[發(fā)明專利]仿真醫(yī)療器械的雙目標定定位方法及虛擬仿真醫(yī)教系統(tǒng)

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201810496316.2
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108830905A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發(fā)明（設計）人: 于福東;劉平
• 申請（專利權）人: 蘇州敏行醫(yī)學信息技術有限公司
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/30;G06T5/00
• 代理公司: 深圳市漢唐知識產(chǎn)權代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

1.一種仿真醫(yī)療器械的雙目標定定位方法，其特征在于，包括如下步驟：

關聯(lián)：關聯(lián)器械與特征靶；

配置攝像頭：配置一對攝像頭，調(diào)整攝像頭焦距，調(diào)整兩攝像頭之間的夾角和距離，以調(diào)整兩攝像頭視野重疊區(qū)域；

標定：攝像頭獲取標定參照物的圖像，測定標定參照物上每一個特征點相對于世界坐標系的位置，將世界坐標系選為標定參照物的物體坐標系，確定標定參照物上特征點在圖像上的投影位置，計算攝像頭的內(nèi)外參數(shù)；

校正：根據(jù)攝像頭標定后獲得的內(nèi)參：焦距、成像原點、畸變參數(shù)和表現(xiàn)雙目相對位置關系的外參：旋轉(zhuǎn)矩陣和平移矩陣，分別對左右視圖進行消除畸變和行對準，使得兩攝像頭光軸平行、左右成像平面共面、對極線行對齊；

捕捉器械：通過抓拍捕捉特征靶從而捕捉器械；

立體匹配：根據(jù)映射關系進行立體匹配并對畸變進行糾正，實時計算特征靶的三維空間位置從而計算器械的空間位置。

2.根據(jù)權利要求1所述的仿真醫(yī)療器械的雙目標定定位方法，其特征在于，所述關聯(lián)步驟中：將特征靶粘貼在器械上從而關聯(lián)器械與特征靶。

3.根據(jù)權利要求1所述的仿真醫(yī)療器械的雙目標定定位方法，其特征在于，所述標定步驟中：將攝像機坐標系中坐標為(X,Y,Z)的Q點被光線投影到圖像平面上的q(x,y,f)點，圖像平面與光軸z軸垂直，投影中心距離為f即相機的焦距，x/f＝X/Z，y/f＝Y(jié)/Z，即x＝fX/Z，y＝fY/Z，

將坐標為(X,Y,Z)的Q點映射到投影平面上坐標為(x,y)的q點作投影變換，q＝M×Q，其中

得出透視投影變換矩陣為：

M稱為攝像機的內(nèi)參數(shù)矩陣，f為攝像機或相機的焦距，單位均為物理尺寸。

4.根據(jù)權利要求3所述的仿真醫(yī)療器械的雙目標定定位方法，其特征在于，所述標定步驟還包括：

轉(zhuǎn)換：以成像平面的左下角或左上角為原點建立像素坐標系，以像素為單位，設每個像素的物理尺寸大小為dx×dy(mm)，圖像平面上某點在成像平面坐標系中的坐標為(x,y)，在像素坐標系中的坐標為(u,v)，則：u＝(x/dx)+u₀，v＝(y/dy)+v₀，

用齊次坐標與矩陣形式表示為：

將等式兩邊都乘以點Q(X,Y,Z)坐標中的Z可得：

將攝像機坐標系中的(1)式代入(3)式可得：

則右邊第一個矩陣和第二個矩陣的乘積亦為攝像機的內(nèi)參數(shù)矩陣,單位為像素，相乘后可得：

此內(nèi)參數(shù)矩陣中f/dx、f/dy、c_x/dx+u₀、c_y/dy+v₀的單位均為像素，令內(nèi)參數(shù)矩陣為K，則(5)式可寫成：

u₀、v₀為圖像中心，dx為相機或攝像機單個感光單元芯片的長度，dy為相機或攝像機單個感光單元芯片的寬度，c_x為相機或攝像機感光芯片的中心點在x方向上存在的偏移，c_y為相機或攝像機感光芯片的中心點在y方向上存在的偏移。

5.根據(jù)權利要求4所述的仿真醫(yī)療器械的雙目標定定位方法，其特征在于，所述校正步驟包括：

分別將左右兩個圖像的從像素坐標系通過共同的內(nèi)參矩陣轉(zhuǎn)換到攝像機坐標系；

分別對兩個攝像機坐標系進行旋轉(zhuǎn)得到新的攝像機坐標系，左乘旋轉(zhuǎn)矩陣R1、R2，

針對新的攝像機坐標分別進行左、右攝像機的去畸變操作；

分別用左、右攝像機的內(nèi)參矩陣將左、右兩個攝像機坐標系重新轉(zhuǎn)換到左、右圖像像素坐標系；

分別用左、右源圖像的像素值對新左、右圖像的像素點進行插值；

其中，R1為左攝像機經(jīng)過標定得到的相對標定物的旋轉(zhuǎn)矩陣，R2為右攝像機經(jīng)過標定得到的相對標定物的旋轉(zhuǎn)矩陣。