一种获取3D腹腔镜手眼矩阵的方法和装置制造方法及图纸

一种获取3D腹腔镜手眼矩阵的方法和装置，包括采集数据步骤、获取相机坐标系坐标步骤、优化手眼矩阵步骤和获取手眼矩阵步骤。在本发明专利技术的具体实施方式中，包括对手眼矩阵进行迭代优化，得到最优手眼矩阵，根据所述最优手眼矩阵和姿态矩阵反投影得到相机坐标系下的三维空间坐标，比较反投影到相机坐标系下的三维空间坐标和金标准数据，若误差满足要求，最优手眼矩阵为最终结果，若误差不满足要求，转采集数据步骤继续处理；本发明专利技术采用渐进式策略和优化算法迭代求得手眼矩阵各个分量的值，在误差精度满足预先设置的阈值后即停止渐进迭代过程，并输出最终的手眼校准变换结果，实现了自动、快速获取3D腹腔镜手术导航系统手眼校准变换。

Method and device for obtaining 3D laparoscope hand eye matrix

A method and device for obtaining the 3D laparoscope hand eye matrix, including the steps of collecting data, obtaining the coordinate steps of the camera coordinate system, optimizing the steps of the hand eye matrix and obtaining the hand eye matrix steps. In the concrete implementation of the invention, the optimal hand eye matrix is obtained by iterative optimization of the eye matrix of the opponent, and the three-dimensional space coordinates of the camera coordinate system are obtained by the reverse projection of the optimal hand eye matrix and attitude matrix, and the three-dimensional space coordinates and the gold standard data in the camera coordinate system are compared. In order to meet the requirements, the optimal hand eye matrix is the final result. If the error is not satisfied, the steps of the data acquisition are processed. The invention uses the progressive strategy and the optimization algorithm to iterate the value of the hand eye matrix each component. After the error accuracy satisfies the pre set threshold, the iterative process is stopped and the final output is finished. The hand eye calibration transformation results in automatic and rapid acquisition of hand eye calibration transformation of 3D laparoscopic surgery navigation system.

【技术实现步骤摘要】
一种获取3D腹腔镜手眼矩阵的方法和装置
本专利技术涉及图像处理，尤其涉及一种获取3D腹腔镜手眼矩阵的方法和装置。
技术介绍
“手眼校准”一词来源于机器人领域，原意是指获取机器人执行器末端坐标系和传感器(如用于测量三维空间中目标的位置和方向，并固定于机器人手臂上的摄像机)坐标系之间的空间变换。引申至3D腹腔镜手术导航系统中，就是确定固定于3D腹腔镜上的动态参考帧坐标系与3D腹腔镜自身的相机坐标系之间的空间变换。3D腹腔镜手术导航中的每个实体对象自身都定义了一个局部坐标系，要达到术中导航的目的，必须将定义于各个坐标系的空间坐标信息统一到某一个坐标空间中，该坐标空间一般为术前图像空间。图1为3D腹腔镜手术导航系统各实体对象及空间变换关系示意图，其中，1为3D腹腔镜，2为动态参考帧，3为光学定位系统，4为术前图像，5为3D腹腔镜相机。导航系统各个实体对象所定义的局部坐标系之间的空间变换可以构成一个闭合的回路，按照某一变换顺序(逆时针左乘)，各个变换矩阵(齐次矩阵)相互之间的乘积为单位矩阵。手眼矩阵(也称为手眼校准变换，标记为eyeThand)就是整个闭合的空间变换回路中的一个。由于3D腹腔镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种获取3D腹腔镜手眼矩阵的方法，其特征在于，包括：采集数据步骤：使用腹腔镜相机采集当前状态下校准参考物的左右图像，同时记录所述动态参考帧在光学定位系统坐标系的姿态矩阵；获取相机坐标系坐标步骤：对所述左右图像进行处理，获取所述校准参考物标记点的图像像素坐标，根据所述图像像素坐标获取所述校准参考物标记点在相机坐标系的三维坐标，第一个状态的所述校准参考物标记点在相机坐标系的三维空间坐标为所述校准参考物标记点的金标准数据；优化手眼矩阵步骤：将所述校准参考物标记点在相机坐标系的三维坐标经手眼矩阵和所述姿态矩阵变换后得到的光学定位系统下的三维坐标，根据所述变换后得到的光学定位系统下的三维坐标与所述校准参...

【技术特征摘要】
1.一种获取3D腹腔镜手眼矩阵的方法，其特征在于，包括：采集数据步骤：使用腹腔镜相机采集当前状态下校准参考物的左右图像，同时记录所述动态参考帧在光学定位系统坐标系的姿态矩阵；获取相机坐标系坐标步骤：对所述左右图像进行处理，获取所述校准参考物标记点的图像像素坐标，根据所述图像像素坐标获取所述校准参考物标记点在相机坐标系的三维坐标，第一个状态的所述校准参考物标记点在相机坐标系的三维空间坐标为所述校准参考物标记点的金标准数据；优化手眼矩阵步骤：将所述校准参考物标记点在相机坐标系的三维坐标经手眼矩阵和所述姿态矩阵变换后得到的光学定位系统下的三维坐标，根据所述变换后得到的光学定位系统下的三维坐标与所述校准参考物标记点在光学定位系统坐标系下的坐标的误差，对手眼矩阵进行迭代优化，得到最优手眼矩阵；获取手眼矩阵步骤：读取所述校准参考物标记点在光学定位系统坐标系下的坐标，根据所述最优手眼矩阵和所述姿态矩阵反投影得到相机坐标系下的三维空间坐标，比较反投影到相机坐标系下的三维空间坐标和所述金标准数据，若误差满足要求，所述最优手眼矩阵为最终结果，若误差不满足要求，转采集数据步骤继续处理。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取手眼矩阵步骤中的误差为均方根误差，所述优化手眼矩阵步骤中的误差为残差误差。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取手眼矩阵步骤，还包括：输出均方根误差，使所述均方根误差可视化。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，采集数据步骤前，还包括设置校准参考物标记点的步骤，所述校准参考物标记点中间设有限位凹槽。5.一种用于实现获取3D腹腔镜手眼矩阵的方法的装置，其特征在于，包括：采集数据模块，用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗火灵，邵瑾良，贾富仓，尹大龙，宋瑞鹏，刘连新，方驰华，范应方，项楠，杨剑，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44