基于单摄像机和镜面反射的空间跟踪定位方法

摘要

本发明涉及计算机视觉测量跟踪定位技术领域，尤其涉及一种基于单摄像机和镜面反射的空间跟踪定位方法。本发明利用空间定位装置中的单摄像机并借助平面镜的镜面反射作用获取空间杆状器械上两个光点的图像信息，通过光点检测算法获取光点所对应关键点的图像坐标，利用几何关系和几何演算方法将2D图像坐标转换成3D空间坐标，从而实现杆状器械移动过程中的空间跟踪定位功能。本发明可以对光点所对应的图像采集点进行快速精确定位，操作简便且减少了高昂的采集检测与定位设备，操作便捷、性价比高，完全能满足医学外科手术教学与培训领域中虚拟手术仿真与训练系统的杆状器械空间定位精度要求。

主权项

一种基于单摄像机和镜面反射的空间跟踪定位方法，其特征在于，包括一个带USB接口的摄像机和一个平面镜的空间定位装置，以及附有两个发光二极管的杆状器械，其中杆状器械可以在空间定位装置的活动空间中自由移动，该方法具体包括以下步骤：①控制USB摄像头以30帧/秒的帧率对杆状器械和平面镜反射所形成的4个光点图像进行采集，动态截取帧并生成RGB彩色图像；②采用RGB取均值得到灰度图像，并将灰度图像与预先得到并处理好的背景灰度图相减，以便过滤掉图像背景；③采用中值滤波方法对过滤掉背景的灰度图像进行处理，以抵制噪声和提高光点图像的质量；④采用光点检测算法获取4个图像光点的关键点图像坐标；⑤利用几何关系和几何演算方法将关键点的2D图像坐标转换成3D空间坐标；⑥根据两个光点所对应关键点的3D空间坐标，由空间解析几何方法计算出方向余弦，从而得到三个方向角；⑦系统输出杠状器械的6自由度定位数据结果，即关键点的3D坐标和杠状器械的方向角，跟踪定位未完成则返回步骤①继续跟踪定位，否则结束。