一种三维扫描仪空间坐标定位方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种三维扫描仪空间坐标定位方法，能够解算物体内部待测点的扫描仪坐标值，所述方法包括：在所述物体周边设置参考坐标仪；通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值；然后以所述若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在扫描仪坐标系下的空间位置拓扑关系；根据所述拓扑关系，利用控制点的扫描仪坐标解算出待测点的扫描仪坐标。本发明专利技术所述的三维扫描仪空间坐标定位方法对三维扫描仪无法捕获到物体内部点的缺陷进行了改善，通过扫描外置坐标参考坐标仪的三角架定位点，对物体内部待测点进行间接捕获，使得扫描仪标定过程中布控方式更为灵活，提高了标定的质量。

A method of spatial coordinate location for 3D scanner

【技术实现步骤摘要】
一种三维扫描仪空间坐标定位方法
本专利技术实施例涉及医学图像处理、手术导航
，具体涉及一种三维扫描仪空间坐标定位方法。
技术介绍
随着三维扫描技术的快速发展，扫描设备的扫描精度和扫描效率越来越高，目前国内外已开展将三维扫描设备与医学影像设备结合的研究，将三维扫描技术应用到医学影像重建与配准领域，将扫描形成的面数据同CT、MRI、PET等专业医学影像的体数据结合运用，以达到在手术过程中实时定位的效果。在这种应用场景下，需要将三维扫描仪采集到的三角面片数据精准定位到医学影像对应的解剖位置。因此，对三维扫描仪进行坐标系标定，建立扫描仪的数据空间同真实世界物理空间的对应关系显得尤为重要。由于扫描仪仅能采集物体表面的空间信息，因此最终重建的数据模型为物体表面轮廓。而在三维扫描仪应用到医学影像处理的过程中，常需要获取物体内部某些点的投影在扫描仪坐标系的坐标值，这时无法通过扫描仪直接扫描获取。在实际工作中，我们有时需要对已建立物理空间坐标系的真实世界中某些空间位置点进行数据采集，而三维扫描仪仅能采集空间中的曲面数据。对于孤立位置点而言，由于没有足够的表面积支撑，很难被扫描仪识别。对于这个问题，通常我们用一个有一定表面积的规则物体代替一个位置点，例如半径为R的小球，让小球的中心点与待测位置点重合，由于小球有一定的形状和表面积，因此可以被扫描仪识别。我们利用扫描仪获取小球的曲面数据后对小球进行重建，然后利用小球的面数据反求扫描仪坐标系下小球的中心坐标。但上述方法有其缺陷，第一、该方法依赖于对小球的扫描效果，精度受小球的大小、材质、表面的光滑程度影响较大；第二、有些场景我们不能用规则物体代替位置点，例如已知颅脑内某些点的真实物理空间坐标，需要利用扫描得到的颅骨表面的重建数据获取这些内部点的扫描仪坐标，可是颅骨是不规则的，无法直接通过捕获到的表面点扫描仪坐标计算内部点扫描仪坐标。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种三维扫描仪空间坐标定位方法，以解决现有技术中由于无法获取物体内部某些点的扫描仪坐标系坐标值而导致的扫描仪标定过程中无法对孤立定位点和物体内部测量点进行扫描定位的问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：根据本专利技术实施例的第一方面提供一种三维扫描仪空间坐标定位方法，能够解算物体内部待测点的扫描仪坐标值，所述方法包括：在所述物体周边设置参考坐标仪；通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值；以参考坐标仪的若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在扫描仪坐标系下的空间位置拓扑关系；根据所述拓扑关系，利用参考结点的扫描仪坐标解算出待测点的扫描仪坐标。进一步地，所述参考坐标仪包括三个可升降的底座和第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器组成的三角支架，所述第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器在物理空间坐标值已知。进一步地，所述通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值，具体包括：通过三维扫描仪分别捕获参考坐标仪上第一球形定位器的扫描仪坐标值、第二球形定位器的扫描仪坐标值和第三球形定位器的扫描仪坐标值。进一步地，所述以参考坐标仪的若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在空间位置上的拓扑关系，具体包括：将第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器设为参考结点，物体内部的待测点设为未知结点，所述待测点的物理空间坐标值已知；根据球形定位器第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器的物理空间坐标值，求解第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器所处平面的平面方程；将待测点投影在第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器所处的平面上，获得投影点的物理空间坐标值；根据第一球形定位器、第二球形定位器、第三球形定位器和待测点的物理空间坐标，分别计算待测点到第一球形定位器的第一欧式距离值、待测点到第二球形定位器的第二欧式距离值和待测点到第三球形定位器的第三欧式距离值；分别计算投影点到第一球形定位器的第四欧式距离值、投影点到第二球形定位器的第五欧式距离值和投影点到第三球形定位器的第六欧式距离值；计算待测点到第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器所处的平面的垂直距离值；从而建立待测点同参考坐标仪上的参考结点在物理空间的位置拓扑关系，由于物理空间到扫描仪空间的同胚映射为刚体变换，因此进一步根据所述关系，可利用控制点扫描仪坐标解算出待测点扫描仪坐标，具体包括：根据所述第一欧式距离值、第二欧式距离值、第三欧式距离值、第四欧式距离值、第五欧式距离值、第六欧式距离值和垂直距离值，以及第一球形定位器的扫描仪坐标值、第二球形定位器的扫描仪坐标值和第三球形定位器的扫描仪坐标值，解算求得待测点的扫描仪坐标。与现有技术相比，本专利技术实施例的三维扫描仪空间坐标定位方法具有如下优点：1、本专利技术实施例所述的三维扫描仪空间坐标定位方法解决了三维扫描仪标定过程中无法对孤立定位点和物体内部测量点进行扫描定位的缺陷，解决了坐标系标定流程中控制点布控的问题。2、本专利技术实施例所述的三维扫描仪空间坐标定位方法提出了一种三维扫描仪空间坐标定位方法，对传统三维扫描仪无法捕获到物体内部点的缺陷进行了改善，通过扫描外置坐标参考坐标仪的三角架定位点，对物体内部待测点进行间接捕获，使得扫描仪标定过程中控制点的选择更加简单，布控方式更为灵活，提高了标定的质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。图1为本专利技术实施例所述的三维扫描仪空间坐标定位方法提供方法流程图；图2为本专利技术实施例所述的三维扫描仪空间坐标定位方法提供的外置式参考坐标仪；图3为本专利技术实施例所述的三维扫描仪空间坐标定位方法提供的物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在空间位置上的拓扑关系示意图；图4为本专利技术实施例所述的三维扫描仪空间坐标定位方法提供计算方法流程图。具体实施方式以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维扫描仪空间坐标定位方法，能够解算物体内部待测点的扫描仪坐标值，所述方法包括：/n在所述物体周边设置参考坐标仪；/n通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值；/n以参考坐标仪的若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在扫描仪坐标系下的空间位置拓扑关系；/n根据所述拓扑关系，利用参考结点的扫描仪坐标解算出待测点的扫描仪坐标。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维扫描仪空间坐标定位方法，能够解算物体内部待测点的扫描仪坐标值，所述方法包括：
在所述物体周边设置参考坐标仪；
通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值；
以参考坐标仪的若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在扫描仪坐标系下的空间位置拓扑关系；
根据所述拓扑关系，利用参考结点的扫描仪坐标解算出待测点的扫描仪坐标。


2.根据权利要求1所述的三维扫描仪空间坐标定位方法，其特征在于，所述参考坐标仪包括三个可升降的底座和第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器组成的三角支架，所述第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器在物理空间坐标值已知。


3.根据权利要求2所述的三维扫描仪空间坐标定位方法，其特征在于，所述通过三维扫描仪捕获参考坐标仪上的若干控制点的扫描仪坐标值，具体包括：通过三维扫描仪分别捕获参考坐标仪上第一球形定位器的扫描仪坐标值、第二球形定位器的扫描仪坐标值和第三球形定位器的扫描仪坐标值。


4.根据权利要求3所述的三维扫描仪空间坐标定位方法，其特征在于，所述以参考坐标仪的若干控制点为参考结点，建立所述物体内部的待测点同参考坐标仪上的若干控制点在扫描仪坐标系下的空间位置拓扑关系，具体包括：
将第一球形定位器、第二球形定位器和第三球形定位器设为参考结点，物体内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王荣军，张晶，刘利康，
申请(专利权)人：华志微创医疗科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11