一种图像校准方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种图像校准方法和系统。该方法包括：获取待测用户多个标定点在第一坐标系中的坐标，所述第一坐标系为所述待测用户的第一图像的坐标系；获取待测用户实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标，所述第二坐标系为待测用户的坐标系；根据所述多个标定点在第一坐标系中的坐标和所述实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系；获取待测用户的初始点云和实时点云；对所述实时点云和初始点云进行配准，获取第三坐标系与第一坐标系的转换关系，所述第三坐标系为点云采集设备的坐标系；并对所述第一图像进行校准。本发明专利技术实现对用户运动的检测，并对用户的运动造成的图像误差进行调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种图像校准方法和系统。
技术介绍
颅底肿瘤指起源于颅底及其邻近结构向颅内或颅外生长的肿瘤，此类肿瘤往往位置较深，毗邻脑干、颅神经及重要血管。随着内镜外科技术及辅助技术的发展和手术经验的不断积累，内镜微创诊疗技术已经较广泛的应用于颅底肿瘤治疗，在满足同样手术范围及目的的同时，避免了手术入路对面部皮肤、软组织及骨性结构的破坏，大大降低了手术并发症发生的概率。但是内窥镜微创诊疗的临床疗效与其精准性密切相关，其手术要求科学的术前分析、精密的治疗方案、精确的术中病灶定位、精准的手术操作才能获得最佳的临床疗效。内镜图像视野狭小，通过内镜图像无法获得体内器官组织的整体结构信息，因此单一模态影像引导下内窥镜介入治疗存在精准性较差和诊疗信息不全面等问题，探索多模态图像配准引导的精准诊疗技术已成为研究热点。当前，主流的基于增强现实的内镜手术导航系统通常利用光学跟踪装置实现对手术器械上标志点的跟踪，并在手术开始前通过标志点间的手动配对实现手术器械与术前三维影像的匹配。而后，在术中利用光学跟踪装置实时跟踪内镜的角度和位姿，并将术前三维影像中提取的病灶信息叠加到内镜图像中。但是该系统受到手术操作和呼吸运动影响，器官会出现移动和变形，导致其实时内窥镜图像无法与术前数据进行良好的叠加，严重影响了导航精度。此类术中用户的无规则运动是手术导航系统面临的巨大挑战，传统的导航系统中需要在术中
重复手工标定来校正这一运动，给手术过程带来巨大的不便。因此，亟需一种图像校准方法检测用户的运动、获取准确的用户图像。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种图像校准方法以检测用户的运动。为解决上述技术问题，本专利技术一方面提出了一种图像校准方法，该图像校准方法包括：获取待测用户多个标定点在第一坐标系中的坐标，所述第一坐标系为所述待测用户的第一图像的坐标系；获取待测用户实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标，所述第二坐标系为待测用户的坐标系；根据所述多个标定点在第一坐标系中的坐标和所述实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系；获取待测用户的初始点云和实时点云；对所述实时点云和初始点云进行配准，获取第三坐标系与第一坐标系的转换关系，所述第三坐标系为点云采集设备的坐标系；根据所述第三坐标系与第一坐标系的关系、第一坐标系与第二坐标系的关系对所述第一图像进行校准。可选地，所述根据所述多个标定点在第一坐标系中的坐标和所述实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系包括：通过以下公式获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系CT0： T C 0 = arg min R , t → Σ i = 1 n | | T ( R , t → ) · p C T i - p N D I i | | ]]>其中，是坐标变换矩阵，R是一个3×3的旋转矩阵，是一个3×1的平移向量；CTpi是标志点集合在第一坐标系CTP中的第i个点，NDIpi是第二坐标系NDIP中的第i个点；n为标志点的数量。可选地，该方法还包括：利用最小二乘解方法求解第一坐标系与第二坐标系的转换关系。可选地，所述对所述实时点云和初始点云进行配准，获取第三坐标系与第一坐标系的转换关系包括：通过以下公式获取第三坐标系与第一坐标系的转换关系KTt： T K t = arg min R , t → D ( T ( R , t → ) · S t , M ) ]]>其中，St为实时点云，t代表采集时刻；M为分割所述第一图像获取的初始点云；是基于凸包结构配准算法配准的点云间的相似性测度。可选地，所述根据所述第三坐标系与第一坐标系的关系、第一坐标系与第二坐标系的关系对所述第一图像进行校准包括：通过以下公式对所述第一图像进行校准： I N D I t = T K t · T 0 - 1 K · T C 0 · I C T ]]>其中，NDIIt为对所述第一图像进行校准后的图像；为初始时刻点云采集设备的相对坐标变换矩阵。另一方面，本专利技术还提出了一种图像校准系统，该图像校准系统包括：第一坐标系与第二坐标系转换关系获取单元，用于获取待测用户多个标定点在第一坐标系中的坐标，所述第一坐标系为所述待测用户的第一图像的坐标系；获取待测用户实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标，所述第二坐标系为待测用户的坐标系；根据所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像校准方法，其特征在于，包括：获取待测用户多个标定点在第一坐标系中的坐标，所述第一坐标系为所述待测用户的第一图像的坐标系；获取待测用户实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标，所述第二坐标系为待测用户的坐标系；根据所述多个标定点在第一坐标系中的坐标和所述实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系；获取待测用户的初始点云和实时点云；对所述实时点云和初始点云进行配准，获取第三坐标系与第一坐标系的转换关系，所述第三坐标系为点云采集设备的坐标系；根据所述第三坐标系与第一坐标系的关系、第一坐标系与第二坐标系的关系对所述第一图像进行校准。

【技术特征摘要】
1.一种图像校准方法，其特征在于，包括：获取待测用户多个标定点在第一坐标系中的坐标，所述第一坐标系为所述待测用户的第一图像的坐标系；获取待测用户实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标，所述第二坐标系为待测用户的坐标系；根据所述多个标定点在第一坐标系中的坐标和所述实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系；获取待测用户的初始点云和实时点云；对所述实时点云和初始点云进行配准，获取第三坐标系与第一坐标系的转换关系，所述第三坐标系为点云采集设备的坐标系；根据所述第三坐标系与第一坐标系的关系、第一坐标系与第二坐标系的关系对所述第一图像进行校准。2.根据权利要求1所述的图像校准方法，其特征在于，所述根据所述多个标定点在第一坐标系中的坐标和所述实时图像中对应标定点在第二坐标系中的坐标获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系包括：通过以下公式获取第一坐标系与第二坐标系的转换关系CT0： T C 0 = arg min R , t → Σ i = 1 n | | T ( R , t → ) · p C T i - p N D I i | | ]]>其中，是坐标变换矩阵，R是一个3×3的旋转矩阵，是一个3×1的平移向量；CTpi是标志点集合在第一坐标系CTP中的第i个点，NDIpi是第二坐标系NDIP中的第i个点；n为标志点的数量。3.根据权利要求2所述的图像校准方法，其特征在于，还包括：利用最小二乘解方法求解第一坐标系与第二坐标系的转换关系。4.根据权利要求3所述的图像校准方法，其特征在于，所述对所述实时点云和初始点云进行配准，获取第三坐标系与第一坐标系的转
\t换关系包括：通过以下公式获取第三坐标系与第一坐标系的转换关系KTt： T K t = arg min R , t → D ( T ( R , t → ) · S t , M ) ]]>其中，St为实时点云，t代表采集时刻；M为分割所述第一图像获取的初始点云；是基于凸包结构配准算法配准的点云间的相似性测度。5.根据权利要求4所述的图像校准方法，其特征在于，所述根据所述第三坐标系与第一坐标系的关系、第一坐标系与第二坐标系的关系对所述第一图像进行校准包括：通过以下公式对所述第一图像进行校准： I N D I t = T K t · T 0 - 1 K · T C 0 · I C T ]]>其中，NDIIt为对所述第一图像进行校准后的图像；为初始时刻点云采集设...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨健，范敬凡，王涌天，艾丹妮，楚亚奎，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11