JP2019113393A - オプティカルトラッキングシステム及びオプティカルトラッキング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、本開示の一実施例によるオプティカルトラッキングシステム1が手術に用いられている例を示す。図示のように、医師D(doctor)は、手術道具20と、結像装置100とを含むオプティカルトラッキングシステム1を活用して患者P(patient)に対する手術を行うことができる。医師Dが用いている手術道具20にはマーカー10が付着され得、患者Pの患部のような目的物にも他のマーカー30が付着され得る。オプティカルトラッキングシステム1の結像装置100は、マーカー10及び/又は30に形成されたパターンの全部または一部に対するパターンイメージを結像(capture)及び取得することができる。パターンイメージは、結像装置100の結像部に含まれたイメージセンサが出力するイメージのフレーム内の一部領域に結像され得る。
間の幾何学的関係を用いて目的物の位置を決定できる。開口領域465、475の基準座標は、例えば、開口領域465、475の中心座標になり得る。
間の幾何学的関係を用いてマーカーの位置を計算することができる。
間の幾何学的関係を用いて目的物の位置を決定することができる。
間の幾何学的関係を用いてマーカーの位置を計算することができる。
間の幾何学的関係を用いてマーカーの位置を計算することができる。
図13は本開示の他の実施例によるオプティカルトラッキング方法(S1200)を示すフローチャートである。以下、各段階について図面を参照してさらに詳しくマーカーをトラッキングする方法が説明される。
10:マーカー
100:結像装置
110、270、410、510:第1結像部
120、280、420、520:第2結像部
130、290、430、530:第3結像部
140、440:プロセッサ
450、550、650:第1イメージ
460、560、660:第2イメージ
470、570、670:第3イメージ
580、680:第4イメージ
690:第5イメージ
Claims (15)
- マーカーの位置及び姿勢をトラッキングするオプティカルトラッキングシステムであって、
前記マーカーは目的物に付着され得、開口に形成された光学系を通じて内部に形成されているパターン面が見えるように構成され、
前記開口を通じて見える前記パターン面の一部が無限大の焦点距離で結像された第1イメージに基づいて前記マーカーの姿勢を決定し、互いに異なる方向で前記開口を通じて放出された出射光が前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離でそれぞれ結像された第2イメージ及び第3イメージに基づいて前記マーカーの位置を決定するプロセッサを含む、オプティカルトラッキングシステム。 - 前記プロセッサは、
前記開口を通じて見える前記パターン面の一部が前記無限大の焦点距離で結像された前記第1イメージに基づいて前記マーカーの姿勢を決定する姿勢トラッキング部と、
互いに異なる方向で前記開口を通じて放出された出射光が前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離でそれぞれ結像された前記第2イメージ及び前記第3イメージに基づいて前記マーカーの位置を決定する位置トラッキング部とを含む、請求項1に記載のオプティカルトラッキングシステム。 - 前記第1イメージは、前記無限大の焦点距離で結像されて前記パターン面の一部が識別可能に結像されたパターンイメージを含み、
前記第2イメージ及び前記第3イメージは、前記目的物の位置を含む所定の範囲の焦点距離で結像されて互いに異なる方向に向かう出射光が結像された出射光イメージを含む、
請求項1に記載のオプティカルトラッキングシステム。 - 前記姿勢トラッキング部は、前記パターン面の全領域内で前記パターンイメージの位置を決定し、前記決定された位置に基づいて前記目的物の姿勢を決定する、請求項3に記載のオプティカルトラッキングシステム。
- 前記位置トラッキング部は、前記第2イメージ及び前記第3イメージ内に結像された前記出射光イメージの基準座標をそれぞれ決定し、前記それぞれ決定された基準座標に基づいて前記目的物の位置を決定する、請求項3に記載のオプティカルトラッキングシステム。
- 前記位置トラッキング部は、前記第2イメージ及び前記第3イメージに結像された前記出射光イメージの基準座標の間の差に基づいて、前記マーカーの3次元空間上の位置を決定する、請求項5に記載のオプティカルトラッキングシステム。
- ライトフィールドイメージを生成するライトフィールドカメラで構成された第1結像部をさらに含み、
前記第1結像部は、パターンイメージを含むように前記ライトフィールドイメージから無限大の焦点距離で結像された前記第1イメージを抽出するように構成される、請求項1に記載のオプティカルトラッキングシステム。 - 前記第1結像部は、前記ライトフィールドイメージから出射光イメージを含むように前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離で結像された第4イメージを抽出するように構成され、
前記プロセッサは、前記第2イメージ、前記第3イメージ及び前記第4イメージに基づいて前記マーカーの位置を決定する、請求項7に記載のオプティカルトラッキングシステム。 - マーカーの位置及び姿勢をトラッキングするオプティカルトラッキングシステムであって、
前記マーカーは目的物に付着され得、開口に形成された光学系を通じて内部に形成されているパターン面が見えるように構成され、
無限大の焦点距離で前記パターン面の一部を含む第1イメージを結像する第1結像部と、
前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離で前記開口を通じて第1方向に放出された出射光が結像された出射光イメージを含む第2イメージを結像する第2結像部と、
前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離で前記開口を通じて前記第1方向と異なる第2方向に放出された出射光が結像された出射光イメージを含む第3イメージを結像する第3結像部と、
前記第1イメージに基づいて前記マーカーの姿勢を決定し、前記第2イメージ及び第3イメージに基づいて前記マーカーの位置を決定するプロセッサとを含むオプティカルトラッキングシステム。 - 前記第1結像部及び前記第2結像部のそれぞれはライトフィールドイメージを生成するライトフィールドカメラで構成され、
前記第1結像部は前記ライトフィールドイメージから前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離で結像された第4イメージを抽出するように構成され、前記第2結像部は前記ライトフィールドイメージから無限大の焦点距離よりも近い焦点距離で結像された前記第2イメージを抽出するように構成され、
前記プロセッサは、前記第2イメージ、前記第3イメージ及び前記第4イメージに基づいて前記マーカーの位置を決定する、請求項9に記載のオプティカルトラッキングシステム。 - 前記第1結像部は、前記第2結像部及び前記第3結像部の地面からの高さとは異なる高さを有するように配置され、前記地面に向かう方向を基準に前記第2結像部及び前記第3結像部の間に配置される、請求項9に記載のオプティカルトラッキングシステム。
- マーカーの位置及び姿勢をトラッキングするオプティカルトラッキング方法であって、
前記マーカーは目的物に付着され得、開口に形成された光学系を通じて内部に形成されているパターン面が見えるように構成され、
無限大の焦点距離で前記開口を通じて見える前記パターン面の一部がパターンイメージとして結像された第1イメージに基づいて前記マーカーの姿勢を決定する段階と、
前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離で前記開口を通じて互いに異なる方向に放出された出射光がそれぞれ出射光イメージとして結像された第2イメージ及び第3イメージに基づいて前記マーカーの位置を決定する段階とを含む、オプティカルトラッキング方法。 - 前記マーカーの姿勢を決定する段階は、
前記パターン面の全領域内で前記第1イメージに含まれた前記パターンイメージの位置を決定する段階と、
前記決定された位置に基づいて前記目的物の姿勢を決定する段階とを含む、請求項12に記載のオプティカルトラッキング方法。 - 前記マーカーの位置を決定する段階は、
前記第2イメージ及び前記第3イメージ内に結像された前記出射光イメージの基準座標をそれぞれ決定する段階と、
前記それぞれ決定された基準座標及び前記出射光が指向する方向の間の幾何学的関係を用いて前記目的物の位置を決定する段階とを含む、請求項12に記載のオプティカルトラッキング方法。 - 前記開口を通じて見える前記パターン面の一部を含むライトフィールドイメージを生成する段階と、
前記ライトフィールドイメージから前記パターンイメージを含むように前記無限大の焦点距離で結像された前記第1イメージを抽出し、出射光イメージを含むように前記無限大の焦点距離よりも近い焦点距離で結像された第4イメージを抽出する段階と、
前記第2イメージ、前記第3イメージ及び前記第4イメージに基づいて前記マーカーの位置を決定する段階とをさらに含む、請求項12に記載のオプティカルトラッキング方法。
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