[發明專利]基于Zynq的手術導航定位系統

在審

• 申請號: 202010424981.8
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111759498A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 劉大鵬
• 申請（專利權）人: 南京佳和牙科技術有限公司
• 主分類號: A61C8/00
• 分類號: A61C8/00;A61B34/20
• 代理公司: 南京中盟科創知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32279
• 代理人: 孫麗君

1.基于Zynq的手術導航定位系統，其特征在于，包括圖像采集模塊、外部通信模塊、系統檢測模塊、信息顯示模塊和控制模塊，所述圖像采集模塊與信息顯示模塊與PL端連接，并受處理系統PS端控制；外部通信模塊及系統檢測模塊通過PS端的通用外設接口，包括以太網、USO-TGO、UART串口等與PS端直接相連，其中所述PS端和PL端之間通過AXI互聯矩陣并根據不同的通信需求利用AXI_HP和AXI_GP接口實現相互通信；

所述控制模塊包括由主控芯片、SDRAM、Wi-Fi模組電路、LCD電路、彩色相機控制電路以及外部接口電路集成的主控電路板，其中主控芯片采用ZYNQ系列；

所述圖像采集模塊包括彩色相機模組、CMOS圖像采集芯片、光學鏡頭、近紅外濾光片和紅外光源，其中所述紅外光源設計呈圓環狀放置在光學鏡頭前方，所述紅外光源發射的紅外光通過反光標記點發射并經近紅外濾光片過濾后被彩色相機模組采集，與彩色相機模組連接的CMOS圖像采集芯片對圖像數據處理；

所述外部通信模塊采用以太網、通用串行總線及Wi-Fi三種通信方式，所述外部通信模塊將圖像采集模塊標定時需要獲取的標定板圖像的內部參數計算結果傳輸給控制模塊；

所述系統檢測模塊包括碰撞檢測傳感器，所述碰撞檢測傳感器整合陀螺儀和加速度傳感器實現對手術器械各種運動實時、精準的跟蹤；

所述信息顯示模塊包括液晶顯示屏，所述液晶顯示屏通過SCL、SDA、INT以及RESET引腳與電路板的LCD電路連接。

2.根據權利要求1所述的基于Zynq的手術導航定位系統，其特征在于，所述圖像采集模塊包括左圖像采集模塊和右圖像采集模塊，所述左圖像采集模塊和右圖像采集模塊分別用獨立的電路進行實現，并通過FFC排線設計與主控制電路板連接，其中所述左圖像采集模塊中的左相機控制電路和右圖像采集模塊中的右相機控制電路分別連接電路板中的兩個SDRAM。

3.根據權利要求2所述的基于Zynq的手術導航定位系統，其特征在于，所述左圖像采集模塊和右圖像采集模塊中的紅外光源均通過紅外LED電路連接電路板的外部接口電路。

4.根據權利要求1所述的基于Zynq的手術導航定位系統，其特征在于，所述Wi-Fi模組通過標準接口外接天線。

5.根據權利要求1所述的基于Zynq的手術導航定位系統，其特征在于，所述導航定位系統利用DDR存儲器為圖像緩存提供存儲空間，并開辟片內BRAM空間用于系統狀態信息及標記點坐標數據的存儲。

6.根據權利要求1所述的基于Zynq的手術導航定位系統，其特征在于，所述導航定位系統采用的標記點定位子位技術通過雙目視覺圖像中的標記點搜索與坐標計算實現定位功能，所述彩色相機模組采用近紅外濾光片避免環境光的干擾，因此所搜集的圖像中只有標記點會形成兩點區域，針對某一標記點點亮點區域采用灰度加權平均算法精準計算標記點的亞像素坐標，算法公式如下：

其中q為此亮點區域的中心坐標，n為區域中的像素點個數，qi和vi分別為每個像素點的坐標及灰度值。

7.根據權利要求5所述的基于Zynq的手術導航定位系統，其特征在于，在所述灰度加權平均算法精準計算標記點的亞像素坐標后還需要去除環境光因素，設環境光閾值為s，則所述灰度加權公式變為：