本發(fā)明涉及醫(yī)療器械,特別是涉及一種光學(xué)定位儀的驗(yàn)證裝置和方法。
背景技術(shù):
1、在目前的導(dǎo)航手術(shù)或治療中,一般采用光學(xué)雙目立體視覺定位儀對機(jī)械臂以及患者患病部位進(jìn)行定位和跟蹤。為保證導(dǎo)航系統(tǒng)的準(zhǔn)確定位,光學(xué)雙目立體視覺定位儀在進(jìn)行手術(shù)或治療之前必須經(jīng)過標(biāo)定。即需要分別對左右兩個攝像機(jī)進(jìn)行內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)的標(biāo)定,這些內(nèi)部參數(shù)和外部參數(shù)對后續(xù)的立體匹配和三維重建至關(guān)重要,標(biāo)定的精度直接影響手術(shù)的準(zhǔn)確性和安全性。因此,光學(xué)定位儀在標(biāo)定完成以后,需要驗(yàn)證標(biāo)定的正確性和準(zhǔn)確度,但如果采用與標(biāo)定相同的方法進(jìn)行驗(yàn)證,可能會發(fā)生過擬合現(xiàn)象,即雖然驗(yàn)證得出的誤差很小,但是使用此標(biāo)定參數(shù)計算得到的視差圖像卻不準(zhǔn)確。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷,本發(fā)明的目的是提供一種光學(xué)定位儀的驗(yàn)證裝置和方法,其驗(yàn)證的準(zhǔn)確性高,驗(yàn)證過程簡單,容易操作。
2、本發(fā)明的一方面提供了一種光學(xué)定位儀的驗(yàn)證裝置,包括基座、第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、及第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)于所述基座上,所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接光學(xué)定位儀,所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接驗(yàn)證工裝;所述驗(yàn)證工裝上設(shè)有光學(xué)指示點(diǎn),所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠相對運(yùn)動。
3、在一個實(shí)施例中,所述基座上設(shè)有滑軌,所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和/或所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接于所述滑軌連接于所述滑軌。
4、在一個實(shí)施例中,所述光學(xué)定位儀的驗(yàn)證裝置,還包括驅(qū)動電機(jī),所述驅(qū)動電機(jī)用于驅(qū)動所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和/或所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動。
5、在一個實(shí)施例中,所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)于所述滑軌所在的直線上。
6、在一個實(shí)施例中,所述光學(xué)定位儀的驗(yàn)證裝置,還包括處理單元,所述處理單元用于控制所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動和/或所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動。
7、在一個實(shí)施例中,所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括第一水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和第一俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
8、在一個實(shí)施例中,所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括第二水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和第二俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
9、在一個實(shí)施例中,所述基座包括固定連接的基座水平桿和基座立桿,所述基座立桿上設(shè)有限位件,所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)連接長管,所述長管穿過所述限位件,且沿平行于所述基座水平桿的方向運(yùn)動。
10、在一個實(shí)施例中,所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括固定連接的第二旋轉(zhuǎn)固定座和支撐架,所述第二旋轉(zhuǎn)固定座連接于所述第二水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),所述長管連接于所述支撐架。
11、在一個實(shí)施例中,所述光學(xué)指示點(diǎn)可以為反光體或發(fā)光體,用于被光學(xué)定位儀識別。
12、在一個實(shí)施例中,所述光學(xué)指示點(diǎn)為反光圓點(diǎn)。
13、在一個實(shí)施例中,所述光學(xué)指示點(diǎn)為發(fā)光光源。
14、在一個實(shí)施例中,所述光學(xué)指示點(diǎn)包括至少兩個特征點(diǎn)或特征區(qū)域。
15、在一個實(shí)施例中,所述驗(yàn)證工裝上設(shè)有光源和遮光板,所述遮光板上設(shè)有透光孔,所述遮光板朝向光學(xué)定位儀的一側(cè)。
16、在一個實(shí)施例中,所述驗(yàn)證工裝上設(shè)有至少兩個特征區(qū)域,每個特征區(qū)域包括至少三個光學(xué)指示點(diǎn)。
17、在一個實(shí)施例中,所述驗(yàn)證工裝至少兩個特征點(diǎn),每個特征點(diǎn)包括至少一個光學(xué)指示點(diǎn)。
18、在一個實(shí)施例中,所述處理單元將指令下達(dá)至所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)或/和所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu),并控制所述第一驅(qū)動機(jī)構(gòu)或/和所述第二驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動。
19、在一個實(shí)施例中,所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行朝向上、下、左、右兩個方向的轉(zhuǎn)動,所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行朝向上、下、左、右四個方向的轉(zhuǎn)動。
20、在一個實(shí)施例中,所述第一旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和/或所述第二旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能夠沿所述滑軌運(yùn)動。
21、本發(fā)明的另一方面提供了一種光學(xué)定位儀的驗(yàn)證方法,包括以下步驟:
22、s1、在光學(xué)定位儀與驗(yàn)證工裝處于至少兩個不同相對位置時,獲取光學(xué)定位儀拍攝的包含有驗(yàn)證工裝上光學(xué)指示點(diǎn)的多組圖像;利用雙目視覺原理,計算出每組圖像上的特征點(diǎn)或者特征區(qū)域的位置信息;
23、s2、對比每組圖像上的特征點(diǎn)或者特征區(qū)域的位置信息與驗(yàn)證工裝上特征點(diǎn)或特征區(qū)域的實(shí)際位置信息,計算差值。
24、在一個實(shí)施例中,步驟s1中還包括以下步驟:
25、s1-1:在光學(xué)定位儀與驗(yàn)證工裝處于第一相對位置時,轉(zhuǎn)動光學(xué)定位儀,得到在該第一相對位置時的最大邊緣角度范圍,在該第一相對位置的最大邊緣角度范圍內(nèi),轉(zhuǎn)動光學(xué)定位儀和/或驗(yàn)證工裝,獲取光學(xué)定位儀在該第一相對位置時的多組圖像;
26、s1-2:改變光學(xué)定位儀與驗(yàn)證工裝的相對位置至光學(xué)定位儀與驗(yàn)證工裝處于第二相對位置,轉(zhuǎn)動光學(xué)定位儀,得到在該第二相對位置時的最大邊緣角度,在該第二相對位置的最大邊緣角度范圍內(nèi),轉(zhuǎn)動光學(xué)定位儀和/或驗(yàn)證工裝,獲取光學(xué)定位儀與驗(yàn)證工裝在該第二相對位置時的多組圖像。
27、在一個實(shí)施例中,步驟s1-1和/或步驟s1-2中,最大邊緣角度為光學(xué)定位儀在朝向不同方向轉(zhuǎn)動時其左相機(jī)和右相機(jī)同時可觀察到驗(yàn)證工裝的最大角度范圍。
28、在一個實(shí)施例中,步驟s1-1和/或步驟s1-2中,最大邊緣角度范圍為光學(xué)定位儀朝向至少四個不同方向時的最大邊緣角度以內(nèi)的范圍。
29、在一個實(shí)施例中,步驟s1-1和/或步驟s1-2中還包括規(guī)劃光學(xué)定位儀的轉(zhuǎn)動路徑,使驗(yàn)證工裝上的特征點(diǎn)或特征區(qū)域在多組圖像中大致覆蓋。
30、在一個實(shí)施例中,步驟s1-1和步驟s1-2中獲取的多組圖像,每組圖像包括由光學(xué)定位儀的左右兩個相機(jī)拍攝的兩張圖像。
31、在一個實(shí)施例中,步驟s1每組圖像上的特征點(diǎn)或者特征區(qū)域的位置信息為其在空間坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。
32、在一個實(shí)施例中,步驟s1中每組圖像上的特征點(diǎn)或者特征區(qū)域的位置信息,為每組圖像上不同特征點(diǎn)或特征區(qū)域之間的距離。
33、在一個實(shí)施例中,步驟s1中還包括以下步驟:
34、s1-3:提取每組圖像上每個特征點(diǎn)或特征區(qū)域的二維坐標(biāo),利用雙目視覺原理,得到每個特征點(diǎn)或特征區(qū)域在空間坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo);
35、s1-4:計算不同的特征點(diǎn)或特征區(qū)域的距離。
36、在一個實(shí)施例中,所述差值可以用平均差、標(biāo)準(zhǔn)差、方差中的一種或幾種的組合表示。
37、在一個實(shí)施例中,所述差值大于或等于閾值時,判定光學(xué)定位儀標(biāo)定誤差過大。
38、在一個實(shí)施例中,所述差值小于閾值時,判定光學(xué)定位儀標(biāo)定合格。
39、在一個實(shí)施例中,光學(xué)定位儀的驗(yàn)證方法,還包括步驟s3:根據(jù)差值呈現(xiàn)可視化圖像。
40、在一個實(shí)施例中,在可視化圖像中,每個點(diǎn)的位置為驗(yàn)證工裝上特征點(diǎn)或特征區(qū)域的中心位置,差值大于或等于閾值時與差值小于閾值時其在可視化圖像中的顏色不同。
41、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供的光學(xué)定位儀的驗(yàn)證裝置和方法,通過光學(xué)定位儀和驗(yàn)證工裝的在基座上的相對運(yùn)動,能夠快速獲得在光學(xué)定位儀和驗(yàn)證工裝處于不同相對位置時的多組圖像,得到驗(yàn)證工裝上的特征點(diǎn)或特征區(qū)域的位置信息,最后獲得該位置信息的差值,從而判斷光學(xué)定位儀的標(biāo)定是否準(zhǔn)確。本發(fā)明的操作簡單,效率高、準(zhǔn)確性和可靠性高,避免了過擬合現(xiàn)象的發(fā)生。在差值以可視化圖像呈現(xiàn)時,便于更直觀地觀察。