[發明專利]仿真醫療器械的雙目標定定位方法及虛擬仿真醫教系統

在審

• 申請號: 201810496316.2
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108830905A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 于福東;劉平
• 申請（專利權）人: 蘇州敏行醫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: 深圳市漢唐知識產權代理有限公司 44399
• 代理人: 彭益宏

一種仿真醫療器械的雙目標定定位方法及虛擬仿真醫教系統，包括：關聯器械與特征靶；配置攝像頭調整兩攝像頭視野重疊區域；標定：攝像頭獲取標定參照物的圖像，計算攝像頭的內外參數；校正：根據攝像頭標定后獲得的內外參分別對左右視圖進行消除畸變和行對準，使得對極線行對齊；捕捉器械：通過抓拍捕捉特征靶捕捉器械；立體匹配：根據映射關系進行立體匹配并對畸變進行糾正，實時計算器械的空間位置；上述仿真醫療器械的雙目標定定位方法及虛擬仿真醫教系統，只需在醫用器械表面貼上指定特征靶狀物，無需其他物體連接,極大增加了便攜性，模擬仿真度增強，通過調整攝像頭調整活動區域，操作區域范圍極大的增大，且可同時識別多個醫學仿真器械。

技術領域

本發明涉及醫療教學訓練系統，特別涉及一種虛擬仿真醫教系統中的仿真醫療器械的雙目標定位方法及該系統。

背景技術

醫學仿真系統可根據器械的空間位置信息,來實時反應操作者使用器械的位置,速度,方向,角度。結合實際醫學操作中的規范,形成對比,從而反應出操作者技能熟練度,優劣勢。針對運動物體提供了新的模擬仿真思路。目前醫學仿真領域,用的比較多追蹤方案,通常是通過機械臂傳感方案，得到器械的三維空間位置。機械臂的活動區域受機械臂長度影響，且不能隨意調整活動區域。

發明內容

基于此，有必要提供一種提高器械活動范圍的仿真醫療器械的雙目標定定位方法。

同時，提供一種提高器械活動范圍的虛擬仿真醫教系統。

一種仿真醫療器械的雙目標定定位方法，包括如下步驟：

關聯：關聯器械與特征靶；

配置攝像頭：配置一對攝像頭，調整攝像頭焦距，調整兩攝像頭之間的夾角和距離，以調整兩攝像頭視野重疊區域；

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，計算攝像頭的內外參數；

校正：根據攝像頭標定后獲得的內參：焦距、成像原點、畸變參數和表現雙目相對位置關系的外參：旋轉矩陣和平移矩陣，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。

在優選的實施例中，所述關聯步驟中：將特征靶粘貼在器械上從而關聯器械與特征靶。

在優選的實施例中，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/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稱為攝像機的內參數矩陣，f為攝像機或相機的焦距，單位均為物理尺寸。

在優選的實施例中，所述標定步驟還包括：

轉換：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：