CN216145893U - 带多路激光器的红外光学定位器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种带多路激光器的红外光学定位器，该定位器包括架体、相机、激光器；其中相机，包括第一相机和第二相机，分别设置在架体的两侧，第一相机和第二相机的光轴在焦平面上形成相机视野交点；激光器，包括第一激光器和第二激光器，分别对应第一相机和第二相机设置在架体的两侧，第一激光器和第二激光器的激光束在焦平面上形成激光束交点；其中，激光器与相机设置在同一平面上，同一侧的相机的光轴与激光束之间具有特定角度，使相机视野交点与激光束交点重合。本实用新型可快速准确地使被跟踪物体处于相机的焦平面上或附近，保证定位器的最佳定位精度，并帮助使用者快速准确地发现是否有遮挡物体，保证对被跟踪物体的图像采集。

Description

带多路激光器的红外光学定位器

技术领域

本实用新型涉及光学定位领域，并且更具体地，涉及一种带多路激光器的红外光学定位器。

背景技术

红外光学定位器通常是由左右两个红外增强型CMOS工业相机、特定波长的红外光辅助照明灯环、通用/专用计算模块、固定梁体等组成的，利用双目立体定位原理对被跟踪物体进行跟踪定位的空间定位设备。

在红外光学定位器工作的过程中，为了持续对跟踪工具进行精准定位，需要左右两个CMOS工业相机不间断的对当前视野内的场景进行拍摄来捕获二维灰度图像，因此在此过程中，左右两个CMOS相机与跟踪工具间不可有任何遮挡，另外为保证提高光学定位器的定位精度，需尽可能的保证跟踪工具处于红外光学定位器左右两个CMOS相机的视野焦平面上或附近。

现有产品使用一个激光器置于左右相机的中心位置，激光器工作时发射点状光斑，可通过激光器发射的光斑照射到物体上来确定定位器相机视野的中轴线；基于这种设计方案，首先，在手术台周边复杂环境中，当定位器左右CMOS相机与跟踪工具间有物体遮挡相机视野时，操作者无法快速、准确找到定位器左右两个CMOS相机与跟踪工具间的遮挡物体排除遮挡影响；其次，当开启激光器，光斑照射到跟踪工具或术区时，此时操作人员无法确定光斑照射到的物体是否处于定位器相机视野的焦平面上或附近，从而也就无法使定位器工作在最佳精度范围内。

发明内容

根据本实用新型的实施例，提供了一种带多路激光器的红外光学定位器，能够快速准确找到遮挡物体，并能够清楚地确定光斑照射到的被跟踪物体是否处于定位器相机视野的焦平面上或附近。

在本实用新型提供了一种带多路激光器的红外光学定位器。该红外光学定位器包括：

架体；

相机，包括第一相机和第二相机，分别设置在所述架体的两侧，所述第一相机和所述第二相机的光轴在焦平面上形成相机视野交点；

激光器，包括第一激光器和第二激光器，分别对应所述第一相机和第二相机设置在所述架体的两侧，所述第一激光器和所述第二激光器发射的激光束在焦平面上形成激光束交点；其中，

所述对应所述第一相机和第二相机设置的方式为：所述激光器与所述相机设置在同一平面上，同一侧的所述相机的光轴与激光束之间具有特定角度，使相机视野交点与激光束交点重合，

并且，被跟踪物体处于焦平面、焦平面内侧和焦平面外侧时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑分别形成不同投影式样。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一激光器和所述第二激光器发射对称的一字激光束，

使得被跟踪物体处于焦平面内侧时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑形成为“八”字形；

被跟踪物体处于焦平面上时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑形成为“X”形；

被跟踪物体处于焦平面外侧时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑形成为倒“八”字形。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，相机视野交点位于所述相机之间的对称轴上，激光束交点位于所述激光器的对称轴上，所述相机之间的对称轴与所述激光器之间的对称轴重合。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述激光器还包括中心激光器，所述中心激光器设置于所述架体，且位于所述相机的对称轴上，中心激光束与相机视野交点相交。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中心激光器发射点状激光束。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述架体的两侧具有向相机视野交点处倾斜的安装面，所述第一相机、所述第二相机、所述第一激光器和所述第二激光器设置于所述安装面上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述安装面对称设置，所述第一相机、所述第一激光器与所述第二相机、所述第二激光器在所述架体的轴线两侧对称设置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一激光器相对于所述第一相机设置于所述第一相机内侧的所述架体上；

所述第二激光器相对于所述第二相机设置于所述第二相机内侧的所述架体上。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，同一侧的所述相机的光轴与激光束之间的角度不超过5°。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述架体的两侧的向相机视野交点处倾斜的安装面，其倾斜角度为5～20°。

本实用新型的带多路激光器的红外光学定位器，设置多路激光器，激光束与相机光轴之间具有一定的角度，且处于同一平面上，使激光器发射出的激光束汇聚形成的激光束交点，与相机光轴汇聚形成的相机视野交点重合，两交点重合在焦平面上，能尽可能减少激光束交点与相机视野交点间的距离差异。

多路的激光束在被跟踪物体上形成两个光斑，跟踪物体越靠近焦平面两个光斑越近，被跟踪物体处于定位器跟踪定位最佳的测量距离时，两个光斑相交，呈X形。而被跟踪物体处于焦平面内侧和外侧时，照射到被跟踪物体的光斑则呈现为八字形和倒八字形。从而，定位器时时指示出了最高定位精度的空间点，使用者通过激光束照射到被跟踪物体上的光斑式样快速确认被跟踪物体相对定位器所处的位置，呈交叉式样的光斑使其位置更加清晰、易于辨认，从而可快速、准确地使被跟踪物体处于两侧相机的焦平面上或附近，保证定位的最佳定位精度。

并且，通过激光束的光斑式样和两个相机的视野图像能够有效帮助使用者快速、准确的地发现相机视野范围内是否有遮挡物体，快速排除遮挡物体，保证相机对被跟踪物体的图像采集。

中心激光器位于两个相机的对称轴上，中心激光束与相机视野交点、激光束交点相交，中心激光器发射的点状激光光束照射到被跟踪物体，准确定位相机视野的光轴，辅助操作人员能快速准确地确定被跟踪物体位于视野中心。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本实用新型各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了本实用新型的实施方式提供的带多路激光器的红外光学定位器的结构示意图；

图2示出了本实用新型的实施方式提供的带多路激光器的红外光学定位器的光路示意图；

图3示出了本实用新型的实施方式提供的带多路激光器的红外光学定位器的光路俯视图；

图4示出了本实用新型的实施方式提供的带多路激光器的红外光学定位器的光路侧视图；

图5示出了图3中P1平面的正视图；

图6示出了图3中P0平面的正视图；

图7示出了图3中P2平面的正视图；

图8示出了本实用新型的实施方式提供的带多路激光器的红外光学定位器的有效测量范围示意图；

其中，图1至图8中的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

10架体，11安装面，20相机，21第一相机，22第二相机，30激光器，31第一激光器，32第二激光器，33第三激光器，34激光束交点。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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全部其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面参照图1至图8来描述本实用新型的实施方式的带多路激光器的红外光学定位器。

如图1至图3所示，本实施方式的带多路激光器的红外光学定位器包括：架体10、相机20和激光器30。

架体10的正投影呈长方形，相机20和激光器30沿架体10的长度方向设置，本实施方式中，架体10的前侧面设置有安装面11，安装面11开设有用于固定相机20和激光器30前端的安装孔，本实施方式中，架体10的前侧面指朝向被定位的被跟踪物体的一侧。安装面11的中部形成为竖直平面，安装面11的两侧为向内倾斜且对称的斜面，且倾斜角度相同，为5～20°，使安装面11形成为左右对称的结构。优选地，安装面11的两侧向相机视野交点23倾斜12°。

相机20包括第一相机21和第二相机22，分别固定设置于架体10的安装面11的左右两侧的斜面。第一、第二相机21、22设置于同一水平面上。斜面的设置使得第一、第二相机21、22倾斜一定的角度，因而第一、第二相机21、22的光轴相交形成相机视野交点23，且相机视野交点23在第一、第二相机21、22的焦平面上。本实施方式中，第一相机21和第二相机22为CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机。

激光器30包括第一激光器31、第二激光器32和第三激光器33。第一激光器31、第二激光器32分别对应第一相机21、第二相机22固定设置于架体10的安装面11的左右两侧的斜面，并且，第一激光器31相对于第一相机21设置于第一相机21内侧的安装面11上；第二激光器32相对于第二相机22设置于第二相机22内侧的安装面11上。第一相机21、第一激光器31与第二相机22、第二激光器32在架体10的轴线两侧对称设置。

第一激光器31尽量靠近第一相机21设置，第二激光器32尽量靠近第二相机22设置，使第一激光器31与第一相机21之间具有特定角度，第二激光器32与第二相机22之间具有特定角度，且第一激光器31与第一相机21之间的角度、第二激光器32与第二相机22之间的角度不超过5°。斜面的设置使得第一、第二激光器31、32倾斜一定的角度，因而第一、第二激光器31、32发射的激光束相交形成激光束交点34，且激光束交点34在第一、第二激光器31、32的焦平面上。并且，如图4所示，第一、第二激光器31、32与第一、第二相机21、22设置在同一水平面上。从而，尽可能减少了第一、第二激光器31、32的激光束交点34与第一、第二相机21、22的相机视野交点23之间的距离差异，使得相机视野交点23位于第一、第二相机21、22之间的对称轴上，激光束交点34位于第一、第二激光器31、32的对称轴上，第一、第二相机21、22之间的对称轴与第一、第二激光器31、32之间的对称轴重合，激光束交点34与相机视野交点23重合。

并且，安装面11的两侧向内倾斜，即安装面11的两侧向相机视野交点23处倾斜的设置，使与其固定的相机20、激光器30拍摄或发射激光束的方向固定，使得相机20的光轴、激光器30发射激光束的方向更容易设置，稳定在一个方向上，进而更容易确定相机视野交点23、激光束交点34的相交点位于焦平面上。

第一、第二激光器31、32均发射一字激光束，本实施方式中，第一、第二激光器31、32均发射短一字型的激光束，且两激光束呈对称形态，使得在激光束交点34处，两束一字激光束的中点相交，正投影呈X形的投射式样。X形的投射式样的中心点与相机视野交点23相交重合。

根据本实用新型的实施方式，还包括第三激光器，该第三激光器33为中心激光器，固定设置于架体10安装面11的中心，使第三激光器33位于左右两侧的第一、第二相机21、22的对称轴上，并且第三激光器33与相机20设置于同一平面上，即第三激光器33与第一激光机31、第二激光器32、第一相机21、第二相机22位于同一水平面上。从而第三激光器33发射的中心激光束方向指向第一、第二相机21、22光轴的对称轴，中心激光束与第一、第二激光器31、32的激光束交点34及第一、第二相机21、22的相机视野交点23相交，能够准确定位第一、第二相机21、22的光轴方向。第三激光器33发射点状激光束，区别于第一、第二激光器21、22的一字激光束，便于使用者观察、识别。第三激光器33的点状激光束照射到被跟踪物体，辅助使用者快速准确地确定被跟踪物体位于视野中心。

利用上述结构的红外光学定位器进行定位时，在被跟踪物体上安装多个标记点，如红外反光小球或红外反光圆形贴纸，标记点由反光材料构成，能够将射入的红外激光反射回至光源，使得从相机20内侧的激光器30发射的红外激光光源，经过红外反光小球或红外反光圆形贴纸反射被相机采集。

相机20采集到被跟踪物体的光学影像和标记点反射的红外激光，进而得到被跟踪物体相对于定位器的位置，再通过数据处理装置的计算得到被跟踪物体在坐标系中的位置数据。

如图2至图4所示，第一、第二相机21、22的光轴与第一、第二、第三激光器31、32、33的激光束在同一水平面上并相交于一点，P0、P1、P2平面为被跟踪物体所处的三个典型的位置所在的平面，P0、P1、P2平面上的斜断线为激光束投影到被跟踪物体所在平面上的光斑。第三激光器33的点状光斑始终指示出第一、第二相机21、22的视野中心位置。

如图5所示，当被跟踪物体处于第一、第二相机21、22的焦平面内侧时，第一、第二激光器31、32发射的两束一字激光束投影到被跟踪物体的光斑在P1平面上为“八”字形的投影式样，进而使用者根据“八”字形的投影式样可以确定被跟踪物体处于定位器最高定位精度的内侧，定位器应向远离被跟踪物体的方向调整。

如图6所示，随着被跟踪物体靠近第一、第二相机21、22的焦平面，两束一字激光束逐渐接近，“八”字形的投影式样逐渐过渡到P0平面上的“X”形的投射式样。当投影到被跟踪物体的光斑为“X”形的投射式样时，被跟踪物体处于相机视野交点处，即第一、第二相机21、22的焦平面上，被跟踪物体处于定位器跟踪定位最佳的测量范围。

如图7所示，当被跟踪物体远离定位器时，被跟踪物体处于第一、第二相机21、22的焦平面外侧，此时的两束一字激光束投射光斑会过渡到在P2平面上的倒“八”字形的投射式样，进而使用者根据倒“八”字形的投影式样可以确定被跟踪物体处于定位器最高定位精度的外侧，定位器应向靠近被跟踪物体的方向调整。

如图8所示，定位器的有效测量空间范围为图中两个梯形组合的立体空间内部，在此范围内，被跟踪物体越接近相机视野交点23，即越接近相机20视野的焦平面，定位器的定位精度越高。

由于被跟踪物体处于相机20焦平面的内侧、外侧或焦平面上时的激光光斑的投射式样均不相同，第一、第二激光器31、32的激光束在光路上每一处的投射式样不断变化，使用者可根据投射式样清楚的判断被跟踪物体是否处于定位器相机视野的焦平面上或附近。并且，激光束交点34交叉呈“X”形的投射式样，更加易于辨识。

相较于一路激光或者投射点状光斑，本实施方式的多路激光的设置方式使得被跟踪物体的位置更易于判断，有效帮助使用者快速、准确的定位被跟踪物体，使被跟踪物体处于定位器跟踪定位最佳的测量范围内。

如图3所示，如在第一、第二相机21、22的光轴上有遮挡物体遮挡住相机20的视野时，两侧相机拍摄出的图像不同，并且，对应侧的激光器30的激光束投射到遮挡物体，使投射到被跟踪物体的激光光斑由两束激光束光斑变为单一光斑，直至使用者移除遮挡物体，或者通过光斑的投射式样的变化对光路上是否有遮挡物体进行判断和定位。并且，相较于一路激光或者投射点状光斑，根据本实施方式中多路的激光束光斑的投射式样，对于距离被跟踪物体较近的遮挡物体也能容易发现。从而，实现了提示使用者定位器相机20视野范围内是否有遮挡物体阻碍相机20采集有效图像的功能，有效帮助使用者快速、准确地发现定位器遮挡物体遮挡相机20视野的问题。

在其他实施方式中，安装面11形成为竖直平面，第一、第二相机21、22设置于竖直平面上并调整设置角度，使其光轴相交形成相机视野交点23，第一、第二激光器31、32设置于竖直平面上并调整设置角度，使其激光束相交形成激光束交点34，相机视野交点23与激光束交点34重合。

在其他的实施方式，激光器30也可以相对于相机20设置于相机20的外侧。具体地，第一激光器31相对于第一相机21设置于第一相机21外侧的安装面11上；第二激光器32相对于第二相机22设置于第二相机22外侧的安装面11上。

本实用新型的带多路激光器的红外光学定位器可应用于手术中，快速、准确的确定被跟踪工具处于第一、第二相机21、22焦平面上，保证定位器的最佳定位精度。并通过定位器第一、第二相机21、22视野图像及投射多路激光至被跟踪物体或术区，判断寻找遮挡物体，快速排除对定位器第一、第二相机21、22视野造成遮挡的遮挡物体，保证相机20对目标物体的图像采集，定位被跟踪物体。

在本说明书的描述中，术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带多路激光器的红外光学定位器，其特征在于，包括：

架体；

相机，包括第一相机和第二相机，分别设置在所述架体的两侧，所述第一相机和所述第二相机的光轴在焦平面上形成相机视野交点；

激光器，包括第一激光器和第二激光器，分别对应所述第一相机和第二相机设置在所述架体的两侧，所述第一激光器和所述第二激光器发射的激光束在焦平面上形成激光束交点，

所述激光器还包括中心激光器，所述中心激光器设置于所述架体，且位于所述相机的对称轴上，中心激光束与相机视野交点相交；其中，

所述对应所述第一相机和第二相机设置的方式为：所述激光器与所述相机设置在同一平面上，同一侧的所述相机的光轴与激光束之间具有一定的角度，使相机视野交点与激光束交点重合，

并且，被跟踪物体处于焦平面、焦平面内侧和焦平面外侧时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑分别形成不同投影式样。

2.如权利要求1所述的红外光学定位器，其特征在于，

所述第一激光器和所述第二激光器发射对称的一字激光束，

使得被跟踪物体处于焦平面内侧时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑形成为“八”字形；

被跟踪物体处于焦平面上时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑形成为“X”形；

被跟踪物体处于焦平面外侧时，所述第一激光器和所述第二激光器照射到被跟踪物体的光斑形成为倒“八”字形。

3.如权利要求1所述的红外光学定位器，其特征在于，

相机视野交点位于所述相机之间的对称轴上，激光束交点位于所述激光器的对称轴上，所述相机之间的对称轴与所述激光器之间的对称轴重合。

4.如权利要求3所述的红外光学定位器，其特征在于，

所述中心激光器发射点状激光束。

5.如权利要求1所述的红外光学定位器，其特征在于，

所述架体具有两侧向相机视野交点处倾斜的安装面，所述第一相机、所述第二相机、所述第一激光器和所述第二激光器设置于所述安装面上。

6.如权利要求5所述的带多路激光器的红外光学定位器，其特征在于，

所述安装面对称设置，所述第一相机、所述第一激光器与所述第二相机、所述第二激光器在所述架体的轴线两侧对称设置。

7.如权利要求1所述的带多路激光器的红外光学定位器，其特征在于，

所述第一激光器相对于所述第一相机设置于所述第一相机内侧的所述架体上；

所述第二激光器相对于所述第二相机设置于所述第二相机内侧的所述架体上。

8.如权利要求1所述的带多路激光器的红外光学定位器，其特征在于，

同一侧的所述相机的光轴与激光束之间的角度不超过5°。

9.如权利要求6所述的带多路激光器的红外光学定位器，其特征在于，

所述架体的两侧的向相机视野交点处倾斜的安装面，其倾斜角度为5～20°。

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