塊的體數(shù)據(jù)；利用體數(shù)據(jù)中兩層斷層圖像，對配準(zhǔn)塊內(nèi)N形標(biāo)記的中心進行定位，將該中心坐標(biāo)作為配準(zhǔn)塊的體數(shù)據(jù)空間坐標(biāo)；

（2）利用立體視覺定位系統(tǒng)對視覺標(biāo)記進行自動識別、定位，計算配準(zhǔn)塊內(nèi)N形標(biāo)記中心的坐標(biāo)，將它作為配準(zhǔn)塊在視覺空間中的坐標(biāo)；

（3）利用仿射法或SVD法，計算體數(shù)據(jù)空間與視覺空間的空間變換陣，完成體數(shù)據(jù)空間與視覺空間的配準(zhǔn)。

所述步驟1）中，配準(zhǔn)塊的體數(shù)據(jù)空間定位方法為：

利用透視成像設(shè)備獲得配準(zhǔn)塊的斷層圖像，配準(zhǔn)塊內(nèi)包含裝有成像粉劑或液劑的管道構(gòu)成的N形標(biāo)記，N形標(biāo)記在圖像中有明亮的點狀成像，這些成像點可以用圖像邊緣提取等方法檢測定位。記O為體數(shù)據(jù)空間原點，N形標(biāo)記的左下角頂點記為n₁，沿順時針方向的其它三個頂點分別記為n₂,n₃,n₄。以N形標(biāo)記的中心作為配準(zhǔn)特征點的位置，在體數(shù)據(jù)空間記該

位置坐標(biāo)為m_I(x,y,z)，基于空間向量關(guān)系，其坐標(biāo)可由計算得到。

在斷層圖像I₁中，可檢測得到的N形標(biāo)記的外邊緣及其對角線的成像點，分別記為a₁，b₁，c₁；在斷層圖像I₂中檢測得到的相應(yīng)成像點分別記為a₂，b₂，c₂。

由于在N型標(biāo)記上，三角形a₁n₂b₁相似于三角形c₁n₄b₁，即Δa₁n₂b₁∝Δc₁n₄b₁，其對應(yīng)邊長成