一种反光标记物的可用性检验方法技术

本发明专利技术涉及光学定位技术领域，尤其涉及一种反光标记物的可用性检验方法，包括如下步骤：采集4个反光标记物在相机坐标系下的坐标值，得到有序点集Pset_1，以及单独某个反光标记物在相机坐标系下的坐标值P_1、P_2、P_3、P_4；点集Pset_1的几何中心构成有序点集Pset_2，利用点集Pset_2拟合一空间球面，得到空间球面的球心C，整理Pset_1中各点与球心C的距离中最接近P_1、P_2、P_3、P_4与球心C距离的数列，计算数列的中各坐标与其平均值的最大绝对差值；通过最大绝对差值进行反光标记物可用性判断。本发明专利技术通过量化检验参考阵列上各反光标记物的可用性，相比肉眼检查更为可靠；相比成像圆度/亮度进行评估更具有参考价值。亮度进行评估更具有参考价值。亮度进行评估更具有参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种反光标记物的可用性检验方法


[0001]本专利技术涉及光学定位
，尤其涉及一种反光标记物的可用性检验方法。

技术介绍

[0002]常用的反光标记物为带有反光涂层的反光球或圆形反光片，理想情况下，其在相机的成像呈椭圆形，可以通过拟合椭圆形中心的方式计算出反光标记物中心的空间坐标。但是当反光标记物存在不规则形变，或反光涂层有缺陷时(长期使用导致的表面磨损)，其在相机的成像就会存在畸变，由此计算得到的反光标记物中心空间坐标偏离真实值，最终导致导航式手术工具的定位不准，如图7和8所示。
[0003]现有技术的缺点：
[0004]1.用于临床的反光标记物往往通过一次性使用的方式，避免重复使用造成的磨损，以确保每一个反光标记物在手术中均处于最佳状态
‑‑
缺点：浪费，增加了手术成本。
[0005]2.在日常研发测试中通过目测反光标记物表面清洁程度的方式判断是否需要更换
‑‑
缺点：部分表面缺陷难以通过肉眼发现，增加了系统精度不及预期时排查问题的复杂度。
[0006]3.已公开专利CN202211182038.6通过检测反光标记物光斑圆度与亮度的方式评估其质量
‑‑
缺点：反光标记物光斑圆度/亮度会影像其定位的准确性，但是二者的因果关系难以量化，可能存在圆度/亮度低于设定阈值，但是定位准确性符合要求的情况。为此，我们提出一种反光标记物的可用性检验方法。

技术实现思路

[0007]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种反光标记物的可用性检验方法，量化检验参考阵列上各反光标记物的可用性，相比肉眼检查更为可靠；通过实际检验反光标记物的定位重复性评估其可用性，相比使用其成像圆度/亮度进行评估，对于系统使用者而言，更具有参考价值；解决了现有技术中通过肉眼检查不可靠和反光标记物光斑圆度与亮度的方式检查准确性差的问题。
[0008]本专利技术提供如下技术方案：一种反光标记物的可用性检验方法，包括如下步骤：
[0009]S1、数据采集，将待检验光学参考阵列与标定探针固定，置于双目相机视野范围内，探针头抵于标定块凹槽，以探针头球心为中心摇动探针杆，并采集4个反光标记物在相机坐标系下的坐标值，得到有序点集Pset_1，以及单独某个反光标记物在相机坐标系下的坐标值P_1、P_2、P_3、P_4；
[0010]S2、数据处理，计算Pset_1中，各个时刻采集到的反光标记物的几何中心，该几何中心构成有序点集Pset_2，利用点集Pset_2，应用最小二乘法拟合一空间球面，得到空间球面的球心C；
[0011]整理Pset_1中各点与球心C的距离中最接近P_1、P_2、P_3、P_4与球心C距离的数列D_1、D_2、D_3、D_4，计算数列的中各坐标与其平均值的最大绝对差值；
[0012]S3、反光标记物可用性判断，最大绝对差值若大于精度阈值，则说明反光标记物存在不可忽略的缺陷，应当予以更换，反之，则无需更换。
[0013]优选的，所述步骤S1中，以探针头球心为中心摇动探针杆，每隔固定时间间隔t，采集各反光标记物在相机坐标系下的坐标值，确保每次采集都包含4个点坐标，若某反光标记物不可见，则放弃该时刻的坐标采集，直至采集100组数据，即400个坐标值，采集到的所有点坐标记为有序点集Pset_1。
[0014]优选的，所述步骤S1中，遮挡反光标记物2、3、4，只留标记物1对相机可见，采集标记物1在相机坐标系下的坐标值，记为P_1；
[0015]遮挡反光标记物1、3、4，只留标记物2对相机可见，采集标记物2在相机坐标系下的坐标值，记为P_2；
[0016]遮挡反光标记物1、2、4，只留标记物3对相机可见，采集标记物3在相机坐标系下的坐标值，记为P_3；
[0017]遮挡反光标记物1、2、3，只留标记物4对相机可见，采集标记物4在相机坐标系下的坐标值，记为P_4。
[0018]优选的，所述步骤S2中，计算Pset_1中，各个时刻采集到的反光标记物的几何中心记为c
k
，k＝1,2,3
…
100，下式中p
i
表示Pset_1中的第i个点，c
k
构成有序点集Pset_2；
[0019][0020]利用点集Pset_2，应用最小二乘法拟合一空间球面，得到空间球面的球心，记为点C。
[0021]优选的，所述步骤S2中，计算P_1、P_2、P_3、P_4至点C的距离，记为d_1、d_2、d_3、d_4；
[0022]计算Pset_1中各点与C的距离，所有距离构成数列A；
[0023]整理A中数值最接近d_1的100个元素，构成数列D_1；
[0024]整理A中数值最接近d_2的100个元素，构成数列D_2；
[0025]整理A中数值最接近d_3的100个元素，构成数列D_3；
[0026]整理A中数值最接近d_4的100个元素，构成数列D_4；
[0027]计算D_1的平均值记为avg_1，计算D_1中每一个元素与avg_1差值的绝对值，其中最大的绝对值为r_1；
[0028]计算D_2的平均值记为avg_2，计算D_2中每一个元素与avg_2差值的绝对值，其中最大的绝对值为r_2；
[0029]计算D_3的平均值记为avg_3，计算D_3中每一个元素与avg_3差值的绝对值，其中最大的绝对值为r_3；
[0030]计算D_4的平均值记为avg_4，计算D_4中每一个元素与avg_4差值的绝对值，其中最大的绝对值为r_4。
[0031]优选的，所述步骤S3中，使用者根据实际使用需求选定一精度阈值R，对于数列D_i中，i＝1，2，3，4，若其r_i>R，说明反光标记物i存在不可忽略的缺陷，应当予以更换；反之，则无需更换。
[0032]本专利技术提供了一种反光标记物的可用性检验方法，通过量化检验参考阵列上各反光标记物的可用性，相比肉眼检查更为可靠；通过实际检验反光标记物的定位重复性评估其可用性，相比使用其成像圆度/亮度进行评估，对于系统使用者而言，更具有参考价值；使用者全程只需摇动探针与依序遮挡标记物，操作简单；临床使用过的反光标记物经过消毒，若能够通过上述可用性测试，说明依然堪用，从而减少一次性使用导致的浪费。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例中数据采集示意图；
[0034]图2为本专利技术实施例中光学参考阵列示意图；
[0035]图3为本专利技术实施例中标定探针示意图；
[0036]图4为本专利技术实施例中标定块示意图；
[0037]图5为双目定位原理图；
[0038]图6为导航式双肩骨刀的导航原理示意图；
[0039]图7为理想情况下导航式手术工具的定位示意图；
[0040]图8为反光标记物缺陷导致导航式手术工具定位不准示意图。
具体实施方式
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反光标记物的可用性检验方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、数据采集，将待检验光学参考阵列与标定探针固定，置于双目相机视野范围内，探针头抵于标定块凹槽，以探针头球心为中心摇动探针杆，并采集4个反光标记物在相机坐标系下的坐标值，得到有序点集Pset_1，以及单独某个反光标记物在相机坐标系下的坐标值P_1、P_2、P_3、P_4；S2、数据处理，计算Pset_1中，各个时刻采集到的反光标记物的几何中心，该几何中心构成有序点集Pset_2，利用点集Pset_2，应用最小二乘法拟合一空间球面，得到空间球面的球心C；整理Pset_1中各点与球心C的距离中最接近P_1、P_2、P_3、P_4与球心C距离的数列D_1、D_2、D_3、D_4，计算数列的中各坐标与其平均值的最大绝对差值；S3、反光标记物可用性判断，最大绝对差值若大于精度阈值，则说明反光标记物存在不可忽略的缺陷，应当予以更换，反之，则无需更换。2.根据权利要求1所述的一种反光标记物的可用性检验方法，其特征在于：所述步骤S1中，以探针头球心为中心摇动探针杆，每隔固定时间间隔t，采集各反光标记物在相机坐标系下的坐标值，确保每次采集都包含4个点坐标，若某反光标记物不可见，则放弃该时刻的坐标采集，直至采集100组数据，即400个坐标值，采集到的所有点坐标记为有序点集Pset_1。3.根据权利要求2所述的一种反光标记物的可用性检验方法，其特征在于：所述步骤S1中，遮挡反光标记物2、3、4，只留标记物1对相机可见，采集标记物1在相机坐标系下的坐标值，记为P_1；遮挡反光标记物1、3、4，只留标记物2对相机可见，采集标记物2在相机坐标系下的坐标值，记为P_2；遮挡反光标记物1、2、4，只留标记物3对相机可见，采集标记物3在相机坐标系下的坐标值，记为P_3；遮挡反光标记物1、2、3，只留标记物4对相机可见，采集标记物4在相机坐标系下的坐标值，记...

【专利技术属性】
技术研发人员：周再望，黄志俊，刘金勇，钱坤，
申请(专利权)人：杭州柳叶刀机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：