[發明專利]一種增強現實頭盔顯示器位置實時跟蹤的標定方法

在審

• 申請號: 201810382899.6
• 申請日: 2018-04-26
• 公開（公告）號: CN108888341A
• 公開（公告）日: 2018-11-27
• 發明（設計）人: 陳曉軍;胡俊磊;徐律
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B34/20
• 分類號: A61B34/20
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發明涉及一種增強現實頭盔顯示器位置實時跟蹤的標定方法，包括：步驟S1：捕捉增強現實頭盔顯示器移動前和移動后的位置，并得到移動前和移動后參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣；步驟S2：獲得患者移動前和移動后，參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣；步驟S3：獲得虛擬圖像坐標系與患者參考坐標系之間的空間變換矩陣；步驟S4：使三維虛擬模型的坐標系與虛擬圖像坐標系一致，獲得三維虛擬模型移動前在虛擬圖像坐標系下的空間位置矩陣；步驟S5：計算獲得增強現實頭盔顯示器的標定矩陣。與現有技術相比，本發明基于配準以及使三維虛擬模型的參考坐標系和虛擬圖像坐標系一致，簡化計算，通過消除中間變量的方式得到標定矩陣。

技術領域

本發明涉及一種標定方法，尤其是涉及一種增強現實頭盔顯示器位置實時跟蹤的標定方法。

背景技術

與目前大多數手術導航系統工作流程相比，基于增強現實的手術導航系統在完成計算機屏幕的虛擬圖像坐標系與患者實體坐標系的配準后，還需要解決如何將用戶在增強現實頭盔顯示器中看到的虛擬圖像(如三維重建的重要解剖結構模型：血管、神經、軟組織等)與患者實體實時融合匹配的難題。

現有的標定方法大多沒有引用配準過程，或者配準過程不準確，且涉及5個坐標系，導致標定過程的計算需要過多的數據，并且計算復雜，硬件和系統開銷大，不能很高效地進行標定，

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種增強現實頭盔顯示器位置實時跟蹤的標定方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種增強現實頭盔顯示器位置實時跟蹤的標定方法，包括：

步驟S1：捕捉增強現實頭盔顯示器移動前和移動后的位置，并得到移動前和移動后增強現實頭盔顯示器參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣；

步驟S2：獲得患者移動前和移動后，患者參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣；

步驟S3：通過配準操作，獲得導航系統虛擬圖像坐標系與患者參考坐標系之間的空間變換矩陣；

步驟S4：重建三維虛擬模型，使三維虛擬模型的坐標系與虛擬圖像坐標系一致，獲得三維虛擬模型移動前在虛擬圖像坐標系下的空間位置矩陣，其中，所述空間位置矩陣為單位矩陣；

步驟S5：根據增強現實頭盔顯示器參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣、患者參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣和間變換矩陣計算獲得增強現實頭盔顯示器的標定矩陣。

所述增強現實頭盔顯示器上固定有與所述增強現實頭盔顯示器相對位置不變的定位參考架，其中，所述定位參考架上設有用于被光學定位跟蹤系統跟蹤的反光小球；

所述增強現實頭盔顯示器參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣由光學定位跟蹤系統計算獲取。

所述患者參考坐標系相對于世界坐標系的空間變換矩陣由光學定位跟蹤系統計算獲取。

所述步驟S3中，三維虛擬模型移動前在虛擬圖像坐標系下的空間位置矩陣根據點配準或者面配準獲得。

所述步驟S5中，增強現實頭盔顯示器的標定矩陣為三維虛擬模型移動后在虛擬圖像坐標系下的空間位置矩陣B₂。

所述增強現實頭盔顯示器的標定矩陣計算公式為：