一種全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法及標(biāo)定系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于內(nèi)窺鏡標(biāo)定技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法及標(biāo)定系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在內(nèi)窺鏡的發(fā)展中，由于簡單的二維影像不能夠提供足夠的信息，因此三維內(nèi)窺鏡迅速發(fā)展起來。在三維內(nèi)窺鏡中，可以分為虛擬現(xiàn)實(shí)式和光學(xué)式兩種，其中，光學(xué)式三維內(nèi)窺鏡已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工業(yè)測量及醫(yī)療領(lǐng)域。在光學(xué)式三維內(nèi)窺鏡中，內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的標(biāo)定是必不可少的，標(biāo)定系統(tǒng)的精度和方便程度都會(huì)大大影響到三維測量系統(tǒng)的可用性和精確性。由于內(nèi)窺鏡鏡頭相對于普通攝像機(jī)鏡頭的焦距以及可視范圍小得多，普通標(biāo)定方法的精度及可操作性難以用于內(nèi)窺鏡系統(tǒng)的標(biāo)定。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，基于攝像機(jī)的工作原理可以把內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法劃分為立體標(biāo)定式和平面靶標(biāo)式。其中，立體標(biāo)定式是通過拍攝一張已知三維標(biāo)定物的圖像來標(biāo)定攝像機(jī)。該方法僅需一張圖片來進(jìn)行標(biāo)定，但是需要制作高精度的三維標(biāo)定物，由于內(nèi)窺鏡鏡頭的視場較小，制作尺寸極小的三維標(biāo)定物比較困難且較昂貴。平面靶標(biāo)式是通過拍攝多張平面靶標(biāo)在不同距離不同角度的圖像來完成標(biāo)定，該方法無需高精度的標(biāo)定物以及精密復(fù)雜的設(shè)備，僅需將打印的平面靶標(biāo)圖像貼在平板上，在攝像機(jī)前擺放多個(gè)姿勢即可完成標(biāo)定。同樣的，由于內(nèi)窺鏡視場較小，因此在保證兩個(gè)內(nèi)窺鏡攝像機(jī)能夠拍攝到的前提下，盡量擺放多個(gè)姿勢較為困難，同時(shí)由于是手動(dòng)調(diào)整靶標(biāo)姿勢，每次拍攝時(shí)由于抖動(dòng)以及平板的平面度較差等，難以保證靶標(biāo)平面的穩(wěn)定性，標(biāo)定精度低且速度慢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法，旨在通過簡單的設(shè)備快速、準(zhǔn)確的完成雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法，包括下述步驟:
[0006]根據(jù)待標(biāo)定內(nèi)窺鏡的視場范圍生成多個(gè)平面靶標(biāo)的姿勢，并將所述姿勢記錄到單片機(jī)；
[0007]將所述平面靶標(biāo)置于角動(dòng)儀上，通過所述單片機(jī)驅(qū)動(dòng)所述角動(dòng)儀調(diào)整到預(yù)定姿勢，同時(shí)驅(qū)動(dòng)所述內(nèi)窺鏡拍攝所述平面靶標(biāo)，獲取所述平面靶標(biāo)在不同姿勢下的圖片；
[0008]通過所述圖片對所述內(nèi)窺鏡進(jìn)行標(biāo)定，且使標(biāo)定精度達(dá)到預(yù)設(shè)的精度要求。
[0009]優(yōu)選的，所述根據(jù)待標(biāo)定內(nèi)窺鏡的視場范圍生成多個(gè)平面靶標(biāo)的姿勢的步驟具體為:
[0010]( I)、獲取內(nèi)窺鏡的視場范圍，包括可用的位置范圍和角度范圍，選取跨度較大的維度信息作為待測m維空間，其余維則取區(qū)間中點(diǎn)作為空間參數(shù)，其中，2 < 6 ；
[0011](2)、將所述m維空間均勻劃分為2n個(gè)區(qū)間，然后在其中隨機(jī)抽取η個(gè)區(qū)間，計(jì)算任意兩區(qū)間的中心點(diǎn)間的距離，其中，η為正整數(shù)；
[0012](3)、判斷所述距離是否大于預(yù)定閾值，是則進(jìn)行第(4)步，否則重新進(jìn)行第(2)
I K
少；
[0013](4)、確定η個(gè)區(qū)間中每個(gè)區(qū)間的中心點(diǎn)為所述平面靶標(biāo)的姿勢，并計(jì)算不同姿勢間的相對位置關(guān)系，生成運(yùn)動(dòng)參數(shù)并寫入所述單片機(jī)。
[0014]本發(fā)明的另一目的在于提供一種全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定系統(tǒng)，包括:
[0015]作為標(biāo)定物的平面靶標(biāo)，以及
[0016]角動(dòng)儀，用于承載所述平面靶標(biāo)并改變所述平面靶標(biāo)的姿勢，
[0017]單片機(jī)，與所述角動(dòng)儀及內(nèi)窺鏡連接，用于預(yù)存所述姿勢并控制所述角動(dòng)儀調(diào)節(jié)到預(yù)設(shè)的姿勢，同時(shí)驅(qū)動(dòng)內(nèi)窺鏡對所述平面靶標(biāo)進(jìn)行拍攝；
[0018]標(biāo)定單元，與所述單片機(jī)和內(nèi)窺鏡連接，用于生成所述平面靶標(biāo)的姿勢并寫入單片機(jī)，并根據(jù)內(nèi)窺鏡拍攝的圖片完成內(nèi)窺鏡的三維標(biāo)定。
[0019]本發(fā)明與現(xiàn)有的三維內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法相比，無需使用高精度且昂貴的立體靶標(biāo)及復(fù)雜的設(shè)備，無需人工設(shè)計(jì)調(diào)整靶標(biāo)的姿勢，根據(jù)內(nèi)窺鏡的視場范圍自動(dòng)生成多個(gè)拍攝姿勢，并預(yù)存于單片機(jī)中，通過單片機(jī)控制角動(dòng)儀調(diào)整姿勢以完成平面靶標(biāo)的不同姿勢的拍攝，然后通過標(biāo)定軟件完成標(biāo)定，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定全程(從姿勢生成到標(biāo)定結(jié)束)自動(dòng)化，標(biāo)定系統(tǒng)簡潔成本低，由于不需人工設(shè)計(jì)并控制平面靶標(biāo)的姿勢，使標(biāo)定效率及精度更高。
[0020]另外，采用本發(fā)明的姿勢生成方法，可使生成的姿勢較均勻的分布于整個(gè)視場的各區(qū)間，且保證不同姿勢在空間中有一定距離，避免兩個(gè)或多個(gè)區(qū)間重疊，可大大增加標(biāo)定過程的魯棒性，使標(biāo)定能在整個(gè)三維空間得到優(yōu)化，提高標(biāo)定精度；同時(shí)，在內(nèi)窺鏡發(fā)生輕微的抖動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，對標(biāo)定精度的影響也是極小的，進(jìn)而保證了標(biāo)定的穩(wěn)定性。本發(fā)明的標(biāo)定方法最終計(jì)算出的標(biāo)定精度由1.1像素升聞到0.4像素左右，精度提聞50%以上。
【附圖說明】
[0021]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法流程圖(一);
[0022]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法流程圖(二);
[0023]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)定方法的姿勢生成流程圖；
[0024]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的標(biāo)定方法的內(nèi)窺鏡標(biāo)定流程圖；
[0025]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定系統(tǒng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0027]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0028]圖1、2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法流程圖，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0029]請參閱圖1,該全自動(dòng)雙目內(nèi)窺鏡的標(biāo)定方法包括下述步驟:
[0030]在步驟SlOl中，根據(jù)待標(biāo)定內(nèi)窺鏡的視場范圍生成多個(gè)平面靶標(biāo)的姿勢，并將該姿勢記錄到單片機(jī)。
[0031]在步驟S102中，將平面靶標(biāo)置于角動(dòng)儀上，通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)角動(dòng)儀調(diào)整到預(yù)定姿勢，同時(shí)驅(qū)動(dòng)內(nèi)窺鏡拍攝平面靶標(biāo)，獲取平面靶標(biāo)在不同姿勢下的圖片；
[0032]在步驟S103中，通過該圖片對內(nèi)窺鏡進(jìn)行標(biāo)定，且使標(biāo)定精度達(dá)到預(yù)設(shè)的精度要求。
[0033]進(jìn)一步結(jié)合圖2，上述方法的具體執(zhí)行過程如下:
[0034](I)、檢測內(nèi)窺鏡的可用深度及角度范圍，即檢測內(nèi)窺鏡的視場范圍，以限定姿勢生成的空間；
[0035](2)、在上述視場內(nèi)生成多個(gè)姿勢并存儲(chǔ)到單片機(jī)；
[0036](3)、通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)角動(dòng)儀攜帶平面靶標(biāo)進(jìn)行姿勢調(diào)節(jié)；
[0037](4)、通過單片機(jī)驅(qū)動(dòng)內(nèi)窺鏡拍攝平面靶標(biāo)，獲取每個(gè)姿勢下的平面靶標(biāo)圖片；
[0038](5)、判斷獲取的平面靶標(biāo)圖片的數(shù)量是否達(dá)到預(yù)存姿勢的數(shù)量，是則進(jìn)行第(6)步，否則返回第(3)步；
[0039](6)、采用平面靶標(biāo)圖片對內(nèi)窺鏡系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定；
[0040](7)、判斷標(biāo)定精度是否達(dá)到要求，是則結(jié)束，否則返回第(2)步。
[0041]在本發(fā)明實(shí)施例中，優(yōu)選通過下述方法生成平面靶標(biāo)的多個(gè)拍攝姿勢，以提高后續(xù)的標(biāo)定精度。結(jié)合圖3，該方法具體包括下述步驟:
[0042]( I)、獲取內(nèi)窺鏡的視場范圍，包括可用的位置范圍(X，y, z)和角度范圍(R，P，Y)，選取其中的全部或部分跨度較大的維度信息作為待測m (2 < m < 6)維空間，其余維則取區(qū)間中點(diǎn)作為空間參數(shù)；
[0043](2)、將m維空間均勻劃分為2n個(gè)區(qū)間，然后在其中隨機(jī)抽取η個(gè)區(qū)間，計(jì)算任意兩區(qū)間的中心點(diǎn)間的距離，其中，η為正整數(shù)；
[0044](3)、判斷該距離是否大于預(yù)定閾值，是則進(jìn)行第(4)步，否則重新進(jìn)行第(2)步；
[0045](4)、確定η個(gè)區(qū)間中每個(gè)區(qū)間的中心點(diǎn)為平面靶標(biāo)的姿勢，并計(jì)算不同姿勢間的相對位置關(guān)系(R，t)，生成運(yùn)動(dòng)參數(shù)并寫入單片機(jī)。
[0046]其中，運(yùn)動(dòng)參數(shù)代表姿勢間的旋轉(zhuǎn)矩陣R和平移向量t，即由一種姿勢轉(zhuǎn)換到另一種姿勢的變換參數(shù)，在進(jìn)行拍攝時(shí)，單片機(jī)根據(jù)該運(yùn)動(dòng)參數(shù)調(diào)節(jié)角動(dòng)儀變換方位，使平面靶標(biāo)處于不同姿勢。
[0047]在這種姿勢生成方法中，選取跨度較大的維度信息作為待測m維空間，使拍攝范圍最大化，為姿勢生成提供較大空間，使生成的姿勢較均勻的分布于整個(gè)視場的各區(qū)間，使內(nèi)窺鏡標(biāo)定在三維空間內(nèi)各處得到充分優(yōu)化，以提高標(biāo)定的準(zhǔn)確性；
[0048]通過控制區(qū)間間隔大于預(yù)定閾值，能夠保證不同姿勢在空間中有一定距離，避免兩個(gè)或多個(gè)區(qū)間重疊或距離過近，可大大增加標(biāo)定過程的魯棒性，使標(biāo)定能在整個(gè)三維空間得到優(yōu)化，提高標(biāo)定精度；同時(shí)，在內(nèi)窺鏡發(fā)生輕微的抖動(dòng)或移動(dòng)時(shí)，對標(biāo)定精度的影響也是極小的，進(jìn)而保證了標(biāo)定的穩(wěn)定性。
[0049]進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例中的平面靶標(biāo)可以選擇成本低的打印或者制造的平面靶標(biāo)圖像，也可以采用IXD顯示屏，其標(biāo)定精度可以進(jìn)一步提高。