CN110619679B - 一种路径自动规划装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种路径自动规划装置及方法，装置包括：第一获取模块获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；第二获取模块根据操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；筛选模块根据操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；第三获取模块根据保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作最优路径。可自动规划找到所需进行路径规划的目标体内目标物体进行操作的最优路径。

Description

一种路径自动规划装置及方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种路径自动规划装置及方法。
背景技术
目前，对目标进行操作的路径规划依然完全是由人为进行规划确定的。但是，这种人为进行路径规划的方式完全由人的经验来决定，难以找到最佳的路径，人为进行路径规划的方式可能会带来严重的后果。而通过计算机对目标进行模拟并进行路径规划，能够提高路径规划的精确度。
鉴于此，如何通过计算机对所需进行路径规划的目标的操作进行路径规划，找到最优路径成为目前需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供一种路径自动规划装置及方法。
本发明实施例提供一种路径自动规划装置，包括：
第一获取模块，用于获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；
第二获取模块，用于根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；
筛选模块，用于根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；
第三获取模块，用于根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
本发明实施例提供一种路径自动规划方法，包括：
获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；
根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；
根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；
根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述方法的步骤。
本发明实施例提供的路径自动规划装置及方法，通过筛选模块根据操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径，第三获取模块根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径，由此，能够通过计算机对所需进行路径规划的目标的操作进行路径规划，找到所需进行路径规划的目标体内目标物体进行操作的最优路径，有效提高路径规划的精确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种路径自动规划装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种路径自动规划方法的流程示意图；
图3为本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的一种路径自动规划装置的结构示意图，如图1所示，本实施例的路径自动规划装置，包括：第一获取模块11、第二获取模块12、筛选模块13和第三获取模块14；其中：
所述第一获取模块11，用于获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；
所述第二获取模块12，用于根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；
所述筛选模块13，用于根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；
所述第三获取模块14，用于根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
具体地，所述第一获取模块11获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；所述第二获取模块12根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；所述筛选模块13根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；所述第三获取模块14根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
可以理解的是，本实施例所述装置需要通过计算机先对目标进行模拟。
可以理解的是，所述所需进行路径规划的目标体内空间环境可以包括：体表皮肤、体内结节和肋骨等，本实施例并不对其进行限制。
需要说明的是，本实施例所述装置应用于处理器。
可以理解的是，所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体可以包括：骨骼、心脏、血管和支气管等，可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制。
可以理解的是，为了对所需进行路径规划的目标体内进行操作的安全，对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的路径，必须是与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径。
可以理解的是，为减小对所需进行路径规划的目标体内目标物体进行操作的损伤，进行操作过程中需要尽量垂直地进行操作，因此，最优路径代表该路径在规避所述碰撞规避物体和操作距离两方面是最优的，本实施例是先筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径，再在所保留的非碰撞路径中，找出操作距离最优的路径作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
本发明实施例提供的路径自动规划装置，能够自动规划找到对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径，有效提高路径规划的精确度。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述第一获取模块11，可具体用于获取所需进行路径规划的目标的操作前CT(Computed Tomography，计算机体层摄影)数据，对所述操作前CT数据进行三维重建，重建出操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据；
将所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据转换为操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据。
在具体应用中，所述第一获取模块11可以利用计算机相关软件，将所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据转换为预设间隔的点云数据用于后续处理，举例来说，所述预设间隔可以为0.1mm(毫米)。
这样，本实施例能够实现操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据的获取。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述第二获取模块12，可具体用于
从所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据中，随机选取预设数量个采样点；
对于所选取的每个采样点：以所述采样点为圆心，选取距离所述采样点预设第一距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据；对所选取的点云数据进行曲面拟合，获得所述采样点处拟合曲面的法向量；将所述采样点与操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云的所有点进行连接，获得一个直线集；计算所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角；若所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角中的最大的夹角小于预设角度，则保存所述采样点；
对于每个所保存的采样点：以所述采样点为圆心，获得距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据，去除掉所述距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据中的重合区域，获得所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据。
在具体应用中，举例来说，所述预设数量个可以为1000个，能够保证所需进行路径规划的目标体表每一个小范围内都能够采样到。
在具体应用中，所述预设第一距离可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设第一距离可以设置为3mm。
在具体应用中，所述预设第二距离可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设第二距离可以设置为5mm。
在具体应用中，所述预设角度可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设角度可以为15度。
在具体应用中，举例来说，所述目标物体可以为肺小结节。
这样，本实施例能够基于所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，实现所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据的获取。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述筛选模块13，可具体用于
对操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据进行加和平均处理，获得操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据的质心；
对于所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据中的每个点Ci，其中，i＝1,...,n，n为所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据中的点的数量：
将所述点Ci与所述操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据的质心连线得到一条直线，通过计算得到通过所述质心并垂直于所述直线的平面，获得操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据中位于所述平面上的点；
将操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据中位于所述平面上的每个点与所述点Ci进行连线，将得到的线段以预设第三距离进行截点(X1,X2,...,Xp,...,Xm)，其中，p＝1,...,m，m为所述截点的数量，计算每个截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离；
若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离小于预设阈值，则将所述线段作为与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体发生碰撞的路径进行删除；
若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离大于等于预设阈值，则将所述线段作为与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径进行保留。
在具体应用中，所述预设第三距离可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设第三距离可以设置为0.1mm。
可以理解的是，若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离小于预设阈值，则表明所述线段与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体发生了碰撞。
在具体应用中，所述预设阈值可以设置为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作时所使用的针形设备的半径。
这样，本实施例能够基于操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述第三获取模块14，可具体用于对于所保留的非碰撞路径中的每条线段Lj，其中，j＝1,...,a，a为所保留的非碰撞路径中线段的数量：
获取所述线段Lj的所有截点的距离参数，所述线段Lj的任一截点的距离参数是所述任一截点与所需进行路径规划的目标体内每个碰撞规避物体的最小距离之和，将所述线段Lj的所有截点的距离参数相加，得到所述线段Lj的距离参数LENj；
根据所述线段Lj的距离参数LENj，通过第一公式，计算得到所述线段Lj的最优参数BESTj；
将所保留的非碰撞路径中最优参数最大的线段作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径；
其中，所述第一公式为：
Figure BDA0002197912790000071
Mj为表示所述线段Lj长度的截点个数。
这样，本实施例能够在所保留的非碰撞路径中，找出操作距离最优的路径作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
本发明实施例提供的路径自动规划装置，能够自动规划找到对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径，有效提高路径规划的精确度。
图2示出了本发明一实施例提供的一种路径自动规划方法的流程示意图，如图2所示，本实施例的路径自动规划方法，包括：
S1、获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据。
可以理解的是，在所述S1之前，需要通过计算机对目标进行模拟。
可以理解的是，所述所需进行路径规划的目标体内空间环境可以包括：体表皮肤、体内结节和肋骨等，本实施例并不对其进行限制。
需要说明的是，本实施例所述方法的执行主体为处理器。
S2、根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据。
可以理解的是，本实施例需要在所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据的基础上，自动规划找到所需进行路径规划的目标体内目标问题进行操作的最优路径。
S3、根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径。
可以理解的是，所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体可以包括：骨骼、心脏、血管和支气管等，可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制。
可以理解的是，为了对所需进行路径规划的目标体内进行操作的安全，对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的路径，必须是与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径。
S4、根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
可以理解的是，为减小对所需进行路径规划的目标体内目标物体进行操作的损伤，进行操作过程中需要尽量垂直地进行操作，因此，最优路径代表该路径在规避所述碰撞规避物体和操作距离两方面是最优的，本实施例是先筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径，再在所保留的非碰撞路径中，找出操作距离最优的路径作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
本发明实施例提供的路径自动规划方法，通过先获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，根据操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，再根据操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径，最后根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径，由此，能够自动规划找到对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径，有效提高路径规划的精确度。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述步骤S1，可以包括：
获取所需进行路径规划的目标的操作前CT数据，对所述操作前CT数据进行三维重建，重建出操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据；
将所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据转换为操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据。
在具体应用中，本实施例可以利用计算机相关软件，将所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据转换为预设间隔的点云数据用于后续处理，举例来说，所述预设间隔可以为0.1mm(毫米)。
这样，本实施例能够实现操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据的获取。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述步骤S2，可以包括：
从所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据中，随机选取预设数量个采样点；
对于所选取的每个采样点：以所述采样点为圆心，选取距离所述采样点预设第一距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据；对所选取的点云数据进行曲面拟合，获得所述采样点处拟合曲面的法向量；将所述采样点与操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云的所有点进行连接，获得一个直线集；计算所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角；若所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角中的最大的夹角小于预设角度，则保存所述采样点；
对于每个所保存的采样点：以所述采样点为圆心，获得距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据，去除掉所述距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据中的重合区域，获得所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据。
在具体应用中，举例来说，所述预设数量个可以为1000个，能够保证所需进行路径规划的目标体表每一个小范围内都能够采样到。
在具体应用中，所述预设第一距离可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设第一距离可以设置为3mm。
在具体应用中，所述预设第二距离可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设第二距离可以设置为5mm。
在具体应用中，所述预设角度可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设角度可以为15度。
在具体应用中，举例来说，所述目标物体可以为肺小结节。
这样，本实施例能够基于所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，实现所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据的获取。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述步骤S3，可以包括：
对操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据进行加和平均处理，获得操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据的质心；
对于所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据中的每个点Ci，其中，i＝1,...,n，n为所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据中的点的数量：
将所述点Ci与所述操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据的质心连线得到一条直线，通过计算得到通过所述质心并垂直于所述直线的平面，获得操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据中位于所述平面上的点；
将操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据中位于所述平面上的每个点与所述点Ci进行连线，将得到的线段以预设第三距离进行截点(X1,X2,...,Xp,...,Xm)，其中，p＝1,...,m，m为所述截点的数量，计算每个截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离；
若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离小于预设阈值，则将所述线段作为与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体发生碰撞的路径进行删除；
若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离大于等于预设阈值，则将所述线段作为与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径进行保留。
在具体应用中，所述预设第三距离可以根据实际情况进行设置，本实施例并不对其进行限制，举例来说，所述预设第三距离可以设置为0.1mm。
可以理解的是，若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离小于预设阈值，则表明所述线段与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体发生了碰撞。
在具体应用中，所述预设阈值可以设置为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作时所使用的针形设备的半径。
这样，本实施例能够基于操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径。
进一步地，在上述实施例的基础上，所述步骤S4，可以包括：
对于所保留的非碰撞路径中的每条线段Lj，其中，j＝1,...,a，a为所保留的非碰撞路径中线段的数量：
将所述线段Lj的所有截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离进行加和，得到所述线段Lj的距离参数LENj；
根据所述线段Lj的距离参数LENj，通过第一公式，计算得到所述线段Lj的最优参数BESTj；
将所保留的非碰撞路径中最优参数最大的线段作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径；
其中，所述第一公式为：
Figure BDA0002197912790000111
Mj为表示所述线段Lj长度的截点个数。
这样，本实施例能够在所保留的非碰撞路径中，找出操作距离最优的路径作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
本发明实施例提供的路径自动规划方法，能够自动规划找到对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径，有效提高路径规划的精确度。
图3示出了本发明一实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图3所示，该电子设备可以包括存储器302、处理器301、总线303及存储在存储器302上并可在处理器301上运行的计算机程序，其中，处理器301，存储器302通过总线303完成相互间的通信。所述处理器301执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤，例如包括：获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
本发明实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤，例如包括：获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种路径自动规划装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；
第二获取模块，用于根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；
筛选模块，用于根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；
第三获取模块，用于根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径；
所述第三获取模块，具体用于
对于所保留的非碰撞路径中的每条线段Lj，其中，j＝1,...,a，a为所保留的非碰撞路径中线段的数量：
获取所述线段Lj的所有截点的距离参数，所述线段Lj的任一截点的距离参数是所述任一截点与所需进行路径规划的目标体内每个碰撞规避物体的最小距离之和，将所述线段Lj的所有截点的距离参数相加，得到所述线段Lj的距离参数LENj；
根据所述线段Lj的距离参数LENj，通过第一公式，计算得到所述线段Lj的最优参数BESTj；
将所保留的非碰撞路径中最优参数最大的线段作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径；
其中，所述第一公式为：
Figure FDA0003477191440000011
Mj为表示所述线段Lj长度的截点个数。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块，具体用于
获取所需进行路径规划的目标的操作前CT数据，对所述操作前CT数据进行三维重建，重建出操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据，所述体内空间环境包括：体表皮肤、体内结节和肋骨；
将所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据转换为操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块，具体用于
从所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据中，随机选取预设数量个采样点；
对于所选取的每个采样点：以所述采样点为圆心，选取距离所述采样点预设第一距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据；对所选取的点云数据进行曲面拟合，获得所述采样点处拟合曲面的法向量；将所述采样点与操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云的所有点进行连接，获得一个直线集；计算所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角；若所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角中的最大的夹角小于预设角度，则保存所述采样点；
对于每个所保存的采样点：以所述采样点为圆心，获得距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据，去除掉所述距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据中的重合区域，获得所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述筛选模块，具体用于
对操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据进行加和平均处理，获得操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据的质心；
对于所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据中的每个点Ci，其中，i＝1,...,n，n为所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据中的点的数量：
将所述点Ci与所述操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据的质心连线得到一条直线，通过计算得到通过所述质心并垂直于所述直线的平面，获得操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据中位于所述平面上的点；
将操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云数据中位于所述平面上的每个点与所述点Ci进行连线，将得到的线段以预设第三距离进行截点，计算每个截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离；
若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离小于预设阈值，则将所述线段作为与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体发生碰撞的路径进行删除；
若某一线段的截点与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体的最小距离大于等于预设阈值，则将所述线段作为与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径进行保留。
5.一种路径自动规划方法，其特征在于，包括：
获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据；
根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据；
根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据和所述所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，筛选保留与所需进行路径规划的目标体内碰撞规避物体不发生碰撞的非碰撞路径；
根据所保留的非碰撞路径，获取对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径；
其中，
对于所保留的非碰撞路径中的每条线段Lj，其中，j＝1,...,a，a为所保留的非碰撞路径中线段的数量：
获取所述线段Lj的所有截点的距离参数，所述线段Lj的任一截点的距离参数是所述任一截点与所需进行路径规划的目标体内每个碰撞规避物体的最小距离之和，将所述线段Lj的所有截点的距离参数相加，得到所述线段Lj的距离参数LENj；
根据所述线段Lj的距离参数LENj，通过第一公式，计算得到所述线段Lj的最优参数BESTj；
将所保留的非碰撞路径中最优参数最大的线段作为对所需进行路径规划的目标体内的目标物体进行操作的最优路径；
其中，所述第一公式为：
Figure FDA0003477191440000041
Mj为表示所述线段Lj长度的截点个数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，包括：
获取所需进行路径规划的目标的操作前CT数据，对所述操作前CT数据进行三维重建，重建出操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据，所述体内空间环境包括：体表皮肤、体内结节和肋骨；
将所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境三维数据转换为操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据，获取所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据，包括：
从所述操作前所需进行路径规划的目标体内空间环境的三维点云数据中，随机选取预设数量个采样点；
对于所选取的每个采样点：以所述采样点为圆心，选取距离所述采样点预设第一距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据；对所选取的点云数据进行曲面拟合，获得所述采样点处拟合曲面的法向量；将所述采样点与操作前所需进行路径规划的目标体内目标物体表面点云的所有点进行连接，获得一个直线集；计算所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角；若所述直线集中每条直线与所述采样点处拟合曲面的法向量的夹角中的最大的夹角小于预设角度，则保存所述采样点；
对于每个所保存的采样点：以所述采样点为圆心，获得距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据，去除掉所述距离所述采样点预设第二距离内的所需进行路径规划的目标体表的点云数据中的重合区域，获得所需进行路径规划的目标体表可操作区域的点云数据。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求5至7任一项所述方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至7任一项所述方法的步骤。
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