[發明專利]一種多角度空間光學追蹤方法

在審

• 申請號: 202011029646.4
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112130591A
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 劉勇;曹玉適;李亮
• 申請（專利權）人: 安徽埃克索醫療機器人有限公司
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12;G01B11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種多角度空間光學追蹤方法，其特征在于，由光學追蹤設備、靶標、靶標支架組成，其中靶標固定于靶標支架上，通過光學設備捕捉靶標的空間坐標從而出標靶的空間坐標，帶有支架的靶標可以用于標定物體的空間位置。當光學設備因遮擋無法捕捉某一靶標的空間位置時，可以通過選擇n或n+1組可見范圍內的靶標，通過靶標n與靶標n+1之間的空間相對位置關系，間接計算該靶標的空間位置。用該種方法可以避免反復修正被測物體的角度，僅通過多個靶標即可實現全范圍測量，方便快捷，解決追蹤目標丟失的問題。

技術領域

本發明專利涉及一種追蹤方法，尤其是在光學追蹤定位過程中實現空間多角度追蹤。

背景技術

定位跟蹤技術是機器人領域重要技術之一，它利用不同傳感方法確定目標的位置信息，基于成像技術定位進行的定位跟蹤方法是常用方法之一。成像系統是對不同波段電磁波以影像方式獲取并記錄對象顏色、形貌和位置等信息的系統的總稱。廣義的光學成像包含了可見光波段、紅外波段、熒光（通常是紫外或X射線波段）以及太赫茲波段等。定位跟蹤領域的光學成像系統一般狹義地包含可見光和近紅外兩電磁波段。可見光波段成像系統是應用最廣泛的成像系統之一，其主要特點是使用方便、價格低廉；并且由于其“可見”性，因此，適合人類肉眼觀測評估，但是可見光波段光學定位跟蹤系統易受環境光干擾，較難保證不同工作環境下測量精度的一致性。因此，對于魯棒性要求更高的應用（如手術導航，機器人定位等），更多地采用近紅外波段的光學定位跟蹤系統。

近紅外波段光學定位跟蹤系統依據標靶工作方式不同，可分為主動式光學定位系統和被動式光學定位系統。前者采用能自主發射近紅外波長光信號的標記點作為光學定位跟蹤的特征點，無需近紅外照明系統提供光源環境。主動式光學定位跟蹤系統的最大優勢在于通過預先設定的發光模式（如頻閃模式），在圖像處理過程中可以較為準確地識別特征點，并確定平面圖像坐標。不過主動發光的標靶需要額外電源支持。被動式光學定位跟蹤系統利用光學反射方法，在標記球上附著近紅外波長反射材料，增強標記球對照明近紅外光的反射能力，從而達到圖像中標記球與周圍環境明顯區分的目的。

光學跟蹤是利用光學測量和成象原理，測量、記錄目標的運動軌跡、姿態、運動中發生的事件，以及目標的紅外輻射和視覺（可見光）特征。在手術機器人導航過程中利用光學追蹤技術，實時追蹤標靶的空間位置；其中，標靶一般分為主動式（自發光）和被動式（反射光），從而被光學追蹤設備捕捉，精準測量計算出標靶的空間坐標。現有的標靶支架在結構上的設計包含單平面布局和多面體布局兩種：單平面布局是指標靶布局在一個平面，所有平面的點作為一個整體進行標記的，追蹤角度較小；多面體布局是指標靶分布在多個平面上，通過追蹤平面上的一個靶點就能追蹤多個平面，故多平面布局可以實現廣角追蹤。但多平面布局中標靶支架體積增大，追蹤時可能會出現標靶在不同追蹤平面切換的問題；或在追蹤目標發生旋轉時，出現目標遮擋，丟失靶標的現象。為了避免這些問題，本發明專利提供了一種多角度空間光學追蹤方法。

發明內容

在光學追蹤過程，為實現中無死角、大范圍追蹤靶標，本發明專利提出了一種多角度空間追蹤方法，可避免追蹤平面切換，或目標遮擋丟失靶標的問題。

一種多角度空間光學追蹤方法，其特征在于，由光學追蹤設備、靶標、靶標支架組成，其中靶標固定于靶標支架上，通過光學設備捕捉靶標的空間坐標從而出標靶的空間坐標，帶有支架的靶標可以用于標定物體的空間位置。

所述靶標支架上根據不同需求放置n或n+1組靶標。

所述光學追蹤設備因遮擋無法捕捉某一靶標的空間位置時，可以通過選擇n或n+1組可見范圍內的靶標與靶標之間的空間相對位置關系，間接計算該靶標的空間位置。

所述靶標為主動式（自發光）或被動式（反射光）。

所述靶標支架上至少有三個不共線的靶標。