基于新型标定模型的光学跟踪与深度相机坐标的标定方法技术

本发明专利技术提供一种基于新型标定模型的光学跟踪与深度相机坐标的标定方法，该方法包括提供一带有光学定位标志的棋盘格，将棋盘格放置在光学跟踪设备的有效范围内，并将棋盘格正面朝向深度相机；获得光学标记点的空间位置与姿态，并根据棋盘格上各个拐角点到光学标志点的位置偏移量求出各个拐角点在光学跟踪坐标系中的位置；获取棋盘格的图像信息，提取棋盘格的拐角点坐标，将该拐角点坐标转换到深度相机坐标系；在获得超过三组对应拐角点坐标时计算深度相机坐标系到光学跟踪坐标系的空间变换矩阵，完成标定过程

【技术实现步骤摘要】
基于新型标定模型的光学跟踪与深度相机坐标的标定方法


[0001]本专利技术涉及机器视觉标定
，具体涉及一种基于新型标定模型的光学跟踪与深度相机坐标的标定方法
。

技术介绍

[0002]随着成像技术和立体定位技术的发展，手术导航系统越来越多的应用在骨科，神经外科，耳鼻喉科等外科手术中
。
手术导航系统中一个重要的部分是手术器械的跟踪技术，常用的跟踪技术有光学跟踪，机械跟踪，超声波跟踪，电磁跟踪等，其中光学跟踪是目前手术导航系统中使用的主流跟踪方法
。
光学跟踪采用光学定位标志作为目标，光学定位标志上固定有反光小球，摄像机周围安装红外光源，小球反射的红外光被摄像机获取，便可计算光学定位标志在光学跟踪系统坐标系中的相对空间位置，实时地为手术引导提供所需的位置信息
。
[0003]深度相机是一种获得三维表面点云数据的技术，主流的深度相机主要使用以下三种技术：结构光法，通过激光器发射预先设定的具有一定结构特征的图像，根据拍摄的图像中结构特征的变化计算成深度信息；飞行时间r/>(ToF)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于新型标定模型的光学跟踪与深度相机坐标的标定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：提供一带有光学定位标志的棋盘格，将所述棋盘格放置在光学跟踪设备的有效范围内，并将所述棋盘格正面朝向深度相机；通过光学跟踪系统获得光学标记点的空间位置与姿态，并根据所述棋盘格上各个拐角点到光学标志点的位置偏移量求出各个拐角点在光学跟踪坐标系中的位置；通过深度相机获取所述棋盘格的图像信息，提取所述棋盘格的拐角点坐标，将该拐角点坐标转换到深度相机坐标系；在获得超过三组对应拐角点坐标时计算深度相机坐标系到光学跟踪坐标系的空间变换矩阵，完成标定过程
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光学定位标志为所述棋盘格一侧上角相互固定呈
L
型的三个红外光学敏感小球
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过光学跟踪设备获得光学标记点的空间位置与姿态，包括：通过光学跟踪系统获取3个红外光学敏感小球相对于光学跟踪系统自身坐标系
{O}
的各种空间位置，分布表示为：
p1＝
[x1,y1,z1]
T
，
p2＝
[x2,y2,z2]
T
，
p3＝
[x3,y3,z3]
T
；根据
p1、p2、p3这三点位置，构建
L
型标定架的局部坐标系
{L}
，其中，
X
轴为
X
＝
(p2‑
p1)/||p2‑
p1||
，
Y
轴为
Y
＝
(p3‑
p1)/||p3‑
p1||
，那么
Z
轴可表示为
X
轴和
Y
轴的向量叉乘
Z
＝
X
×
Y
，进而得出坐标系从
{L}
到
{O}
的空间转换坐标系变换矩阵为：
T
L
→
O
＝
[X,Y,Z]。4.
根据权利要求3所述的方法，其特征在于：根据所述
L
型标记架与所述棋盘格标记架的相对位置
p
i
＝
{x1+i
Δ
x,y1+j
Δ
y,
Δ
z}
i
＝1～
7,j
＝1～5，得出所述棋盘格上
K
个内角点在光学跟踪系统坐标系
{O}
下的坐标为：
5.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于：采用
Harris
算法提取棋盘格内的拐角点，使用一个固定窗口在获取到的图像上进行任意方向上的滑动，比较滑动前与滑动后两种情况下窗口中的像素灰度变化程度；若存在任意方向上的滑动都有着较大灰度变化，则认为该窗口中存在角点；设置图像
I
在坐标
(x,y)
灰度变换表述为：
R
＝
∑(I(x+u,y+v)
‑
I(x,y))2，通过对图像灰度函数
I(x,y)...

【专利技术属性】
技术研发人员：温铁祥，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：