[发明专利]多目立体视觉的体表摆位跟踪方法

说明书

本发明提供一种多目立体视觉的体表摆位跟踪方法，包括以下步骤：步骤S1，首先对每组视觉组件中的摄像头进行标定；步骤S2，对CT数据进行模拟几何重建：重建时保留CT数据中体表的点云数据和靶点信息，并模拟CT点云数据在左侧摄像头坐标系下的空间位置；步骤S3，通过治疗床两侧的视觉组件采集体表点云数据；步骤S4，每组的结构光投影仪投射光栅条纹到人体表面，光栅条纹的相位会发生调制；由计算机进行解相；得到体表的三维信息；步骤S5，对体表两侧采集的点云数据进行融合；步骤S6，对采集并融合后的体表点云数据与CT重建的体表点云数据进行三维精确配准。本发明对人体无辐射伤害且设备成本低。

技术领域

本发明涉及图像引导放射治疗(简称：IGRT)领域，尤其是一种多目立体视觉的体表摆位跟踪方法。

背景技术

放射治疗前人体摆位的跟踪及治疗过程中实时人体摆位监控，目前采用X 射线拍摄定位方法；

采用X射线拍摄定位的方式具有和本发明类似的功能；这种方法主要利用X 射线球管通过高压电离的方式产生X射线，穿透人体投影到成像平板，通过图像处理技术将CT扫描数据与X射线成像精确配准，获取当前病人的摆位信息；

X射线拍摄定位在放射治疗前能快速得到高精度人体的摆位信息，但是通过此种方式，病人需要承受额外的X射线辐射损伤，在整个治疗过程中不能实时监测，不能保证人体摆位的一致性，且该方式设备成本较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种多目立体视觉的体表摆位跟踪方法，利用特殊几何空间结构的多目实时采集人体部位的三维体表点云数据，再与由CT数据重建的人体模型进行三维配准，获取病人实时的摆位信息。本发明采用的技术方案是：

本发明提出的多目立体视觉的体表摆位跟踪方法，包括以下步骤：

步骤S1，安装视觉组件完成后，首先对每组视觉组件中的摄像头进行标定，通过对摄像头进行标定，获取每个摄像头图像坐标系、摄像头坐标系及世界坐标系之间的转化关系，以及摄像头的内参矩阵和外参矩阵；外参矩阵中包括世界坐标系与摄像头坐标系之间转换的旋转矩阵和平移矩阵；

步骤S2，对CT数据进行模拟几何重建：重建时保留CT数据中体表的点云数据和靶点信息，并模拟CT点云数据在左侧摄像头坐标系下的空间位置；

步骤S3，通过治疗床两侧的视觉组件采集体表点云数据：通过设置在治疗床上方、处于同一水平高度上、关于治疗床左右对称的两组视觉组件分别获取两侧的体表图像；每组视觉组件包括一个摄像头和一个结构光投影仪，两个摄像头的光轴斜向下交于一点，并处于同一竖直平面内，构成一个被动三角测量结构；每组中摄像头与结构光投影仪的光轴也成一定角度斜交处于同一倾斜平面内，构成一个主动三角测量结构；摄像头与结构光投影仪光轴的交点与两摄像头光轴交点重合；

步骤S4，每组的结构光投影仪投射光栅条纹到人体表面，因人体表面的深浅不同，光栅条纹的相位会发生调制；考虑到同时投射光栅条纹到人体表面，会产生重叠现象，影响后期图像处理，所以在本步骤中采用序列投光的方式，保证同一时间下只有一侧会投射光栅条纹；

摄像头采集此时的光栅条纹图像，由计算机进行解相；利用体表条纹的弯曲程度，解调得到该条纹的相位，再根据三角测量原理，将相位转化成体表的高度信息，进一步可以得到体表的三维信息；

计算机解相的具体步骤为：

步骤S4.1，采用四步相移法对相位进行解相；

步骤S4.2，光栅条纹图像上的相位解相后，再获取图像上某一点对应的投影仪上该点的绝对相位；

步骤S4.3，利用主动三角测量原理，获取点的世界坐标系三维坐标；