一种全息透视定位系统及定位方法技术方案

本发明专利技术提供一种全息透视定位系统，包括规划模块、配准模块和定位模块等，通过规划模块重建目标实体的三维模型，通过配准模块得到位置信息在混合现实模块与光学定位模块之间的转换矩阵，最终实现目标实体与三维模型的精确定位。此外，本发明专利技术还提供一种定位方法，包括规划、事前准备、信息加载、配准、追踪、定位，提高定位精度，实现了目标实体与三维模型在混合现实模块中的深度融合，达到不同类型应用场景的智能应用。比如用在医疗领域，通过患者的医学影像数据重建患处三维模型，并进一步提高了虚拟的三维模型与患处之间的定位精度，为医生提供三维信息，且全程可视化，为医生在手术中提供精准的指导。

【技术实现步骤摘要】
一种全息透视定位系统及定位方法
：本专利技术涉及全息透视定位
，尤其涉及一种全息透视定位系统及定位方法。
技术介绍
：随着智能科技的发展，全息透视定位技术目前在很多领域都有应用，比如用于医疗领域，通过患者的医学影像数据重建股骨患处三维模型，并将虚拟的三维模型叠加到患处，与真实的手术环境进行结合，为医生提供三维信息，全程可视化，为医生在手术中提供指导，帮助医生精确定位手术路径，提高手术的准确性和科学性；用于维修指导，尤其针对复杂设备的维修，通过混合现实技术可以协助维修人员快速找出有异常的部位，并针对维修的操作过程进行虚拟路径导航，提高维修的效率。然而，目前全息透视定位技术定位精度有限，在实际应用过程中不能满足更高精度的定位要求。
技术实现思路
：本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种能够解决上述问题的全息透视定位系统及定位方法。一种全息透视定位系统，包括规划模块、配准模块、追踪模块和定位模块，所述规划模块、配准模块和定位模块与控制模块连接。所述规划模块以目标实体为基础，重建目标实体的三维模型，并进行规划，生成数据包。所述配准模块包括光学定位模块、校准模块和混合现实模块，用于得到同一空间位置在所述混合现实模块与所述光学定位模块之间的坐标转换矩阵。所述追踪模块包括固定连接的追踪光敏模块和追踪针，用来在定位过程中追踪目标实体的位置。所述定位模块包括固定连接的定位光敏模块和若干定位探针，用于实现目标实体与三维模型在混合现实模块中的深度融合。通过设计所述配准模块，将光学定位模块的精度引入到定位系统中，达到定位误差小至毫米级，远高于现有技术中的定位精度，可以实现不同类型应用场景的高精度定位要求。进一步地，所述校准模块包括固定连接的特征图像模块和校准光敏模块，所述校准模块可以是能够满足特征图像模块的位置与光敏模块的位置有一个可测量的固定关系的任意形态。进一步地，所述特征图像模块包括至少一个特征图像，特征图像可以是二维码或其他计算机可识别的包含信息的图像。进一步地，所述校准光敏模块、定位光敏模块和追踪光敏模块均包括至少三个光敏球。进一步地，所述至少三个光敏球处于同一平面且组成的图形面积不小于40cm2。进一步地，所述光学定位模块可以为红外定位设备或电磁定位设备，其中所述红外定位设备或电磁定位设备要求精度小于2mm。此外，本专利技术还提供了一种全息透视定位系统的定位方法，包括以下步骤：(1)规划，重建目标实体的三维模型，生成数据包；(2)事前准备，将规划模块、光学定位模块、混合现实模块与控制模块连接，并校验所述校准模块；(3)信息加载，启动所述混合现实模块，控制系统将数据包发送给混合现实模块，使其加载数据包；(4)配准，通过所述校准模块获得同一空间位置在所述混合现实模块与所述光学定位模块之间的坐标转换矩阵通过设计配准模块，将光学定位模块的精度引入到定位系统中，大大提高定位精度。(5)追踪，实时追踪目标实体的位置；(6)定位，通过所述定位模块实现目标实体与三维模型在混合现实模块中的深度融合。进一步地，所述三维模型上预设有若干模型定位点。进一步地，校验过程为：通过调整光学定位模块和校准模块的位置和角度，使所述校准光敏模块能够被所述光学定位模块探测到。进一步地，配准过程为：首先所述光学定位模块追踪所述校准光敏模块，计算得到所述特征图像模块中心点在所述光学定位模块中的位置数据，然后所述混合现实模块追踪所述特征图像模块，得到所述特征图像中心点在所述混合现实模块中的位置数据，基于所述特征图像模块中心点在所述光学定位模块和所述混合现实模块中的位置数据，得到同一空间位置在所述混合现实模块与所述光学定位模块之间的坐标转换矩阵进一步地，所述特征图像模块中心点在所述光学定位模块中的位置数据的计算过程为：首先通过光学定位模块获得校准模块的位置矩阵为由于校准模块中特征图像的中心点与光学定位模块4识别的光敏模块22具有刚性位置关系可得其在光学定位模块中位置为进一步地，所述坐标转换矩阵的计算过程为：通过混合现实模块获取特征图像在混合现实坐标系中的位置矩阵为可计算出光学定位模块4的坐标系在混合现实模块1坐标系中的转换矩阵为进一步地，追踪过程为：把追踪模块的追踪针固定在目标实体上并调整方向，使追踪光敏模块能够被光学追踪模块识别到。进一步的，所述定位过程中，定位模块上的定位探针按照顺序依次选择定位点，并计算得到所述定位探针在所述混合现实模块中的位置信息，然后根据加载的三维模型上的对应的模型定位点的信息，实现三维模型中模型定位点在混合现实模块中与目标实体的定位探针的针尖位置一一绑定，达到了定位模块与三维模型在混合现实模块中实时保持定位点规划时的相对姿态关系，之后通过将定位模块上的定位探针的针尖移动到场景中的对应目标实体上的各实体定位点，实现目标实体与三维模型在混合现实模块中的深度融合。进一步地，所述定位探针在所述混合现实模块中的位置信息的计算过程为：通过所述光学定位模块追踪定位模块上的定位光敏模块的空间位置与姿态，计算得到若干定位探针在所述光学定位模块中的空间位置坐标，再通过转换矩阵将其转换为混合现实模块中的空间位置坐标。本专利技术一种全息透视定位系统及定位方法的有益效果是：(1)本专利技术提供了一种全息透视定位系统，包括规划模块、配准模块和定位模块，通过规划模块重建目标实体的三维模型，通过配准模块得到位置信息在混合现实模块与光学定位模块之间的转换矩阵，最终实现目标实体与三维模型的精确定位。定位误差小至毫米级，实现了目标实体与三维模型在混合现实模块中的深度融合，大大提高了现有设备的定位精度，满足了术中指导、设备维修等领域的更高精度的定位要求。(2)本专利技术的配准模块将光学定位模块的精度引入到混合现实模块中，通过校准模块建立光学定位模块和混合现实模块之间的联系，基于所述校准模块上特征图像模块中心点在所述光学定位模块和所述混合现实模块中的位置数据，得到对应的空间配准矩阵，获取所述光学定位模块与所述混合现实模块的坐标转换矩阵，方便了后续模型与实物之间的精确定位。(3)通过设定校准模块的机械结构，加工时设计特征图像和光敏球的固定空间位置，并通过特征图像分别在光学定位模块和混合现实模块识别位置进行空间拟合，获取两种不同类型空间定位设备的高精度空间匹配。附图说明：图1为本专利技术工作原理示意图，图2为本专利技术配准模块的结构示意图，图3为本专利技术校准模块的结构示意图，图4为本专利技术定位模块的结构示意图，图中：1规划模块，2校准模块，21特征图像模块，22校准光敏模块，3混合现实模块，4光学定位模块，5追踪模块，6定位模块，61定位探针，62定位光敏模块，7控制模块，8目标实体。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。实施例1见图1至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全息透视定位系统，其特征在于，包括规划模块、配准模块、追踪模块和定位模块，所述规划模块、配准模块和定位模块与控制模块连接；/n所述规划模块以目标实体为基础，重建目标实体的三维模型，并进行规划，生成数据包；/n所述配准模块包括光学定位模块、校准模块和混合现实模块，用于得到同一空间位置在所述混合现实模块与所述光学定位模块之间的坐标转换矩阵；/n所述追踪模块用来在定位过程中追踪目标实体的位置，其包括固定连接的追踪光敏模块和追踪针，其中，所述光学定位模块通过追踪所述追踪光敏模块，获得所述追踪针的实时位置；/n所述定位模块用于目标实体与三维模型在混合现实模块中的定位，其包括固定连接的定位光敏模块和定位探针，其中，所述光学定位模块通过追踪所述定位光敏模块，获得所述定位探针的实时位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种全息透视定位系统，其特征在于，包括规划模块、配准模块、追踪模块和定位模块，所述规划模块、配准模块和定位模块与控制模块连接；
所述规划模块以目标实体为基础，重建目标实体的三维模型，并进行规划，生成数据包；
所述配准模块包括光学定位模块、校准模块和混合现实模块，用于得到同一空间位置在所述混合现实模块与所述光学定位模块之间的坐标转换矩阵；
所述追踪模块用来在定位过程中追踪目标实体的位置，其包括固定连接的追踪光敏模块和追踪针，其中，所述光学定位模块通过追踪所述追踪光敏模块，获得所述追踪针的实时位置；
所述定位模块用于目标实体与三维模型在混合现实模块中的定位，其包括固定连接的定位光敏模块和定位探针，其中，所述光学定位模块通过追踪所述定位光敏模块，获得所述定位探针的实时位置。


2.根据权利要求1所述的全息透视定位系统，其特征在于，所述校准模块包括固定连接的特征图像模块和校准光敏模块。


3.根据权利要求2所述的全息透视定位系统，其特征在于，所述特征图像模块包括至少一个特征图像。


4.根据权利要求2所述的全息透视定位系统，其特征在于，所述校准光敏模块、定位光敏模块和追踪光敏模块均包括至少三个光敏球。


5.根据权利要求4所述的全息透视定位系统，其特征在于，所述至少三个光敏球处于同一平面且组成的图形面积不小于40cm2。


6.根据权利要求1所述的全息透视定位系统，其特征在于，所述光学定位模块为红外定位设备或电磁定位设备。


7.根据权利要求1-6任一所述的全息透视定位系统的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)规划：重建目标实体的三维模型，生成数据包；
(2)事前准备：将规划模块、光学定位模块、混合现实模块与控制模块连接，并校验所述校准模块；
(3)信息加载：启动所述混合现实模块，控制系统将数据包发送给混合现实模块，使其加载数据包；
(4)配准：通过所述校准模块获得同一空间位置在所述混合现实模块与所述光学定位模块之间的坐标转换矩阵；
(5)追踪：实时追踪目标实体的位置；
(6)定位：将目标实体与三维模型在混合现实模块中进行定位，实现深度融合。


8.根据权利要求7所述的全息透视定位系统的定位方法，其特征在于：所述步骤(1)中，包括在三维模型上预设若干模型定位点。


9.根据权利要求7所述的全息透视定位系统的定位方法，其特征在于：所述步骤(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亮，张嘉伟，韩曼曼，赵泉洲，
申请(专利权)人：常州锦瑟医疗信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32