CN114452545A - 坐标系转换关系的确认方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种坐标系转换关系的确认方法、装置及系统，涉及放射治疗技术领域。该方法先基于初始转换关系和标定组件在相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在设备坐标系下的第二位置，之后基于该第二位置和标定组件在设备坐标系下的第三位置确定出的标定组件在设备坐标系下的偏移量，对初始转换关系进行校正以得到目标转换关系。由于本申请确定出的目标转换关系的精度较高，因此通过该目标转换关系计算目标对象在设备坐标系下的位置的准确性较高。

Description

坐标系转换关系的确认方法、装置及系统

技术领域

本申请涉及放射治疗技术领域，特别涉及一种坐标系转换关系的确认方法、装置及系统。

背景技术

点云相机能够在其视野范围内获取目标物的立体点云图像，该立体点云图像经处理后能够得到目标物在相机坐标系下的坐标。该目标物的坐标可以称为该目标物的点云数据。

相关技术中，由于点云相机所处的相机坐标系与放疗设备的设备坐标系不同，因此需要将目标对象在相机坐标系下的坐标转换为设备坐标系下的坐标，以便基于该目标对象在设备坐标系下的坐标对该目标对象进行放射治疗。

但是，相关技术中将相机坐标系下的坐标数据转换为设备坐标系下的坐标数据的转换精度较低。

发明内容

本申请提供了一种坐标系转换关系的确认方法、装置及系统，可以解决相关技术中将相机坐标系下的坐标数据转换为设备坐标系下的坐标数据的转换精度较低的问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法，所述方法包括：

基于初始转换关系和标定组件在点云相机的相机坐标系下的第一位置，确定所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第二位置，其中，所述初始转换关系为所述相机坐标系和所述设备坐标系之间的转换关系；

基于所述第二位置和所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第三位置，确定所述标定组件在所述设备坐标系下的偏移量；

基于所述偏移量，对所述初始转换关系进行校正，得到所述相机坐标系和所述设备坐标系之间的目标转换关系。

可选的，在确定所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第二位置之前，所述方法还包括：

获取所述初始转换关系。

可选的，所述获取所述初始转换关系，包括：

获取所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第三位置；

获取所述标定组件在所述点云相机的相机坐标系下的第一位置；

基于所述第三位置和所述第一位置，确定所述相机坐标系和所述设备坐标系之间的初始转换关系。

可选的，所述获取所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第三位置，包括：

获取所述标定组件中各目标标定物的位置关系；

在所述标定组件中任一目标标定物距离所述放疗设备的等中心预设位置的情况下，基于所述预设位置以及各所述目标标定物的位置关系，确定每个所述目标标定物在所述放疗设备的设备坐标系下的坐标。

可选的，所述获取所述标定组件在所述点云相机的相机坐标系下的第一位置，包括：

在所述标定组件中任一目标标定物位于所述放疗设备的等中心的预设位置的情况下，基于所述点云相机获取每个所述目标标定物在所述点云相机的相机坐标系下的坐标。

另一方面，提供了一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认设备，所述确认设备包括：处理器和存储器；

所述存储器用于存储由处理器执行的指令，所述处理器通过执行所述存储器中存储的指令以实现如上述方面所述的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法。

又一方面，提供了一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认系统，所述确认系统包括：标定组件，放疗设备，点云相机，以及如上述方面所述的确认设备。

可选的，所述标定组件包括至少一个标定物和承载座，所述至少一个标定物位于所述承载座上，所述承载座用于与所述放疗设备连接。

可选的，每个所述标定物的形状为圆球体或者半球体。

可选的，所述标定组件包括至少三个标定物；所述至少三个标定物至少满足下述条件中的一个条件：任意两个所述标定物的直径不同，任意相邻的两个所述标定物之间的距离不同。

再一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述方面所述的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法。

本申请提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本申请提供了一种坐标系转换关系的确认方法、装置及系统，该方法先基于初始转换关系和标定组件在相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在设备坐标系下的第二位置，之后基于该第二位置和标定组件在设备坐标系下的第三位置确定出的标定组件在设备坐标系下的偏移量，对初始转换关系进行校正以得到目标转换关系。由于本申请确定出的目标转换关系的精度较高，因此通过该目标转换关系计算目标对象在设备坐标系下的位置的准确性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种标定组件的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法的流程图；

图4是本申请实施例提供的另一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法的流程图；

图5是本申请实施例提供的一种放疗系统的结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种目标对象的位置确定方法的流程图；

图7是本申请实施例提供的一种确认设备的结构框图；

图8是本申请实施例提供的一种获取模块的结构框图；

图9是本申请实施例提供的又一种确认设备的结构框图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

图1是本申请实施例提供的一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认系统的结构示意图。参考图1，确认系统10可以包括：标定组件101，放疗设备102，点云相机103以及点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认设备104(本申请实施例在下述描述简称为确认设备104)。

可选的，放疗设备102和点云相机103可以通过有线或无线网络与确认设备104建立通信连接。该放疗设备102可以包括治疗床1021和环形机架1022，环形机架1022上可以设置辐射头、成像装置例如锥形束CT装置等。点云相机103可以用于拍摄立体点云图像，并将拍摄得到的立体点云图像发送至确认设备104。

可选的，确认设备104可以为计算机设备，或者为服务器，又或者由若干台服务器组成的服务器集群，再或者为一个云计算服务中心。

图2是本申请实施例提供的一种标定组件的结构示意图。参考图2可以看出，该标定组件101可以包括：至少一个目标标定物1011和承载座1012。该至少一个目标标定物1011位于承载座1012上，该承载座1012用于与放疗设备102连接。其中，图2中示出了4个目标标定物1011。

在本申请实施例中，该承载座1012可以用于与放疗设备102的治疗床1021连接。在本申请实施例中，承载座1012可以固定于放疗设备102的治疗床1021的某一固定位置。

可选的，确认设备104可以预先获知标定组件101中各目标标定物1011的位置关系(根据标定组件的CAD图纸获取)，以及任一目标标定物1011与放疗设备102的等中心的位置关系(任一目标标定物距离等中心预设位置，该预设位置的坐标为已知的)。在任一目标标定物1011位于预定位置处时，标定组件101中其他目标标定物1011与放疗设备102的等中心点之间的距离是确定的，确认设备104能够基于预设位置与各个目标标定物的位置关系，确定每个目标标定物1011在放疗设备102的设备坐标系下的坐标。

进一步的，放疗设备102中的治疗床1021能够相对于环形机架1022移动。在治疗床1021移动的过程中，标定组件101可以随着治疗床1021一同移动。确认设备104可以基于治疗床1021的移床数据，以及标定组件101中每个目标标定物1011在设备坐标系下的坐标，确定标定组件101随着治疗床1021一同移动之后的坐标。也即是，无论治疗床1021是否移动，确认设备104均可以确定出标定组件101中每个目标标定物1011在设备坐标系下的坐标。

在本申请实施例中，确认设备104基于标定组件101中各目标标定物1011的位置关系，以及标定组件101中任一目标标定物1011的预设位置确定出的各个目标标定物1011在设备坐标系下的坐标可以为各个目标标定物1011在设备坐标系下的基准坐标(该基准坐标也可以称为标准坐标或准确坐标等)。

并且，确认设备104基于标定组件101中各目标标定物1011的位置关系，标定组件101中任一目标标定物1011的预设位置，以及治疗床的移床数据确定出的目标标定物1011在设备坐标系下的坐标也为该目标标定物1011在设备坐标系下的基准坐标。

可选的，确认设备104对点云相机103拍摄的立体点云图像进行处理，可以得到各个目标标定物1011的目标点在相机坐标系下的坐标。该目标点可以为目标标定物1011的中心点，相对应的，目标标定物1011的坐标为目标标定物1011的中心点的坐标。

可选的，每个目标标定物1011的形状可以为圆球体或者半球体。在目标标定物1011的形状为圆球体或者半球体时，目标标定物1011的球心可以作为目标标定物1011的目标点。确认设备104在获取到点云相机103拍摄到的标定组件的立体点云图像后，可以根据该目标标定物1011的半径以及标定组件的立体点云图像，经过简单的处理获得目标标定物1011的球心在相机坐标系下的坐标。相应的，确认设备104确定出的目标标定物1011在设备坐标系下的坐标可以为该目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的基准坐标。

如图2所示，本申请实施例使用的目标标定物1011为圆球体，点云相机103从任意角度进行拍摄，无论拍摄到的是目标标定物1011哪个角度的立体点云图像，这些立体点云图像均能够起到相同的作用，不会出现因拍摄角度不同而导致无法确定目标标定物1011的目标点的问题，不仅使得标定过程更加可靠，且使得标定过程更加方便。

可选的，标定组件101可以包括至少三个目标标定物1011，该至少三个目标标定物1011至少满足下述条件中的一个条件：任意两个目标标定物1011的直径不同，任意相邻的两个目标标定物1011之间的距离不同。

其中，任意相邻的两个目标标定物1011之间的距离不同用于表示：任意两个距离不同，每个距离为相邻的两个目标标定物1011之间的距离。由于任意两个目标标定物1011的直径不同，和/或任意相邻的两个目标标定物1011之间的距离不同，因此可以便于点云相机103拍摄的立体点云图像中各个目标标定物1011被确认设备104识别。

可选的，参考图2，该标定组件101还可以包括：与至少一个目标标定物1011一一对应的至少一个连杆1013。每个连杆1013的一端与对应的一个目标标定物1011连接，每个连杆1013的另一端与承载座1012连接。示例的，图2示出了四个目标标定物1011以及四个连杆1013。

在本申请实施例中，标定组件101可以包括至少三个目标标定物1011一一对应的至少三个连杆1013。该至少三个连杆1013相互错开，不仅能使得每一个目标标定物1011在沿平行于承载座1012的承载面的方向上的坐标彼此不同，且能够防止任意相邻两个目标标定物1011之间相互遮挡。

示例的，如图2所示，标定组件101包括四个连杆1013。该四个连杆1013排布成四边形的形状。或者，该四个连杆1013中的其中三个连杆1013排布成三角形的形状，而另一个连杆1013位于三角形的中心。

在本申请实施例中，至少三个连杆1013的长度不同。由此，可以使得各个连杆1013在垂直于承载座1012的承载面的方向上，各个目标标定物1011的坐标不同。也即是，各个目标标定物1011与承载座1012的承载面之间的距离不同，各个目标标定物1011处于不同平面上。由此，各个目标标定物1011在相机坐标系中的三维坐标均彼此不同，且在设备坐标系中的三维坐标均彼此不同，以提供更多的计算数据。其中，三维坐标包括坐标系三个方向的坐标。

图3是本申请实施例提供的一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法的流程图。该方法可以应用于图1所示的确认系统10的确认设备104中。参考图3，该方法可以包括：

步骤201、基于初始转换关系和标定组件在点云相机的相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在放疗设备的设备坐标系下的第二位置。

在本申请实施例中，标定组件101可以用于标定点云相机103的相机坐标系和放疗设备102的设备坐标系。在标定过程中，该标定组件101可以与放疗设备102固定连接。例如，该标定组件101可以与放疗设备102的治疗床1021固定连接。

其中，在标定组件101与放疗设备102固定连接的情况下，点云相机103可以用于拍摄该标定组件的立体点云图像。之后，点云相机103可以将其拍摄到的标定组件101的立体点云图像发送至确认设备104中。该确认设备104中可以对该标定组件101的图像进行处理，得到标定组件101在相机坐标系下的第一位置。

其中，该初始转换关系可以为相机坐标系和设备坐标系之间的转换关系。该初始转换关系可以基于第一坐标和标定组件101在设备坐标系下的第三位置(标准位置)得到。

可选的，确认设备104中可以预先存储有标定组件101在设备坐标系下的第三位置。或者，确认设备104中可以预先存储有标定组件101的尺寸以及该标定组件101在放疗设备102中的设置位置，确认设备104可以基于该标定组件101的尺寸以及设置位置，确定该标定组件101在设备坐标系下的第三位置。

确认设备104在确定出标定组件101在相机坐标系下的第一位置，以及标定组件101在设备坐标系下的第三位置之后，可以对该第一位置和第三位置进行运算得到相机坐标系和设备坐标系的初始转换关系。其中，由于运算过程中可能会存在误差，因此可能会导致确认设备104确定出的初始转换关系的精度较低。

由此，确认设备104在获取到初始转换关系之后，可以重新基于获取到的第一坐标与该初始转换关系，确定标定组件101在设备坐标系下的第二位置。其中，由于初始转换关系的精度较低，因此确定出的该第二位置与第三位置会存在一定的误差。

步骤202、基于第二位置和标定组件在放疗设备的设备坐标系下的第三位置，确定标定组件在设备坐标系下的偏移量。

在本申请实施例中，由于初始转换关系的精度可能较低，因此为了提高确定出的相机坐标系和设备坐标系之间的转换关系的准确性，确认设备104可以对该初始转换关系进行校正。

可选的，确认设备104对初始转换关系校正时，可以先基于上述步骤201确定出的标定组件101在设备坐标系下的第二位置，以及标定组件101在放疗设备的设备坐标系下的第三位置(标准位置)，确定标定组件101在设备坐标系下的偏移量。其中，该偏移量可以用于表示第二位置和第三位置之间的偏移量。

步骤203、基于偏移量，对初始转换关系进行校正，得到相机坐标系和设备坐标系之间的目标转换关系。

在本申请实施例中，确认设备104在确定出偏移量之后，可以基于该偏移量对初始转换关系进行校正，确定出相机坐标系和设备坐标系之间的目标转换关系。其中，该目标转换关系相对于初始转换关系的精度好。

综上所述，本申请实施例提供了一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法，该方法先基于初始转换关系和标定组件在相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在设备坐标系下的第二位置，之后基于该第二位置和标定组件在设备坐标系下的第三位置确定出的标定组件在设备坐标系下的偏移量，对初始转换关系进行校正以得到目标转换关系。由于本申请实施例确定出的目标转换关系的精度较高，因此通过该目标转换关系计算目标对象在设备坐标系下的位置的准确性较高。

图4是本申请实施例提供的另一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法的流程图。该方法可以应用于图1所示的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认系统10的确认设备104中。参考图4，该方法可以包括：

步骤301、获取标定组件在点云相机的相机坐标系下的第一位置。

在本申请实施例中，标定组件101可以用于标定点云相机103的相机坐标系和放疗设备102的设备坐标系。在标定过程中，该标定组件101可以与放疗设备102固定连接。例如，该标定组件101的承载座1012可以与放疗设备102的治疗床1021固定连接。

其中，在标定组件101与放疗设备102固定连接的情况下，点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认系统10中的点云相机103可以用于拍摄该标定组件101的立体点云图像。该立体点云图像中具有标定组件101包括的至少一个目标标定物1011。点云相机103可以将其拍摄到的标定组件101的立体点云图像发送至确认设备104。该确认设备104可以对标定组件101的立体点云图像进行处理，得到标定组件101包括的各个目标标定物1011的目标点在相机坐标系下的第一位置。

标定组件101包括的各个目标标定物1011的形状为圆球体或半球体。目标标定物1011的目标点为圆球体或半球体的球心。确认设备104中可以预先存储有各个目标标定物1011的半径。对于标定组件101中的每个目标标定物1011，确认设备104可以基于标定组件101的立体点云图像以及目标标定物1011的半径，确定目标标定物1011的目标点在相机坐标系下的第一位置。其中，该第一位置可以为以相机坐标系为参考的标定组件101的目标标定物1011的点云数据坐标。

步骤302、获取标定组件在放疗设备的设备坐标系下的第三位置。

在本申请实施例中，确认设备104中可以预先存储有标定组件在设备坐标系下的第三位置。或者，确认设备104可以基于标定组件101的尺寸以及设置位置确定的标定组件在设备坐标系下的第三位置。

可选的，确认设备104中可以预先存储有标定组件101包括的各个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的坐标。或者，确认设备104可以基于标定组件101的尺寸，以及标定组件101距离放疗设备102的等中心的预设位置，确定标定组件101包括的各个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的坐标。

作为一种可能的情况，在标定组件101包括至少三个目标标定物1011的情况下，确认设备104可以获取到至少三个目标标定物1011的目标点在相机坐标系下对应的至少三个第一位置，且能够获取到至少三个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的至少三个第三位置。其中，第三位置可以为以设备坐标系为参考的标定组件的中目标标定物的目标点的坐标。

示例的，确认设备104可以获取到标定组件101中各目标标定物1011的位置关系，并在标定组件中任一目标标定物距离放疗设备的等中心预设位置的情况下，基于该预设位置以及各目标标定物的位置关系，确定每个目标标定物1011在设备坐标系下的坐标。相应的，在步骤301中，确认设备104可以在标定组件101中任一目标标定物1011距离放疗设备102的等中心预设位置的情况下，基于点云相机103获取每个目标标定物1011在相机坐标系下的坐标。

在本申请实施例中，由于标定组件101包括至少三个目标标定物1011，因此在标定过程中无需移动治疗床1021来获取多个不同位置的目标标定物1011的第三位置。并且，此种情况下，在上述步骤201中，确认设备104可以基于点云相机103拍摄的一个立体点云图像得到至少三个目标标定物1011在相机坐标系下的第一位置。由此，在标定过程中，只需使得治疗床1021位于某一固定位置，并使得标定组件101固定在治疗床1021的固定位置处，即可使得确认设备104确定初始转换矩阵。

作为另一种可能的情况，在标定组件101包括一个目标标定物1011的情况下，通过移动治疗床1021，使治疗床1021分别移动至不同的位置处，同时目标标定物1011随治疗床1021一同移动至相应的位置处。在该种情形下，根据治疗床1021的移动的位置的数目，能够相应的确定目标标定物1011的位置的数目，也就达到了与多个目标标定物1011相同的标定效果。

在此种情况下，确认设备104可以获取多个不同位置处的目标标定物1011的目标点在相机坐标系下对应的多个第一位置。并且，确认设备104还可以获取不同位置处的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的多个第三位置。之后，确认设备104可以根据不同位置处的目标标定物1011的目标点在相机坐标系下对应的多个第一位置，以及在不同位置处的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的多个第三位置，确定初始转换矩阵。

在本申请实施例中，由于标定组件101包括一个目标标定物1011，因此在标定过程中需要移动治疗床1021来获取多个不同位置的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置。并且，在目标标定物1011位于某一位置时，确认设备104根据上述步骤301可以确定该位置处的目标标定物1011的目标点在相机坐标系下对应的第一位置。例如，确认设备104基于点云相机103拍摄的目标标定物1011位于某一位置时的立体点云图像确定。

此种情况下，在标定过程中，可以移动治疗床1021并使得治疗床1021至少位于三个不同的位置处，以使得确认设备104获得目标标定物1011的目标点在至少三个不同的位置处的第三位置，以及获得目标标定物1011的目标点在至少三个不同的位置处的第一位置。

可选的，确认设备104中可以预先存储有至少三个不同的位置的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置。在标定过程中，使得治疗床1021移动至相应位置以基于点云相机103获取目标标定物1011的目标点在相机坐标系下的第一位置。或者，确认设备104可以基于标定组件101的尺寸，标定组件101在放疗设备102中的设置位置，以及治疗床1021的位置，确定标定组件101包括的各个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置。

步骤303、基于第三位置和第一位置，确定相机坐标系和设备坐标系之间的初始转换关系。

在本申请实施例中，确认设备104可以基于三个第三位置和对应的三个第一位置确定初始转换关系。当然，确认设备104还可以基于更多数量的第三位置和对应的更多数量的第一位置确定初始转换关系。本申请实施例对此不做限定。

可选的，在确认设备104基于三个第三位置和对应的三个第一位置确定初始转换关系的情况下，确定出的初始转换关系可以为4×4的转换矩阵。该转换矩阵的形式为

R为3×3的旋转矩阵，且R为正交矩阵。T为1×3的平移矩阵。

可选的，确认设备104中可以预先存储有目标标定物1011的目标点在相机坐标系下的第一位置，与目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置的关系。该关系满足：Y＝RX+T。其中，X用于表示目标标定物1011的目标点在相机坐标系下的第一位置，Y用于表示目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置。

可选的，X可以采用[x1，x2，x3]来表示。其中x1，x2以及x3分别为目标标定物1011的目标点在相机坐标系下三个坐标方向的第一位置。Y可以采用[y1，y2，y3]来表示。其中，y1，y2以及y3分别为目标标定物1011的目标点在设备坐标系下三个坐标方向的第三位置。

步骤304、基于初始转换关系和标定组件在点云相机的相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在放疗设备的设备坐标系下的第二位置。

在本申请实施例中，确认设备104在基于上述步骤301得到标定组件在相机坐标系下的第一位置，以及基于上述步骤303得到相机坐标系和设备坐标系的初始转换关系之后，可以重新基于第一位置与初始转换关系，确定标定组件在设备坐标系下的第二位置。其中，由于初始转换关系的精度可能较低，因此确定出的该第二位置与第三位置会存在一定的误差。

示例的，确认设备104基于目标标定物1011的目标点在相机坐标系下的第一位置以及初始转换关系，确定目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第二位置。

作为一种可能的情况，在标定组件101包括至少三个目标标定物1011的情况下，确认设备104可以基于至少三个目标标定物1011的目标点在相机坐标系下对应的至少三个第一位置和初始转换关系，确定出至少三个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的至少三个第二位置。

作为另一种可能的情况，在标定组件101包括一个目标标定物1011的情况下，通过移动治疗床1021，使治疗床1021至少位于三个不同的位置处。由此，确认设备104可以获得至少三个不同的位置处的目标标定物1011的目标点在相机坐标系下对应的至少三个第一位置。进一步的，确认设备104可以基于至少三个不同位置处的目标标定物1011的目标点在相机坐标系下对应的至少三个第一位置和初始转换关系，确定出至少三个不同位置处的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的至少三个第二位置。

步骤305、基于第二位置和第三位置，确定标定组件在设备坐标系下的偏移量。

在本申请实施例中，由于上述步骤303确定出的初始转换关系的精度可能较低，因此为了提高确定出的相机坐标系和设备坐标系之间的转换关系的准确性，确认设备104可以对该初始转换关系进行校正。

可选的，确认设备104可以基于目标标定物1011在设备坐标系下的第三位置，以及上述步骤304确定出目标标定物1011在设备坐标系下的第二位置，确定标定组件101在设备坐标系下的偏移量。

可选的，该偏移量可以一矩阵的形式来表示。在确认设备104基于至少三个第三位置和对应的至少三个第一位置确定初始转换关系的情况下，确定出的偏移量可以为4×4的转换矩阵。该转换矩阵的形式为

R′为3×3的旋转矩阵，且R′为正交矩阵。T′为1×3的平移矩阵。

可选的，确认设备104中可以预先存储有目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第二位置，与目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置的关系。该关系满足：M＝R′N+T′。其中，N用于表示目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第二位置，M用于表示目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置。

可选的，N可以采用[n1，n2，n3]来表示。其中n1，n2以及n3分别为目标标定物1011的目标点在设备坐标系下三个坐标方向的第二位置。M可以采用[m1，m2，m3]来表示。其中，m1，m2以及m3分别为目标标定物1011的目标点在设备坐标系下三个坐标方向的第三位置。

作为一种可能的情况，在标定组件101包括至少三个目标标定物1011的情况下，确认设备104可以确定出至少三个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的至少三个第二位置，且能够确定出至少三个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的至少三个第三位置。

在此种情况下，确认设备104可以根据至少三个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第二位置和至少三个目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置来确定偏移量。

作为另一种可能的情况，在标定组件101包括一个目标标定物1011的情况下，通过移动治疗床1021，使治疗床1021至少位于三个不同的位置处。由此，确认设备104可以获得至少三个不同位置处的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的至少三个第二位置，且能够确定出至少三个不同位置处的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下对应的至少三个第三位置。

在此种情况下，确认设备104可以根据至少三个不同位置处的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第二位置和至少三个不同位置处的目标标定物1011的目标点在设备坐标系下的第三位置来确定偏移量。

步骤306、基于偏移量，对初始转换关系进行校正，得到相机坐标系和设备坐标系之间的目标转换关系。

在本申请实施例中，确认设备104在确定出初始转换关系以及偏移量之后，可以基于该初始转换关系和偏移量，确定出目标转换关系。

可选的，该目标转换关系可以等于初始转换关系对应的转换矩阵与偏移量对应的转换矩阵的乘积。也即是，目标转换关系可以为：

由于初始转换关系以及偏移量均为4×4的转换矩阵，因此基于该初始转换关系和偏移量得到的目标转换关系也可以为4×4的矩阵。

需要说明的是，本申请实施例提供的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法的步骤的先后顺序可以进行适当调整，步骤也可以根据情况进行相应增减。例如，步骤302可以在步骤301之前执行。任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本申请的保护范围之内，因此不再赘述。

综上所述，本申请实施例提供了一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法，该方法先基于初始转换关系和标定组件在相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在设备坐标系下的第二位置，之后基于该第二位置和标定组件在设备坐标系下的第三位置确定出的标定组件在设备坐标系下的偏移量，对初始转换关系进行校正以得到目标转换关系。由于本申请实施例确定出的目标转换关系的精度较高，因此通过该目标转换关系计算目标对象在设备坐标系下的位置的准确性较高。

图5是本申请实施例提供的一种放疗系统的结构示意图。参考图5，放疗系统10’可以包括：放疗设备102，点云相机103以及处理设备104’。

可选的，放疗设备102和点云相机103可以通过有线或无线网络与处理设备104’建立通信连接。点云相机103可以用于拍摄患者101’的立体点云图像，并将拍摄得到的立体点云图像发送至处理设备104’。该放疗设备102可以包括治疗床1021和环形机架1022，治疗床1021用于支撑患者101’，环形机架1022上可以设置辐射头、成像装置例如锥形束CT等，辐射头、成像装置可随环形机架的旋转而转动。处理设备104’中可以存储有针对患者的放射治疗计划。患者躺卧在治疗床1021上时，处理设备104’可以基于放射治疗计划控制治疗床1021移动，并控制环形机架1022的辐射头发出治疗射束以对患者进行治疗。

可选的，处理设备104’可以为计算机设备，或者为服务器，又或者由若干台服务器组成的服务器集群，再或者为一个云计算服务中心。

本申请实施例提供的放疗系统10’以及确认系统10中的放疗设备102为同一个放疗设备，且本申请实施例提供的放疗系统10’以及确认系统10中的点云相机103同一个点云相机。也即是，本申请实施例提供的放疗系统10’中的点云相机103与放疗设备102之间坐标系的转换关系，以及确认系统10中的点云相机103和放疗设备104之间坐标系的转换关系相同。由此，放疗系统10’中的点云相机103与放疗设备102之间坐标系的转换关系可以基于上述方法实施例确认得到，例如图3或图4所示的方法。

另外，确认设备104与处理设备104’可以为同一个设备，也可以为不同的设备。在确认设备104与处理设备104’为不同的设备的情况下，确认设备104可以与处理设备104’通过有线或无线网络通信连接。确认设备104在得到点云相机103与放疗设备102之间坐标系的转换关系之后，可以将该转换关系发送至处理设备104’。

图6是本申请实施例提供的一种目标对象的位置确定方法的流程图。该方法可以应用于图5所示的放疗系统10’中的处理设备104’中。参考图6，该方法可以包括：

步骤401、基于点云相机对目标对象拍摄的立体点云图像，获取目标对象在相机坐标系下的第四位置。

在本申请实施例中，目标对象可以为患者101’的患部，或者可以为患部的模型。其中，患者的患部可以表示待治疗区域例如头部、体部等部位。

可选的，在患者躺卧在治疗床4011上，并通过放疗设备102的固定装置例如定位面膜固定，点云相机103可以用于拍摄该患者的目标对象的立体点云图像。之后，点云相机103可以将其拍摄到的目标对象的立体点云图像发送至处理设备104’。该处理设备104’可以对该目标对象的立体点云图像进行处理，得到目标对象在相机坐标系下的第四位置。其中，该第四位置可以为以相机坐标系为参考的目标对象的点云数据坐标。

可选的，目标对象可以为一个区域，该区域可以包括多个点云点。处理设备104’可以基于点云相机103对目标对象拍摄的立体点云图像，获取到多个点云点中每个点云点在相机坐标系下的第四位置。

步骤402、基于第四位置以及目标转换关系，确定目标对象在设备坐标系下的第五位置。

在本申请实施例中，处理设备104’在获取到第四位置之后，可以基于该第四位置与目标转换关系，确定目标对象在设备坐标系下的第五位置。其中，该目标转换关系可以是确认设备104发送至处理设备104’中的，或者，该目标转换关系可以是处理设备104’采用上述实施例所提供的方法确认得到的(例如采用图3或图4所示的方法得到的)。

可选的，若处理设备104’基于上述步骤401获取到目标对象的多个点云点在相机坐标系下的第四位置，则可以根据该步骤402确定出多个点云点在设备坐标系下的第五位置。

由于本申请实施例中的目标转换关系是对初始转换关系进行校正得到的，因此该目标转换关系的精度较高。进一步的，处理设备104’基于该目标转换关系得到的目标对象在设备坐标系下的第五位置的准确性较高。由此，放疗设备102可以基于该准确性较高的第五位置对患者进行放射治疗，不仅可以确保对目标对象的放射治疗的效果，而且可以避免对除目标对象之外的其他部分的影响。

需要说明的是，放疗系统10’可以包括一个或多个点云相机103。例如，放疗系统10’可以包括两个，三个或四个点云相机103。其中，在放疗系统包括多个点云相机103的情况下，每个点云相机103与放疗设备102之间坐标系的转换关系均可以采用上述实施例所提供的确认方法得到，例如采用图3或图4所示的方法得到。

在放疗系统10’包括一个点云相机103的情况下，处理设备104’可以基于一个点云相机103拍摄的立体点云图像执行相应操作。在放疗系统10’包括多个点云相机103的情况下，处理设备104’可以基于多个点云相机103拍摄的立体点云图像执行相应操作。

示例的，放疗系统10’包括一个点云相机103的情况下，处理设备104’可以基于一个点云相机103拍摄的立体点云图像确定目标对象在设备坐标系下的第五位置，以便放疗设备102基于第五位置对目标对象进行放射治疗。或者，放疗系统10’包括多个点云相机103的情况下，处理设备104’可以基于各个点云相机103拍摄的立体点云图像分别确定目标对象在设备坐标系下的第五位置，并且可以将基于多个点云相机103得到的目标对象在设备坐标系下的第五位置进行融合，以便放疗设备102基于融合后的数据对目标对象进行放射治疗。

由于多个点云相机103拍摄的立体点云图像包括的信息相对于一个点云相机103拍摄的立体点云图像包括的点云信息多，因此相对于一个点云相机103的方案，多个点云相机103的方案更能够准确的反应出目标对象在设备坐标系下的位置。

在本申请实施例中，由于初始转换关系的精度较低，因此在放疗系统10’包括多个点云相机103的情况下，若仅基于初始转换关系得到目标对象在设备坐标系的位置，则会导致各个位置融合之后，可能会形成类似于“散光”的融合数据，即融合的效果较差。进一步的，放疗设备102难以基于该融合效果差的数据对目标对象进行放射治疗。其中，“散光”的融合数据可以表示通过多个点云相机得到的目标对象的同一点云点的位置不重叠。

由此，在放疗系统10’包括多个点云相机103的情况下，可以基于校正的目标转换关系得到目标对象在设备坐标系下的坐标。由于目标转换关系的精度较高，因此通过目标转换关系得到的各个位置融合之后的融合效果较好。进一步的，能够便于放疗设备102基于该融合数据对目标对象进行放射治疗。

综上所述，本申请实施例提供了一种目标对象的位置确定方法，该方法能够基于目标转换关系对目标对象在相机坐标系下的坐标进行转换得到目标对象在设备坐标系下的坐标。由于本申请实施例所采用的目标转换关系的精度较高，因此通过该目标转换关系转换得到的目标对象在设备坐标系下的坐标的准确性较高。

图7是本申请实施例提供的一种确认设备的结构框图。参考图7可以看出，该确认设备104包括：

第一确定模块1041a，用于基于初始转换关系和标定组件在点云相机的相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在放疗设备的设备坐标系下的第二位置。其中，该初始转换关系为相机坐标系和设备坐标系之间的转换关系。

第二确定模块1042a，用于基于第二位置和标定组件在放疗设备的设备坐标系下的第三位置，确定标定组件在设备坐标系下的偏移量。

第三确定模块1043a，用于基于偏移量，对初始转换关系进行校正，得到相机坐标系和设备坐标系之间的目标转换关系。

可选的，参考图7，该确认设备104还可以包括：获取模块1044a，用于获取初始转换关系。

参考图8可以看出，该获取模块1044a可以包括：

第一获取子模块a1，用于获取标定组件在放疗设备的设备坐标系下的第三位置。

第二获取子模块a2，用于获取标定组件在点云相机的相机坐标系下的第一位置。

确定子模块a3，用于基于第三位置和第一位置，确定相机坐标系和设备坐标系之间的初始转换关系。

可选的，第一获取子模块a1，可以用于：获取标定组件中各目标标定物的位置关系；在标定组件中任一目标标定物距离放疗设备的等中心预设位置的情况下，基于预设位置以及各目标标定物的位置关系，确定每个目标标定物在放疗设备的设备坐标系下的坐标。

可选的，第二获取子模块a2，可以用于：在标定组件中任一目标标定物位于放疗设备的等中心的预设位置的情况下，基于点云相机获取每个目标标定物在点云相机的相机坐标系下的坐标。

综上所述，本申请实施例提供了一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认设备，该设备可以基于初始转换关系和标定组件在相机坐标系下的第一位置，确定标定组件在设备坐标系下的第二位置，且能够基于该第二位置和标定组件在设备坐标系下的第三位置确定出的标定组件在设备坐标系下的偏移量，对初始转换关系进行校正以得到目标转换关系。由于确认设备确定出的目标转换关系的精度较高，因此通过该目标转换关系计算目标对象在设备坐标系下的位置的准确性较高。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的移动终端和各器件的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

图9是本申请实施例提供的又一种确认设备的结构框图。参考图9可以看出，该确认设备104可以包括：处理器1041b和存储器1042b。

该存储器1042b用于存储由处理器执行的指令。该处理器1041b可以通过执行该存储器1042b中存储的指令以实现上述实施例提供的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法。例如可以实现图3或图4所示的方法。

本申请实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，该非易失性计算机可读存储介质中存储有指令，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法。例如，可以执行图3或图4所示的方法。

本申请实施例提供了一种包含指令的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法。例如，可以执行图3或图4所示的方法。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法，其特征在于，所述方法包括：

基于初始转换关系和标定组件在点云相机的相机坐标系下的第一位置，确定所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第二位置，其中，所述初始转换关系为所述相机坐标系和所述设备坐标系之间的转换关系；

基于所述第二位置和所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第三位置，确定所述标定组件在所述设备坐标系下的偏移量；

基于所述偏移量，对所述初始转换关系进行校正，得到所述相机坐标系和所述设备坐标系之间的目标转换关系。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在确定所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第二位置之前，所述方法还包括：

获取所述初始转换关系。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述初始转换关系，包括：

获取所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第三位置；

获取所述标定组件在所述点云相机的相机坐标系下的第一位置；

基于所述第三位置和所述第一位置，确定所述相机坐标系和所述设备坐标系之间的初始转换关系。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述标定组件在所述放疗设备的设备坐标系下的第三位置，包括：

获取所述标定组件中各目标标定物的位置关系；

在所述标定组件中任一目标标定物距离所述放疗设备的等中心预设位置的情况下，基于所述预设位置以及各所述目标标定物的位置关系，确定每个所述目标标定物在所述放疗设备的设备坐标系下的坐标。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述标定组件在所述点云相机的相机坐标系下的第一位置，包括：

在所述标定组件中任一目标标定物位于所述放疗设备的等中心的预设位置的情况下，基于所述点云相机获取每个所述目标标定物在所述点云相机的相机坐标系下的坐标。

6.一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认设备，其特征在于，所述确认设备包括：处理器和存储器；

所述存储器用于存储由处理器执行的指令，所述处理器通过执行所述存储器中存储的指令以实现如权利要求1至5任一所述的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法。

7.一种点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认系统，其特征在于，所述确认系统包括：标定组件，放疗设备，点云相机，以及如权利要求6所述的确认设备。

8.根据权利要求7所述的确认系统，其特征在于，所述标定组件包括至少一个标定物和承载座，所述至少一个标定物位于所述承载座上，所述承载座用于与所述放疗设备连接。

9.根据权利要求8所述的确认系统，其特征在于，所述标定组件包括至少三个标定物；所述至少三个标定物至少满足下述条件中的一个条件：任意两个所述标定物的直径不同，任意相邻的两个所述标定物之间的距离不同。

10.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述非易失性计算机可读存储介质中存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1至5任一所述的点云相机与放疗设备之间坐标系的转换关系的确认方法。

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