[发明专利]一种多角度空间光学追踪方法

说明书

一种多角度空间光学追踪方法，其特征在于，由光学追踪设备、靶标、靶标支架组成，其中靶标固定于靶标支架上，通过光学设备捕捉靶标的空间坐标从而出标靶的空间坐标，带有支架的靶标可以用于标定物体的空间位置。当光学设备因遮挡无法捕捉某一靶标的空间位置时，可以通过选择n或n+1组可见范围内的靶标，通过靶标n与靶标n+1之间的空间相对位置关系，间接计算该靶标的空间位置。用该种方法可以避免反复修正被测物体的角度，仅通过多个靶标即可实现全范围测量，方便快捷，解决追踪目标丢失的问题。

技术领域

本发明专利涉及一种追踪方法，尤其是在光学追踪定位过程中实现空间多角度追踪。

背景技术

定位跟踪技术是机器人领域重要技术之一，它利用不同传感方法确定目标的位置信息，基于成像技术定位进行的定位跟踪方法是常用方法之一。成像系统是对不同波段电磁波以影像方式获取并记录对象颜色、形貌和位置等信息的系统的总称。广义的光学成像包含了可见光波段、红外波段、荧光（通常是紫外或X射线波段）以及太赫兹波段等。定位跟踪领域的光学成像系统一般狭义地包含可见光和近红外两电磁波段。可见光波段成像系统是应用最广泛的成像系统之一，其主要特点是使用方便、价格低廉；并且由于其“可见”性，因此，适合人类肉眼观测评估，但是可见光波段光学定位跟踪系统易受环境光干扰，较难保证不同工作环境下测量精度的一致性。因此，对于鲁棒性要求更高的应用（如手术导航，机器人定位等），更多地采用近红外波段的光学定位跟踪系统。

近红外波段光学定位跟踪系统依据标靶工作方式不同，可分为主动式光学定位系统和被动式光学定位系统。前者采用能自主发射近红外波长光信号的标记点作为光学定位跟踪的特征点，无需近红外照明系统提供光源环境。主动式光学定位跟踪系统的最大优势在于通过预先设定的发光模式（如频闪模式），在图像处理过程中可以较为准确地识别特征点，并确定平面图像坐标。不过主动发光的标靶需要额外电源支持。被动式光学定位跟踪系统利用光学反射方法，在标记球上附着近红外波长反射材料，增强标记球对照明近红外光的反射能力，从而达到图像中标记球与周围环境明显区分的目的。

光学跟踪是利用光学测量和成象原理，测量、记录目标的运动轨迹、姿态、运动中发生的事件，以及目标的红外辐射和视觉（可见光）特征。在手术机器人导航过程中利用光学追踪技术，实时追踪标靶的空间位置；其中，标靶一般分为主动式（自发光）和被动式（反射光），从而被光学追踪设备捕捉，精准测量计算出标靶的空间坐标。现有的标靶支架在结构上的设计包含单平面布局和多面体布局两种：单平面布局是指标靶布局在一个平面，所有平面的点作为一个整体进行标记的，追踪角度较小；多面体布局是指标靶分布在多个平面上，通过追踪平面上的一个靶点就能追踪多个平面，故多平面布局可以实现广角追踪。但多平面布局中标靶支架体积增大，追踪时可能会出现标靶在不同追踪平面切换的问题；或在追踪目标发生旋转时，出现目标遮挡，丢失靶标的现象。为了避免这些问题，本发明专利提供了一种多角度空间光学追踪方法。

发明内容

在光学追踪过程，为实现中无死角、大范围追踪靶标，本发明专利提出了一种多角度空间追踪方法，可避免追踪平面切换，或目标遮挡丢失靶标的问题。

一种多角度空间光学追踪方法，其特征在于，由光学追踪设备、靶标、靶标支架组成，其中靶标固定于靶标支架上，通过光学设备捕捉靶标的空间坐标从而出标靶的空间坐标，带有支架的靶标可以用于标定物体的空间位置。

所述靶标支架上根据不同需求放置n或n+1组靶标。

所述光学追踪设备因遮挡无法捕捉某一靶标的空间位置时，可以通过选择n或n+1组可见范围内的靶标与靶标之间的空间相对位置关系，间接计算该靶标的空间位置。

所述靶标为主动式（自发光）或被动式（反射光）。

所述靶标支架上至少有三个不共线的靶标。