【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及口腔检查，具体为一种导航式口扫仪标定装置与标定方法。
技术介绍
1、口扫技术通过三维结构光获得患者口腔的数字印模，是一种口腔临床中广泛使用的数字化解决方案。在口扫过程中，口扫仪相机持续采集被测物体表面的点云数据，使用自带的加速度计、陀螺仪等记录口扫仪的运动姿态，以此校正各笔点云数据的位置，并将数据进行拼接，最终重建得到被测物体的三维表面模型。
2、影像导航式手术使用光学定位相机，实时侦测附有定位标记物的患者与手术器械的相对位置关系，并将二者的相对位置关系映射于图像空间，从而辅助医生实施精准手术。
3、因为影像导航中的光学定位相机坐标系与口扫仪相机的坐标系不连通，光学定位相机无法获知口扫获得的三维模型在空间中的真实位置，需要进行额外的影像配准操作才能将口扫数据用于影像导航。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供导航式口扫仪的标定方法，以解决上述
技术介绍
中提出的目前在影像导航中的光学定位相机坐标系与口扫仪相机的坐标系不连通，光学定位相机无法获知口扫获得的三维模型在空间中的真实位置，需要进行额外的影像配准操作才能将口扫数据用于影像导航的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种导航式口扫仪标定装置，包括：
3、标定工装，其为用于口腔扫描的规则几何体，其上附有若干与探针尖端匹配的凹槽点；
4、光学探针，光学探针上附有若干反光标记物；以至少3个反光标记物中心点建立探针局部坐标系fprobe，探针
5、光学定位相机；以光学定位相机为原点建立坐标系系fcamera，通过捕捉所述光学探针上附有的反光标记物的方式得到探针的实时位姿，即获知相机坐标系fcamera至fprobe的转换关系，进而确定探针尖端点在fcamera下的坐标值；
6、光学参考阵列，其上附有若干反光标记物，反光标记物构成光学参考阵列的局部坐标系fdrf；
7、与所述光学参考阵列刚性连接的口扫仪；口扫仪用于获取待测物体表面点云pset在口扫仪内部相机坐标系fscanner下的坐标值。
8、一种导航式口扫仪的标定方法，使用了上述的一种导航式口扫仪标定装置，包括以下步骤：
9、步骤s1：标定工装定位；将所述光学探针的尖端置于所述标定工装的凹槽点内，获得此时fcamera至fprobe的4x4转换矩阵tcameratoprobe，则凹槽点在fcamera下的坐标值p可以通过下式得到：
10、
11、通过上述方式分别得到凹槽点a、b、c、d在fcamera下坐标值，构成的有序点集，记为p_dst；取得标定工装的三维表面模型数据，并取得表面模型上各凹槽点a、b、c、d在三维图像坐标系fmodel中的坐标值，a、b、c、d各点在fmodel下的坐标值构成的有序点集记为p_src；计算p_src移动至p_dst的刚体转换矩阵，记为tcameratomodel；将tcameratomodel应用于三维模型fmodel中，即对于原模型上每一个点的坐标值pi，其新坐标值p′i的计算方式为：
12、
13、进行上述移动后，工装三维模型与fmodel的相对位置关系将会符合现实空间中工装实物与fcamera的相对位置关系，即完成了虚拟定位相机空间的构建；
14、步骤s2：口扫仪点云、位姿数据采集与特征点标记；具体包括：
15、1)使用口扫仪对标定工装进行扫描；在扫描过程中，口扫仪每采集一笔点云数据，光学定位相机就记录当前时刻fcamera至口扫仪参考阵列坐标系局部坐标系fdrf转换矩阵；口扫仪记录各时刻自身的姿态变化，即在拼接点云数据所得的口扫重建空间中，重建空间坐标系freconstruct至各时刻口扫仪内部相机坐标系fscanner的转换矩阵为已知值。
16、2)记口扫仪采集得到点云数据1、2、3…的时刻，fcamera至fdre的转换矩阵分别为t1、t2、t3…，freconstruct至fscanner的转换矩阵分别为t’1、t’2、t’3...
17、3)在口扫重建空间模型上手动标记得到凹槽点a、b、c、d在freconstruct下的坐标值，记坐标值构成的有序点集为p_src_reconstruct；
18、步骤s3：计算口扫仪导航内参矩阵；
19、1)计算点集p_src_reconstruct至点集p_dst的刚体转换矩阵，记为tcameratoreconstruct；
20、2)在freconstruct空间下，使用tcameratoreconstruct移动口扫重建与各fscanner局部坐标系，即对于口扫重建与各fscanner坐标轴上每一个点的坐标值si，其新坐标值s′i的计算方式为：
21、
22、此时口扫重建空间与虚拟定位相机空间完成融合，得到的虚拟相机空间，该虚拟相机空间即现实空间的完整映射；
23、作为一种优选的技术方案，步骤s3中，fcamera至各fscanner的转换矩阵分别记为t″1、t″2、t″3…，通过以下公式计算：
24、t″1＝tcameratoreconstruct·t′1
25、t″2＝tcameratoreconstruct·t′2
26、t″3＝tcameratoreconstruct·t′3
27、
28、记fdrf下，fcamera的原点的坐标值分别为d1，d2，d3…，其计算方式为：
29、
30、记d1，d2，d3…构成的有序点集为p1；
31、记fscanner下，fcamera的原点的坐标值分别为d′1，d′2，d′3...，通过以下公式计算：
32、
33、记d′1，d′2，d′3…构成的有序点集为p2；
34、计算p2至p1的刚体转换矩阵，该矩阵即为口扫仪导航内参矩阵tintrinsic。
35、作为一种优选的技术方案，在求解得到口扫仪导航内参矩阵tintrinsic的情况下，得到某时刻待测物体表面点云在口扫仪内部相机坐标系fscanner下的坐标为pset，以及此时fcamera至fdrf的转换矩阵tcameratodrf，则该点云在fcamera下的坐标pset’可以通过如下方式计算:
36、
37、其中[i]表示点集中的第i个点的坐标值。
38、作为一种优选的技术方案，步骤s1中，使用vtk函数库提供的vtklandmarktransform方法，计算p_src移动至p_dst的刚体转换矩阵tcameratomodel。
39、作为一种优选的技术方案，步骤s3中，使用vtk函数库提供的vtklandmarktransform方法，计算点集p_src_reconstruct至点本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种导航式口扫仪标定装置，其特征在于，包括：
2.一种导航式口扫仪的标定方法，使用了如上述权利要求1所述的一种导航式口扫仪标定装置，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的导航式口扫仪的标定方法，其特征在于，所述步骤S3中，Fcamera至各Fscanner的转换矩阵分别记为T″1、T″2、T″3...，通过以下公式计算：
4.根据权利要求1所述的导航式口扫仪的标定方法，其特征在于，在求解得到口扫仪导航内参矩阵Tintrinsic的情况下，得到某时刻待测物体表面点云在口扫仪内部相机坐标系Fscanner下的坐标为Pset，以及此时Fcamera至FDRF的转换矩阵TcameraToDRF，则该点云在Fcamera下的坐标Pset’可以通过如下方式计算：
5.根据权利要求4所述的导航式口扫仪的标定方法，其特征在于，在所述步骤S1中，使用VTK函数库提供的vtkLandmarkTransform方法，计算P_src移动至P_dst的刚体转换矩阵TcameraToModel。
6.根据权利要求4所述的导航式口扫
...【技术特征摘要】
1.一种导航式口扫仪标定装置，其特征在于，包括：
2.一种导航式口扫仪的标定方法，使用了如上述权利要求1所述的一种导航式口扫仪标定装置，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的导航式口扫仪的标定方法，其特征在于，所述步骤s3中，fcamera至各fscanner的转换矩阵分别记为t″1、t″2、t″3...，通过以下公式计算：
4.根据权利要求1所述的导航式口扫仪的标定方法，其特征在于，在求解得到口扫仪导航内参矩阵tintrinsic的情况下，得到某时刻待测物体表面点云在口扫仪内部相机坐标系fscanner下的坐标为pset，以及此时fcamera至fdr...
【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：
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