片的识别，就可以解码被编码的数据。
[0068]在贴片没有形成为平面而是定义在或形成在非平面表面上的情况中，例如，图案形成在圆柱形(图1)或钻头锥形(图7)上，假设整个贴片的格由仿射变换变形的上述过程就不再适用。反之，系统假设贴片只在贴片的小的子区域内局部地仿射，并且以平缓的方式从该区域变化。将上述步骤(b)-(d)修改为只预测附近的格位置，即与已经被确定具有一组X-角的格位置相近的格位置。在一个实施例中，附近的格位于定位的X-角的两个格单元(利用L-无穷距离(L-1nfinity distance))内，在这一点上，系统假设图案是足够平稳变化的，使得当沿着该路径将只具有小校正的格选择成仿射基时，仿射假设是有效的。因此，通过旋转格并且沿着该路径校正仿射基，该系统可以以与具有曲率的贴片相同的方式处理平面贴片。在平面贴片上，该校正有效地将为零。为了校正来自纯粹仿射假设的偏差，计算关于探测到的定义点的每个子集的基向量。
[0069]—旦计算出用于被分析的图像的一组描述符，将每个描述符与存储在系统中并且与特定贴片相关的描述符库比较。例如，如上讨论的，矩阵可以包括:向左的X-角，用元素-1表不，没有X-角的，用0表不，向右的X-角，用1表不。在一个实施例中，由于每个描述符可以与几个可能的特定贴片相关，因此，计算每个探测到的描述符和每个库描述符之间的分数。利用附加的相关信息例如某些点应当被定位的位置，对最高分进一步处理以确定贴片。
[0070]在实施例中，该系统包括或者能够访问由一个或多个贴片形成的追踪图案的模型的数据库。本发明预计该模型分为两种截然不同的模型设置。在第一个实施例中，所有存储的模型具有贴片的唯一子集，模型之间不会产生重复贴片。在这种情况下，知道了单个的贴片就确定了正在使用哪种模型。每个模型是唯一的，使得在模型之间不存在贴片设置的重复。因此，贴片的识别假定了模型姿态(model pose) 0即模型库中的每个模型包含一组贴片，这些贴片是该模型的成员。
[0071]在模型的第二种设置中，很多模型将分享相同的贴片，但是具有不同的设置。因此，系统必需为每个模型生成假设，探测到的贴片是该模型的成员。在这种情况下，探测两个或多个贴片将帮助证明模型的正确性。在另一个设置中，由于噪声和其它因素可能影响对X-角的探测，必须如以下讨论的对该特定模型进一步分析以确认该模型。
[0072]对于模型中的每个贴片，数据库包括格上每个点的3D模型位置，定义点应当出现在该格上。对图像中贴片的识别允许系统选择适用于被观察的图像的模型，并且允许确定图像坐标中至少四个贴片角和该贴片角的四个3D模型位置之间的对应关系(correspondence)。通过传统的3D姿态(pose)估计过程，该系统从该至少四个匹配中估计刚体变换，该刚体变换定义了照相机质心坐标系统中模型的空间关系。
[0073]然后，优选地，系统利用该估计的刚体变换，将所选模型中的其余贴片应用至图像。将这些额外的贴片与贴片识别假设对比测试，并且将与给定的模型组合一致的假设以的数量及刚体变换集合在一起。只有具有很多积极-被识别贴片的模型才会被考虑为正确的模型，即该贴片数量超过某个阈值，例如三个正确的被识别贴片。
[0074]一旦每个照相机到达该处理步骤的末尾，就应当知道哪个图像定义点(从而，知道2D图像的位置)对应于哪个模型定义点(从而，知道3D模型的位置)。一旦两个照相机都确定了这些对应关系，那么确定立体特征匹配就是匹配与一般模型定义点对应的图像特征。这可以利用已知技术完成。没有必要采用核线约束或修剪(epipolar constraintspruning)产生一组对应关系。这是因为可以正确地识别定义点，并且具有有限的对模型的伪识别，并且没有虚假匹配。
[0075]如上描述的，利用变换，系统能够唯一地识别基于追踪图案210、308上的定义点402的模型。一旦执行该操作，那么再利用已知技术通过三角测量对应的图像定义点对来执行立体重构。这在图13中的步骤1100、1110、1120中示出了。然而，只有已知好的图像匹配被通过作为输入，并且重构的3D点(立体追踪器坐标)与3D模型点之间的关联(associat1n)通过该步骤。查找匹配(步骤1110)的输出提供左侧图像中的一组像素位置与右侧图像中的一组像素位置之间的1:1关联。利用已知的两个照相机的设置，通过标准三角测量技术，对每个左/右像素位置对三角测量以生成景象中特征的3D位置的估计。在固定到立体追踪系统中的坐标系统(例如，可以利用左相机位置或右相机位置，或两个相机之间的中心定义该坐标系统的原点和轴。相反，3D模型点定义在模型-质心坐标系统中(例如锥轴是ζ轴，小的一端的中心是(0，0，0)))中确定这些3D坐标中的每一个。绝对定向(absolute orientat1n)确定这两个坐标系统(追踪器-质心和模型-质心)之间的变换。
[0076]一旦知道(步骤1130)特定3D追踪器点(即在追踪器_质心坐标系统中的点)和特定3D模型点(即在模型-质心坐标系统中的点)之间的至少三个对应关系，那么，就可以利用传统的绝对定向过程(步骤1140)确定追踪器坐标系统相对于模型坐标系统的刚体变换，从而确定(步骤1150)模型在追踪器坐标中的空间位置和方向。同样，将贴片400和追踪图案210的姿态绑定到该模型。然后，系统利用该数据描述口腔夹具和工具夹具的实际运动，以及相对于扫描的感兴趣区域的图像(例如事先扫描的口腔的图像)的相关模型的运动。
[0077]美国专利申请号为14/209，500的申请描述了形成口腔夹具12、扫描夹具12上的基准的位置、以及将事先扫描的图像配准到实际的视频图像上的过程。一旦形成了口腔夹具12，就将托架组件100附接至口腔夹具12上的法兰28、30以及夹具追踪组件200。口腔夹具12附接至病人的合适的牙齿。
[0078]参考图14，为了确定病人佩戴的口腔夹具12和手术工具302的位置，本发明利用安装在某一位置的两个外部照相机800观察夹具追踪图案210和工具追踪图案308，并且探测如上描述的定义点。将来自照相机800的数据发送至处理器810，其执行以上描述的以及图13绘示的步骤中一些或全部。据此系统确定追踪图案在预定坐标系统中的位置(姿态)和它们的运动。系统利用来自扫描图像上的口腔夹具12上的基准标记的位置，以及它们与夹具追踪组件200的关系，来确定病人的运动和工具夹具组件300相对于口腔夹具12的位置，然后，计算工具钻头相对于手术部位的位置。
[0079]相对于现有技术中存在的立体追踪系统，本发明提供很大的优点。第一，优选地，本发明在每个照相机上实施很大数量的独立于其他照相机和主处理系统的高计算成本的步骤。这允许更容易地缩放(scaling of)该系统，尤其当系统中照相机的数量超过两个时。在传统的立体追踪系统中，对特征匹配的需要将随着0函数(Nc2)增长，其中Nc是在标准立体追踪系统中使用的照相机的数量。
[0080]预计可以在照相机的处理器中执行该过程，并且可以将程序和数据嵌入到与处理器相关联的存储器中。
[0081]可以将这些照相机远程放置在分布式网络上。产生的通信宽带是传输图像本身或者甚至是传输传统系统中需要的一组图像特征点所需宽带的很小一部分。
[0082]被识别贴片的丰富特性使模型的伪识别可能性极小，反之，在标准立体追踪情况下探测到的非模型物体上的大数量的特征增加了很多伪模型识别的可能。
[0083]然而以上描述中，术语“贴片(tile)”指唯一可识别的单元，可将其设置以形成光学图案，该术语不限于临近的、非重叠的这样的单元的“贴片”的传统概念。共同未决的申请序列号为14/209，500的申请详细描述了交错的编码方案，其中为了增强双尺度检测(two-scale detect1n)，多个贴片重叠在或占据图案的相同部分。预计即使在传统的贴片式图案中，也可以选择对独特贴片的该设置，使得通过每四个贴片的连接(junct1n)形成另外独特的贴片，该另外独特的贴片是最邻近该连接的贴片的组合，如此，图案上的每个路径都是具有2个或多个贴片的成员。这样的贴片会有这样的优点，即当图案的部分看起来模糊时，就需要更多可视的完整的贴片以助于模型识别。然而，以上的描述中贴片边界具有90度角，进一步预计，贴片边界可以包含任意折线或圆形线段。共同未决的申请序列号为14/209，500的申请中的该双尺度编码方案包括方形贴片和具有孔的复杂贴片的组合。
[0084]用于追踪和确定各个元件的运动的计算和编程技术是众所周知的，因此，不需要进一步的信息。
[0085]前述实施例是基于病人有足够的牙齿安装口腔夹具12和夹具追踪组件200的假设。然而，如果病人口腔的状况不允许单独或同时附接口腔夹具12和夹具追踪组件200，本发明想到可以将任意元件直接安装在病人的颚骨上。