CN115153837B - 光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备。其中，该方法包括：获取用户输入的参数；基于参数和光学跟踪工具的设计要求确定新增工具的标记点排布的评分；基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。该方式中，可以自动化设计新增被动式工具标记点排布的过程，减少在已有工具组基础上新增一符合设计要求的工具的时间，帮助工具设计者在短时间内从无到有生成若干符合设计要求的被动式工具的标记点排布。

Description

光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备。

背景技术

目前，通过识别工具上的标记点空间位置进而计算工具空间位姿状态的近红外光量测可以应用于影像导引手术中医疗器械的定位，例如脊椎椎间孔椎间融合术中，医生能够借由该系统准确获知脊骨螺钉与目标区域的相对位置关系，从而提高置钉准确率。系统中的位置感测器可以在一个提前校准过的空间范围内同时追踪多个工具。所得量测数据可以进一步用来进行工具导航以及可视化的应用。

其中，上述工具可以分为主动式工具和被动式工具。实际应用中，一个被动式工具的标记点个数一般为4，且都处于同一平面上。因为需要逐一检查设计要求，工具设计者需要在标记点排布的设计上耗费大量时间。而随着需要同时追踪之工具数量上升，每新增一个工具所要进行的检查数也会显著上升。为减少检查次数，实际操作中往往将工具标志点分布设计得比较分散，导致后续新增的工具尺寸偏大，而且即便如此，检查新增工具是否符合设计要求还是需要耗费大量时间。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备，以自动化设计新增被动式工具标记点排布的过程，减少在已有工具组基础上新增一符合设计要求的工具的时间，帮助工具设计者在短时间内从无到有生成若干符合设计要求的被动式工具的标记点排布。

第一方面，本发明实施例提供了一种光学跟踪工具的标记点排布方法，其特征在于，方法包括：获取用户输入的参数；其中，参数至少包括以下之一：已有工具的数量、已有工具的标记点排布、是否预设新增工具、新增工具的标记点排布；基于参数和光学跟踪工具的设计要求确定新增工具的标记点排布的评分；其中，设计要求包括：第一要求、第二要求和第三要求，第一要求表征同一工具上的两个标记点间的距离大于或等于第一距离，第二要求表征同一工具上的两条由标记点组成的线段的长度的差值大于或等于第二距离，第三要求表征两个工具间的由标记点组成的线段组的夹角的差值大于或等于第一角度；基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。

在本申请的较佳实施例中，标记点排布包括标记点的坐标值，同一工具的标记点排布在相同的坐标系下确定。

在本申请的较佳实施例中，上述获取用户输入的参数的步骤之后，方法还包括：如果参数不包括新增工具的标记点排布，将预先设定的新增工具的标记点排布的预设值作为新增工具的标记点排布。

在本申请的较佳实施例中，上述基于参数和光学跟踪工具的设计要求确定新增工具的标记点排布的评分的步骤，包括：基于参数确定新增工具的标记点排布是否满足第一要求、第二要求和第三要求；将新增工具的标记点排布满足第一要求、第二要求和第三要求的数量作为新增工具的标记点排布的评分。

在本申请的较佳实施例中，上述基于评分调整新增工具的标记点排布的步骤，包括：确定整新增工具的标记点排布的几何中心；基于几何中心调整新增工具的标记点排布。

在本申请的较佳实施例中，上述基于几何中心调整新增工具的标记点排布的步骤，包括：如果新增工具的标记点排布不满足第一要求，基于几何中心和预先设定的权重值调整新增工具的标记点排布。

在本申请的较佳实施例中，上述基于几何中心调整新增工具的标记点排布的步骤，包括：如果新增工具的标记点排布不满足第二要求或第三要求，生成随机数；如果随机数大于预先设置的随机数阈值，基于几何中心和预先设定的第一权重值调整新增工具的标记点排布；如果随机数小于或等于随机数阈值，基于几何中心和预先设定的第二权重值调整新增工具的标记点排布。

第二方面，本发明实施例还提供一种光学跟踪工具的标记点排布装置，装置包括：参数获取模块，用于获取用户输入的参数；其中，参数至少包括以下之一：已有工具的数量、已有工具的标记点排布、是否预设新增工具、新增工具的标记点排布；标记点评分模块，用于基于参数和光学跟踪工具的设计要求确定新增工具的标记点排布的评分；其中，设计要求包括：第一要求、第二要求和第三要求，第一要求表征同一工具上的两个标记点间的距离大于或等于第一距离，第二要求表征同一工具上的两条由标记点组成的线段的长度的差值大于或等于第二距离，第三要求表征两个工具间的由标记点组成的线段组的夹角的差值大于或等于第一角度；标记点输出模块，用于基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，该存储器存储有能够被该处理器执行的计算机可执行指令，该处理器执行该计算机可执行指令以实现上述光学跟踪工具的标记点排布方法。

第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述光学跟踪工具的标记点排布方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的一种光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备，可以基于用户输入的参数和光学跟踪工具的设计要求确定参数中新增工具的标记点排布的评分，基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。该方式中，可以自动化设计新增被动式工具标记点排布的过程，减少在已有工具组基础上新增一符合设计要求的工具的时间，帮助工具设计者在短时间内从无到有生成若干符合设计要求的被动式工具的标记点排布。

本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种光学跟踪工具的标记点排布方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种光学跟踪工具的标记点排布方法的示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种光学跟踪工具的标记点排布方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种光学跟踪工具的标记点排布装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种光学跟踪工具的标记点排布装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明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。

目前，通过识别工具上的标记点空间位置进而计算工具空间位姿状态的近红外光量测可以应用于影像导引手术中医疗器械的定位，例如脊椎椎间孔椎间融合术中，医生能够借由该系统准确获知脊骨螺钉与目标区域的相对位置关系，从而提高置钉准确率。系统中的位置感测器可以在一个提前校准过的空间范围内同时追踪多个工具。所得量测数据可以进一步用来进行工具导航以及可视化的应用。其主要工作流程如下：

1.系统位置感测器以类似传统相机闪光灯的方式发射红外光。

2.感测器发射的红外光覆盖系统的侦测范围，并被被动式工具（其标记点不主动发光）的标记点反射至感测器，或者激发主动式工具（其标记点可以主动发光）的标记点使其发射红外光，从而进一步被感测器感测。

3.感测器借由被动式工具标记点的反射光或者主动式工具标记点的发射光，计算工具标记点的位置，进而得到工具的位姿资讯。

4.感测器将工具的位姿资讯传输至电脑主机端用以进一步处理使用。

工具标记点的几何排布被系统用来区分不同的工具，其又可以分为标准几何排布与特征化几何排布。在标准几何排布中，工具上的标记点可以采用对称式分布，工具标记点间的距离以及标记点连线间的角度均可以相同，因为系统可以借由主动式工具点亮其标记点顺序的不同，来区分不同的工具。在特征化几何排布中，工具标记点间的距离以及标记点连线间的角度都必须特异化，故系统可以借由识别该独特的几何排布区分不同的被动式工具。

由于使用的便利性与较低的成本，相对于主动式工具，被动式工具在实际应用场景中的采用率更高。另一方面，被动式工具标记点的特征化排布设计有着明确的要求：

a.同一工具上任意两标记点间的距离需要至少为50毫米。

b.同一工具上任何两条由标记点线段的长度差值至少为3.5毫米。

c.任意两个工具间的相似标记点线段组的夹角差值需要至少为2°。

在实际应用中，一个被动式工具的标记点个数一般为4，且都处于同一平面上。因为需要逐一检查设计要求，工具设计者需要在标记点排布的设计上耗费大量时间。而随着需要同时追踪之工具数量上升，每新增一个工具所要进行的检查数也会显著上升。为减少检查次数，实际操作中往往将工具标志点分布设计得比较分散，导致后续新增的工具尺寸偏大，而且即便如此，检查新增工具是否符合设计要求还是需要耗费大量时间。

基于此，本发明实施例提供的一种光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备，以自动化设计新增被动式工具标记点排布的过程，减少在已有工具组基础上新增一符合设计要求的工具的时间，帮助工具设计者在短时间内从无到有生成若干符合设计要求的被动式工具的标记点排布。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种光学跟踪工具的标记点排布方法进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供一种光学跟踪工具的标记点排布方法，参见图1所示的一种光学跟踪工具的标记点排布方法的流程图，该光学跟踪工具的标记点排布方法包括如下步骤：

步骤S102，获取用户输入的参数。

参见图2所示的一种光学跟踪工具的标记点排布方法的示意图，用户可以进行相关参数的设置与输入，其中，参数至少包括以下之一：已有工具的数量、已有工具的标记点排布、是否预设新增工具、新增工具的标记点排布。

如图2所示，本实施例中可以提供初始化器，初始化器可以将用户输入的参数经过处理后，输出已有工具标记点与新增工具的初始标记点。

步骤S104，基于参数和光学跟踪工具的设计要求确定新增工具的标记点排布的评分。

其中，设计要求包括：第一要求、第二要求和第三要求，第一要求表征同一工具上的两个标记点间的距离大于或等于第一距离，第二要求表征同一工具上的两条由标记点组成的线段的长度的差值大于或等于第二距离，第三要求表征两个工具间的由标记点组成的线段组的夹角的差值大于或等于第一角度。

其中，连接同一工具上任意两个标记点所得到的线段可以指标记点线段。两条长度差值在3.5毫米内的标记点线段可以指相似标记点线段组。标记点线段a与标记点线段b位于工具A上，标记点线段c与标记点线段d位于工具B上，a与c为相似标记线段组，b与d为相似标记线段组。线段a，b夹角与线段c，d夹角的差值即为相似标记点线段组夹角差值。

具体地，第一要求可以为：同一工具上任意两标记点间的距离需要至少为50毫米（即第一距离为50毫米）。第二要求可以为：同一工具上任何两条由标记点线段的长度差值至少为3.5毫米（即第二距离为3.5毫米）。第三要求可以为：任意两个工具间的相似标记点线段组的夹角差值需要至少为2°（即第一角度为2°）。

如图2所示，本实施例中可以提供优化器，优化器包括数据更新器和指标评价器。其中，指标评价器可以对新增工具的标记点排布进行评分，数据更新器可以根据评分进行优化。

步骤S106，基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。

如图2所示，在数据更新器中可以对新增工具的标记点排布进行调整，迭代新增工具的标记点排布，以至迭代后的新增工具的标记点排布的评分满足预先设定的阈值，即满足设计要求。

如图2所示，在确定满足设计要求之后，可以输出新增工具的最终标记点排布。

本发明实施例提供的一种光学跟踪工具的标记点排布方法，可以基于用户输入的参数和光学跟踪工具的设计要求确定参数中新增工具的标记点排布的评分，基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。该方式中，可以自动化设计新增被动式工具标记点排布的过程，减少在已有工具组基础上新增一符合设计要求的工具的时间，帮助工具设计者在短时间内从无到有生成若干符合设计要求的被动式工具的标记点排布。

实施例二：

本实施例提供了另一种光学跟踪工具的标记点排布方法，该方法在上述实施例的基础上实现，如图3所示的另一种光学跟踪工具的标记点排布方法的流程图，本实施例中的光学跟踪工具的标记点排布方法包括如下步骤：

步骤S302，获取用户输入的参数。

为了得到符合设计要求的新增工具标记点排布，使用者需要告知程序已有工具的标记点排布并选择性告知新增工具标记点排布的预设值。参数至少包括以下之一：

1、已有工具的数量N。若是新建立一组全新的工具，即不需要顾及已存在的工具标记点排列，则N=0。

2、已有工具的标记点排布。例如已有工具数量N=3，则将其标记点排列如下：{x₀₀，x₀₁，x₀₂，x₀₃，y₀₀，y₀₁，y₀₂，y₀₃}，{x₁₀，x₁₁，x₁₂，x₁₃，y₁₀，y₁₁，y₁₂，y₁₃}，{x₂₀，x₂₁，x₂₂，x₂₃，y₂₀，y₂₁，y₂₂，y₂₃}。

上式中每一行代表一个工具的4个标记点，x代表标记点横坐标，y代表标记点纵坐标，角标的第一个数字代表工具编号，角标的第二的数字代表该标记点在其所属工具中的编号。

需要指出的是，标记点排布包括标记点的坐标值，同一工具的标记点排布在相同的坐标系下确定。

即，上式某特定行内的值（即同一工具的标记点坐标）需要在同一固定的坐标系下取得，而不同行之间的坐标系则可以不同。若在上一步中设置已有工具数量N=0，则此步骤的标记点排列输入为空。

3、是否预设新增工具。

4、新增工具的标记点排布。例如：可以设置、新增工具的标记点排布如下：{x₀，x₁，x₂，x₃，y₀，y₁，y₂，y₃}。

其中，x代表标记点横坐标，y代表标记点纵坐标，角标代表标记点编号。若该预设值已经符合追踪工具之标记点的排布要求，则后续程序在确认后将直接范围该预设值，并告知使用者该值可用；否则程序将在该预设值的基础上进行优化，并返回符合设计要求的标记点排列值给使用者。若上一步（即是否预设新增工具的步骤）中使用者设置为否，则直接略过新增工具的标记点排布的步骤。

步骤S304，如果参数不包括新增工具的标记点排布，将预先设定的新增工具的标记点排布的预设值作为新增工具的标记点排布。

如图2所示，初始化器读取来自I中的参数，并重整成下列三项数据传给优化器：已有工具的数量、已有工具的标记点排布和新增工具的标记点排布。

其中，如果用户设置的参数不包括新增工具的标记点排布，则可以直接将程序或用户预先设置的预设值作为新增工具的标记点排布，例如：可以设置新增工具的标记点排布{x₀，x₁，x₂，x₃，y₀，y₁，y₂，y₃}={0，50，55，0，0，0，60，70}。

步骤S306，基于参数和光学跟踪工具的设计要求确定新增工具的标记点排布的评分。

图2中的优化器负责进行新增工具标记点之优化，其本质可以理解为一迭代器，内部存在一指标评价器与一数据更新器。在每一轮的迭代中，指标评价器首先判断当前新增工具标记点排布满足设计要求的程度，并进行评价打分，数据更新器再根据该评分针对性地调整新增工具标记点排布。若某一轮迭代中评价器所得的评分达到阈值（满足所有设计要求），则暂停迭代器，并返回当前满足设计要求的新增工具标记点排布。以下详细阐述指标评价器与数据更新器的工作原理。

（1）指标评价器。具体地，可以基于参数确定新增工具的标记点排布是否满足第一要求、第二要求和第三要求；将新增工具的标记点排布满足第一要求、第二要求和第三要求的数量作为新增工具的标记点排布的评分。

举例来说，在每一轮的迭代中，首先初始化下列包含三个元素的数组作为新增工具标记点排布满足设计要求程度的初始评分：{1，1，1}。

三个数分别对应第一要求、第二要求和第三要求。1 代表满足设计要求，故初始评分表示满足所有设计要求。随后逐一检验第一要求、第二要求和第三要求，一旦某一项设计要求未满足，就将评分中相应的数字改为 0。最后将该轮迭代得到的最后评分传至数据更新器。

例如，第一要求、第二要求和第三要求三项设计要求的检验方式如下：

A、检验第一要求：对于当前新增工具标记点中的每一个点成员，逐一计算其与同一工具内每一个点（除自身）的距离，一旦检测到某距离值小于50 毫米，随即将评分的首元素改为 0，并进入下一项检测。

B、检验第二要求：记Pm，Pn，Pi，Pj分别为新增工具标记点中的第m+1，n+1，i+1，j+1个点。通过迭代的方式遍历所有不同的Pm，Pn，Pi，Pj组合，并始终确保m，n，i，j满足下列条件：m<n、i<j、m≠i或n≠j、m≤i、n≤j。

计算Pm与Pn的距离为d0，计算Pi与Pj的距离为d1，若-3.5mm<d0–d1<3.5mm，随即将评分的首元素改为0，并进入下一项检测。

C、检验第三要求：首先规定如下标记：Pm，Pn，Pi，Pj分别为新增工具标记点中的第m+1，n+1，i+1，j+1个点，Pm与Pn的距离为d0，Pi与Pj的距离为d1，直线Pm，Pn与直线Pi，Pj的夹角为r0，Pxq，Pxs，Pxd，Pxt分别为第x+1个已有工具的第q+1，s+1，d+1，t+1个标记点，Pxq与Pxs的距离为d2，Pxd与Pxt的距离为d3，直线Pxq，Pxs与直线Pxd，Pxt的夹角为r1。

通过迭代的方式遍历所有不同的Pm，Pn，Pi，Pj，Pxq，Pxs，Pxd，Pxt组合，并始终确保m，n，i，j，q，s，d，t满足如下条件：m<n、i<j、m≠i或n≠j、m≤i、n≤j、q<s、d<t、q≠d或s≠t、q≤d、s≤t。

若下列两组表达式子中的任一组成立，随即将评分的末元素改为0，返回评分至数据更新器：

第一组表达式：-3.5mm<d0–d2<3.5mm、-3.5mm<d1–d3<3.5mm、-2°<r0–r1<2°。

第二组表达式：-3.5mm<d0–d3<3.5mm、-3.5mm<d1–d2<3.5mm、-2°<r0–r1<2°。

步骤S308，基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。

（2）数据更新器。在每一轮迭代中，收到来自指标评价器的评分，并根据不同的评分，对新增工具标记点排布进行针对性调整。具体地，可以确定整新增工具的标记点排布的几何中心；基于几何中心调整新增工具的标记点排布。

其中，如果新增工具的标记点排布不满足第一要求，基于几何中心和预先设定的权重值调整新增工具的标记点排布。

若评分之首元素为零，且当前新增工具标记点记为{x₀，x₁，x₂，x₃，y₀，y₁，y₂，y₃}。计算新增工具四个标记点的几何中心，其坐标记为{x_c，y_c}。继而调整新增工具标记点坐标如下，并返回该排布阵列至优化器：{x₀’，x₁’，x₂’，x₃’，y₀’，y₁’，y₂’，y₃’}。其中，x₀’=0.07×(x₀–x_c)+x₀，x₁’=0.07×(x₁–x_c)+x₁，x₂’=0.07×(x₂–x_c)+x₂，x₃’=0.07×(x₃–x_c)+x₃，y₀’=0.07×(y₀–y_c)+y₀，y₁’=0.07×(y₁–y_c)+y₁，y₂’=0.07×(y₂–y_c)+y₂，y₃’=0.07×(y₃–y_c)+y₃，即权重值为0.07。

其中，如果新增工具的标记点排布不满足第二要求或第三要求，生成随机数；如果随机数大于预先设置的随机数阈值，基于几何中心和预先设定的第一权重值调整新增工具的标记点排布；如果随机数小于或等于随机数阈值，基于几何中心和预先设定的第二权重值调整新增工具的标记点排布。

若评分之第二项或末项为零，计算新增工具四个标记点的几何中心，其坐标记为{x_c，y_c}，对新增工具的第n+1个标记点{x_n，y_n}，生成一[0，1]范围内的均匀随机数r，并调整该标记点为{x_n’，y_n’}。

若r<0.5，则x_n’=0.05×(x_n–x_c)+x_n，y_n’=0.05×(y_n–y_c)+y_n，即第一权重值为0.05。若r>0.5，则x_n’=-0.05×(x_n–x_c)+x_n，y_n’=-0.05×(y_n–y_c)+y_n，即第二权重值为-0.05。

综上，可以通过上述方式遍历新增工具的每一个标记点，并将所得的标记点排列返回至优化器。输出符合设计要求的新增工具的最终标记点排布，形式如下：{x₀，x₁，x₂，x₃，y₀，y₁，y₂，y₃}。其中，x代表标记点横坐标，y代表标记点纵坐标，角标代表标记点编号。

本发明实施例提供的上述方法，针对含有4个标记点的被动式工具标记点排布困难的问题，设计了一套自动化的算法以实现以下功能：

在已有若干工具的前提下，自动检验新增工具的标记点排布是否满足设计要求。若不符合要求，自动加以修正。根据实际需要，使用者设定工具标记点的大致排布（形状），保持形状大致不变的情况下通过类缩放变换使得工具满足要求。在未设置初始工具标记点的情况下生成一组满足要求的排布。

实施例三：

对应于上述方法实施例，本发明实施例提供了一种光学跟踪工具的标记点排布装置，参见图4所示的一种光学跟踪工具的标记点排布装置的结构示意图，该光学跟踪工具的标记点排布装置包括：

参数获取模块41，用于获取用户输入的参数；其中，参数至少包括以下之一：已有工具的数量、已有工具的标记点排布、是否预设新增工具、新增工具的标记点排布；

标记点评分模块42，用于基于参数和光学跟踪工具的设计要求确定新增工具的标记点排布的评分；其中，设计要求包括：第一要求、第二要求和第三要求，第一要求表征同一工具上的两个标记点间的距离大于或等于第一距离，第二要求表征同一工具上的两条由标记点组成的线段的长度的差值大于或等于第二距离，第三要求表征两个工具间的由标记点组成的线段组的夹角的差值大于或等于第一角度；

标记点输出模块43，用于基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。

本发明实施例提供的一种光学跟踪工具的标记点排布装置，可以基于用户输入的参数和光学跟踪工具的设计要求确定参数中新增工具的标记点排布的评分，基于评分调整新增工具的标记点排布，直至评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。该方式中，可以自动化设计新增被动式工具标记点排布的过程，减少在已有工具组基础上新增一符合设计要求的工具的时间，帮助工具设计者在短时间内从无到有生成若干符合设计要求的被动式工具的标记点排布。

上述标记点排布包括标记点的坐标值，同一工具的标记点排布在相同的坐标系下确定。

参见图5所示的另一种光学跟踪工具的标记点排布装置的结构示意图，该光学跟踪工具的标记点排布装置还包括：标记点初始化模块44，用于如果参数不包括新增工具的标记点排布，将预先设定的新增工具的标记点排布的预设值作为新增工具的标记点排布。

上述标记点评分模块，用于基于参数确定新增工具的标记点排布是否满足第一要求、第二要求和第三要求；将新增工具的标记点排布满足第一要求、第二要求和第三要求的数量作为新增工具的标记点排布的评分。

上述标记点输出模块，用于确定整新增工具的标记点排布的几何中心；基于几何中心调整新增工具的标记点排布。

上述标记点输出模块，用于如果新增工具的标记点排布不满足第一要求，基于几何中心和预先设定的权重值调整新增工具的标记点排布。

上述标记点输出模块，用于如果新增工具的标记点排布不满足第二要求或第三要求，生成随机数；如果随机数大于预先设置的随机数阈值，基于几何中心和预先设定的第一权重值调整新增工具的标记点排布；如果随机数小于或等于随机数阈值，基于几何中心和预先设定的第二权重值调整新增工具的标记点排布。

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，上述描述的光学跟踪工具的标记点排布装置的具体工作过程，可以参考前述的光学跟踪工具的标记点排布方法的实施例中的对应过程，在此不再赘述。

实施例四：

本发明实施例还提供了一种电子设备，用于运行上述光学跟踪工具的标记点排布方法；参见图6所示的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括存储器100和处理器101，其中，存储器100用于存储一条或多条计算机指令，一条或多条计算机指令被处理器101执行，以实现上述光学跟踪工具的标记点排布方法。

进一步地，图6所示的电子设备还包括总线102和通信接口103，处理器101、通信接口103和存储器100通过总线102连接。

其中，存储器100可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口103（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线102可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101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(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、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发明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。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器100，处理器101读取存储器100中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现上述光学跟踪工具的标记点排布方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的光学跟踪工具的标记点排布方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

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，上述描述的系统和/或装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，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：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种光学跟踪工具的标记点排布方法，其特征在于，所述方法包括：

获取用户输入的参数；其中，所述参数至少包括以下之一：已有工具的数量、已有工具的标记点排布、是否预设新增工具、新增工具的标记点排布；

基于所述参数和光学跟踪工具的设计要求确定所述新增工具的标记点排布的评分；其中，所述设计要求包括：第一要求、第二要求和第三要求，所述第一要求表征同一工具上的两个标记点间的距离大于或等于第一距离，所述第二要求表征同一工具上的两条由标记点组成的线段的长度的差值大于或等于第二距离，所述第三要求表征两个工具间的由标记点组成的线段组的夹角的差值大于或等于第一角度；

基于所述评分调整所述新增工具的标记点排布，直至所述评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，标记点排布包括标记点的坐标值，同一工具的标记点排布在相同的坐标系下确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取用户输入的参数的步骤之后，所述方法还包括：

如果所述参数不包括所述新增工具的标记点排布，将预先设定的所述新增工具的标记点排布的预设值作为所述新增工具的标记点排布。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述参数和光学跟踪工具的设计要求确定所述新增工具的标记点排布的评分的步骤，包括：

基于所述参数确定所述新增工具的标记点排布是否满足所述第一要求、所述第二要求和所述第三要求；

将所述新增工具的标记点排布满足所述第一要求、所述第二要求和所述第三要求的数量作为所述新增工具的标记点排布的评分。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述评分调整所述新增工具的标记点排布的步骤，包括：

确定整所述新增工具的标记点排布的几何中心；

基于所述几何中心调整所述新增工具的标记点排布。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述几何中心调整所述新增工具的标记点排布的步骤，包括：

如果所述新增工具的标记点排布不满足所述第一要求，基于所述几何中心和预先设定的权重值调整所述新增工具的标记点排布。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述几何中心调整所述新增工具的标记点排布的步骤，包括：

如果所述新增工具的标记点排布不满足所述第二要求或所述第三要求，生成随机数；

如果所述随机数大于预先设置的随机数阈值，基于所述几何中心和预先设定的第一权重值调整所述新增工具的标记点排布；

如果所述随机数小于或等于所述随机数阈值，基于所述几何中心和预先设定的第二权重值调整所述新增工具的标记点排布。

8.一种光学跟踪工具的标记点排布装置，其特征在于，所述装置包括：

参数获取模块，用于获取用户输入的参数；其中，所述参数至少包括以下之一：已有工具的数量、已有工具的标记点排布、是否预设新增工具、新增工具的标记点排布；

标记点评分模块，用于基于所述参数和光学跟踪工具的设计要求确定所述新增工具的标记点排布的评分；其中，所述设计要求包括：第一要求、第二要求和第三要求，所述第一要求表征同一工具上的两个标记点间的距离大于或等于第一距离，所述第二要求表征同一工具上的两条由标记点组成的线段的长度的差值大于或等于第二距离，所述第三要求表征两个工具间的由标记点组成的线段组的夹角的差值大于或等于第一角度；

标记点输出模块，用于基于所述评分调整所述新增工具的标记点排布，直至所述评分满足预先设定的阈值，输出新增工具的最终标记点排布。

9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至7任一项所述的光学跟踪工具的标记点排布方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至7任一项所述的光学跟踪工具的标记点排布方法。

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