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【发明授权】一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法_苏州西默医疗科技有限公司_202410403649.1 

申请/专利权人:苏州西默医疗科技有限公司

申请日:2024-04-03

公开(公告)日:2024-06-21

公开(公告)号:CN117994358B

主分类号:G06T7/80

分类号:G06T7/80;G06T17/00;G06T3/06;G06T7/70

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2024.06.21#授权;2024.05.24#实质审查的生效;2024.05.07#公开

摘要:本发明公开了一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法,属于显微镜标定领域。一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法,包括以下步骤:S1:拍摄标定板的图片并读取坐标;S2:计算平移量和像素坐标得到旋转矩阵;S3:计算出透镜物距和透镜像距;S4:计算出旋转角;S5:计算得到显微镜的标定值;S6:得到显微镜双目重建的点云数据;S7:对点云数据与CBCT数据进行配准融合。本发明解决了现有的标定方法不适用于景深小的牙科显微镜系统,确立的线性方程组就会存在很大的奇异性,精确度不高的问题,本发明能够有效的解决了标定板与显微镜之间存在倾斜角影响标定的准确性,提高了三维重构的整体效率,实现手术规划导航功能。

主权项:1.一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法,其特征在于:包括以下步骤:S1:将标定板放置在显微镜下方,保证标定板与显微镜的平行,拍摄标定板的图片,并从所拍摄的标定板图片上读取坐标;S2:根据从图片上读取的坐标计算平移量和成像坐标系的原点的像素坐标,根据像素坐标计算得到旋转矩阵;S3:计算中间变量,并测量出显微镜的焦距,结合高斯成像模型计算出透镜物距和透镜像距;S4:利用已知的参数计算出标定点在没有旋转时的像素坐标,并利用计算得出的像素坐标和真实图片坐标计算出旋转角;S5:计算系统放大率和径向畸变参数,根据系统放大率、旋转角和径向畸变参数,计算得到显微镜的标定值;S6:对显微镜的标定值进行优化得到三维点云模型,根据三维点云模型得到显微镜双目重建的点云数据;S7:通过PCRnet模型对显微镜双目重建的点云数据与CBCT数据进行配准融合;对显微镜的标定值进行优化得到三维点云模型,具体包括:根据标定板图像信息和像素坐标系与世界坐标系之间的关系公式,对显微镜的内外参数进行初步标定,得到显微镜的内外参数初始标定值;建立优化程序,并在优化程序中输入成像方程、空间点图像坐标观察值以及待优化的参数初值;对显微镜的参数初始标定值进行优化,得到显微镜的参数优化标定值,采用最小化重投影误差对显微镜标定参数和三维点坐标进行优化,得到稀疏点云模型;对稀疏点云模型采用MVS算法进行稠密重构,获得空间目标密集的三维点云模型;所述最小化重投影误差的确定过程包括:对于每一个空间中的三维点,根据当前的显微镜的标定参数,获取所述三维点在图像平面上的理论投影位置;将所述理论投影位置与实际观测到的图像点位置进行比较,得到两者之间的差值,将所述差值作为重投影误差;利用所有三维点的投影误差获取误差最小化对应的目标误差,其中,所述误差最小化对应的目标误差对应的函数形式如下: , ,其中,表示误差最小化对应的目标误差;表示优化之前的显微镜的标定参数对应向量,并且,所述标定参数对应向量包含了焦距、主点坐标和畸变系数;表示三维空间点的坐标集合;表示第个三维点的坐标;表示第个三维点在图像平面上的实际观测坐标;是根据相机参数将三维点投影到图像平面上的理论坐标;||.||表示范数;表示参与优化的三维点的数量;表示第个三维点对应的误差补偿系数;表示第个三维点对应的重投影误差;表示预设的重投影误差阈值;对三维空间点的坐标进行初始化,并调取用于最小化投影误差的优化算法;其中,所述优化算法采用梯度下降法;利用所述优化算法通过迭代方式对显微镜标定参数和三维点坐标进行优化得到稀疏点云模型;利用所述优化算法通过迭代方式对显微镜标定参数和三维点进行优化,包括:步骤1、调取每一个待优化的内外参数和三维点坐标的参数;步骤2、对于每一个待优化的内外参数和三维点坐标的参数获取重投影误差关于所述每一个待优化的内外参数和三维点坐标对应的参数的偏导数;其中,所述偏导数组成的向量即为重投影误差在当前参数值处的梯度;步骤3、调取参数更新模型,利用所述参数更新模型根据所述梯度按照所述梯度下降法的规则进行参数更新,其中,所述参数更新模型的模型结构如下: , ,其中,表示更新后的参数;表示更新前的参数;表示预设的初始学习率;表示学习率进行调整时的单次最大调整幅度;表示个三维点对应的平均的重投影误差;表示个三维点对应的重投影误差最小值;步骤4、重复步骤2和步骤3的内容直至满足收敛条件,并在满足收敛条件时输出最终的优化参数作为显微镜的标定参数和三维点,其中,所述收敛条件即为重投影误差达到最小化投影误差。

全文数据:

权利要求:

百度查询: 苏州西默医疗科技有限公司 一种精确度高的牙科手术显微镜标定方法

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