CN102322799A - 一种用于x线成像装置的空间测量定位系统及方法 - Google Patents

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徐川
付威威
王邺
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Abstract

本发明公开了一种用于X线成像装置的空间测量定位系统，采用两台摄像机模拟人类双眼处理景物的方式，从两个视点观察同一靶标，获得不同视角下的一对图形，然后通过左右图像间的匹配点，恢复出场景中目标物的三维位置信息，从而实现空间测量定位。通过采集一系列靶标的三维位置，可以计算出相对于某已知坐标系准确的旋转角度值。该系统与现有X线成像装置测量各轴位置方法相比，降低了对机械结构和高精密测角传感器的要求，同时消除了系统结构造成的误差，提高测量精度和准确度。

Description

一种用于X线成像装置的空间测量定位系统及方法
 
技术领域
本发明涉及一种空间测量定位系统，具体涉及一种用于X线成像装置的空间测量定位系统。
背景技术
X线成像技术作为现代医学的一项重要标志，已经在临床上得到了广泛应用。从最初的X光机发展出了数字X线成像系统（DR）、X线断层成像系统（CT）以及血管造影系统（DSA）等等几大分支的影像设备。作为高端的医疗设备，提高影像质量一直是工程师和医生不断追求的目标，尤其是三维重建技术的不断发展，使得医生能够更加直观的看到患者病灶部位的空间分布，弥补普通二维图像的缺陷。对于三维重建来说，每一幅图像准确的角度信息对于重建结果影响非常大，也是工程师们着力解决的关键技术。
一般来说，在机械系统方面，通过优化传动链、提高轴承及轴的回转精度、减小涡轮箱间隙影响等方法都可以在一定程度上帮助我们获得准确的机械回转精度，然后再通过电子学上的精密传感器部件，高精度的采集位置信息，可以使得我们最大程度上采集到准确的位置信息。但是，因为系统误差本身主要由机械系统工作方式造成的，或者说是由它的本质所决定的，所以不脱离这个系统而单纯的改进，首先依旧无法避免系统本身的误差；其次，一味提高机械精度一方面造成加工困难，另一方面使制造成本急剧增加。
发明内容
为了消除机械结构引入的误差影响，同时又考虑到降低制作成本，本发明的目的在于提供一种用于X线成像装置的空间测量定位系统及方法，该系统及方法能获取到准确的角度位置信息。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明采用两台摄像机模拟人类双眼处理景物的方式，从两个视点观察同一靶标，获得不同视角下的一对图形，然后通过左右图像间的匹配点，恢复出场景中目标物的三维位置信息，从而实现空间测量定位。通过采集一系列靶标的三维位置，可以计算出相对于某已知坐标系准确的旋转角度值。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明利用光学系统独立的测量机械系统空间位置信息，摆脱了原有系统自带的误差，提高了测量准确度和测量精度，巧妙的解决了单纯提高机械系统精度所造成的技术瓶颈。可扩展应用于手术器械跟踪定位，辅助外科医生完成高难度的手术。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
实施例1：
参见图1所示，一种用于X线成像装置的空间测量定位系统，包括光学处理系统及数据处理系统，所述光学处理系统包括第一摄像机4、第二摄像机5及配套的第一光学镜头6、第二光学镜头7和用于固定所述第一、第二摄像机4,5相对位置的定位架，所述第一光学镜头6安装在所述第一摄像机4上，所述第二光学镜头7安装在所述第二摄像机5上，所述的第一、第二摄像机4,5分别通过定位架确定两摄像机之间的透视中心距离1、第一摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角2及第二摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角3；所述数据处理系统包括一安装有算法软件的图像处理计算机9和一图像采集卡8；所述的第一、第二摄像机4,5拍摄的图像分别通过所述图像采集卡8采集后传输到所述的安装有算法软件的图像处理计算机9中进行处理。
优选的，所述图像采集卡8为一两通道的采集卡，所述的两个通道分别连接第一摄像机4和第二摄像机5。
优选的，所述图像采集卡8为两块单通道的采集卡，所述的两块单通道的采集卡分别连接所述第一摄像机4和第二摄像机5。
实施例2：
一种用于X线成像装置的空间测量定位方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
步骤1）第一、第二摄像机同时获取三维空间中一物体P的图像；
步骤2）通过图像采集卡将通过第一、第二摄像机采集的图像传输到安装有算法软件的图像处理计算机中进行处理，计算出物体P的三维坐标；
步骤3）在第一次进行三维重建前，首先对第一、第二摄像机进行标定，确定两摄像机的内部参数以及两摄像机间精确的位置关系
进一步的，步骤2中的具体处理步骤如下：首先对采集的图像进行校正，然后对图像进行特征点提取，之后进行特征点匹配,最后通过重建算法，计算出空间中物体P的三维坐标。
进一步的，在第一次进行三维重建前，首先需要对第一、第二摄像机进行标定，确定两摄像机的内部参数以及两摄像机间精确的位置关系，所述两摄像机间精确的位置关系包括两摄像机透视中心距离1、第一摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角2及第二摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角3。
在应用于X射线成像装置这一特定的场合，一般而言，会在待测的各个转动轴上安放靶标，同一转动轴可以安放多个靶标，以避免单一靶标在转动过程中出现被遮挡的情况。在X射线成像装置转动过程中，由两摄像机构成的测量系统实时跟踪拍摄转动的各个靶标图像，通过图像校正、匹配处理、三维重构，可以获取各个靶标每个采样时刻的三维空间位置坐标，通过转换，就可以得到各转动轴成像时刻的精确角度。
该空间测量定位系统也可应用于手术导航中。在手术器械上固定待测靶标，通过跟踪测量靶标，确定手术器械的三维空间位置；配合已经规划好的路径，引导手术器械运动，例如指引穿刺点等。
该空间测量定位系统也可应用于工业生产中，例如检测工件尺寸、零部件的装配位置，通过无接触式测量，可以节省人工和时间
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1. 一种用于X线成像装置的空间测量定位系统，包括光学处理系统及数据处理系统，其特征在于：所述光学处理系统包括第一摄像机（4）、第二摄像机（5）及配套的第一光学镜头（6）、第二光学镜头（7）和用于固定所述第一、第二摄像机（4,5）相对位置的定位架，所述第一光学镜头（6）安装在所述第一摄像机（4）上，所述第二光学镜头（7）安装在所述第二摄像机（5）上，所述的第一、第二摄像机（4,5）分别通过定位架确定两摄像机之间的透视中心距离（1）、第一摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角（2）及第二摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角（3）；所述数据处理系统包括一安装有算法软件的图像处理计算机（9）和一图像采集卡（8）；所述的第一、第二摄像机（4,5）拍摄的图像分别通过所述图像采集卡（8）采集后传输到所述的安装有算法软件的图像处理计算机（9）中进行处理。
2. 根据权利要求1所述的用于X线成像装置的空间测量定位系统，其特征在于：所述图像采集卡（8）为一两通道的采集卡，所述的两个通道分别连接第一摄像机（4）和第二摄像机（5）。
3. 根据权利要求1所述的用于X线成像装置的空间测量定位系统，其特征在于：所述图像采集卡（8）为两块单通道的采集卡，所述的两块单通道的采集卡分别连接所述第一摄像机（4）和第二摄像机（5）。
4. 根据权利要求1或2或3所述的用于X线成像装置的空间测量定位系统的空间测量定位方法，其特征在于，包括以下处理步骤：
步骤1）第一、第二摄像机同时获取三维空间中一物体（P）的图像；
步骤2）通过图像采集卡将通过第一、第二摄像机采集的图像传输到安装有算法软件的图像处理计算机中进行处理，计算出物体（P）的三维坐标；
步骤3）在第一次进行三维重建前，首先对第一、第二摄像机进行标定，确定两摄像机的内部参数以及两摄像机间精确的位置关系。
5. 根据权利要求4所述的用于X线成像装置的空间测量定位方法，其特征在于，步骤2中的具体处理步骤如下：首先对采集的图像进行校正，然后对图像进行特征点提取，之后进行特征点匹配,最后通过重建算法，计算出空间中物体（P）的三维坐标。
6. 根据权利要求4所述的用于X线成像装置的空间测量定位方法，其特征在于：在第一次进行三维重建前，首先需要对第一、第二摄像机进行标定，确定两摄像机的内部参数以及两摄像机间精确的位置关系，所述两摄像机间精确的位置关系包括两摄像机透视中心距离（1）、第一摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角（2）及第二摄像机的光轴与两摄像机透视中心连线的夹角（3）。
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