【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及显微镜标定，具体为一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法。
技术介绍
1、牙科手术显微镜变倍体变倍比1：6.45，显微镜焦距200-550mm，光源物面照度6万以上等特点，在牙科根管治疗手术中被广泛使用。和标准光学镜头不同的是，牙科手术显微镜具有很高的放大倍率和很小的景深，当物体表面和显微镜角度较大时，就会出现相机失焦，图像模糊的情况。目前主流的相机标定算法都需要从不同角度拍摄标定板或需要标定板和显微镜有较大的夹角，来获取更多的几何信息，所以这些方法都不适用于景深小的牙科手术显微镜系统。
2、目前主流的三种相机标定方法：
3、（1）张正友标定方法，这是一种利用图片间的单应矩阵线性解出除畸变系数外所有参数的标定方法。
4、（2）tsai算法，也叫两步法。假设图片只受径向畸变影响，也就是假设只在和相机成像面垂直的方向上存在畸变，据此建立相机内外参的线性方程组，进而通过最小二乘法解出所有参数。此方法标定快速，且精确度高，并且只需要拍摄一幅图片；
5、（3）基于射影几何原理的标定方法：a.基于特征点间极线几何关系的自标定方法，这种方法需要匹配图片间物体的特征点，并且解析它们的基础矩阵以建立关于相机内外参的方程；b.guillou等利用消隐点标定相机；miyagawa等使用一维标定物通过一幅图像标定相机。
6、张正友标定方法求出的相机参数虽然精度高且稳定，但是要得到图片之间的单应矩阵关系，至少要从角度明显不同的位置拍摄两幅图片，不适用于景深小的牙科显微镜系统，tsai
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，能够有效的解决了标定板与显微镜之间存在倾斜角，导致参数不准，进而影响标定的准确性，提高了三维重构方法的速度，降低了显微镜中获取图像序列的复杂度，提高了三维重构的整体效率，还原的物体三维数据与真实尺寸信息接近，使得显微镜在使用时能够准确的还原出牙齿的点云数据，然后与cbct的数据进行配准融合，实现手术规划导航功能，解决了上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，包括以下步骤：
3、s1：首先将标定板放置在显微镜下方，保证标定板与显微镜的平行，拍摄标定板的图片，并从所拍摄的标定板图片上读取坐标；
4、s2：根据从图片上读取的坐标计算平移量和成像坐标系的原点的像素坐标，根据像素坐标计算得到旋转矩阵；
5、s3：计算中间变量，并测量出显微镜的焦距，结合高斯成像模型计算出透镜物距和透镜像距；
6、s4：利用已知的参数计算出标定点在没有旋转时的像素坐标，并利用计算得出的像素坐标和真实图片坐标计算出旋转角；
7、s5：计算系统放大率和径向畸变参数，根据系统放大率、旋转角和径向畸变参数，计算得到显微镜的标定值；
8、s6：对显微镜的标定值进行优化得到三维点云模型，根据三维点云模型得到显微镜双目重建的点云数据；
9、s7：通过pcrnet模型对显微镜双目重建的点云数据与cbct数据进行配准融合。
10、优选的，所述根据像素坐标计算得到旋转矩阵，计算公式如下：
11、令，
12、其中，代表接近0°的旋转角和，由
13、=，
14、其中，=/，=/，
15、将标定板与显微镜相对平行方式放置，得到：
16、=，
17、上述公式中，为旋转矩阵，为像素高，为像素宽，γ为像素点在坐标（，）方向上尺度的偏差，为焦距。
18、优选的，所述计算平移量，计算公式如下：
19、，
20、=，
21、上述公式中，为平移矩阵，，，为平移量，为标定板的真实坐标，为标定板中一点在相机坐标系中的坐标；
22、当
23、=时，
24、相机坐标系中的点投影到成像面坐标为：
25、，
26、在没有考虑到畸变对图像的影响时，引入畸变，由于显微镜透镜有畸变，需要对畸变进行校正，计算公式如下：
27、，
28、上述公式中，和为径向畸变的前两个畸变参数，和为被畸变后的成像坐标，为图像像素点到图像中心点的距离，和为相机坐标系中的点投影到成像面坐标，，即成像面坐标和像素坐标之间的关系可以表示成如下：
29、，
30、上述公式中，和表示成像坐标系的原点的像素坐标，和为像素坐标；
31、以像素为单位，焦距可以表示为：
32、，
33、为水平等效焦距，为垂直等效焦距；
34、由此可得到：
35、，
36、令，计算得到
37、(+)+(-)+=，
38、上述公式中，为矩阵，当矩阵求出后，平移量和的计算公式如下：
39、。
40、优选的，所述成像坐标系原点在像素坐标系对应的像素坐标，计算公式如下：
41、。
42、优选的，所述利用高斯成像定理求旋转角，计算公式如下：
43、，
44、上述公式中，为透镜物距，为透镜像距；
45、当引入中间变量后，旋转角的计算公式如下：
46、，
47、结合当棋盘格旋转角度、接近0时旋转矩阵的计算公式、平移量计算公式、相机坐标系中的点投影到成像面坐标公式和高斯成像定理公式可得到：
48、。
49、优选的，所述计算系统放大率，计算公式如下：
50、=<msup><mrow><mi>(</mi><msub><mi>x</mi><mi>p</mi></msub><mi>-</mi><msub><mi>c</mi><mi>x</mi></msub><mi>)</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mi>(</mi><msub><mi>y</mi>&本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：所述根据像素坐标计算得到旋转矩阵，计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：所述计算平移量，计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：所述成像坐标系原点在像素坐标系对应的像素坐标，计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：所述计算系统放大率，计算公式如下：
7.根据权利要求3所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：根据径向畸变的前两个畸变参数求解畸变系数，计算公式如下：
8.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：对显微镜的标定值进行优化得到三维点云模型，具体包括：
9.根据权利要求
10.根据权利要求9所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：利用所述优化算法通过迭代方式对显微镜标定参数和三维点进行优化，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：所述根据像素坐标计算得到旋转矩阵，计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：所述计算平移量，计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：所述成像坐标系原点在像素坐标系对应的像素坐标，计算公式如下：
5.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种精确度高的牙科手术显微镜...
【专利技术属性】
技术研发人员：季重阳，徐清平，刘向蕾，陶波，刘运辉，李晓文，
申请(专利权)人：苏州西默医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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