锥柱面型标志物及其识别方法与流程

本申请涉及手术机器人领域，尤其涉及一种锥柱面型标志物、锥柱面型标志物的识别方法、电子设备及计算机可读介质。

背景技术：

1、机器人等自动化设备已经在工业领域获得了广泛应用，在操作灵活性、稳定性及准确性方面显示出了明显优势。为了解决外科手术存在的精度不足、辐射过多、切口较大、操作疲劳等问题，人们开始探讨如何在外科手术中引入机器人方法，借助机器人、传感器等高新技术的独特优势，为外科医生提供全新的治疗方法及系统，解决上述问题，改善手术效果，即借助医疗机器人来实现外科手术，包括神经、头部等等。

2、手术导航技术是医疗机器人工作过程中一关键环节，手术导航技术的实现依赖的结构包括一标志物，该标志物为具有特定图案的视觉模块，通过识别视觉模块上特定图案，自动定位标志物，从而确定病人相对机器人的位置，机器人系统根据医生规划的手术方案完成手术导航。标志物本体加工精度、识别图案加工精度、装配精度等都直接影响着手术导航的精度，该标志物是整个机器人手术的重要配件。然而，由于某些原因如成本考虑，通常会出现标志物的仿造等，从而给手术导航的精度造成负面影响，对病人造成直接伤害。

3、由此可见，如何有效提高手术导航的识别定位精度成为当前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提出一种锥柱面型标志物、锥柱面型标志物的识别方法、电子设备及计算机可读介质，用于解决现有技术中存在的如何有效提高手术导航的识别定位精度的技术问题。

2、根据本申请实施例的第一方面，提供了一种锥柱面型标志物，应用于手术导航，所述锥柱面型标志物包括：柱形部分，所述柱形部分的柱面打印有多层二维码，并且所述多层二维码中的每层二维码由黑色二维码与白色二维码间隔排列组成，以使得所述多层二维码中的每个二维码的角点形成样式为中心对称的定位角点；锥形部分，所述锥形部分的底面与所述柱形部分的顶面贴合，所述锥形部分的锥面打印有二维码，所述锥面打印的二维码由黑色二维码与白色二维码间隔排列组成，以使得所述锥面打印的二维码的角点形成样式为中心对称的定位角点。

3、根据本申请实施例的第二方面，提供了一种锥柱面型标志物的识别方法，应用于手术导航，所述方法包括：基于待识别的灰度图像所对应的曲面方程和所述灰度图像中的像素点的位置数据，确定所述灰度图像中锥柱面型标志物上的二维码的定位角点的位置数据，其中，所述锥柱面型标志物为根据本申请实施例的第一方面所述的锥柱面型标志物；基于所述定位角点的位置数据，在所述灰度图像中查找到所述灰度图像所有的八领域连通区域，并对所述灰度图像所有的八领域连通区域进行遍历，以找出所有与四个相邻的定位角点相邻的八领域连通区域；确定所有与四个相邻的定位角点相邻的八领域连通区域为所述二维码的候选区域，并基于所述四个相邻的定位角点的位置数据和预设的单位正方形二维码的四个顶点的位置数据，确定投影变换数据；基于所述投影变换数据，对所述候选区域进行投影变换，以获得所述候选区域对应的单位正方形二维码所在的区域，并基于所述候选区域对应的单位正方形二维码所在的区域，识别所述灰度图像中的锥柱面型标志物。

4、根据本申请实施例的第三方面，提供了一种锥柱面型标志物的识别装置，应用于手术导航，所述装置包括：第一确定模块，用于基于待识别的灰度图像所对应的曲面方程和所述灰度图像中的像素点的位置数据，确定所述灰度图像中锥柱面型标志物上的二维码的定位角点的位置数据，其中，所述锥柱面型标志物为根据本申请实施例的第一方面所述的锥柱面型标志物；遍历模块，用于基于所述定位角点的位置数据，在所述灰度图像中查找到所述灰度图像所有的八领域连通区域，并对所述灰度图像所有的八领域连通区域进行遍历，以找出所有与四个相邻的定位角点相邻的八领域连通区域；第二确定模块，用于确定所有与四个相邻的定位角点相邻的八领域连通区域为所述二维码的候选区域，并基于所述四个相邻的定位角点的位置数据和预设的单位正方形二维码的四个顶点的位置数据，确定投影变换数据；识别模块，用于基于所述投影变换数据，对所述候选区域进行投影变换，以获得所述候选区域对应的单位正方形二维码所在的区域，并基于所述候选区域对应的单位正方形二维码所在的区域，识别所述灰度图像中的锥柱面型标志物。

5、根据本申请实施例的第四方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；计算机可读介质，配置为存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如本申请实施例的第二方面所述的锥柱面型标志物的识别方法。

6、根据本申请实施例的第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本申请实施例的第二方面所述的锥柱面型标志物的识别方法。

7、本申请实施例提供的锥柱面型标志物包括：柱形部分，所述柱形部分的柱面打印有多层二维码，并且所述多层二维码中的每层二维码由黑色二维码与白色二维码间隔排列组成，以使得所述多层二维码中的每个二维码的角点形成样式为中心对称的定位角点；锥形部分，所述锥形部分的底面与所述柱形部分的顶面贴合，所述锥形部分的锥面打印有二维码，所述锥面打印的二维码由黑色二维码与白色二维码间隔排列组成，以使得所述锥面打印的二维码的角点形成样式为中心对称的定位角点，与现有其它方式相比，本申请实施例提供的锥柱面型标志物包括锥形部分，有效增加了锥柱面型标志物的识别范围，并且所述锥柱面型标志物的柱形部分的柱面打印的二维码的角点为样式为中心对称的定位角点，所述锥柱面型标志物的锥形部分的锥面打印的二维码的角点为样式为中心对称的定位角点，能够有效提高手术导航的识别定位精度。

技术特征：

1.一种锥柱面型标志物，其特征在于，应用于手术导航，所述锥柱面型标志物包括：

2.根据权利要求1所述的锥柱面型标志物，其特征在于，所述多层二维码中的每个二维码具有识别区域和位于所述识别区域外围的背景区域，并且所述识别区域由不同种颜色的小方格组成，所述背景区域由同种颜色的小方格组成。

3.根据权利要求2所述的锥柱面型标志物，其特征在于，按照所述识别区域的小方格从左到右从上到下的顺序，确定所述识别区域的小方格的颜色与所述背景区域的小方格的颜色是否相同，并根据所述识别区域的小方格的颜色与所述背景区域的小方格的颜色的异同，对所述识别区域的小方格进行编码，以获得所述识别区域所在的二维码所对应的编码。

4.根据权利要求3所述的锥柱面型标志物，其特征在于，所述多层二维码中的每个二维码所对应的编码是不相同的，并且所述多层二维码中的每个二维码在被旋转预设的度数之后所对应的编码也是不相同的。

5.根据权利要求1所述的锥柱面型标志物，其特征在于，所述锥面的形状为两个半径大小不同，圆心相同的扇形做差得到的环形，并且所述锥面打印的二维码沿着半径方向的每条轮廓线均交于所述扇形的圆心，且相邻的每两条轮廓线之间的夹角均相等。

6.根据权利要求5所述的锥柱面型标志物，其特征在于，所述锥面打印的二维码的形状为梯形，并且所述锥面打印的二维码沿着圆周方向的轮廓线在径向方向上的间距是不相等的。

7.根据权利要求6所述的锥柱面型标志物，其特征在于，所述锥面打印的梯形二维码由单位正方形二维码经过投影变换得到，并且所述间隔由所述单位正方形二维码和所述投影变换确定得到。

8.一种锥柱面型标志物的识别方法，其特征在于，应用于手术导航，所述方法包括：

9.根据权利要求8所述的锥柱面型标志物的识别方法，其特征在于，所述基于待识别的灰度图像所对应的曲面方程和所述灰度图像中的像素点的位置数据，确定所述灰度图像中锥柱面型标志物上的二维码的定位角点的位置数据，包括：

10.根据权利要求8所述的锥柱面型标志物的识别方法，其特征在于，所述基于所述定位角点的位置数据，在所述灰度图像中查找到所述灰度图像所有的八领域连通区域，包括：

11.根据权利要求8所述的锥柱面型标志物的识别方法，其特征在于，所述基于所述四个相邻的定位角点的位置数据和预设的单位正方形二维码的四个顶点的位置数据，确定投影变换数据，包括：

12.根据权利要求8所述的锥柱面型标志物的识别方法，其特征在于，所述基于所述候选区域对应的单位正方形二维码所在的区域，识别所述灰度图像中的锥柱面型标志物，包括：

技术总结
本申请实施例提供了一种锥柱面型标志物及其识别方法。其中，所述锥柱面型标志物包括：柱形部分，所述柱形部分的柱面打印有多层二维码，并且所述多层二维码中的每层二维码由黑色二维码与白色二维码间隔排列组成，以使得所述多层二维码中的每个二维码的角点形成样式为中心对称的定位角点；锥形部分，所述锥形部分的底面与所述柱形部分的顶面贴合，所述锥形部分的锥面打印有二维码，所述锥面打印的二维码由黑色二维码与白色二维码间隔排列组成，以使得所述锥面打印的二维码的角点形成样式为中心对称的定位角点。本方案能够有效提高手术导航的识别定位精度。

技术研发人员：白汝乐,赵英含,冀艳婷,王龙,李兵
受保护的技术使用者：北京柏惠维康科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11