关节镜图像标定工装及方法技术

本发明专利技术提供了一种关节镜图像标定工装及方法。该工装包括：内窥镜、内窥镜标定点、固定座及标定板底座，内窥镜固定在固定座上，标定板底座设置在固定座下方，且底部的内侧安装有标定板，内窥镜标定点同样固定在固定座上，并且与内窥镜之间的空间位置关系固定。本发明专利技术提供的关节镜图像标定工装及方法，解决了关节镜图像标定过程中计算量大、标定过程复杂、标定精度差的难题。

【技术实现步骤摘要】
关节镜图像标定工装及方法
本专利技术涉及计算机视觉
，特别是涉及一种关节镜图像标定工装及方法。
技术介绍
在基于图像的计算辅助手术中，尤其是关节镜手术，相机的位姿标定是必不可少的，然而开发出一种有效的医用关节镜标定方法是一项挑战性任务。原因有三：其一，标定结果必须精确，因为许多手术需要至少5毫米级的定位精度；其二，必须考虑到相机的强径向畸变；其三，最终的标定步骤简洁、标定速度快捷、标定精度和鲁棒性高，让非专业人士也可上手操作。现有的关节镜标定方法如下可示：现有技术方案1(BarretoJP,RoquetteJ,SturmPF,etal.AutomaticCameraCalibrationAppliedtoMedicalEndoscopy[C]//BritishMachineVisionConference.DBLP,2009.)：对于内镜图像轮廓线及尖角的识别，将内镜图像转化成极坐标图像，寻找最佳的圆心位置及图像，使得极坐标图像的轮廓线最接近竖直直线，极坐标图像中距离圆心最远的点即为尖角。现有技术方案2(张春燕,邹伟.一种鱼眼镜头标定板的设计、检测与排序方法[J].计算机工程与应用,2015,51(015):188-192.)：对于内参标定，采用鱼眼成像特点设计出一种适用于鱼眼标定的宽幅多特征圆标定板，基于该种圆点标定板，利用椭圆检测和参数拟合技术对其特征圆进行标定和计算。现有技术方案3(MeloR,BarretoJP,FalcaoG.Anewsolutionforcameracalibrationandreal-timeimagedistortioncorrectioninmedicalendoscopy-initialtechnicalevaluation.[J].IEEETransBiomedEng,2012,59(3):634-644.)：对于内参标定，假设镜头畸变符合抛物面模型，采用单张图片进行标定。现有技术方案4(SturmP,P.Barreto.GeneralImagingGeometryforCentralCatadioptricCameras[C]//EuropeanConferenceonComputerVision.Springer,Berlin,Heidelberg,2008.)：对于内参标定，假设镜头畸变符合球面模型，采用单张图片进行标定。现有技术方案5(YamaguchiT,NakamotoM,SatoY,KonishiK,HashizumeM,SuganoN,YoshikawaH,TamuraS,Developmentofacameramodelandcalibrationprocedureforoblique-viewingendoscopes,ComputerAidedSurgery,01Jan2004,9(5):203-214)：对于外参标定，通过在镜头上安装驱动电机，驱动镜头转动的同时记录镜头的位姿即镜头中标定板的位置，拟合出镜头的外参。现有技术方案1存在缺点是计算量巨大，必须使用并行计算法，否则无法达到实时性要求。现有技术方案2存在缺点是需要采多张不同位置和角度的图片进行标定，费时费力。现有技术方案3、4存在缺点是模型精度较差，导致关节镜标定精度较差。现有技术方案5存在的缺点是标定过程复杂，需要安装电机并且结合运动进行标定，费时费力，在实际使用过程中难以推广。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种关节镜图像标定工装及方法，解决了关节镜图像标定过程中计算量大、标定过程复杂、标定精度差的难题。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种关节镜图像标定工装，所述工装包括：内窥镜、内窥镜标定点、固定座及标定板底座，内窥镜固定在固定座上，标定板底座设置在固定座下方，且底部的内侧安装有标定板，内窥镜标定点同样固定在固定座上，并且与内窥镜之间的空间位置关系固定。在一些实施方式中，标定点主体和固定座之间有与内窥镜外形一致的空腔结构。在一些实施方式中，标定点主体和固定座之间采用螺栓连接。在一些实施方式中，在螺栓拧紧的情况下，标定点主体和固定座完全抱紧内窥镜。在一些实施方式中，标定点分为上下两层设置。在一些实施方式中，上层设置有两个标定点主体，下层设置有三个标定点主体。在一些实施方式中，标定板底座底部的一个侧面镂空。在一些实施方式中，标定板底座底部的其余三个侧面和底面上安装标定板。在一些实施方式中，标定板黏贴在标定板底座底部的内侧面上。此外，本专利技术还提供了一种关节镜图像标定方法，应用于根据前文所述的关节镜图像标定工装的图像标定过程，所述方法包括：通过逼近法识别关节镜图像外轮廓；识别外轮廓缺口，计算镜头偏转角度；识别标定板中的X角点；根据识别得到的X角点，对标定板图像进行分割；根据图像分割结果，对标定板图像中的X角点进行排序；根据排序结果，计算内窥镜的内部参数，以及标定板相对于内窥镜的外部参数；根据标定板相对于内窥镜的外部参数，计算内窥镜与标定点之间的坐标关系。采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：其一，相比于现有技术在镜头上安装驱动电机，驱动镜头转动的同时记录镜头的位姿即镜头中标定板的位置，来拟合出镜头的外参，本文通过特殊设计的关节镜标定工装，在标定的时候标定板到关节镜Marker的位姿关系是已知的，使得关节镜镜头到Marker的坐标关系可以直接计算得来，简化了标定过程，使人容易上手；其二，相比于现有技术通过多张不同位置、不同角度的图片来进行标定，本专利技术通过特殊设计的标定板，实现了单张图片标定的可能性，大大缩短了标定时间；其三，相比于现有技术将内镜图像转化成极坐标图像，通过寻找最佳的圆心位置及图像，进而来识别内镜图像轮廓线及尖角的方法，本文通过逼近法可快速定位圆弧轮廓和尖角，大大减少了计算量。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术实施例提供的关节镜图像标定工装的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的内窥镜标定点的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的关节镜图像标定方法的流程示意图；图4是本专利技术实施例提供的关节镜镜头转动的示意图；图5是本专利技术实施例提供的使用逼近法拟合24个边缘点的原理示意图；图6是本专利技术实施例提供的最小距离最小二乘法拟合轮廓的效果图；图7是本专利技术实施例提供的计算镜头的旋转角度的原理示意图；图8是本专利技术实施例提供的关节镜下的标定板图片；图9是本专利技术实施例提供的对标定板进行分割的分割效果图；图10是本专利技术实施例提供的排序后的标定板效果图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种关节镜图像标定工装，其特征在于，包括：内窥镜、内窥镜标定点、固定座及标定板底座，内窥镜固定在固定座上，标定板底座设置在固定座下方，且底部的内侧安装有标定板，内窥镜标定点同样固定在固定座上，并且与内窥镜之间的空间位置关系固定。/n

【技术特征摘要】
20200728 CN 20201073556301.一种关节镜图像标定工装，其特征在于，包括：内窥镜、内窥镜标定点、固定座及标定板底座，内窥镜固定在固定座上，标定板底座设置在固定座下方，且底部的内侧安装有标定板，内窥镜标定点同样固定在固定座上，并且与内窥镜之间的空间位置关系固定。


2.根据权利要求1所述的关节镜图像标定工装，其特征在于，标定点主体和固定座之间有与内窥镜外形一致的空腔结构。


3.根据权利要求1所述的关节镜图像标定工装，其特征在于，标定点主体和固定座之间采用螺栓连接。


4.根据权利要求3所述的关节镜图像标定工装，其特征在于，在螺栓拧紧的情况下，标定点主体和固定座完全抱紧内窥镜。


5.根据权利要求1所述的关节镜图像标定工装，其特征在于，标定点分为上下两层设置。


6.根据权利要求1所述的关节镜图像标定工装，其特征在于，上层设置有两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡磊，耿宝多，张坚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11