[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。标记能够附着于对象体，包括在内部形成的图案面及为了图案面借助于具有无限大焦距的第一成像部而成像而在开口形成的光学系。包括处理器，所述处理器以由通过开口而看到的图案面一部分借助于第一成像部而成像的第一图像为基础，决定标记的姿势，基于由在互不相同方向通过开口而释放的出射光，借助于具有比无限大焦距近的焦距的第二及第三成像部而成像的第二图像及第三图像，决定标记的位置。

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)可能显示模糊或不清晰。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。例如，本公开的一个实施例可以提供一种对标记拍摄三个图像，以拍摄的三个图像为基础，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

本公开一个实施例的光学跟踪系统，作为跟踪标记的位置及姿势的光学跟踪系统，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：处理器，其以通过开口显示的图案面的一部分在无限大焦距处成像的第一图像为基础，决定标记的姿势，基于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第二图像及第三图像，决定标记的位置。

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看到的图案面的一部分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，第一图像在无限大焦距处成像，且包括图案面的一部分可识别地成像的图案图像，第二及第三图像在包含对象体位置的预定范围的焦距处成像，且包括由朝向互不相同方向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。

根据一个实施例，位置跟踪部可以分别决定第二及第三图像内成像的出射光图像的基准坐标，基于分别决定的基准坐标，决定对象体的位置。

根据一个实施例，位置跟踪部可以基于第二及第三图像中成像的出射光图像的基准坐标之间的差异(disparity)，决定标记的三维空间上的位置。