脊柱白光三维运动测量方法技术

本发明专利技术公开了一种脊柱白光三维运动测量方法，包括：a、标定图像，对单相机-单投影仪三维测量系统，在光束平差的概念下构造合适的目标函数，建立基于光束平差的三维标定的数学模型和相应三维标定方法，这种新的标定方法首先通过进行标志点亚像素定位和计算绝对相位分布，以亚像素精度确定相机-投影仪的同名点对应关系；b、然后分别对相机和投影仪进行标定，以得到的结果作为三维测量系统参数的初值；c、最后利用新构造的误差函数，将标志点的世界坐标作为附加参量与其他参数向量同时进行优化，实现了对三维测量系统结构参数的精确标定；d、三维重建模型。该脊柱白光三维运动测量方法获得的三维重建模型的稳定性、可靠性和准确性均得到较大提高。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，包括：a、标定图像，对单相机-单投影仪三维测量系统，在光束平差的概念下构造合适的目标函数，建立基于光束平差的三维标定的数学模型和相应三维标定方法，这种新的标定方法首先通过进行标志点亚像素定位和计算绝对相位分布，以亚像素精度确定相机-投影仪的同名点对应关系；b、然后分别对相机和投影仪进行标定，以得到的结果作为三维测量系统参数的初值；c、最后利用新构造的误差函数，将标志点的世界坐标作为附加参量与其他参数向量同时进行优化，实现了对三维测量系统结构参数的精确标定；d、三维重建模型。该获得的三维重建模型的稳定性、可靠性和准确性均得到较大提高。【专利说明】
本专利技术涉及一种对脊柱三维运动数据进行测量的方法，尤其是。
技术介绍
脊柱节段间的三维运动与脊柱外科很多方面都有密切联系。了解脊椎的运动范围对于理解脊柱损伤、脊柱退行性变、脊柱外科手术治疗以及脊柱植入物的生物力学均有重要意义。而鉴于脊柱运动的复杂性，目前尚无一种公认理想的脊柱三维运动测量方法。
技术实现思路
鉴于
技术介绍
存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，该测量方法获得的脊柱三维运动数据的稳定性、可靠性和准确性均得到较大提闻。本专利技术是采取如下技术方案来完成的:，包括:a、标定图像，对单相机-单投影仪三维测量系统，在光束平差的概念下构造合适的目标函数，建立基于光束平差的三维标定的数学模型和相应三维标定方法，这种新的标定方法首先通过进行标志点亚像素定位和计算绝对相位分布，以亚像素精度确定相机-投影仪的同名点对应关系山、然后分别对相机和投影仪进行标定，以得到的结果作为三维测量系统参数的初值；C、最后利用新构造的误差函数，将标志点的世界坐标作为附加参量与其他参数向量同时进行优化，实现了对三维测量系统结构参数的精确标定；d、三维重建模型。本专利技术提供的能够更加稳定、准确和可靠的脊柱三维运动数据，能够用于更加准确和稳定的重建脊柱运动的三维模型。通过上述三维数据和模型，能够更加透彻地了解脊椎的运动范围对于理解脊柱损伤、脊柱退行性变、脊柱外科手术治疗以及脊柱植入物的生物力学具有的重要意义。【专利附图】【附图说明】本专利技术有如下附图:图1为本专利技术提供的相机图像中标志点定位的流程示意图，其中图像a进行了高斯滤波，图像b进行了边缘提取，图像c进行了亚像素边缘定位，图像d进行了椭圆圆心拟合。图2为垂直方向投影条纹序列图。图3为投影仪图像标志点坐标的求解示意图。图4为拟合矩阵图。【具体实施方式】附图表示了本专利技术的技术方案及其实施例，下面再结合附图进一步描述其实施例的各有关细节及其工作原理。本专利技术提供的，包括:a、标定图像，对单相机-单投影仪三维测量系统，在光束平差的概念下构造合适的目标函数，建立基于光束平差的三维标定的数学模型和相应三维标定方法，这种新的标定方法首先通过进行标志点亚像素定位和计算绝对相位分布，以亚像素精度确定相机-投影仪的同名点对应关系；b、然后分别对相机和投影仪进行标定，标定方法可以采用文章“ Zhang S，Huang Peisen S.Novelmethod for structured light system calibration , Optical Engineering，2006, 45(8):083601”中的方法，以得到的结果作为三维测量系统参数的初值；c、最后利用新构造的误差函数，将标志点的世界坐标作为附加参量与其他参数向量同时进行优化，实现了对三维测量系统结构参数的精确标定；d、三维重建模型。如图1所示,上述实施例的步骤b中的标定过程需要一个包含标志点的标祀,标志点的标靶为印有11X9的点阵的平面作为标靶，在标定时，需要获取标志点在相机和投影仪中的对应图像坐标(也就是同名点)，相机图像中标志点的亚像素定位流程如下:相机采集标靶图像后，首先对图像进行高斯滤波，然后对图像作边缘提取以实现标志点的粗定位，最后通过亚像素边缘定位和椭圆圆心拟合实现标志点的精确定位，得到亚像素级的标志点图像坐标。如图2、图3所示，上述实施例的投影仪图像中的对应图像坐标定位是借助相机实现的，其关键在于标志点在相机和投影仪图像中坐标的对应关系，在基于条纹投影的三维测量系统中，这种对应关系是以绝对相位作为特征来确立的，投影仪向标靶投射垂直和水平两个正交方向的相移加变频的序列条纹图，相机采集相应的变形条纹图序列后利用相位解调和广义时间相位展开算法(GTPU)得到每个相机像素的水平和垂直的绝对相位分布图，再通过双线性插值可得对应于m的垂直和水平方向的绝对相位，最后根据投 CI I / T影仪DMD上相位和坐标的对应关系，得到投影仪中同名点的图像坐标:Air其中，垂直方向的序列条纹图从最小条纹周期的最高级次到最大条纹周期的最低级次进行了 4次变频，为了抑制投影仪的非线性效应，对最高级次的条纹进行了 16次相移，对其余的每一级次的条纹进行了 4次相移，得到了精度较高的绝对相位。如图3所示，投影仪图像标志点坐标的求解流程中，是利用双线性插值分别在垂直和水平方向上得到的绝对相位图上对应于‘s位置的绝对相位。假设最高级次的条纹周期为投影仪DMD上零相位点的坐标为则根据相位确定的标志点坐标为【权利要求】1.一种，其特征是:包括:a、标定图像，对单相机-单投影仪三维测量系统，在光束平差的概念下构造合适的目标函数，建立基于光束平差的三维标定的数学模型和相应三维标定方法，这种新的标定方法首先通过进行标志点亚像素定位和计算绝对相位分布，以亚像素精度确定相机-投影仪的同名点对应关系；b、然后分别对相机和投影仪进行标定，以得到的结果作为三维测量系统参数的初值；c、最后利用新构造的误差函数，将标志点的世界坐标作为附加参量与其他参数向量同时进行优化，实现了对三维测量系统结构参数的精确标定；d、三维重建模型。2.根据权利要求1所述的，其特征是:所述步骤b中的标定过程需要一个包含标志点的标靶，在标定时，需要获取标志点在相机和投影仪中的对应图像坐标，相机图像中标志点的亚像素定位流程如下:相机采集标靶图像后，首先对图像进行高斯滤波，然后对图像作边缘提取以实现标志点的粗定位，最后通过亚像素边缘定位和椭圆圆心拟合实现标志点的精确定位，得到亚像素级的标志点图像坐标。3.根据权利要求1或2所述的，其特征是:投影仪图像中的对应图像坐标定位是借助相机实现的，其关键在于标志点在相机和投影仪图像中坐标的对应关系，在基于条纹投影的三维测量系统中，这种对应关系是以绝对相位作为特征来确立的，投影仪向标靶投射垂直和水平两个正交方向的相移加变频的序列条纹图，相机采集相应的变形条纹图序列后利用相位解调和广义时间相位展开算法(GTPU)得到每个相机像素的水平和垂直的绝对相位分布图，再通过双线性插值可得对应于 勺垂直和水平方向的绝对相位)，最后根据投影仪DMD上相位和坐标的对应关系，得到投影仪中同名点的图像坐标:Af。4.根据权利要求2所述的，其特征是:所述包含标志点的标靶为印有11X9的点阵的平面作为标靶。5.根据权利要求3所述的，其特征是:所述垂直方向的序列条纹图从最小条纹周期的最高级次到最大条纹周期的最低级次进行了 4次变频，为了抑制投影仪的非线性效应，对最高级次的条纹进行了 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脊柱白光三维运动测量方法，其特征是：包括：a、标定图像，对单相机?单投影仪三维测量系统，在光束平差的概念下构造合适的目标函数，建立基于光束平差的三维标定的数学模型和相应三维标定方法，这种新的标定方法首先通过进行标志点亚像素定位和计算绝对相位分布，以亚像素精度确定相机?投影仪的同名点对应关系；b、然后分别对相机和投影仪进行标定，以得到的结果作为三维测量系统参数的初值；c、最后利用新构造的误差函数，将标志点的世界坐标作为附加参量与其他参数向量同时进行优化，实现了对三维测量系统结构参数的精确标定；d、三维重建模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王向阳，李耀，沈中海，夏冬冬，林胜磊，
申请(专利权)人：王向阳，
类型：发明
国别省市：