[发明专利]光学跟踪系统及光学跟踪方法

说明书

提供一种跟踪标记的位置及姿势的光学跟踪系统。光学跟踪系统包括：成像装置，其包括对标记的至少一部分进行成像而生成光场图像的第一成像部及对从开口释放的出射光进行成像的第二成像部；及处理器，其以第一图像为基础，决定标记的姿势，基于第二图像及第三图像，决定标记的位置，其中，所述第一图像是从光场图像，作为在无限大焦距处成像的图像而提取并由图案面的一部分成像的图像，所述第二图像是从光场图像，作为在比无限大焦距近的焦距处成像的图像而提取的图像，所述第三图像是在与朝向第一成像部的出射光不同的方向，由通过开口释放的出射光借助于第二成像部而成像的图像。

技术领域

本公开涉及光学跟踪系统及光学跟踪方法。

本公开来源于作为中小企业厅WC 300项目技术开发支持的一部分的研究[作业具体编号：S2482672，研究对象名称：匹配精度1mm以下的手术导航融合头颈部手术机器人系统的开发]。

背景技术

作为用于跟踪对象体的方法，可以使用光学跟踪系统。最近，为了在使手术失误发生的危险最小化的同时进行精密的手术，利用了跟踪手术机器人或手术工具的位置(location或coordinate)及姿势(posture或orientation)并将其跟踪结果应用于手术的方法。对象体的位置例如可以用诸如直角坐标系X、Y、Z轴上坐标的空间坐标来定义。对象体的姿势可以用翻滚角(roll)、仰俯角(pitch)、偏航角(yaw)定义。为了准确跟踪对象体，正如上面所作的说明，重要的是准确掌握与对象体的六自由度(Degree of Freedom)相应的位置及姿势。

在光学跟踪系统中，例如将名为标记(marker)的基准体附着于对象体后跟踪该标记，从而可以测量对象体的位置及姿势。在光学跟踪系统中，经过例如利用诸如照相机的成像装置，拍摄标记的一部分并对其进行判读的过程。在该过程中，由于多样的因素，拍摄的图像的一部分(例如，边界部分)可能显示模糊或不明确。当以这种图像为基础跟踪标记时，在推定的对象体的位置及姿势与实际对象体的位置及姿势之间会发生差异。

发明内容

解决的技术问题

本公开的一个实施例提供一种能够更准确地测量对象体的位置及姿势的光学跟踪系统及方法。

技术方案

本公开的一个实施例光学跟踪系统，作为跟踪标记的位置及姿势的光学跟踪系统，其中，标记能够附着于对象体，构成得通过在开口形成的光学系而看到在内部形成的图案面，所述光学跟踪系统可以包括：成像装置，其包括对标记的至少一部分进行成像而生成光场图像的第一成像部及对从开口释放的出射光进行成像的第二成像部；及处理器，其以第一图像为基础，决定标记的姿势，基于第二图像及第三图像，决定标记的位置，其中，所述第一图像是从光场图像，作为在无限大焦距处成像的图像而提取的并由图案面的一部分成像的图像，所述第二图像是从光场图像，作为在比无限大焦距近的焦距处成像的图像而提取的图像，所述第三图像是在与朝向第一成像部的出射光不同的方向，由通过开口释放的出射光借助于第二成像部而成像的图像。

根据一个实施例，处理器可以包括：姿势跟踪部，其以第一图像为基础，决定标记的姿势，其中，所述第一图像是通过开口而显示的图案面的在无限大焦距处成像的图像；及位置跟踪部，其基于第二及第三图像，决定标记的位置，其中，所述第二及第三图像是由在互不相同方向通过开口释放的出射光在比无限大焦距近的焦距处分别成像的图像。

根据一个实施例，第一图像作为为了在无限大焦距处成像，而从光场图像提取的图像，包含由图案面的一部分可识别地成像的图案图像，第二图像作为为了在包含对象体位置的既定范围的焦距处成像，而从光场图像提取的图像，包含由朝向第一成像部的出射光成像的出射光图像，第三图像可以包含由朝向第二成像部的出射光成像的出射光图像。

根据一个实施例，姿势跟踪部可以在图案面的全体区域内决定图案图像的位置，基于决定的位置，决定对象体的姿势。