专利名称：超声波探头的光学标定装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光学标定装置，尤其涉及一种超声波探头的光学标定装置。
背景技术：
现有的基于磁定位器的手动三维超声图像标定方法:在超声探头上固定一个电磁接收器，利用电磁定位器获取该接收器相对于发射器的空间信息，建立超声图像坐标系1、接收器坐标系R、发射器坐标系T、模板坐标系C四个坐标系，标定公式为P(C)=cTt.tTR.eTi.P(I)，其中tTk代表电磁接收器到发射器的变换矩阵，已知空间点的超声图像坐标Pd)、对应的模板坐标P(C)和每次测量的tTk，利用最小二乘法得到接收器和超声图像之间的空间映射关系％和kTp基于磁定位器的手动三维超声图像标定方法存在一下问题:(I)设计的N形标定模板只是空间中二维的标定模板，得到的标定模板坐标缺少第二维的空间彳目息；(2)标定公式P(C) = cTt^VeTi* (I)中的未知量有％和kTi两个，计算较为复杂，需要采集多幅标定图像；(3)默认用接收器坐标系代替超声探头坐标系，可能存在变换误差；(4)需要在超声探头上固定电磁接收器，活动受限制，且针对不同型号的超声探头需要配备不同规格的电磁定位器，使得设备复杂，适应性不高；(5)电磁定位设备在手术导航应用中存在电磁兼容问题。
实用新型内容本实用新型针对以上问题的提出，而研制的一种超声波探头标定装置，具有:感知超声波探头位置的光学定位设备:该光学定位设备具有相机1、相机II和水平固定架，所述水平固定架具有滑道，所述相机I和相机II通过与所述滑道相配合的螺栓与水平固定架活动连接；立体标定模板:设置在所述光学定位设备的前方，包括:两个相对设置的矩形框架I和矩形框架II，所述的两个矩形框架I和矩形框架II完全一致；多条标定直线连接所述两个矩形边框的顶点；以及，待标定的超声波探头，该超声波探头的上方设有至少3个标识点。相机I和相机II完全相同。由于采用了上述技术方案，本实用新型提供的超声波探头的光学标定方法，具有可以将标定模板坐标由二维扩展到三维，这样可以增强标定计算过程中的约束条件，使得标定结果更准确；采用光学定位设备获取超声探头姿态，无需考虑电源线的影响，使得可标定的范围更广；光学定位设备在手术导航环境中不存在电磁兼容的问题。
为了更清楚的说明本实用新型的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型的立体标定模板及其坐标系的设定示意图；图2为本实用新型的超声探头上的特征标识点及其坐标系设定；图3为本实用新型的立体模板工作示意图；图4为本实用新型的空间点E在立体标定模板坐标系中的坐标计算示意图；图5为本实用新型的示意图。图中:1.光学定位设备、101.相机1、102.相机I1、103.水平固定架、201.矩形框架Ι、202.矩形框架I1、203.标定直线。
具体实施方式
为使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面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的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型的保护范围。如图1-5所示:一种超声波探头标定装置，具有:感知超声波探头位置的光学定位设备1:该光学定位设备具有两个完全相同的相机1101、相机ΙΙ102和水平固定架103，所述水平固定架103的具有滑道，所述相机IlOl和相机ΙΙ102通过与所述滑道相配合的螺栓与水平固定架103活动连接；立体标定模板2:设置在所述光学定位设备I的前方，包括:两个相对设置的矩形框架1201和矩形框架11202，所述的两个矩形框架1201和矩形框架ΙΙ202完全一致；多条标定直线203连接所述两个矩形边框的顶点；所述相机IlOl和相机II102完全相同。在使用时可以采用下述的方式对超声波探头进行标定，如图1-图4所示:选取光轴相互平行的两枚相同的相机，作为光学定位设备。两枚完全相同的相机，配备相同型号的镜头，优选的，固定在水平设置的固定架上。两枚相机的光心距离即基线距离可调节。以左侧相机，相机IlOl光心为轴心，相机IlOl和相机ΙΙ102的基线方向为X轴线，建立直角坐标系，作为光学定位设备坐标系C。立体标定模板及其坐标系设定:选用两个完全一致的矩形框架或矩形面板，优选的，本实施例中选用两个尺寸完全一致的矩形框架，将连个框架呈竖直相对设置，使其中矩形框架A在另一个矩形框架B上的正投影与矩形框架B完全重合，也可表述为所述的两个矩形框架构成空间一个空间虚拟长方体中相对的两个面，选定多条标定直线，连接所述两个矩形面板的顶点，优选的，连接方法如图1示:以O点作为坐标原点,建立空间直角坐标系，作为立体标定模板坐标系Μ。超声探头上布置的特征识别点不限于图1示的一种，能够提供空间点信息即可，可以是可见光特征点和红外LED特征点等。特征点数量至少为3个，且特征点的布置方式不限于图示一种，能够建立直角坐标系即可。超声探头上的特征标识点及其坐标系设定，如图2示，选取一个2D的超声波探头，在该超声波探头上选取至少三个特征点，建立空间直角坐标系，作为超声波探头坐标系τ。使用超声波探头扫描标定模板:工作的时候将所述标定模板放入水温约50°C的水中，手持2D超声探头扫描该模板，扫描平面与标定线相交于D、E、F、G、H、M、N七个空间点。同时，设定超声图像坐标系I，利用超声图像处理技术获得所述的每一个空间点在超声波图像中的坐标，记做P(I) = (Ui, Vi, 0，l)To得到的D、E、F、G、H、M、N七个空间点，每个点在立体模板坐标系M中的坐标设为P(M) = (xi； Yi, Zi, 1)τ,以D、E、F共面的三点为例，如图4所示，与三角形EFC相似，根据相似三角形的原理有E点在立体标定模板中的坐标为(xE，yE, zE, I)τ， 其中
权利要求1.一种超声波探头的光学标定装置，其特征在于具有: 感知超声波探头位置的光学定位设备(I):该光学定位设备具有相机I (101)、相机II(102)和水平固定架(103)，所述水平固定架(103)具有滑道，所述相机I (101)和相机II(102)通过与所述滑道相配合的螺栓与水平固定架(103)活动连接； 立体标定模板(2):设置在所述光学定位设备(I)的前方，包括:两个相对设置的矩形框架I (201)和矩形框架II (202)，所述的两个矩形框架I (201)和矩形框架II (202)完全一致；多条标定直线(203)连接所述两个矩形边框的顶点。
2.根据权利要求1所述的超声波探头的光学标定装置，其特征还在于:所述相机I(101)和相机II (102)完全相同。
专利摘要本实用新型公开了一种超声波探头标定装置，具有感知超声波探头位置的光学定位设备该光学定位设备具有相机I、相机II和水平固定架，所述水平固定架具有滑道，所述相机I和相机II通过与所述滑道相配合的螺栓与水平固定架活动连接；立体标定模板设置在所述光学定位设备的前方，包括两个相对设置的矩形框架I和矩形框架II，所述的两个矩形框架I和矩形框架II完全一致；多条标定直线连接所述两个矩形边框的顶点。具有可以将标定模板坐标由二维扩展到三维，这样可以增强标定计算过程中的约束条件，使得标定结果更准确；采用光学定位设备获取超声探头姿态，无需考虑电源线的影响，使得可标定的范围更广。
文档编号A61B8/00GK202982047SQ20122027401
公开日2013年6月12日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者邱天爽, 任亮, 朱永, 刘惠 申请人:大连理工大学