[发明专利]一种AR手术导航系统的定位装置及方法

说明书

本发明涉及AR手术导航技术领域，具体涉及一种AR手术导航系统的定位装置及方法，包括：获取具有特定尺寸、形状和可被识别、追踪的编码画面标签的标定物；对标定物不同位姿状态下的编码画面进行抓取；计算标定物当前位姿以及多个标定物之间的相互空间关系；将标定物的当前位姿和相互空间关系图形化显示；所述编码画面包括具有特定码值的黑白编码图案和黑白格图案，所述黑白格图案具有特定大小和排布；本发明通过含有特殊含义的黑白编码画面的标定物识别简单精确可靠；标定物采用圆柱形结构可有效避免因角度和位置发生变化后无法被摄像头清晰捕捉和分析处理的问题；利用黑白格来修正灰度解码阈值，使得解码更准确、稳定可靠。

技术领域

本发明涉及AR手术导航技术领域，具体涉及一种AR手术导航系统的定位装置及方法。

背景技术

传统多采用平面标定画面方式，在一个平面上设置棋盘格黑白编码画面，通过摄像头采集并计算该画面的变化来获得定位信息；以及反射或主动发射红外点的形式，在需标定的手术器件上绑定一个能发射红外或主动发射红外光的装置，通过摄像头采集并计算多个点位姿的变换来获得完成定位。

然而，采用平面标定画面的定位方式在发生位姿变化时，可能会出现对于相机而言无法采集到足够的识别特征点，因此我们采用一种立体的，在不同位姿时都能提供足够识别特征点的标定方法和标定物；主动发射红外的标定物以及标定方式，需要在标定物内安装电池，增加了标定物的重量和成本，以及使用、消毒和维护上的额外工作；被动反射红外的标定物以及标定方式，如果在使用空间中存在其他的反射点，容易对识别形成干扰，造成追踪定位错误。

发明内容

本发明为解决上述背景技术问题所采用的技术方案是：

本发明第一方面提供了一种AR手术导航系统的定位方法，包括：

获取具有特定尺寸、形状和可被识别、追踪的编码画面标签的标定物；

对标定物不同位姿状态下的编码画面进行抓取；

计算标定物当前位姿以及多个标定物之间的相互空间关系；

将标定物的当前位姿和相互空间关系图形化显示；

所述编码画面包括：

具有特定码值的黑白编码图案和黑白格图案，所述黑白格图案具有特定大小和排布。

优选的，在获取具有特定尺寸、形状和可被识别、追踪的编码画面的标定物之后，还包括：

将所述标定物安装于手术部位以及手术器具上。

优选的，还包括标定物位姿修正步骤：

根据黑白编码图案码值变化对标定物的位姿进行修正；

根据黑白格图案过滤环境中的干扰；

获得修正后的正确位姿。

优选的，在对标定物不同位姿状态下的编码画面进行抓取之后，还包括：

对抓取的图像灰度化处理，以获取灰度图像；

计算整个灰度图像每个像素上的梯度的强度和方向；

对梯度的强度和方向进行聚类。

优选的，所述灰度图像上相邻的两个像素的边权值为梯度方向之差，根据边权值对所有的边进行增序排列，利用边权值做边的合并，聚类公式(1)如下：

D(nUm)＝min(D(n)，D(m))+K_D/|nUm|

D(nUm)＝min(M(n)，M(m))+K_M/|nUm|