CN114235010A - 定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质 - Google Patents

定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN114235010A
CN114235010A CN202111676313.5A CN202111676313A CN114235010A CN 114235010 A CN114235010 A CN 114235010A CN 202111676313 A CN202111676313 A CN 202111676313A CN 114235010 A CN114235010 A CN 114235010A
Authority
CN
China
Prior art keywords
information
tracking
coordinate system
positioning
position information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111676313.5A
Other languages
English (en)
Inventor
王仁成
徐宏
霍德荣
黄叶华
汤久武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Kunbo Biotechnology Co Ltd
Original Assignee
Hangzhou Kunbo Biotechnology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Kunbo Biotechnology Co Ltd filed Critical Hangzhou Kunbo Biotechnology Co Ltd
Priority to CN202111676313.5A priority Critical patent/CN114235010A/zh
Publication of CN114235010A publication Critical patent/CN114235010A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明提供了一种定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质，所述验证方法，包括：获取所述定位工具的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述尖端部接触指定平面的指定位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息；所述平面坐标系为所述指定平面的坐标系；计算所述指定位置点在所述平面坐标系的实际位置信息与所述计算位置信息间的误差，所述误差被用于表征出所述定位追踪组件的定位追踪的准确性。

Description

定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质
技术领域
本发明涉及定位追踪领域，尤其涉及一种定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质。
背景技术
定位追踪组件，可理解为能够对目标对象进行定位追踪的任意设备的组合，具体可以包括定位工具与定位追踪设备。其中，定位工具可与目标对象保持固定，定位追踪设备可通过对定位工具的定位追踪，实现针对目标对象的定位追踪。
然而，现有相关技术中，缺乏能够对定位追踪组件的检测准确性进行验证的手段。
发明内容
本发明提供一种定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质，以解决缺乏准确性验证手段的问题。
根据本发明的第一方面，提供了定位追踪组件的验证方法，所述定位追踪组件包括定位工具与定位追踪设备，所述定位工具固定设有尖端部；
所述验证方法，包括：
获取所述定位工具的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述尖端部接触指定平面的指定位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；
基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息；所述平面坐标系为所述指定平面的坐标系；
计算所述指定位置点在所述平面坐标系的实际位置信息与所述计算位置信息间的误差，所述误差被用于表征出所述定位追踪组件的定位追踪的准确性。
可选的，基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息，包括：
基于所述第一位姿信息，确定所述指定位置点在所述定位追踪设备对应的追踪坐标系的追踪位置信息；
获取所述平面坐标系与所述追踪坐标系之间的相对位姿信息；
基于所述相对位姿信息与所述追踪位置信息，计算得到所述指定位置点在所述平面坐标系的所述计算位置信息。
可选的，基于所述第一位姿信息，确定所述指定位置点在所述定位追踪设备对应的追踪坐标系的追踪位置信息，包括：
基于所述尖端部在所述工具坐标系下的固定位置信息以及所述第一位姿信息，获得所述追踪位置信息。
可选的，所述固定位置信息通过以下方式获取：
获取所述定位工具的多个第二位姿信息，每个第二位姿信息是所述尖端部以不同位姿接触空间内的测试位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；
基于所述多个第二位姿信息，计算出所述尖端部在所述工具坐标系的所述固定位置信息。
可选的，所述相对位姿信息通过以下方式获取：
获取所述定位工具的多个第三位姿信息；所述第三位姿信息是所述尖端部接触所述指定平面的参考位置点时所述定位工具的位姿信息；
基于所述多个第三位姿信息，以及每个参考位置点在所述平面坐标系的真实位置信息，标定出所述相对位姿信息。
可选的，基于所述多个第三位姿信息，以及每个参考位置点在所述平面坐标系的真实位置信息，标定出所述相对位姿信息，包括：
基于所述第三位姿信息，以及所述固定位置信息，计算所述参考位置点在所述追踪坐标系的实测位置信息；
基于所述多个参考位置点的实测位置信息与真实位置信息，标定出所述相对位姿信息。
可选的，所述定位追踪设备为任意至少之一：
能够向所述定位工具发出激光的激光设备；
能够向所述定位工具发出红外线的红外线设备；
能够向所述定位工具发出磁场的磁场设备。
可选的，所述指定平面为设有网格的平面，所述指定位置点为所述网格的节点。
根据本发明的第二方面，提供了一种定位追踪组件的验证装置，所述定位追踪组件包括定位工具与定位追踪设备，所述定位工具固定设有尖端部，所述定位工具相对于所述定位追踪设备的位姿信息能够被检测出来；
所述验证装置，包括：
工具位姿获取模块，用于获取所述定位工具的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述尖端部接触指定平面的指定位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；
尖端位置计算模块，用于基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息；所述平面坐标系为所述指定平面的坐标系；
误差计算模块，用于计算所述指定位置点在所述平面坐标系的实际位置信息与所述计算位置信息间的误差，所述误差被用于表征出所述定位追踪组件的定位追踪的准确性。
根据本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括处理器与存储器，
所述存储器，用于存储代码；
所述处理器，用于执行所述存储器中的代码用以实现第一方面及其可方案涉及的方法。
根据本发明的第四方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第一方面及其可选方案涉及的方法。
根据本发明的第五方面，提供了一种定位追踪系统，包括数据处理部与定位追踪组件；所述数据处理部用于执行第一方面及其可选方案涉及的验证方法。
本发明提供的定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质中，以指定平面的指定位置点为媒介，利用定位追踪组件追踪定位出指定位置点，并计算出其在平面坐标系的计算位置信息，若定位追踪组件的准确性较佳，通常意味着该计算位置信息与指定位置点的实际位置信息间误差较小，反之，若准确性不佳，则意味着该误差较小。所以，通过计算计算位置信息与实际位置信息的误差，可准确反应出定位追踪组件追踪定位的准确性。
在获知定位追踪组件的定位的精确度/准确度之后，在机器人校准以及手术器械配准过程中，可以利用定位追踪类设备作为测量工具，校准相关的参数，保证了校准后的参数准确。
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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一示例性的实施例中定位追踪系统的构造示意图；
图2是本发明另一示例性的实施例中定位追踪系统的构造示意图；
图3是本发明一示例性的实施例中定位追踪组件的验证方法的流程示意图；
图4是本发明一示例性的实施例中追踪坐标系、工具坐标系、平面坐标系间的关系示意图；
图5是本发明一示例性的实施例中确定计算位置信息的流程示意图；
图6是本发明一示例性的实施例中确定已知关系的流程示意图；
图7是本发明一示例性的实施例中标定已知关系时的工作原理示意图；
图8是本发明一示例性的实施例中标定目标转换关系的流程示意图；
图9是本发明一示例性的实施例中定位追踪组件的验证装置的程序模块示意图；
图10是本发明一示例性的实施例中电子设备的构造示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
请参考图1，本发明实施例提供了一种定位追踪系统，包括数据处理部120与定位追踪组件110。
其中的数据处理部120，可以为具备数据处理能力的任意设备或设备的组合，数据处理部120可与定位追踪组件110通信，可以有线的方式通信，也可以无线的方式通信。此外，数据处理部120可用于实施本发明实施例提供的定位追踪组件的验证方法。
此外，数据处理部可120为专用于验证定位追踪组件的数据处理部，也可以为既能验证定位追踪组件又能用于实际定位追踪的数据处理部。
其中的定位追踪组件110可以包括定位工具111与定位追踪设备112。
定位追踪设备112可理解为用于产生追踪媒介的设备或设备的组合，该追踪媒介可例如为磁场、光(例如激光、红外线)、或其他波(例如超声波、微波)等。
可见，所述定位追踪设备为任意至少之一：
能够向所述定位工具发出激光的激光设备；
能够向所述定位工具发出红外线的红外线设备；
能够向所述定位工具发出磁场的磁场设备。
定位工具111可理解为能够与该追踪媒介产生互动作用，从而使得定位工具111的位姿信息可以被确定下来。其中定位工具111的数量可以为一个，也可以为多个，
定位工具111可设有尖端部113，该尖端部可以是定位工具111自带的尖端部，也可以是安装于定位工具111的尖端部。单个定位工具所设有的尖端部113的数量可以为一个也可以为多个。
一种举例中，对于取点类的定位工具(有尖端部的定位工具)，可以直接使用该类定位工具的尖端部；
另一举例中，对于非取点类的定位工具，可以通过将定位工具与有尖端部的东西绑定，实现尖端部相对于定位工具的安装，其中有尖端部的东西可例如削尖的铅笔、筷子或者3D打印一个尖端工具等等。
其中所示的尖端部113，可理解为：末端可在定位追踪时被认定为一个点的部位，亦即：在数据处理部的处理过程中，可将该尖端部113视作一个位置点。该尖端部可以是一线状部件的末端，也可以是尖角状部件的尖角端。
图1所示实施例的一种举例中，定位工具可以为磁传感器，对应的，定位追踪设备112可以为磁场发生器，磁传感器设于磁场发生器所产生的磁场中，可感应于磁场而确定磁传感器的位姿信息，其中可配置有定位芯片，通过该定位芯片，可计算出磁传感器的位姿信息。其他举例中，也不排除磁场发生器(或与之连接的其他设备)计算出位姿信息的方案。
图2所示实施例中，数据处理部220、定位追踪组件210、定位工具211与定位追踪设备212的部分特征与图1所示实施例中的数据处理部120、定位追踪组件110、定位工具111与定位追踪设备112相同或相似，对于相同或相似的内容，在此不再赘述。
图2所示实施例与图1所示实施例的差别主要体现在：图1所示实施例中，位姿信息是定位工具111检测出来并反馈至数据处理部的，进而，数据处理部120与定位工具111有线或无线通信，以获取位姿信息；图2所示实施例中，位姿信息是定位追踪设备212检测出来并反馈至数据处理部的，进而，数据处理部220与定位追踪设备212有线或无线通信。
图2所示实施例的具体举例中，定位追踪设备212可以发出激光、红外线、超声波、微波等追踪媒介，然后可采集追踪媒介的返回波，基于追踪媒介发出、返回的时差，可测得空间中定位工具的位姿变化，从而得到定位工具的位姿信息。
以上所提及的定位工具的位姿信息可以为能够对定位工具的位姿进行描述的任意信息。计算出位姿信息的算法可采用本领域任意已知或改进的方案实现，均不脱离本发明实施例的范围。
进一步的，位姿信息具体可以表征为定位工具的工具坐标系(即以定位工具为基准的坐标系)相对于定位追踪设备的追踪坐标系(即以定位追踪设备为基准的坐标系)的旋转平移矩阵(即旋转矩阵与平移矩阵的集合)。
针对于该旋转平移矩阵，可理解为：工具坐标系经该旋转平移矩阵旋转、平移后，原点与各轴位置可与追踪坐标系重合。该旋转平移矩阵中的旋转矩阵可体现出工具坐标系相对于追踪坐标系的相对方位，旋转平移矩阵中的平移矩阵可体现出工具坐标系相对于追踪坐标系的平移矢量。
其中一种实施方式中，请参考图3，定位追踪组件的验证方法，包括：
S301：获取所述定位工具的第一位姿信息；
所述第一位姿信息是所述尖端部接触指定平面的指定位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的位姿信息；
其中的指定平面，可理解为任意平面，对应的，可利用指定平面的平面坐标系(一种二维坐标系)中的坐标对指定平面内点的位置进行描述。
一种举例中，所述指定平面为设有网格的平面，例如可以采用网格纸表面作为指定平面，所述指定位置点，以及所述平面坐标系的原点均为所述网格的节点，可便于显示出原点与指定位置点，同时，由于网格中相邻节点间距离是相同的，进而，可有助于在具体计算时取出间距相同(或成比例)的位置点，从而有助于使得：定位追踪、标定等处理过程中的计算更简化；
以图4为例，其中定位追踪设备401对应形成了追踪坐标系O1，定位工具402对应形成了工具坐标系O2，网格纸403对应形成了平面坐标系。
S302：基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息；
其中，由于定位工具不同位姿下，尖端部相对于定位工具的位置是固定的，而定位工具在追踪坐标系下的位姿是确定的(可测得，且体现为第一位姿信息)，所以，定位工具的每种位姿，可唯一确定出尖端部在追踪坐标系下的位置；而在验证过程中，可保证指定平面与定位追踪设备也是相对固定的，进而，可计算出以上所提及的计算位置信息，并且该计算位置信息的准确性将取决于定位追踪组件的定位追踪的检测准确性；
S303：计算所述指定位置点在所述平面坐标系的实际位置信息与所述计算位置信息间的误差；
所述误差被用于表征出所述定位追踪组件的定位追踪的准确性；
例如可通过实际位置信息所表征位置与计算位置信息所表征位置之间的相对距离(或该相对距离与某指定参量的比值、差值)来作为所述误差，也可在算出该相对距离后，将其与某个(或某些)误差阈值进行比较，从而基于比较结果来确定所述误差，具体的，可将误差分为多个等级，每个等级配置有距离的上限误差阈值与下限误差阈值，进而，将算出的相对距离与每个等级的上限误差阈值、下限误差阈值进行比较后，可得到算出的相对距离所处的等级，然后可以以此作为所述误差。
此外，若指定位置点的数量为多个，则可对应产生多个实际位置信息与多个计算位置信息，此时，一种举例中，可利用多个计算位置信息的统计值(如均值)作为用于计算误差的第一位置信息，利用多个实际位置信息的统计值(例如均值)作为用于计算误差的第二位置信息；然后，利用第一位置信息与第二位置信息，计算出误差；另一种举例中，也可计算出每对计算位置信息与实际位置信息之间的误差，得到多个误差，然后计算出多个误差的统计值作为最终的实际位置信息与计算位置信息间的误差。
以上方案中，以指定平面的指定位置点为媒介，利用定位追踪组件追踪定位出指定位置点，并计算出其在平面坐标系的计算位置信息，若定位追踪组件的准确性较佳，通常意味着该计算位置信息与指定位置点的实际位置信息间误差较小，反之，若准确性不佳，则意味着该误差较小。所以，通过计算计算位置信息与实际位置信息的误差，可准确反应出定位追踪组件追踪定位的准确性。
同时，在获知定位追踪组件的定位的精确度/准确度之后，在机器人校准以及手术器械配准过程中，可以利用定位追踪类设备作为测量工具，校准相关的参数，保证了校准后的参数准确。
其中一种实施方式中，请参考图5，基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息的过程，可以包括：
S501：基于所述第一位姿信息，确定所述指定位置点在所述定位追踪设备对应的追踪坐标系中的追踪位置信息；
其中的追踪位置信息，可以为指定位置点在追踪坐标系下的位置，具体可包括三个维度的坐标值；
步骤S501的一种具体举例中，可基于所述尖端部在所述工具坐标系下的固定位置信息以及所述第一位姿信息，获得所述追踪位置信息；
其中的固定位置信息，可利用工具坐标系下尖端部的坐标来表征；该固定位置信息可以是已知的，也可以是未知的，若是已知的，则可直接使用该已知的固定位置信息，若是未知的，则可以利用图6所示实施例中的方式获取；
S502：获取所述平面坐标系与所述追踪坐标系之间的相对位姿信息；
相对位姿信息可以是基于标定手段标定出来的，也可以是基于理论推导出来的，其可以函数表达式的形式被记载与使用，也可以其他形式被记载与使用；追踪坐标系下的任意位置(或位姿)，均可基于该相对位姿信息而确定出平面坐标系下的对应位置(或位姿)，平面坐标系下的任意位置(或位姿)，均可基于相对位姿信息而确定出追踪坐标系下的对应位置(或位姿)；
S503：基于所述相对位姿信息与所述追踪位置信息，计算得到所述指定位置点在所述平面坐标系的所述计算位置信息。
通过以上方案，可基于空间上坐标系间的关系，准确有效地推导出第一位姿信息所对应的计算位置信息。
其中一种实施方式中，请参考图6，所述固定位置信息是通过以下方式获取的：
S601：获取所述定位工具的多个第二位姿信息；
每个第二位姿信息是所述尖端部以不同位姿接触空间内的测试位置点(例如可以为指定平面中的一个测试位置点，具体可以是指定平面中一个网格点)时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息
S602：基于所述多个第二位姿信息，计算出所述尖端部在所述工具坐标系的所述固定位置信息。
具体举例中，以图7为例，可以在指定平面任意取一个测试位置点702，将定位工具703的尖端部以至少两种不同位姿接触这个点，对应会获取到至少两种不同的第二位姿信息，其能体现出定位工具703相对于定位追踪设备701的相对位姿，亦即：定位工具703的工具坐标系相对于定位追踪设备701的追踪坐标系的旋转平移矩阵。
定位工具的多个第二位姿信息例如可表征为(R1,P1),(R2,P2),(R3,P3),(R4,P4)…；
其中：
R1、R2、R3、R4等为第二位姿信息中的旋转矩阵，可以为3*3的旋转矩阵，旋转矩阵可体现出工具坐标系相对于追踪坐标系的方位；
P1、P2、P3、P4等为第二位姿信息中的平移矩阵，可以为3*1的平移矩阵，平移矩阵可体现出工具坐标系相对于追踪坐标系的平移矢量。
针对于此，空间任一点P在不同坐标系中的位置是不同的，而P从一个坐标系B到另一坐标系A的一般变换公式为：
Figure BDA0003452063230000102
旋转矩阵
Figure BDA0003452063230000103
即可体现出坐标系B相对于坐标系A的方位，平移矩阵APB0即可体现出坐标系B相对于A的平移矢量。
假设尖端部在工具坐标系下位置为P0，则P0在任意姿态下相对于工具坐标系是不变的，测试位置点Pfix相对于追踪坐标系的位置可以由下面的方程得出：
R1*P0+P1＝Pfix (1)
R2*P0+P2＝Pfix (2)
R3*P0+P3＝Pfix (3)
R4*P0+P4＝Pfix (4)
将(2)(3)(4)式分别减去(1)式可得：
(R1-R2)*P0＝P2-P1 (1)
(R1-R3)*P0＝P3-P1 (2)
(R1-R4)*P0＝P4-P1 (3)
综合(1)(2)(3)可得：
Figure BDA0003452063230000101
以上仅以四个第二位姿信息为例进行说明，若有五个、六个或更多第二位姿信息，则可等式左边依次叠加(R1-R5)，(R1-R6)，……，等式右边依次叠加(P5-P1)，(P6-P1)，…，其中的R5、R6为第二位姿信息中的旋转矩阵,P5、P6为第二位姿信息中的平移矩阵。
这个等式具有这样的形式A*P0＝B，其中A为3n*3的矩阵，B为3n*1的矩阵(n为总采集点数)则运用最小二乘法可得：
P0＝AT*(A*AT)-1*B；
其中：
A表示多个第二位姿信息中指定第二位姿信息的旋转矩阵(例如旋转矩阵R1)与其余第二位姿信息的旋转矩阵(例如旋转矩阵R2、R3、R4等)之间差值的矩阵；
B表示所述指定第二位姿信息的平移矩阵(例如平移矩阵P1)与所述其余第二位姿信息的平移矩阵(例如平移矩阵P2、P2、P3等)之间差值的矩阵。
可见，基于以上方案，可基于第二位姿信息而推算出尖端部在工具坐标系下的坐标(即P0)。
其他举例中，P0在任意姿态下P0(即尖端部在相对于工具坐标系的位置)是不变的，当尖端部在工具坐标系下的准确位置(即P0)已知时，也可以直接使用已知的P0，而无需采集多个第二位姿信息并进行以上运算。
得到P0后，可基于以下目标表达式确定追踪坐标系下对应测试位置点：
P＝Rn*P0+Pn；
其中：
P表征了测试位置点在追踪坐标系下的位置；
Rn、Pn为工具坐标系相对于追踪坐标系的位姿；
具体的，Rn为工具坐标系相对于追踪坐标系的旋转矩阵，Pn为工具坐标系相对于追踪坐标系的平移矩阵，其中Rn、Pn可以由定位追踪组件实时返回。
其中一种实施方式中，请参考图8，所述相对位姿信息是通过以下方式获取的：
S801：获取所述定位工具的多个第三位姿信息；
所述第三位姿信息是所述尖端部接触所述指定平面的参考位置点时所述定位工具的位姿信息；
S802：基于所述多个第三位姿信息，以及每个参考位置点在所述平面坐标系的真实位置信息，标定出所述相对位姿信息；
步骤S802的一种举例中，可以包括：
基于所述第三位姿信息，以及所述固定位置信息，计算所述参考位置点在所述追踪坐标系的实测位置信息，并基于所述多个参考位置点的实测位置信息与参考位置信息，标定出所述相对位姿信息。
所述真实位置信息，可理解为能够对对应的参考位置点在所述平面坐标系下的位置或其特点进行描述的任意信息，例如可以利用平面坐标系下的坐标表征，也可以利用参考位置点之间的相对方位关系来表征；
具体举例中，指定平面为网格纸表面的情况下，其中的参考位置点可例如包括平面坐标系的原点、X轴方向上与原点相邻或相间隔的网格节点，Y轴方向上与原点相邻或相间隔的网格节点。
即：
其中一个参考位置点可取平面坐标系的原点(可理解为第一参考位置点)，其真实位置信息即为平面坐标系下的坐标(0,0)；本发明也不排除取其他非原点的位置点的方案；
其中另一个参考位置点可取沿X轴方向与第一参考位置点(例如原点)相邻或相间隔的任意位置点(可理解为第二参考位置点)，其真实位置信息表征了：第二参考位置点相对于第一参考位置点的方位为沿X轴正向(或负向)；
其中再一个参考位置点可取沿Y轴方向与第一参考位置点(例如原点)相邻或相间隔的任意位置点(可理解为第三参考位置点)，其真实位置信息表征了：第三参考位置点相对于第一参考位置点的方位为沿Y轴正向(或负向)。
进而，在步骤S801、S802的一种举例中，可利用尖端部接触平面坐标系的原点(即第一参考位置点)，其在平面坐标系的真实位置信息即是已知的，此时可测得一个第三位姿信息，通过前文所提及的固定位置信息与该第三位姿信息，可以计算出原点相对于追踪坐标系坐标为Porigin(x0,y0,z0)，
再沿平面坐标系的X轴上任意取一点(即第二参考位置点)，尖端部接触该点后，可测得另一个第三位姿信息，基于固定位置信息与该第三位姿信息，可计算出该点相对于追踪坐标系的坐标为Px(x1,y1,z1)，
再沿平面坐标系的Y轴上任意取一点(即第三参考位置点)，尖端部接触该点后，可测得又一个第三位姿信息，基于固定位置信息与对应的第三位姿信息，计算出该点相对于追踪坐标系的坐标为Py(x2,y2,z2)。
在此基础上，可单位化Px、Py为P’x(x’1,y’1,z’1),P’y(x’2,y’2,z’2)，即：
Figure BDA0003452063230000131
Figure BDA0003452063230000132
由X轴、Y轴可得Z轴上任一点为Pz(x3,y3,z3)，则：
x3-x0＝λ[(y1-y0)*(z2-z0)-(y2-y0)*(z1-z0)]
y3-y0＝λ[(x1-x0)*(z2-z0)-(x2-x0)*(z1-z0)]
z3-z0＝λ[(x1-x0)*(y2-y0)-(y1-y0)*(x2-x0)]
其中λ为比例系数(可以任意取值，后续计算过程中已通过约分消除影响)，并单位化Pz为P’z(x’3,y’3,z’3)，得到：
Figure BDA0003452063230000133
而单位化的P’x,P’y,P’z,在网格坐标系下分别为Ppaperx(1,0,0),Ppapery(0,1,0),Ppaperz(0,0,1)。
在此基础上，设平面坐标系相对于追踪坐标系的位姿关系为[R,P],即相对位姿信息表征为[R,P]，则P＝Porigin(x0,y0,z0)，设R为：
Figure BDA0003452063230000141
则：
R*Ppaperx+P＝P′x
R*Ppapery+P＝P′y
R*Ppaperz+P＝P′z
求解以上方程可得
r11＝x′1-x0,r21＝y′1-y0,r31＝z′1-z0
r12＝x′2-x0,r22＝y′2-y0,r32＝z′2-z0
r13＝x′3-x0,r23＝y′3-y0,r33＝z′3-z0
通过以上求解得出了平面坐标系相对于追踪坐标系的位姿关系矩阵[R,P]，则对于任一点追踪坐标系下的点Pn，转换到网格纸上的坐标(即平面坐标系的位置)Ppapern为
Ppapern＝R-1*(Pn-P)
以上公式可理解为表征了所述相对位姿信息，基于该公式，追踪坐标系下的一个点Pn的坐标可经目标转换关系而投射至平面坐标系，从而得到平面坐标系下任意的一个点的坐标Ppapern。
通过以上方案，可准确标定出平面坐标系与追踪坐标系之间的转换关系(即相对位姿信息)，保障了基于该相对位姿信息转换后，所得到的计算位置信息可准确反应出定位追踪组件的定位追踪结果。
请参考图9，本发明实施例还提供了一种定位追踪组件的验证装置900，包括：
工具位姿获取模块901，用于获取所述定位工具的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述尖端部接触指定平面的指定位置点时所述定位工具的位姿信息；
位置计算模块902，用于基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息；
误差计算模块903，用于计算所述指定位置点在所述平面坐标系的实际位置信息与所述计算位置信息间的误差，所述误差被用于表征出所述定位追踪组件的定位追踪的准确性。
可选的，位置计算模块902，具体用于：
基于所述第一位姿信息，确定所述指定位置点在所述定位追踪设备对应的追踪坐标系的追踪位置信息；
获取所述平面坐标系与所述追踪坐标系之间的相对位姿信息；
基于所述相对位姿信息与所述追踪位置信息，计算得到所述指定位置点在所述平面坐标系的所述计算位置信息。
可选的，位置计算模块902，具体用于：
基于所述尖端部在所述工具坐标系下的固定位置信息以及所述第一位姿信息，获得所述追踪位置信息。
所述固定位置信息通过以下方式获取：
获取所述定位工具的多个第二位姿信息，每个第二位姿信息是所述尖端部以不同位姿接触空间内的测试位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；
基于所述多个第二位姿信息，计算出所述尖端部在所述工具坐标系的所述固定位置信息。
可选的，所述相对位姿信息通过以下方式获取：
获取所述定位工具的多个第三位姿信息；所述第三位姿信息是所述尖端部接触所述指定平面的参考位置点时所述定位工具的位姿信息；
基于所述多个第三位姿信息，以及每个参考位置点在所述平面坐标系的真实位置信息，标定出所述相对位姿信息。
可选的，基于所述多个第三位姿信息，以及每个参考位置点在所述平面坐标系的真实位置信息，标定出所述相对位姿信息，包括：
基于所述第三位姿信息，以及所述固定位置信息，计算所述参考位置点在所述追踪坐标系的实测位置信息；
基于所述多个参考位置点的实测位置信息与真实位置信息，标定出所述相对位姿信息。
可选的，所述定位追踪设备为任意至少之一：
能够向所述定位工具发出激光的激光设备；
能够向所述定位工具发出红外线的红外线设备；
能够向所述定位工具发出磁场的磁场设备。
可选的，所述指定平面为设有网格的平面，所述指定位置点为所述网格的节点。
请参考图10，提供了一种电子设备1000，包括：
处理器1001；以及，
存储器1002，用于存储所述处理器的可执行指令；
其中，所述处理器1001配置为经由执行所述可执行指令来执行以上所涉及的方法。
处理器1001能够通过总线1003与存储器1002通讯。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所涉及的方法。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (12)

1.一种定位追踪组件的验证方法，其特征在于，所述定位追踪组件包括定位工具与定位追踪设备，所述定位工具固定设有尖端部；
所述验证方法，包括：
获取所述定位工具的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述尖端部接触指定平面的指定位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；
基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息；所述平面坐标系为所述指定平面的坐标系；
计算所述指定位置点在所述平面坐标系的实际位置信息与所述计算位置信息间的误差，所述误差被用于表征出所述定位追踪组件的定位追踪的准确性。
2.根据权利要求1所述的验证方法，其特征在于，基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息，包括：
基于所述第一位姿信息，确定所述指定位置点在所述定位追踪设备对应的追踪坐标系的追踪位置信息；
获取所述平面坐标系与所述追踪坐标系之间的相对位姿信息；
基于所述相对位姿信息与所述追踪位置信息，计算得到所述指定位置点在所述平面坐标系的所述计算位置信息。
3.根据权利要求2所述的验证方法，其特征在于，
基于所述第一位姿信息，确定所述指定位置点在所述定位追踪设备对应的追踪坐标系的追踪位置信息，包括：
基于所述尖端部在所述工具坐标系下的固定位置信息以及所述第一位姿信息，获得所述追踪位置信息。
4.根据权利要求3所述的验证方法，其特征在于，
所述固定位置信息通过以下方式获取：
获取所述定位工具的多个第二位姿信息，每个第二位姿信息是所述尖端部以不同位姿接触空间内的测试位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；
基于所述多个第二位姿信息，计算出所述尖端部在所述工具坐标系的所述固定位置信息。
5.根据权利要求3所述的验证方法，其特征在于，
所述相对位姿信息通过以下方式获取：
获取所述定位工具的多个第三位姿信息；所述第三位姿信息是所述尖端部接触所述指定平面的参考位置点时所述定位工具的位姿信息；
基于所述多个第三位姿信息，以及每个参考位置点在所述平面坐标系的真实位置信息，标定出所述相对位姿信息。
6.根据权利要求5所述的验证方法，其特征在于，
基于所述多个第三位姿信息，以及每个参考位置点在所述平面坐标系的真实位置信息，标定出所述相对位姿信息，包括：
基于所述第三位姿信息，以及所述固定位置信息，计算所述参考位置点在所述追踪坐标系的实测位置信息；
基于所述多个参考位置点的实测位置信息与真实位置信息，标定出所述相对位姿信息。
7.根据权利要求1至6任一项所述的验证方法，其特征在于，所述定位追踪设备为任意至少之一：
能够向所述定位工具发出激光的激光设备；
能够向所述定位工具发出红外线的红外线设备；
能够向所述定位工具发出磁场的磁场设备。
8.根据权利要求1至6任一项所述的验证方法，其特征在于，所述指定平面为设有网格的平面，所述指定位置点为所述网格的节点。
9.一种定位追踪组件的验证装置，其特征在于，所述定位追踪组件包括定位工具与定位追踪设备，所述定位工具固定设有尖端部，所述定位工具相对于所述定位追踪设备的位姿信息能够被检测出来；
所述验证装置，包括：
工具位姿获取模块，用于获取所述定位工具的第一位姿信息，所述第一位姿信息是所述尖端部接触指定平面的指定位置点时所述定位工具相对于所述定位追踪设备的追踪坐标系的位姿信息；
尖端位置计算模块，用于基于所述第一位姿信息，计算所述指定位置点在平面坐标系的位置，得到计算位置信息；所述平面坐标系为所述指定平面的坐标系；
误差计算模块，用于计算所述指定位置点在所述平面坐标系的实际位置信息与所述计算位置信息间的误差，所述误差被用于表征出所述定位追踪组件的定位追踪的准确性。
10.一种电子设备，其特征在于，包括处理器与存储器，
所述存储器，用于存储代码；
所述处理器，用于执行所述存储器中的代码用以实现权利要求1至8任意之一所述的方法。
11.一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现权利要求1至8任意之一所述的方法。
12.一种定位追踪系统，其特征在于，包括数据处理部与定位追踪组件；所述数据处理部用于执行权利要求1至8任一项所述的验证方法。
CN202111676313.5A 2021-12-31 2021-12-31 定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质 Pending CN114235010A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111676313.5A CN114235010A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111676313.5A CN114235010A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114235010A true CN114235010A (zh) 2022-03-25

Family

ID=80745622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111676313.5A Pending CN114235010A (zh) 2021-12-31 2021-12-31 定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114235010A (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009045827A2 (en) * 2007-09-30 2009-04-09 Intuitive Surgical, Inc. Methods and systems for tool locating and tool tracking robotic instruments in robotic surgical systems
JP2010149267A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Yaskawa Electric Corp ロボットのキャリブレーション方法および装置
CN103705307A (zh) * 2013-12-10 2014-04-09 中国科学院深圳先进技术研究院 手术导航系统及医疗机器人
CN108161936A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 中科新松有限公司 优化的机器人标定方法及装置
CN110464463A (zh) * 2019-08-30 2019-11-19 苏州迪凯尔医疗科技有限公司 手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质
CN111070199A (zh) * 2018-10-18 2020-04-28 杭州海康威视数字技术股份有限公司 一种手眼标定评估方法及机器人
CN111568554A (zh) * 2020-05-11 2020-08-25 京东方科技集团股份有限公司 定位精度获取方法、装置、电子设备及可读存储介质
CN112685919A (zh) * 2021-03-12 2021-04-20 南京爱奇艺智能科技有限公司 手柄追踪效果评估方法
CN112729345A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 北京天智航医疗科技股份有限公司 用于光学定位器精度检测的方法及装置
CN113081267A (zh) * 2021-03-26 2021-07-09 北京长木谷医疗科技有限公司 误差消除方法、装置、电子设备及存储介质
CN113370221A (zh) * 2021-08-12 2021-09-10 季华实验室 机器人tcp标定系统、方法、装置、设备及存储介质
CN113679473A (zh) * 2021-08-23 2021-11-23 北京航空航天大学 一种人机协同力反馈脑室穿刺机器人装置
WO2021238617A1 (zh) * 2020-05-28 2021-12-02 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 工业机器人绝对精度标定系统及标定方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009045827A2 (en) * 2007-09-30 2009-04-09 Intuitive Surgical, Inc. Methods and systems for tool locating and tool tracking robotic instruments in robotic surgical systems
JP2010149267A (ja) * 2008-12-26 2010-07-08 Yaskawa Electric Corp ロボットのキャリブレーション方法および装置
CN103705307A (zh) * 2013-12-10 2014-04-09 中国科学院深圳先进技术研究院 手术导航系统及医疗机器人
CN108161936A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 中科新松有限公司 优化的机器人标定方法及装置
CN111070199A (zh) * 2018-10-18 2020-04-28 杭州海康威视数字技术股份有限公司 一种手眼标定评估方法及机器人
CN110464463A (zh) * 2019-08-30 2019-11-19 苏州迪凯尔医疗科技有限公司 手术器械尖端标定方法、装置、计算机设备和存储介质
CN111568554A (zh) * 2020-05-11 2020-08-25 京东方科技集团股份有限公司 定位精度获取方法、装置、电子设备及可读存储介质
WO2021238617A1 (zh) * 2020-05-28 2021-12-02 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 工业机器人绝对精度标定系统及标定方法
CN112729345A (zh) * 2020-12-30 2021-04-30 北京天智航医疗科技股份有限公司 用于光学定位器精度检测的方法及装置
CN112685919A (zh) * 2021-03-12 2021-04-20 南京爱奇艺智能科技有限公司 手柄追踪效果评估方法
CN113081267A (zh) * 2021-03-26 2021-07-09 北京长木谷医疗科技有限公司 误差消除方法、装置、电子设备及存储介质
CN113370221A (zh) * 2021-08-12 2021-09-10 季华实验室 机器人tcp标定系统、方法、装置、设备及存储介质
CN113679473A (zh) * 2021-08-23 2021-11-23 北京航空航天大学 一种人机协同力反馈脑室穿刺机器人装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KATERYNA ZINCHENKO等: "Autonomous Endoscope Robot Positioning Using Instrument Segmentation With Virtual Reality Visualization", 《IEEE ACCESS》, vol. 9, 12 May 2021 (2021-05-12), pages 72614 - 72623, XP011855387, DOI: 10.1109/ACCESS.2021.3079427 *
孙启昌等: "基于增强现实的手术导航系统快速标定算法", 《计算机应用》, vol. 41, no. 3, 10 March 2021 (2021-03-10), pages 833 - 838 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2841876B1 (en) Improved method and apparatus for performing rolling runout compensation for vehicle wheel alignment
JP5393318B2 (ja) 位置姿勢計測方法及び装置
US9311566B2 (en) Method and system for direct strain imaging
JP5627325B2 (ja) 位置姿勢計測装置、位置姿勢計測方法、およびプログラム
EP1361414B1 (en) Method for the calibration and qualification simultaneously of a non-contact probe
CN109598264B (zh) 物体抓取方法及装置
JP2019185239A (ja) 物体認識処理装置及び方法、並びに、物体ピッキング装置及び方法
JP2005134394A (ja) ３ｄ測定装置をキャリブレーションする方法
WO2012066769A1 (en) Information processing apparatus and information processing method
US8219352B2 (en) Localization in industrial robotics using rao-blackwellized particle filtering
JP2012125579A (ja) 複数の追跡方法を用いたプローブ追跡
JP2010520780A5 (zh)
JP2010152550A (ja) 作業装置及びその校正方法
JP5615055B2 (ja) 情報処理装置及びその処理方法
JP2016170050A (ja) 位置姿勢計測装置、位置姿勢計測方法及びコンピュータプログラム
JP5104248B2 (ja) 物体認識装置およびロボット装置
TW200841981A (en) Laser array measurement system for testing three dimensional positioning performance, measuring three dimensional orbit and straightness of arbitrary axis
CN114235010A (zh) 定位追踪组件的验证方法、装置、电子设备与存储介质
JP5481397B2 (ja) ３次元座標計測装置
CN114305686A (zh) 基于磁传感器的定位处理方法、装置、设备与介质
JP6631225B2 (ja) 三次元形状測定装置
CN113376617B (zh) 雷达标定结果准确性的评价方法、装置、存储介质及系统
Lim et al. 3d pose and curvature estimation of bendable interventional device using single-view x-ray image
Gromczak et al. Validation of the metrological model of coordinate measuring arm using multifeature check
KR101079702B1 (ko) 스캔 데이터 정합 시스템 및 이를 이용한 스캔 데이터 정합 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination