[发明专利]一种全自动双目内窥镜的标定方法及标定系统

说明书

技术领域

本发明属于内窥镜标定技术领域，特别涉及一种全自动双目内窥镜的标定方法及标定系统。

背景技术

在内窥镜的发展中，由于简单的二维影像不能够提供足够的信息，因此三维内窥镜迅速发展起来。在三维内窥镜中，可以分为虚拟现实式和光学式两种，其中，光学式三维内窥镜已经广泛应用到工业测量及医疗领域。在光学式三维内窥镜中，内窥镜系统的标定是必不可少的，标定系统的精度和方便程度都会大大影响到三维测量系统的可用性和精确性。由于内窥镜镜头相对于普通摄像机镜头的焦距以及可视范围小得多，普通标定方法的精度及可操作性难以用于内窥镜系统的标定。

现有技术中，基于摄像机的工作原理可以把内窥镜的标定方法划分为立体标定式和平面靶标式。其中，立体标定式是通过拍摄一张已知三维标定物的图像来标定摄像机。该方法仅需一张图片来进行标定，但是需要制作高精度的三维标定物，由于内窥镜镜头的视场较小，制作尺寸极小的三维标定物比较困难且较昂贵。平面靶标式是通过拍摄多张平面靶标在不同距离不同角度的图像来完成标定，该方法无需高精度的标定物以及精密复杂的设备，仅需将打印的平面靶标图像贴在平板上，在摄像机前摆放多个姿势即可完成标定。同样的，由于内窥镜视场较小，因此在保证两个内窥镜摄像机能够拍摄到的前提下，尽量摆放多个姿势较为困难，同时由于是手动调整靶标姿势，每次拍摄时由于抖动以及平板的平面度较差等，难以保证靶标平面的稳定性，标定精度低且速度慢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全自动双目内窥镜的标定方法，旨在通过简单的设备快速、准确的完成双目内窥镜的标定。

本发明是这样实现的，一种全自动双目内窥镜的标定方法，包括下述步骤：

根据待标定内窥镜的视场范围生成多个平面靶标的姿势，并将所述姿势记录到单片机；

将所述平面靶标置于角动仪上，通过所述单片机驱动所述角动仪调整到预定姿势，同时驱动所述内窥镜拍摄所述平面靶标，获取所述平面靶标在不同姿势下的图片；

通过所述图片对所述内窥镜进行标定，且使标定精度达到预设的精度要求。

优选的，所述根据待标定内窥镜的视场范围生成多个平面靶标的姿势的步骤具体为：

（1）、获取内窥镜的视场范围，包括可用的位置范围和角度范围，选取跨度较大的维度信息作为待测m维空间，其余维则取区间中点作为空间参数，其中，2≤m≤6；

（2）、将所述m维空间均匀划分为2n个区间，然后在其中随机抽取n个区间，计算任意两区间的中心点间的距离，其中，n为正整数；

（3）、判断所述距离是否大于预定阈值，是则进行第（4）步，否则重新进行第（2）步；

（4）、确定n个区间中每个区间的中心点为所述平面靶标的姿势，并计算不同姿势间的相对位置关系，生成运动参数并写入所述单片机。

本发明的另一目的在于提供一种全自动双目内窥镜的标定系统，包括：

作为标定物的平面靶标，以及

角动仪，用于承载所述平面靶标并改变所述平面靶标的姿势，

单片机，与所述角动仪及内窥镜连接，用于预存所述姿势并控制所述角动仪调节到预设的姿势，同时驱动内窥镜对所述平面靶标进行拍摄；

标定单元，与所述单片机和内窥镜连接，用于生成所述平面靶标的姿势并写入单片机，并根据内窥镜拍摄的图片完成内窥镜的三维标定。

本发明与现有的三维内窥镜的标定方法相比，无需使用高精度且昂贵的立体靶标及复杂的设备，无需人工设计调整靶标的姿势，根据内窥镜的视场范围自动生成多个拍摄姿势，并预存于单片机中，通过单片机控制角动仪调整姿势以完成平面靶标的不同姿势的拍摄，然后通过标定软件完成标定，实现标定全程（从姿势生成到标定结束）自动化，标定系统简洁成本低，由于不需人工设计并控制平面靶标的姿势，使标定效率及精度更高。

另外，采用本发明的姿势生成方法，可使生成的姿势较均匀的分布于整个视场的各区间，且保证不同姿势在空间中有一定距离，避免两个或多个区间重叠，可大大增加标定过程的鲁棒性，使标定能在整个三维空间得到优化，提高标定精度；同时，在内窥镜发生轻微的抖动或移动时，对标定精度的影响也是极小的，进而保证了标定的稳定性。本发明的标定方法最终计算出的标定精度由1.1像素升高到0.4像素左右，精度提高50%以上。

附图说明

图1是本发明实施例提供的全自动双目内窥镜的标定方法流程图（一）；

图2是本发明实施例提供的全自动双目内窥镜的标定方法流程图（二）；

图3是本发明实施例提供的标定方法的姿势生成流程图；