[发明专利]一种应用于放疗室的3D点云相机标定方法

说明书

本发明公开了一种应用于放疗室的3D点云相机标定方法，涉及放疗室放射治疗患者定位技术领域，包括以下步骤：基于放疗室的固有设备，获取具有立方体结构的标定物的第一初始位置；基于第一初始位置，设置三台3D点云相机，并根据放射治疗坐标系isocenter，确定3D点云相机的相机前表面中心点的第二初始位置；根据空间约束原则，依据第一初始位置和第二初始位置，对3D点云相机进行标定,获取放疗室世界坐标系和3D点云相机坐标系间的旋转平移矩阵；本发明充分配合放疗室设备和监测系统3D相机的布置，简单高效，操作便捷，一次摆放标定装置即可完成系统全部3台相机的标定工作。

技术领域

本发明涉及放疗室放射治疗患者定位技术领域，尤其涉及一种应用于放疗室的3D点云相机标定方法。

背景技术

放射治疗患者定位系统是一种基于立体视觉技术获得三维(3D)体表的成像系统，用于放射治疗之前及过程中，以3D形式对患者的皮肤体表进行成像。实时查看即时体表与摆位后标准体表的六自由度误差，提供高精度、实时治疗中患者体表运动监控功能。

为了获取完整准确的患者三位体表信息，光学体表监测系统需要在放疗室多个位置和角度安装3D点云相机，以采集患者皮肤体表不同角度区域的3D体表信息，多传感器信息经过点云融合后形成完成的、用于后续患者体表关键位置定位和放疗过程中的患者运动监测。

点云融合需先获得每个传感器外参标定信息，即每个3D点云相机自身坐标系相对于统一的世界坐标系的转换关系，世界坐标系即放疗室中心坐标系，对于确定的放疗室，此坐标系是固定的，3D点云相机自身坐标系一般位于相机成像中心，相对相机本体为确定位置，由相机固有参数决定。

3D点云传感器标定是实施放疗患者定位系统的前提，系统会设置不同频率和目标的标定和校正流程，如日检、月检，如何高效、准确的完成3D点云传感器标定对于系统功能的实施和系统的有效性至关重要。

现有的标定的方法中，传统2D相机通常采用棋盘格标定板进行相机标定，对于3D点云相机，往往可以使用单个或多个球形标定物进行3D点云相机的标定。

利用单个球形标定物进行相机标定时，往往需要多次移动标定物到已知指定位置，不同位置间的旋转和平移需满足一定约束，如不同位置间旋转角度不可过小，标定物在X、Y、Z轴均要形成一定角度的旋转等等，这类标定方案过程比较繁琐，对现场操作及移动标定物装置的精度有一定要求，而对于放射治疗患者定位系统使用场景而言，操作人员为现场医务人员，且标定频率高，不具备实施此类标定方案的条件。同理对于多个球型标定物的标定方案而言，此类标定方案中需将多个标定球集成在一个标定装置中，标定球的设置需满足一定的空间约束条件，装置比较复杂，体积较大，对标定物加工精度要求较高，也会有实施困难的问题，因此设计一种准确高效的放射治疗患者定位系统3D点云相机标定的解决方案至关重要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种应用于放疗室的3D点云相机标定方法，包括以下步骤：

基于放疗室的固有设备，获取具有立方体结构的标定物的第一初始位置；

基于第一初始位置，设置三台3D点云相机，并根据放射治疗坐标系isocenter，确定3D点云相机的相机前表面中心点的第二初始位置；

根据空间约束原则，依据所述第一初始位置和所述第二初始位置，对所述3D点云相机进行标定,获取放疗室世界坐标系和3D点云相机坐标系间的旋转平移矩阵。

优选地，在设置三台3D点云相机的过程中，将每台3D点云相机进行标注，根据第一初始位置，调整每个3D点云相机的位置，其中，按照第一初始位置的0°、90°和180°的三个方向吊顶安装。

优选地，在获取第二初始位置的过程中，将每台3D点云相机的相机前表明中心点调整至与isocenter距离均为1.8米的位置，获取第二初始位置。