CN114288023B - 手术导航设备中定位导板的标定方法、装置、设备及介质 - Google Patents

手术导航设备中定位导板的标定方法、装置、设备及介质 Download PDF

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CN114288023B CN202210096209.7A CN202210096209A CN114288023B CN 114288023 B CN114288023 B CN 114288023B CN 202210096209 A CN202210096209 A CN 202210096209A CN 114288023 B CN114288023 B CN 114288023B
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Abstract

本申请实施例提供了一种手术导航设备中的定位导板的标定方法、装置、设备及介质。其中，所述方法包括：确定设计位置数据在标定设备的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的投影位置数据和设计位置数据在标定设备的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的投影位置数据；获得第一定位导板图像中配准球的第一连通区域，并获得第二定位导板图像中配准球的第二连通区域；确定第一定位导板图像中配准球的球心的位置数据，并确定第二定位导板图像中配准球的球心的位置数据；确定配准球的球心在定位标志物的坐标系下的标定位置数据。本方案能够准确地标定定位导板中的定位标志物与配准球的相对位置，以提高手术导航的精度。

Description

手术导航设备中定位导板的标定方法、装置、设备及介质
技术领域
本申请实施例涉及位置标定领域，尤其涉及一种手术导航设备中的定位导板的标定方法、装置、电子设备及计算机可读介质。
背景技术
在手术中，医生可以借助手术导航设备。即使不固定患者位置，也能实时地定位患者的病灶位置。手术导航设备一般由光学定位跟踪仪与定位导板组成，光学定位跟踪仪可以实时地观测定位导板在空间的位置，而定位导板是与患者固联的，通过定位导板的位置，可以计算出患者在空间中的位置。因此，在使用手术导航设备辅助手术时，需要患者的CT(Computed Tomography，电子计算机断层扫描)图像与定位导板的位置进行配准。
定位导板由两部分组成，包括定位标志物与配准球。只要定位标志物在光学定位跟踪仪的视野内，便可以实时地得到定位导板的位置与姿态。配准球与定位标志物的相对位置是固定且已知的，并且配准球在CT图像中的位置是很容易被识别到的，那么把定位导板固定在患者身上，一起进行CT扫描，通过配准球就可以把患者位置与CT图像配准到一起。在实际使用中，由于制造误差，定位标志物与配准球的相对位置与设计值有较大的偏差(1mm左右)，这个偏差会导致CT图像与患者位置的配准存在偏差，从而最终导致手术导航的精度不高。
由此可见，如何准确地标定定位导板中的定位标志物与配准球的相对位置，以提高手术导航的精度成为当前亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于提出一种手术导航设备中的定位导板的标定方法、装置、电子设备及计算机可读介质，用于解决现有技术中存在的如何准确地标定定位导板中的定位标志物与配准球的相对位置，以提高手术导航的精度的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供了一种手术导航设备中的定位导板的标定方法，应用于标定设备，所述方法包括：根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据；根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，并根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域；根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据；根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种手术导航设备中的定位导板的标定装置，应用于标定设备，所述装置包括：第一确定模块，用于根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据；光学处理模块，用于根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，并根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域；第二确定模块，用于根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据；第三确定模块，用于根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
根据本申请实施例的第三方面，提供了一种标定设备，所述标定设备包括：支撑物、设置于所述支撑物上的基座、设置于所述基座上的固定架、设置于所述固定架的第一双目视觉成像装置和第二双目视觉成像装置，其中，所述第一双目视觉成像装置的成像方向与所述第二双目视觉成像装置的成像方向相互垂直；调节架，设置于所述支撑物上，用于调节待标定的定位导板分别与所述第一双目视觉成像装置和所述第二双目视觉成像装置的相对位置；工控机，分别与所述第一双目视觉成像装置和所述第二双目视觉成像装置通信连接，用于执行如本申请实施例的第一方面所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
根据本申请实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，配置为存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本申请实施例的第一方面所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
根据本申请实施例的第五方面，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如本申请实施例的第一方面所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
通过本申请实施例提供的手术导航设备中的定位导板的标定方案，根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据，并根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，再根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域，再根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，再根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，再根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据，与现有的其它方式相比，能够准确地确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据，进而准确地标定了定位导板中的定位标志物与配准球的相对位置，从而有效提高手术导航的精度。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请实施例的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1A为本实施例一的手术导航设备中的定位导板的标定方法的步骤流程图；
图1B为根据本实施例一提供的定位导板的示意图；
图2为本实施例二的标定设备的结构示意图；
图3为本实施例三的手术导航设备中的定位导板的标定装置的结构示意图；
图4为本实施例四中电子设备的结构示意图；
图5为本实施例五中电子设备的硬件结构。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请实施例中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请实施例保护的范围。
参照图1A，示出了本实施例一的手术导航设备中的定位导板的标定方法的步骤流程图。
本实施例将从标定设备的角度对本实施例提供的手术导航设备中的定位导板的标定方法进行详细描述。具体地，本实施例提供的手术导航设备中的定位导板的标定方法包括以下步骤：
在步骤S101中，根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据。
在本实施例中，所述定位导板包括定位标志物10和配准球11，所述定位标志物10通过曲轴与所述配准球11物理连接，如图1B所示。所述第一双目视觉成像装置包括固定连接的第一视觉成像单元和第二视觉成像单元。所述第一视觉成像单元与所述第二视觉成像单元均可为相机。由于安装于所述标定设备的固定架的上面的所述第一双目视觉成像装置的成像方向是垂直向下的，因此，所述第一双目视觉成像装置又可以称为垂直组。所述第一双目视觉成像装置可以测量空间中点的位姿数据，因此，与手术导航设备中的光学定位跟踪仪一样，可以实时地识别与计算其视野内的定位导板上的定位标志物的位姿数据。所述位姿数据包括所述定位标志物在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的三维位置数据和三维姿态数据。所述第一设计位置数据可为针对所述定位导板设计的位置数据，但是由于所述定位导板的制造误差，所述第一设计位置数据不是很准确，所述球心在所述定位标志物的坐标系下的实际位置数据(所述定位标志物与所述配准球的实际相对位置)与所述第一设计位置数据(所述定位标志物与所述配准球的设计相对位置)有较大的偏差(1mm左右)，这个偏差会导致CT图像与患者位置的配准存在偏差，从而最终导致手术导航的精度不高。因此，需要对所述定位导板进行标定，从而有效提高手术导航的精度。所述第二双目视觉成像装置包括固定连接的第一视觉成像单元和第二视觉成像单元。所述第一视觉成像单元和所述第二视觉成像单元均可为相机。由于安装于所述标定设备的固定架的下面的所述第二双目视觉成像装置的成像方向是水平的，因此，所述第二双目视觉成像装置又可以成为水平组。所述垂直组与所述水平组各自有自己的坐标系，所述垂直组的坐标系相对于所述水平组的坐标系的位姿转换数据可以由一个3×3的旋转矩阵(表示姿态)和一个3×1的平移向量/>(表示位置)组成，由于所述垂直组与所述水平组是固定连接的，因此，/>和是固定已知的。在标定时，可以使用所述垂直组或所述水平组中的任意一组去识别跟踪所述定位标志物，另外一组去识别跟踪所述配准球。在本实施例中，可以使用所述垂直组识别所述定位标志物，使用所述水平组识别所述配准球。准确标定的问题可以描述为，已知所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据p′m(设计参数，但是由于制造误差不是很准确)，通过所述标定设备获得所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据pm。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据时，根据所述位姿数据、所述第二双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第一双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，以及所述第一设计位置数据，确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的第二设计位置数据；根据所述第二设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元的针孔模型参数，确定所述第二设计位置数据在所述第一定位导板图像中的所述第一投影位置数据；根据所述第二设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元的针孔模型参数，确定所述第二设计位置数据在所述第二定位导板图像中的所述第二投影位置数据。籍此，能够准确地确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，在确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的第二设计位置数据时，根据所述位姿数据和所述第一设计位置数据，确定所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的第三设计位置数据；根据所述第三设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第一双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，确定所述第二设计位置数据。籍此，能够准确地确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的第二设计位置数据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，在同一时间下，所述垂直组定位到所述定位标志物在所述垂直组的坐标系下的三维位姿数据与三维位置数据分别为与/>可以得到所述配准球的球心在所述垂直组的坐标系下的设计位置数据，也即是所述第三设计位置数据：
通过所述水平组的坐标系相对于所述垂直组的坐标系的位姿转换数据，由一个3×3的旋转矩阵(表示姿态)和一个3×1的平移向量/>(表示位置)组成，可以得到所述配准球的球心在所述水平组的坐标系下的设计位置数据，也即是所述第二设计位置数据：
其中，是/>的矩阵转置，/>
此外，通过p′h和水平组的两个相机的针孔模型参数可以得到p′h在水平组的两个相机采集的两幅定位导板图像中的投影坐标分别为(u′1，v′1)(所述第二设计位置数据在所述第一定位导板图像中的所述第一投影位置数据)、(u′2，v′2)(所述第二设计位置数据在所述第二定位导板图像中的所述第二投影位置数据)。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在步骤S102中，根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，并根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域。
在一些可选实施例中，在根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理时，根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行选取操作，以获得包含所述第一定位导板图像中的所述配准球的第一图像区域；对所述第一图像区域进行二值化处理，以获得所述第一图像区域对应的多个二值化图像；计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，并根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第一连通区域。籍此，能够准确地确定所述第一连通区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行选取操作时，以所述第一投影位置数据所在的所述第一定位导板图像中的点为圆心，并以距离所述点的预设距离为半径，确定所述第一图像区域，其中，所述预设距离大于所述配准球在所述第一定位导板图像中的像素尺寸的半径。其中，所述预设距离可由本领域技术人员根据实际需要进行设定，本实施例对此不做任何限定。籍此，能够准确地确定所述第一图像区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，由于真实的球心与设计的球心相差不远，因此，可以分别在所述第一定位导板图像中的(u′1，v′1)附近选取合适大小(包含完整配准球大小)的区域和所述第二定位导板图像中的(u′2，v′2)附近选取合适大小(包含完整配准球大小)的区域，并找到配准球的球心的标定位置数据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在对所述第一图像区域进行二值化处理时，根据图像像素点的灰度数据的范围，确定用于对所述第一图像区域进行二值化处理的多个灰度阈值；根据所述多个灰度阈值，分别对所述第一图像区域进行二值化处理，以获得所述多个二值化图像。籍此，通过所述多个灰度阈值，能够分别对所述第一图像区域进行准确地二值化处理，以获得所述多个二值化图像。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，将上述第一图像区域转换成黑白图像，每个像素的灰度值(I)范围为0-255，可以选取以20为起点，220为终点，20为步长选取11个灰度阈值(起点，终点与步长可以在调试中调整)，将第一图像区域转为11张二值化图像，转换如下：
其中，Ibinary表示所述二值化图像中的像素点的灰度值，Ithreshld表示所述灰度阈值。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域时，针对所述多个二值化图像中的每个二值化图像，对二值化图像进行光栅扫描，并以所述二值化图像中灰度数据为零的第一像素点为起点，测试与所述第一像素点八邻近的每个像素点是否与所述第一像素点在同一连通区域中，若是，则将其加入到所述同一连通区域中，再测试新加入所述同一连通区域的每个像素点的八邻近的每个像素点是否与被测试的像素点是否在所述同一连通区域中，重复这一过程，直至所述同一连通区域中的所有像素点都被找到；若所述同一连通区域中的所有像素点都被找到，以所述二值化图像中没有经过测试且灰度数据为零的下一个像素点为起点，寻找下一个连通区域中的所有像素点，直至所述二值化图像中的所有像素点都被遍历一次，从而获得所述二值化图像的至少一个黑色连通区域。籍此，能够准确地计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，光栅扫描就是在图像中从左到右从上到下的顺序对每个像素做处理。此外，由于配准球在图像中是黑色的，因此，在每张二值化图像中找到黑色(也就是灰度值为0)的连通区域，连通区域的计算方法如下：以二值化图像中第一个为灰度值为0的像素为起点，设其所在的连通区域为C，测试其他与之邻近(8邻近，就是点的上下左右四点加斜上斜下四点)的像素点与是否与其在同一连通区域中，测试某点p是否在某个连通区域C中方法如下：
设p点坐标(u,v)，若
且q∈C，则p∈C。
如果其邻近点中有加入到连通区域中的点，则继续在新加入点的邻近点中寻找下一个可以加入到同一连通区域的点。若没有可加入的点，则连通区域C中的所有点都被找到，再以下一个没有经过测试的0值点为起点寻找下一连通区域的所有点，直至图像中所有点都被遍历一次。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第一连通区域时，确定所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度；根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度，确定所述第一连通区域。籍此，能够准确地确定所述第一连通区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，找到的所有连通区域为配准球的像的候选位置，之后通过连通区域的大小(去掉区域太大或太小的)，连通区域的圆度(圆度越高越好)，来筛选出最终的配准球的像。
圆度计算：
其中，A表示连通区域的面积的大小，perimeter表示连通区域的周长。连通区域的大小可为连通区域的面积大小与所述第一图像区域的面积大小的比值，如果所述比值大于预设的比值范围的上限，所述连通区域过大。如果所述比值小于预设的比值范围的下限，所述连通区域过小。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理时，根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行选取操作，以获得包含所述第二定位导板图像中的所述配准球的第二图像区域；对所述第二图像区域进行二值化处理，以获得所述第二图像区域对应的多个二值化图像；计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，并根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第二连通区域。籍此，能够准确地确定所述第二连通区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行选取操作时，以所述第二投影位置数据所在的所述第二定位导板图像中的点为圆心，并以距离所述点的预设距离为半径，确定所述第二图像区域，其中，所述预设距离大于所述配准球在所述第二定位导板图像中的像素尺寸的半径。其中，所述预设距离可由本领域技术人员根据实际需要进行设定，本实施例对此不做任何限定。籍此，能够准确地确定所述第二图像区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，由于真实的球心与设计的球心相差不远，因此，可以分别在所述第一定位导板图像中的(u′1，v′1)附近选取合适大小(包含完整配准球大小)的区域和所述第二定位导板图像中的(u′2，v′2)附近选取合适大小(包含完整配准球大小)的区域，并找到配准球的球心的标定位置数据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在对所述第二图像区域进行二值化处理时，根据图像像素点的灰度数据的范围，确定用于对所述第二图像区域进行二值化处理的多个灰度阈值；根据所述多个灰度阈值，分别对所述第二图像区域进行二值化处理，以获得所述多个二值化图像。籍此，通过所述多个灰度阈值，能够分别对所述第二图像区域进行准确地二值化处理，以获得所述多个二值化图像。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，将上述第一图像区域转换成黑白图像，每个像素的灰度值(I)范围为0-255，可以选取以20为起点，220为终点，20为步长选取11个灰度阈值(起点，终点与步长可以在调试中调整)，将第一图像区域转为11张二值化图像，转换如下：
其中，Ivinary表示所述二值化图像中的像素点的灰度值，Ithreshld表示所述灰度阈值。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域时，针对所述多个二值化图像中的每个二值化图像，对二值化图像进行光栅扫描，并以所述二值化图像中灰度数据为零的第一像素点为起点，测试与所述第一像素点八邻近的每个像素点是否与所述第一像素点在同一连通区域中，若是，则将其加入到所述同一连通区域中，再测试新加入所述同一连通区域的每个像素点的八邻近的每个像素点是否与被测试的像素点是否在所述同一连通区域中，重复这一过程，直至所述同一连通区域中的所有像素点都被找到；；若所述同一连通区域中的所有像素点都被找到，以所述二值化图像中没有经过测试且灰度数据为零的下一个像素点为起点，寻找下一个连通区域中的所有像素点，直至所述二值化图像中的所有像素点都被遍历一次，从而获得所述二值化图像的至少一个黑色连通区域。籍此，能够准确地计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，由于配准球在图像中是黑色的，因此，在每张二值化图像中找到黑色(也就是灰度值为0)的连通区域，连通区域的计算方法如下：以二值化图像中第一个为灰度值为0的像素为起点，设其所在的连通区域为C，测试其他与之邻近(8邻近，就是点的上下左右四点加斜上斜下四点)的像素点与是否与其在同一连通区域中，测试某点p是否在某个连通区域C中方法如下：
设p点坐标(u,v)，若
且q∈C，则p∈C。
如果其邻近点中有加入到连通区域中的点，则继续在新加入点的邻近点中寻找下一个可以加入到同一连通区域的点。若没有可加入的点，则连通区域C中的所有点都被找到，再以下一个没有经过测试的0值点为起点寻找下一连通区域的所有点，直至图像中所有点都被遍历一次。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第二连通区域时，确定所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度；根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度，确定所述第二连通区域。籍此，能够准确地确定所述第二连通区域。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，找到的所有连通区域为配准球的像的候选位置，之后通过连通区域的大小(去掉区域太大或太小的)，连通区域的圆度(圆度越高越好)，来筛选出最终的配准球的像。
圆度计算：
其中，A表示连通区域的面积的大小，perimeter表示连通区域的周长。连通区域的大小可为连通区域的面积大小与所述第一图像区域的面积大小的比值，如果所述比值大于预设的比值范围的上限，所述连通区域过大。如果所述比值小于预设的比值范围的下限，所述连通区域过小。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在步骤S103中，根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据。
在一些可选实施例中，在根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据时，根据所述第一连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第一连通区域中的所有像素点在所述第一定位导板图像的坐标系下的横坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的横坐标；根据所述第一连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第一连通区域中的所有像素点在所述第一定位导板图像的坐标系下的纵坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的纵坐标；根据所述横坐标和所述纵坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的位置数据。籍此，能够准确地确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，计算出第一连通区域的重心点，设连通区域为C，重心点为(uc,vc)，Ii表示所述第一连通区域的像素点i的灰度值，ui表示所述第一连通区域中的像素点i在所述第一定位导板图像的坐标系下的横坐标，vi表示所述第一连通区域中的像素点i在所述第一定位导板图像的坐标系下的纵坐标，
其中，所述重心点的坐标即为所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的坐标。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，在根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据时，根据所述第二连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第二连通区域中的所有像素点在所述第二定位导板图像的坐标系下的横坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的横坐标；根据所述第二连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第二连通区域中的所有像素点在所述第二定位导板图像的坐标系下的纵坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的纵坐标；根据所述横坐标和所述纵坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的位置数据。籍此，能够准确地确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，计算出第二连通区域的重心点，设连通区域为C，重心点为(uc,vc)，Ii表示所述第二连通区域的像素点i的灰度值，ui表示所述第二连通区域中的像素点i在所述第二定位导板图像的坐标系下的横坐标，vi表示所述第二连通区域中的像素点i在所述第二定位导板图像的坐标系下的纵坐标，
其中，所述重心点的坐标即为所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的坐标。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在步骤S104中，根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
在一些可选实施例中，在根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据时，根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的位置数据、所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的位置数据、所述第一视觉成像单元的投影矩阵，以及所述第二视觉成像单元的投影矩阵，确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据；根据所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据和所述第一双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第二双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，确定所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据；根据所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据和所述位姿数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。籍此，能够准确地确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，在两幅定位导板图像中分别找到配准球的球心为(u1,v1)和(u2,v2)，可以求出配准球的球心在水平组的坐标系下的位置数据，设水平组的两个相机的投影矩阵分别为Pl和Pr(投影矩阵为3×4的矩阵)，球心在空间中的三维齐次坐标为H(x,y,z,w)，配准球的球心在两幅定位导板图像中的齐次坐标为h1＝(u1,v1,1)和h2＝(u2,v2,1)，那么存在映射关系h1＝Plph，h2＝Prph，可以推出：h1×PlH＝0，h2×PrH＝0，可以把上面两个等式整理成AH＝0的形式，其中：
PiT是P的第i行，可以用最小二乘法求解出H(x,y,z,w)。H可以转换成欧氏空间的三维坐标再转换成配准球的球心在垂直组的坐标系下的位置数据pv，
再转换成配准球的球心在定位标志物坐标系下的标定坐标pm，
其中，是/>的矩阵转置，/>
得到pm，单个配准球标定完成，通过以上流程可以把同一定位导板上所有配准球的球心在定位标志物坐标系下的标定位置都找出来，一个定位导板就被标定好了。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在具体实际的应用中，可以通过光学方法把定位导板上的配准球与定位标志物的相对位置准确的标定出来(标定精度误差在0.2mm以内)，从而极大地提高手术导航的精度。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
通过本实施例提供的手术导航设备中的定位导板的标定方法，根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据，并根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，再根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域，再根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，再根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，再根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据，与现有的其它方式相比，能够准确地确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据，进而准确地标定了定位导板中的定位标志物与配准球的相对位置，从而有效提高手术导航的精度。
本实施例提供的手术导航设备中的定位导板的标定方法可以由任意适当的具有数据处理能力的设备执行，包括但不限于：摄像头、终端、移动终端、PC机、服务器、车载设备、娱乐设备、广告设备、个人数码助理(PDA)、平板电脑、笔记本电脑、掌上游戏机、智能眼镜、智能手表、可穿戴设备、虚拟显示设备或显示增强设备等。
参照图2，示出了本实施例二的标定设备的结构示意图。
本实施例提供的标定设备包括：支撑物12、设置于所述支撑物12上的基座13、设置于所述基座13上的固定架14、设置于所述固定架14的第一双目视觉成像装置15和第二双目视觉成像装置16，其中，所述第一双目视觉成像装置15的成像方向与所述第二双目视觉成像装置16的成像方向相互垂直；调节架17，设置于所述支撑物12上，用于调节待标定的定位导板19分别与所述第一双目视觉成像装置15和所述第二双目视觉成像装置16的相对位置；工控机18，分别与所述第一双目视觉成像装置15和所述第二双目视觉成像装置16通信连接，用于执行如本实施例一所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。籍此，能够准确地确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据，进而准确地标定了定位导板中的定位标志物与配准球的相对位置，从而有效提高手术导航的精度。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，所述第一双目视觉成像装置15包括通过所述固定架固定连接的第一视觉成像单元和第二视觉成像单元，所述第一视觉成像单元与所述第二视觉成像单元均可为相机。由于安装于所述标定设备的固定架14的上面的所述第一双目视觉成像装置15的成像方向是垂直向下的，因此，所述第一双目视觉成像装置15又可以称为垂直组。所述第二双目视觉成像装置16包括通过所述固定架固定连接的第一视觉成像单元和第二视觉成像单元，所述第一视觉成像单元和所述第二视觉成像单元均可为相机。由于安装于所述标定设备的固定架14的下面的所述第二双目视觉成像装置16的成像方向是水平的，因此，所述第二双目视觉成像装置16又可以成为水平组。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一些可选实施例中，所述工控机18，还用于向所述第一双目视觉成像装置15和所述第二双目视觉成像装置16分别发送硬触发信号，使得所述第一双目视觉成像装置15与所述第二双目视觉成像装置16同步成像。籍此，能够有效保证标定设备的精度。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
在一个具体的例子中，所述标定设备包含四个工业相机，分为上下两组，各组中两个相机组成一个双目系统(双目系统，通常有两台相机组成，通过在同一时间拍摄同一场景分别得到的两幅图像，可以计算出当前场景下特征点的三维位置)，由固定架固定连接，上面一组双目称为垂直组，下面一组称为水平组，为了保证精度，垂直组与水平组是通过硬触发信号同步的，定位导板放在距离垂直组与水平组的415mm左右(可以根据工业相机的镜头参数，或被标定物的大小调整)的位置进行标定。可以理解的是，以上描述仅为示例性的，本实施例对此不做任何限定。
本实施例提供的标定设备用于实现前述多个方法实施例中相应的手术导航设备中的定位导板的标定方法，并具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
参照图3，示出了本实施例三的手术导航设备中的定位导板的标定装置的结构示意图。
本实施例提供的手术导航设备中的定位导板的标定装置包括：第一确定模块301，用于根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据；光学处理模块302，用于根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，并根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域；第二确定模块303，用于根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据；第三确定模块304，用于根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
可选地，所述第一确定模块301，包括：第一确定子模块，用于根据所述位姿数据、所述第二双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第一双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，以及所述第一设计位置数据，确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的第二设计位置数据；第二确定子模块，用于根据所述第二设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元的针孔模型参数，确定所述第二设计位置数据在所述第一定位导板图像中的所述第一投影位置数据；第三确定子模块，用于根据所述第二设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元的针孔模型参数，确定所述第二设计位置数据在所述第二定位导板图像中的所述第二投影位置数据。
可选地，所述第一确定子模块，具体用于：根据所述位姿数据和所述第一设计位置数据，确定所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的第三设计位置数据；根据所述第三设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第一双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，确定所述第二设计位置数据。
可选地，所述光学处理模块302，包括：第一选取子模块，用于根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行选取操作，以获得包含所述第一定位导板图像中的所述配准球的第一图像区域；第一处理子模块，用于对所述第一图像区域进行二值化处理，以获得所述第一图像区域对应的多个二值化图像；第四确定子模块，用于计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，并根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第一连通区域。
可选地，所述第一选取子模块，具体用于：以所述第一投影位置数据所在的所述第一定位导板图像中的点为圆心，并以距离所述点的预设距离为半径，确定所述第一图像区域，其中，所述预设距离大于所述配准球在所述第一定位导板图像中的像素尺寸的半径。
可选地，所述第一处理子模块，具体用于：根据图像像素点的灰度数据的范围，确定用于对所述第一图像区域进行二值化处理的多个灰度阈值；根据所述多个灰度阈值，分别对所述第一图像区域进行二值化处理，以获得所述多个二值化图像。
可选地，所述第四确定子模块，具体用于：针对所述多个二值化图像中的每个二值化图像，对二值化图像进行光栅扫描，并以所述二值化图像中灰度数据为零的第一像素点为起点，测试与所述第一像素点八邻近的每个像素点是否与所述第一像素点在同一连通区域中，若是，则将其加入到所述同一连通区域中，再测试新加入所述同一连通区域的每个像素点的八邻近的每个像素点是否与被测试的像素点是否在所述同一连通区域中，重复这一过程，直至所述同一连通区域中的所有像素点都被找到；若所述同一连通区域中的所有像素点都被找到，以所述二值化图像中没有经过测试且灰度数据为零的下一个像素点为起点，寻找下一个连通区域中的所有像素点，直至所述二值化图像中的所有像素点都被遍历一次，从而获得所述二值化图像的至少一个黑色连通区域。
可选地，所述第四确定子模块，具体用于：确定所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度；根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度，确定所述第一连通区域。
可选地，所述光学处理模块302，包括：第二选取子模块，用于根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行选取操作，以获得包含所述第二定位导板图像中的所述配准球的第二图像区域；第二处理子模块，用于对所述第二图像区域进行二值化处理，以获得所述第二图像区域对应的多个二值化图像；第五确定子模块，用于计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，并根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第二连通区域。
可选地，所述第二选取子模块，具体用于：以所述第二投影位置数据所在的所述第二定位导板图像中的点为圆心，并以距离所述点的预设距离为半径，确定所述第二图像区域，其中，所述预设距离大于所述配准球在所述第二定位导板图像中的像素尺寸的半径。
可选地，所述第二处理子模块，具体用于：根据图像像素点的灰度数据的范围，确定用于对所述第二图像区域进行二值化处理的多个灰度阈值；根据所述多个灰度阈值，分别对所述第二图像区域进行二值化处理，以获得所述多个二值化图像。
可选地，所述第五确定子模块，具体用于：针对所述多个二值化图像中的每个二值化图像，对二值化图像进行光栅扫描，并以所述二值化图像中灰度数据为零的第一像素点为起点，测试与所述第一像素点八邻近的每个像素点是否与所述第一像素点在同一连通区域中，若是，则将其加入到所述同一连通区域中，再测试新加入所述同一连通区域的每个像素点的八邻近的每个像素点是否与被测试的像素点是否在所述同一连通区域中，重复这一过程，直至所述同一连通区域中的所有像素点都被找到；若所述同一连通区域中的所有像素点都被找到，以所述二值化图像中没有经过测试且灰度数据为零的下一个像素点为起点，寻找下一个连通区域中的所有像素点，直至所述二值化图像中的所有像素点都被遍历一次，从而获得所述二值化图像的至少一个黑色连通区域。
可选地，所述第五确定子模块，具体用于：确定所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度；根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度，确定所述第二连通区域。
可选地，所述第二确定模块303，具体用于：根据所述第一连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第一连通区域中的所有像素点在所述第一定位导板图像的坐标系下的横坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的横坐标；根据所述第一连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第一连通区域中的所有像素点在所述第一定位导板图像的坐标系下的纵坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的纵坐标；根据所述横坐标和所述纵坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的位置数据。
可选地，所述第二确定模块303，具体用于：根据所述第二连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第二连通区域中的所有像素点在所述第二定位导板图像的坐标系下的横坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的横坐标；根据所述第二连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第二连通区域中的所有像素点在所述第二定位导板图像的坐标系下的纵坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的纵坐标；根据所述横坐标和所述纵坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的位置数据。
可选地，所述第三确定模块304，具体用于：根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的位置数据、所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的位置数据、所述第一视觉成像单元的投影矩阵，以及所述第二视觉成像单元的投影矩阵，确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据；根据所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据和所述第一双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第二双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，确定所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据；根据所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据和所述位姿数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
本实施例提供的手术导航设备中的定位导板的标定装置用于实现前述多个方法实施例中相应的手术导航设备中的定位导板的标定方法，并具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。
图4为本实施例四中电子设备的结构示意图；该电子设备可以包括：
一个或多个处理器401；
计算机可读介质402，可以配置为存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述实施例一所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
图5为本实施例五中电子设备的硬件结构；如图5所示，该电子设备的硬件结构可以包括：处理器501，通信接口502，计算机可读介质503和通信总线504；
其中处理器501、通信接口502、计算机可读介质503通过通信总线504完成相互间的通信；
可选地，通信接口502可以为通信模块的接口，如GSM模块的接口；
其中，处理器501具体可以配置为：根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据；根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，并根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域；根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据；根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
处理器501可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
计算机可读介质503可以是，但不限于，随机存取存储介质(Random AccessMemory，RAM)，只读存储介质(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储介质(Programmable Read-Only Memory，PROM)，可擦除只读存储介质(Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储介质(Electric Erasable ProgrammableRead-Only Memory，EEPROM)等。
特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含配置为执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本申请所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读介质例如可以但不限于是电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储介质(RAM)、只读存储介质(ROM)、可擦式可编程只读存储介质(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储介质(CD-ROM)、光存储介质件、磁存储介质件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输配置为由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写配置为执行本申请的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如”C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络：包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个配置为实现规定的逻辑功能的可执行指令。上述具体实施例中有特定先后关系，但这些先后关系只是示例性的，在具体实现的时候，这些步骤可能会更少、更多或执行顺序有调整。即在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
描述于本申请实施例中所涉及到的模块可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。所描述的模块也可以设置在处理器中，例如，可以描述为：一种处理器包括第一确定模块、光学处理模块、第二确定模块和第三确定模块。其中，这些模块的名称在某种情况下并不构成对该模块本身的限定，例如，第一确定模块还可以被描述为“根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据的模块”。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上述实施例一所描述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
作为另一方面，本申请还提供了一种计算机可读介质，该计算机可读介质可以是上述实施例中描述的装置中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该装置中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该装置执行时，使得该装置：根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据；根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，并根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域；根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据；根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
在本公开的各种实施方式中所使用的表述“第一”、“第二”、“所述第一”或“所述第二”可修饰各种部件而与顺序和/或重要性无关，但是这些表述不限制相应部件。以上表述仅配置为将元件与其它元件区分开的目的。例如，第一用户设备和第二用户设备表示不同的用户设备，虽然两者均是用户设备。例如，在不背离本公开的范围的前提下，第一元件可称作第二元件，类似地，第二元件可称作第一元件。
当一个元件(例如，第一元件)称为与另一元件(例如，第二元件)“(可操作地或可通信地)联接”或“(可操作地或可通信地)联接至”另一元件(例如，第二元件)或“连接至”另一元件(例如，第二元件)时，应理解为该一个元件直接连接至该另一元件或者该一个元件经由又一个元件(例如，第三元件)间接连接至该另一个元件。相反，可理解，当元件(例如，第一元件)称为“直接连接”或“直接联接”至另一元件(第二元件)时，则没有元件(例如，第三元件)插入在这两者之间。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (7)

1.一种手术导航设备中的定位导板的标定方法，其特征在于，应用于标定设备，所述方
法包括：
根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据，包括：
所述位姿数据和所述第一设计位置数据，确定所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的第三设计位置数据；
根据所述第三设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第一双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，以及所述第一设计位置数据，确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的第二设计位置数据；
根据所述第二设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元的针孔模型参数，确定所述第二设计位置数据在所述第一定位导板图像中的所述第一投影位置数据；
根据所述第二设计位置数据和所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元的针孔模型参数，确定所述第二设计位置数据在所述第二定位导板图像中的所述第二投影位置数据；
根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，包括：
根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行选取操作，以所述第一投影位置数据所在的所述第一定位导板图像中的点为圆心，并以距离所述点的预设距离为半径，确定第一图像区域，以获得包含所述第一定位导板图像中的所述配准球的第一图像区域，其中，所述预设距离大于所述配准球在所述第一定位导板图像中的像素尺寸的半径；
对所述第一图像区域进行二值化处理，以获得所述第一图像区域对应的多个二值化图像，包括：
根据图像像素点的灰度数据的范围，确定用于对所述第一图像区域进行二值化处理的多个灰度阈值；
根据所述多个灰度阈值，分别对所述第一图像区域进行二值化处理，以获得所述多个二值化图像；
计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，并根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第一连通区域，包括：
针对所述多个二值化图像中的每个二值化图像，对二值化图像进行光栅扫描，并以所述二值化图像中灰度数据为零的第一像素点为起点，测试与所述第一像素点八邻近的每个像素点是否与所述第一像素点在同一连通区域中，若是，则将其加入到所述同一连通区域中，再测试新加入所述同一连通区域的每个像素点的八邻近的每个像素点是否与被测试的像素点是否在所述同一连通区域中，重复这一过程，直至所述同一连通区域中的所有像素点都被找到；
若所述同一连通区域中的所有像素点都被找到，以所述二值化图像中没有经过测试且灰度数据为零的下一个像素点为起点，寻找下一个连通区域中的所有像素点，直至所述二值化图像中的所有像素点都被遍历一次，从而获得所述二值化图像的至少一个黑色连通区域；
确定所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度；
根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度，确定所述第一连通区域；
根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域，包括：
根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行选取操作，以所述第二投影位置数据所在的所述第二定位导板图像中的点为圆心，并以距离所述点的预设距离为半径，确定第二图像区域，以获得包含所述第二定位导板图像中的所述配准球的第二图像区域，其中，所述预设距离大于所述配准球在所述第二定位导板图像中的像素尺寸的半径；
对所述第二图像区域进行二值化处理，以获得所述第二图像区域对应的多个二值化图像，包括：
根据图像像素点的灰度数据的范围，确定用于对所述第二图像区域进行二值化处理的多个灰度阈值；
根据所述多个灰度阈值，分别对所述第二图像区域进行二值化处理，以获得所述多个二值化图像；
计算所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，并根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的黑色连通区域，确定所述第二连通区域，包括：
针对所述多个二值化图像中的每个二值化图像，对二值化图像进行光栅扫描，并以所述二值化图像中灰度数据为零的第一像素点为起点，测试与所述第一像素点八邻近的每个像素点是否与所述第一像素点在同一连通区域中，若是，则将其加入到所述同一连通区域中，再测试新加入所述同一连通区域的每个像素点的八邻近的每个像素点是否与被测试的像素点是否在所述同一连通区域中，重复这一过程，直至所述同一连通区域中的所有像素点都被找到；
若所述同一连通区域中的所有像素点都被找到，以所述二值化图像中没有经过测试且灰度数据为零的下一个像素点为起点，寻找下一个连通区域中的所有像素点，直至所述二值化图像中的所有像素点都被遍历一次，从而获得所述二值化图像的至少一个黑色连通区域；
确定所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度；
根据所述多个二值化图像中的每个二值化图像的至少一个黑色连通区域中的每个黑色连通区域的大小和圆度，确定所述第二连通区域；
根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，包括：
根据所述第一连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第一连通区域中的所有像素点在所述第一定位导板图像的坐标系下的横坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的横坐标；
根据所述第一连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第一连通区域中的所有像素点在所述第一定位导板图像的坐标系下的纵坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的纵坐标；
根据所述横坐标和所述纵坐标，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的位置数据；
根据所述第二连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第二连通区域中的所有像素点在所述第二定位导板图像的坐标系下的横坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的横坐标；
根据所述第二连通区域中的所有像素点的灰度数据和所述第二连通区域中的所有像素点在所述第二定位导板图像的坐标系下的纵坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的纵坐标；
根据所述横坐标和所述纵坐标，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的位置数据；
根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据，包括：
根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心在所述第一定位导板图像的坐标系下的位置数据、所述第二定位导板图像中所述配准球的球心在所述第二定位导板图像的坐标系下的位置数据、所述第一视觉成像单元的投影矩阵，以及所述第二视觉成像单元的投影矩阵，确定所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据；
根据所述配准球的球心在所述第二双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据和所述第一双目视觉成像装置的坐标系相对于所述第二双目视觉成像装置的坐标系的位姿转换数据，确定所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据；
根据所述配准球的球心在所述第一双目视觉成像装置的坐标系下的位置数据和所述位姿数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
2.一种手术导航设备中的定位导板的标定装置，其特征在于，应用于标定设备，采用权利要求1中的手术导航设备中的定位导板的标定方法进行标定，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据待标定的定位导板的定位标志物在所述标定设备的第一双目视觉成像装置的坐标系下的位姿数据和所述定位导板的配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的第一设计位置数据，确定所述第一设计位置数据在所述标定设备的第二双目视觉成像装置的第一视觉成像单元采集的第一定位导板图像中的第一投影位置数据和所述第一设计位置数据在所述第二双目视觉成像装置的第二视觉成像单元采集的第二定位导板图像中的第二投影位置数据；
光学处理模块，用于根据所述第一投影位置数据，对所述第一定位导板图像进行光学处理，以获得所述第一定位导板图像中所述配准球的第一连通区域，并根据所述第二投影位置数据，对所述第二定位导板图像进行光学处理，以获得所述第二定位导板图像中所述配准球的第二连通区域；
第二确定模块，用于根据所述第一连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，并根据所述第二连通区域中的像素点的灰度数据和位置数据，确定所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据；
第三确定模块，用于根据所述第一定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据和所述第二定位导板图像中所述配准球的球心的位置数据，确定所述配准球的球心在所述定位标志物的坐标系下的标定位置数据。
3.一种标定设备，其特征在于，所述标定设备包括：
支撑物、设置于所述支撑物上的基座、设置于所述基座上的固定架、设置于所述固定架的第一双目视觉成像装置和第二双目视觉成像装置，其中，所述第一双目视觉成像装置的成像方向与所述第二双目视觉成像装置的成像方向相互垂直；
调节架，设置于所述支撑物上，用于调节待标定的定位导板分别与所述第一双目视觉成像装置和所述第二双目视觉成像装置的相对位置；
工控机，分别与所述第一双目视觉成像装置和所述第二双目视觉成像装置通信连接，用于执行如权利要求1所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
4.根据权利要求3所述的标定设备，其特征在于，所述第一双目视觉成像装置包括通过所述固定架固定连接的第一视觉成像单元和第二视觉成像单元，并且所述第二双目视觉成像装置包括通过所述固定架固定连接的第一视觉成像单元和第二视觉成像单元。
5.根据权利要求3所述的标定设备，其特征在于，所述工控机，还用于向所述第一双目视觉成像装置和所述第二双目视觉成像装置分别发送硬触发信号，使得所述第一双目视觉成像装置与所述第二双目视觉成像装置同步成像。
6.一种电子设备，其特征在于，所述设备包括：
一个或多个处理器；
计算机可读介质，配置为存储一个或多个程序，
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
7.一种计算机可读介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的手术导航设备中的定位导板的标定方法。
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