[发明专利]一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法和系统

权利要求书

1.一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，其特征在于，手术器械周向具有多个平面，平面上有ARUCO标记，

定位方法为：

标定手术器械尖端在每个ARUCO标记坐标系下的坐标；

检测识别ARUCO标记，并计算基准坐标系下ARUCO标记四个顶点的三维坐标，根据三维坐标得到ARUCO标记坐标系与基准坐标系的变换关系；

根据所述变换关系得到基准坐标系下手术器械尖端的坐标。

2.根据权利要求1所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，其特征在于，根据变换关系，根据如下公式获得手术器械尖端的坐标：

式中，R_j→c表示坐标系之间的旋转矩阵，T_j→c表示坐标系之间的平移向量，P_j表示手术器械尖端在ARUCO标记坐标系下的坐标，j表示第j个标记。

3.根据权利要求2所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，其特征在于，当同时检测到多个ARUCO标记时，根据每个ARUCO标记所在平面的法向量与基准成像平面法向量的内积，得到对应的权重，根据权重得到手术器械的定位结果。

4.根据权利要求3所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，其特征在于，ARUCO标记所在平面的法向量，通过如下方式获得：

式中，j＝1,2,…,N，表示检测识别到的ARUCO标记个数，N为ARUCO标记总个数，分别表示第j个ARUCO标记中，第1个点到第2个点的向量，以及第1个点到第4个点的向量，其中，和分别表示第1、2、4个点的坐标。

5.根据权利要求3所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，其特征在于，内积的计算公式为：

式中，表示ARUCO标记所在平面的法向量，表示基准成像平面法向量。

6.根据权利要求3所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，其特征在于，对应的权重的获得过程为：

式中，s_j表示ARUCO标记所在平面的法向量与基准成像平面法向量的内积，j表示检测到的ARUCO标记的个数，N为ARUCO标记的总个数。

7.根据权利要求3所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，其特征在于，根据权重得到手术器械的定位结果的计算公式为：

式中，表示根据第j个ARUCO标记获得的手术器械尖端坐标，w_j表示第j个ARUCO标记对应的权重。

8.一种基于ARUCO标记的手术器械定位系统，其特征在于，包括双目相机，数据处理模块以及周向具有多个平面的手术器械，其中，平面上有ARUCO标记，数据处理模块与双目相机相连；

双目相机用于检测识别手术器械周向平面上的ARUCO标记；

数据处理模块，用于应用权利要求1-5任一的一种基于ARUCO标记的手术器械定位方法，根据双目相机识别的ARUCO标记，得到手术器械尖端的坐标。

9.根据权利要求8所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位系统，其特征在于，手术器械本体周向具有多个平面，或手术器械本体上安装有多棱柱体，多棱柱体具有多个平面。

10.根据权利要求8所述的一种基于ARUCO标记的手术器械定位系统，其特征在于，双目相机在使用前先进行标定，包括内参、外参以及畸变系数，用于检测识别到ARUCO标记时，先对ARUCO标记进行畸变矫正。