[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)航標(biāo)記點(diǎn)誤差指示的示蹤器設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410149067.1
• 申請(qǐng)日: 2014-04-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103948431A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊榮騫;林欽永;吳效明;司璇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): A61B19/00
• 分類號(hào): A61B19/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

1.一種應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)航標(biāo)記點(diǎn)誤差指示的示蹤器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，該方法是計(jì)算手術(shù)導(dǎo)航雙目光學(xué)定位系統(tǒng)有效視場(chǎng)的空間相對(duì)誤差分布，然后將手術(shù)器械所在位置的空間相對(duì)誤差分布可視化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)航標(biāo)記點(diǎn)誤差指示的示蹤器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述計(jì)算手術(shù)導(dǎo)航雙目光學(xué)定位系統(tǒng)有效視場(chǎng)的空間相對(duì)誤差分布的方法是：

（1）獲取雙目光學(xué)定位系統(tǒng)的內(nèi)外部參數(shù)；

（2）確定雙目光學(xué)定位系統(tǒng)的系統(tǒng)坐標(biāo)系；

（3）定義一個(gè)呈長(zhǎng)方體分布的離散空間點(diǎn)集合；

（4）依據(jù)小孔成像原理，將空間離散點(diǎn)投射到左右攝像機(jī)的成像面上，計(jì)算出理論亞像素點(diǎn)坐標(biāo)；

（5）以理論亞像素點(diǎn)為中心，確定一圓形或方形誤差范圍，在左右攝像機(jī)成像面上各隨機(jī)取上述誤差范圍內(nèi)的點(diǎn)若干個(gè)，其中左右攝像機(jī)的取點(diǎn)數(shù)相同，根據(jù)雙目視覺(jué)的對(duì)極幾何原理重建這些配對(duì)像素點(diǎn)的空間點(diǎn)坐標(biāo)，并計(jì)算這些空間點(diǎn)與原空間點(diǎn)的距離，將這些距離的均值作為原空間點(diǎn)的空間相對(duì)誤差值。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)航標(biāo)記點(diǎn)誤差指示的示蹤器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟（1）中，雙目光學(xué)定位系統(tǒng)的內(nèi)外部參數(shù)通過(guò)標(biāo)定左右攝像機(jī)得到，或者由制造商給定。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)航標(biāo)記點(diǎn)誤差指示的示蹤器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟（2）中，雙目光學(xué)定位系統(tǒng)的系統(tǒng)坐標(biāo)系定義如下：以兩個(gè)攝像機(jī)光心的連線為X軸，它們的中點(diǎn)為原點(diǎn)，原點(diǎn)指向右攝像機(jī)光心為X軸正方向；Y軸定義為過(guò)原點(diǎn)且垂直于左右攝像機(jī)坐標(biāo)系的Z軸，原點(diǎn)指向空間上方為正方向；使用右手定則確定Z軸，指向左右攝像機(jī)的拍攝方向?yàn)閆軸正方向。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)航標(biāo)記點(diǎn)誤差指示的示蹤器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟（3）中，所述長(zhǎng)方體的寬高長(zhǎng)分別與系統(tǒng)坐標(biāo)系的X、Y、Z軸平行，系統(tǒng)Z軸過(guò)長(zhǎng)方體前后兩面的中心點(diǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用于手術(shù)導(dǎo)航標(biāo)記點(diǎn)誤差指示的示蹤器設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述步驟（4）中，計(jì)算理論亞像素點(diǎn)坐標(biāo)的步驟是：

（4-1）設(shè)系統(tǒng)坐標(biāo)系下，P點(diǎn)坐標(biāo)為(X_w,Y_w,Z_w)，該點(diǎn)坐標(biāo)在攝像機(jī)坐標(biāo)系中的實(shí)際坐標(biāo)為(X_c,Y_c,Z_c)，對(duì)應(yīng)的亞像素點(diǎn)坐標(biāo)即在圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為（u，v），P點(diǎn)從系統(tǒng)坐標(biāo)系變換到攝像機(jī)坐標(biāo)系的公式：

XcYcZc=RXwYwZw+T]]>

這里R是3×3的正交矩陣，T是3×1的矢量，R、T均為攝像機(jī)的外部參數(shù)；

（4-2）將坐標(biāo)(X_c,Y_c,Z_c)歸一化為(X_c/Z_c,Y_c/Z_c,1)，(X_c/Z_c,Y_c/Z_c,1)與理論的線性模型的坐標(biāo)(X′_c/Z′_c,Y′_c/Z′_c,1)具有以下的關(guān)系：

Xc′/Zc′Yc′/Zc′1=(1+k1r2+k2r4+k5r6)Xc/ZcYc/Zc1+2k3xy+k4(r2+2x2)k3(r2+2y2)+2k4xy1;]]>

其中x=X_c/Z_c,y=Y_c/Z_c，r²=x²+y²，k₁,k₂,k₃,k₄,k₅為攝像機(jī)鏡頭畸變系數(shù)矩陣k的5個(gè)分量；

（4-3）由小孔成像線性模型得到P點(diǎn)從攝像機(jī)坐標(biāo)系變換到圖像坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換公式：

uv1=AXc′/Zc′Yc′/Zc′1;]]>

這里A=fxsu00fyv0001]]>為攝像機(jī)的內(nèi)部矩陣，s為攝像機(jī)的傾斜因子，即成像平面兩垂直軸的夾角，f_x=f/d_x，f_y=f/d_y，f是攝像機(jī)的焦距，d_x、d_y分別是圖像上每個(gè)像素在x軸、y軸方向上的物理尺寸，都是已知參數(shù)，由攝像機(jī)廠家提供；u₀、v₀是以物理長(zhǎng)度為單位的圖像坐標(biāo)系原點(diǎn)o_i在以像素為單位的圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。