CN115661214A - 一种配准精度验证方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种配准精度验证方法及装置，涉及数据处理技术领域，包括：获得第一图像采集设备对配准组件和标定组件采集的透视图像；获得配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标、在透视图像中的第一图像坐标；基于第一空间坐标、第一图像坐标，获得透视图像对应的图像坐标系和现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系；获得标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标、在透视图像中的第二图像坐标；根据坐标转换关系，计算第二空间坐标在图像坐标系中对应的投影坐标；根据第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差，验证对第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。该方案实现了配准精度验证。

Description

一种配准精度验证方法及装置

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种配准精度验证方法及装置。

背景技术

为了提高手术效果，越来越多的医生对手术对象进行手术时，引入手术导航定位***。在手术过程中，医生借助手术导航定位***对手术部位进行导航定位，从而完成手术。

手术导航定位***进行导航定位时，需要对图像采集设备采集的手术部位的透视图像进行分析，从而依据分析结果完成导航定位。为了保证导航定位的精度，手术导航定位***需要对上述图像采集设备采集的透视图像进行配准。现有技术中进行图像配准时，一般先通过上述图像采集设备采集配准板等配准组件的透视图像，然后依据透视图像中配准组件所在区域的位置信息和配准组件在现实三维空间的位置信息，进行图像配准。由于配准结果的有效性受到配准精度影响，因此，需要验证配准精度。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种配准精度验证方法及装置，以实现配准精度验证。

具体技术方案如下：

本发明实施例提供了一种配准精度验证方法，所述方法包括：

获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像；

获得所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标以及所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标；

基于所述第一空间坐标、第一图像坐标，获得所述透视图像对应的图像坐标系和所述现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系；

获得所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标以及所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标；

根据所述坐标转换关系，计算所述第二空间坐标在所述图像坐标系中对应的投影坐标；

根据所述第二图像坐标与所述投影坐标间的距离偏差，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

本发明实施例还提供了一种配准精度验证装置，所述装置包括：

透视图像获得模块，用于获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像；

第一坐标获得模块，用于获得所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标以及所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标；

转换关系获得模块，用于基于所述第一空间坐标、第一图像坐标，获得所述透视图像对应的图像坐标系和所述现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系；

第二坐标获得模块，用于获得所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标以及所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标；

投影坐标计算模块，用于根据所述坐标转换关系，计算所述第二空间坐标在所述图像坐标系中对应的投影坐标；

配准精度验证模块，用于根据所述第二图像坐标与所述投影坐标间的距离偏差，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述配准精度验证方法步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述配准精度验证方法步骤。

本发明实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述配准精度验证方法。

本发明实施例有益效果：

本发明实施例提供的方案中，获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像，并根据配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标、在透视图像中的第一图像坐标，得到透视图像对应的图像坐标系和现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系。所得坐标转换关系能够匹配二维图像和三维空间中中对应同一空间位置的坐标，因此能够用于实现图像配准。

通过坐标转换关系，可以得到标定组件中第二标记物在透视图像中的投影位置，并确定投影位置与透视图像中第二标记物所处位置的距离偏差。由于标定组件和配准组件位于透视图像所在的统一图像坐标系中，也就是采用了相同的坐标转换关系，配准组件配准时，其三维空间中的空间坐标表示的位置信息与透视图像中图像坐标所表示的位置信息之间的距离偏差与根据第二标记物计算的距离偏差一致，因此，本发明实施例提供的方案验证了所得的转换关系在用于配准时产生的实际误差，实现了配准精度的验证。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为本发明实施例提供的一种配准精度验证方法的流程示意图。

图2为本发明实施例提供的一种配准组件的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种标定组件的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种配准精度验证装置的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

由于根据配准板进行图像配准时，配准结果的有效性受到配准精度影响。为了解决这一问题，本发明实施例提供了一种配准精度验证方法及装置。

本发明的一个实施例中，参见图1，提供了一种配准精度验证方法的流程示意图，该方法包括以下步骤S101-S106。

步骤S101：获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像。

透视图像为第一图像采集设备拍摄得到到图像，可以展示手术部位的内部状况。不同的第一图像采集设备采集的透视图像类型不同，例如，第一图像采集设备可以是X光机，如上述X光机可以是C臂型X光机。此种情况下采集到的透视图像为X光图像；第一图像采集设备也可以是CT(Computed Tomography，计算机断层成像)设备，采集到的透视图像为CT图像；第一图像采集设备也可以是核磁共振仪，采集到的透视图像为MR(MagneticResonance，磁共振)图像。

视场范围由拍摄时采用的摄像头所具有的视野范围确定。将配准组件和标定组件置于同一视场范围内进行拍摄，这样在确定配准组件和标定组件的位置时，配准组件和标定组件位于同一图像中，也就是位于该图像对应的同一图像坐标系中。

其中，可以使得配准组件、标定组件和第一图像采集设备的成像平面相互平行，以获得较好的透视图像采集效果。

配准组件中包含至少一个第一标记物。第一标记物为具有预设形状的物体，且可以在第一图像采集设备的成像中显示为对应的成像形状，以便于标记和识别。例如，第一标记物的的形状可以为球体，在第一图像采集设备中显示为圆形。

第一标记物也可以具有其他形状，例如正方体等。由上，第一标记物的成像形状易于识别，因此便于根据第一标记物确定坐标，以实施配准。

配准组件可以包含一个配准板，用于固定第一标记物。配准板可以是多层结构，每一层可以固定多个第一标记物。图2中展示了一种配准组件的示意图，包括双层结构的配准板，以及示踪器，图2中框出了配准板所在位置。

本发明实施例并不限定第一标记物的具体形状，也不限定第一标记的材质及其在配准板上的分布方式。

类似的，标定组件中可以包含多个第二标记物。第二标记物和第一标记物可以具有相同的形状。

步骤S102：获得配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标以及第一标记物在透视图像中的第一图像坐标。

配准组件可以包含多个第一标记物，且每一标记物均可以用于成像，以增加能够用于计算坐标的标记物的数量，据此增加计算时依据的信息来提高计算结果的准确性。

现实三维空间为各手术设备和手术对象所在的现实空间，现实三维空间中的空间坐标由处于该空间中的手术设备建立得到。

以下说明获得第一空间坐标的三种实现方式。

第一种实现方式中，可以基于双目相机获得上述第一空间坐标。例如，使用双目相机采集包含第一标记物的图像，确定出第一标记物在上述图像中的图像坐标，结合预先标定的双目相机的内参以及两个相机坐标系间的转换关系，根据双目视觉测距原理可以计算出第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标。这种情况下，上述现实三维空间为双目相机所在的现实空间，上述第一空间坐标为基于双目相机所在的现实空间建立的坐标系中的空间坐标。

第二种实现方式中，可以基于3D深度传感器获得上述第一空间坐标。例如，通过3D深度传感器测得第一标记物与3D深度传感器的距离，通过预先获得的3D深度传感器在现实三维空间中的空间坐标以及3D深度传感器在现实三维空间中的位姿信息，可以解算出第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标。这种情况下，上述现实三维空间为3D深度传感器所在的现实空间，上述第一空间坐标为基于3D深度传感器所在的现实空间建立的坐标系中的空间坐标。

第三种实现方式中，上述配准组件可以包括：第一标记物和第一定位标识物，此时可以获得第一定位标识物的空间坐标，并通过第一定位标识物的空间坐标间接获得上述第一标记物的第一空间坐标，具体实施方式详见后续实施例，此处暂不详述。

透视图像中的图像坐标可以基于透视图像对应的坐标系确定。若第一采集设备的位置是固定的，可以基于第一采集设备用于拍摄的摄像头确定坐标系的坐标原点，根据坐标原点和拍摄角度确定透视图像对应的坐标系。

另外，也可以预设其它固定的参照物，建立0号坐标系，作为透视图象对应的坐标系等。

步骤S103：基于第一空间坐标、第一图像坐标，获得透视图像对应的图像坐标系和现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系。

由于第一空间坐标和第一图像坐标均可以表示同一第一标记物的位置，因此第一空间坐标和第一图像坐标的坐标转换关系即可以表示上述图像坐标系和空间坐标系间的坐标转换关系。具体的，根据表示同一标记物的位置，计算同一标记物对应的第一空间坐标、第一图像坐标之间的平移量和旋转角度，即可得到坐标转换关系。

该转换关系可以采用刚体变换矩阵表示，刚体变换矩阵中包含表示平移量和旋转角度的转换参数。由于第一标记物可以有多个，因此，对每一标记物对应的第一空间坐标、第一图像坐标，均可计算得到表示此第一空间坐标、第一图像坐标的转换关系的刚体变换矩阵，由多个刚体变换矩阵共同表示坐标转换关系。

此种表示方法可以参见下述步骤S105，此处暂不详述。

步骤S104：获得标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标以及第二标记物在透视图像中的第二图像坐标。

该步骤中第二空间坐标和第二图像坐标的获得方式类似前述步骤S102，区别仅在于第二标记物与第一标记物、第二空间坐标与第一空间坐标、第二图像坐标与第一图像坐标等名称概念上的替换，此处不再详述。

步骤S105：根据坐标转换关系，计算第二空间坐标在图像坐标系中对应的投影坐标。

投影坐标的计算方式可以参见下述公式：

上述公式中，(u，v)表示投影坐标，s表示透视图像的两个像素对应的物理距离，(X，Y，Z)为第二空间坐标；

为前述步骤S103中的坐标转换关系，其中r₁₁-t₃各个单元为刚体变换矩阵。f_x和f_y表示第一图像采集设备的焦屏距，可以由第一图像采集设备的生产厂商提供，也可以采用现有技术中的焦屏距标定方法标定得出。f_x和f_y可以相等；(c_x，c_y)表示透视图像采集设备中放射源在透视图像中的垂直入射中心的坐标。

步骤S106：根据第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差，验证对第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

第二图像坐标与投影坐标均为同一第二标记物在透视图像对应的图像坐标系中的位置，投影坐标为采用坐标转换关系计算的位置，该坐标转换关系可以用于三维坐标与透视图像中物体的二维坐标的配准，因此，第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差越小，表示对透视图像进行图像配准的配准精度越高。

具体的配准精度验证方式可以参见后续实施例，此处暂不详述。

本发明实施例提供的方案中，获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像，并根据配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标、在透视图像中的第一图像坐标，得到透视图像对应的图像坐标系和现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系。所得坐标转换关系能够匹配二维图像和三维空间中中对应同一空间位置的坐标，因此能够用于实现图像配准。

通过坐标转换关系，可以得到标定组件中第二标记物在透视图像中的投影位置，并确定投影位置与透视图像中第二标记物所处位置的距离偏差。由于标定组件和配准组件位于透视图像所在的统一图像坐标系中，也就是采用了相同的坐标转换关系，配准组件配准时，其三维空间中的空间坐标表示的位置信息与透视图像中图像坐标所表示的位置信息之间的距离偏差与根据第二标记物计算的距离偏差一致，因此，本发明实施例提供的方案验证了所得的转换关系在用于配准时产生的实际误差，实现了配准精度的验证。

下面说明步骤S106中配准精度验证的具体实现方式。

本发明的一个实施例中，在第二图像坐标、投影坐标的数量均大于1的情况下，可以按照如下方式验证配准精度：

确定经过第二图像坐标所表示的位置的第一直线、以及经过投影坐标所表示的位置的第二直线；获得第一直线与第二直线的夹角；获得根据第二图像坐标和投影坐标确定的距离；根据距离和角度，验证对第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

具体的，可以选取任意两个第二标记物的第二图像坐标和计算得到的投影坐标，根据所选取的两个第二图像坐标得到第一直线，根据所选择的投影坐标得到第二直线。

确定上述距离时，可以计算标定组件中同一标记物对应的第二图像坐标与对应的投影坐标之间的距离；获得计算得到的距离的平均值，作为根据第二图像坐标和投影坐标确定的距离。这样，可以根据平均值的大小，确定第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差大小，并验证配准精度。

另外，也可以计算标定组件中同一标记物对应的第二图像坐标与对应的投影坐标之间的距离的方差，作为根据第二图像坐标和投影坐标确定的距离。

根据第二图像坐标和投影坐标确定的距离越大，第一直线和第二直线之间形成的锐角的角度越大，表示第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差越大，即配准精度越低。

另外，在实施上述验证过程时，可以将各坐标位置、所得直线在透视图像中画出，使得同一标记物对应的第二图像坐标与对应的投影坐标之间的距离和第一、第二直线间的角度所表示的距离偏差更加直观，这样在通过上述计算实现了配准精度验证的量化之外，也实现了配准精度验证过程的可视化。

由上可见，本发明实施例提供的方案中，通过对距离和角度的计算，从多个维度对第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差进行了量化，计算配准精度时参考的量化数据较为充分，所得精度较为准确。

本发明的另一实施例中，若第二图像坐标、投影坐标的数量为1，也可以根据第二图像坐标、投影坐标之间的线段的距离验证配准精度，所得线段距离越长，可以表示配准精度越低。

本发明的一个实施例中，参见图3，上述标定组件包括：第二标记物、定位探针以及第二定位标识物，定位探针的前端放置于第二标记物上，第二定位标识物安装于定位探针的尾端。

图3左下角平板为验证模型，用于放置第二标记物，第二标记物在图中以黑色圆点表示。定位探针前端放置于图右侧的第二标记物上，当然，定位探针与第二标记物之间不固定，移动定位探针之后，探针前端也可放在图左侧的第二标记物上。

一种实现方式中，第二标记物为：标记球。标记球可以是钢珠球，也可以是其他材质的金属小球，如铝球。

定位探针的前端为半球形凹槽。球形凹槽的内径与标记球的外径一致。这样，当定位探针放置于第二标记物上时，定位探针凹槽的中心位置与标记球的球心契合，根据定位探针的位置定位标记球时更为准确。

定位探针主体为图示棒状物，尾端X型支架部分为第二定位标识物。第二定位标识物为在三维空间中被导航***识别的标识物，也称为示踪器。导航***可以是光学红外双目相机***、可见光双目相机***、磁导航***等。第二定位标识物与图2中的示踪器可以是具有相同结构的设备。

在此情况下，前述步骤S104中获得标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标，可以按照如下方式实现：

获得第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标；基于第三空间坐标，确定定位探针的前端在现实三维空间中的第四空间坐标，并将第四空间坐标确定为标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标。

本发明的一个实施例中，可以按照以下两种实现方式得到第三空间坐标：

一种实现方式中，可以采用基于3D深度传感器定位等方式获得上述第三空间坐标，具体实施方式可以参见前述步骤S102中介绍的第一空间坐标获得方式，区别仅为定位的目标不同，这里不再赘述。

另一种实现方式中，获得第三空间坐标的步骤如下：

获得第二图像采集设备采集的包含第二定位标识物的目标图像；在目标图像中识别第二定位标识物的特征点坐标；根据识别到的特征点坐标，获得第二定位标识物相对于第二图像采集设备的位姿信息；基于位姿信息，确定第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标。

特征点坐标可以是第二定位标识物的几何中心的坐标，例如，当第二定位标识物为球体时，特征点坐标可以是第二定位标识物的球心坐标。

第二图像采集设备可以是用于进行三维定位的双目相机。在此情况下，可以调整双目相机，使得其左右相机焦距相等，并根据左右相机对同一特征点进行拍摄得到的左右图像，确定特征点在左右图像中的坐标。基于左右图像中坐标，可以计算得到的左右相机视差，确定成像点的深度值，进而根据深度值和相似三角形原理，确定特征点坐标，并基于各第二定位标识物的特征点坐标得到第二定位标识物的位姿信息。由于位姿信息中包含相对第二图像采集设备在三维空间中的位置进行平移和旋转的信息，因此，在确定第二图像采集设备的位置的情况下，可以根据位姿信息，计算出第二定位标识物在三维空间中的位置。

由上可见，本发明实施例提供的方案通过设置第二定位标识物，根据第二定位标识物的特征点坐标得到第二定位标识物，获得了第二定位标识物相对于第二图像采集设备的位姿信息，使得第二定位标识物的第三空间坐标可以根据位姿信息得到。在第二定位标识物可以被第二图像采集设备识别的情况下，所得特征点坐标能够较为准确地表示第二定位标识物的位置，据此得到的位姿信息、第三空间坐标也较为准确。

获得第三空间坐标后，可以按照以下方式得到第二空间坐标：

在该实现方式中，定位探针主体具有的长度和轴线方向可以事先测量得到，并且定位探针的主体与第二定位标识物可以通过支架相对固定，因此定位探针的前端与第二定位标识物可以具有预设的、固定的相对位置关系。在此情况下，得到第二定位标识物的第三空间坐标后，根据相对位置关系进行计算，可以得到探针前端的第四空间坐标，进而确定第二标记物的第二空间坐标。

延用上述实施例，第四空间坐标可以是定位探针凹槽的中心位置坐标，第二标记物的第二空间坐标相应地表示标记球的球心位置。

由上可见，本发明实施例提供的方案中，通过定位探针的第二定位标识物，可以得到定位探针前端的第四空间坐标，由于探针前端可以放置在第二标记物上，据此可以较为准确地根据第四空间坐标确定第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标。

下面对步骤S102中，获得第一空间坐标的第三种实现方式进行说明。

本发明的一个实施例中，前述配准组件包括：第一标记物、第一定位标识物；第一标记物和第一定位标识物具有预设的相对位置关系。参见图2，第一定位标识物为位图中的示踪器，第一标记物固定于图中的配准板上，又配准板和示踪器均被固定在同一设备上，因此第一标记物和第一定位标识物具有预设的相对位置关系。

第一定位标识物与前述第二定位标识物可以是同种类的标识物。在此情况下，获得配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标，包括如下步骤：获得第一定位标识物在现实三维空间中的第五空间坐标；基于第五空间坐标和相对位置关系，确定配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标。

第五空间坐标的获得方式如下：

获得第二图像采集设备采集的包含第一定位标识物的第二目标图像；在第二目标图像中识别第一定位标识物的特征点坐标；根据识别到的特征点坐标，获得第一定位标识物相对于第二图像采集设备的第二位姿信息；基于第二位姿信息确定第一定位标识物的第五空间坐标。

第二目标图像可以是可见光图像，上述第二图像采集设备可以为任何能够采集可见光图像的设备，例如可以是相机等。

第一定位标识物的特征点坐标与前述实施例中第二定位标识物的特征点坐标类似，区别仅在于第一定位标识物与第二定位标识物等名称概念上的替换，此处不再详述。

在第一定位标识物可以被第二图像采集设备识别的情况下，所得特征点坐标能够较为准确地表示第一定位标识物的位置，据此得到的位姿信息、第五空间坐标也较为准确。

相对位置关系可以作为预设的参数存储在执行本方案的电子设备中，在得到第五空间坐标后，采用预设参数进行计算，可以得到第一空间坐标。执行本方案的电子设备可以是任意类型的电子设备，例如台式计算机等。

上述第五空间坐标的获得方式类似于前述实施例中第三空间坐标的获得方式，区别仅在于第五空间坐标与第三空间坐标、第一定位标识物与第二定位标识物、第二目标图像与目标图像等名称概念上的替换，此处不再详述。由于相对位置关系是固定的，因此得到第五空间坐标后，可以根据相对位置关系获得对应的第一空间坐标。

由上可见，在预设第一标记物和第一定位标识物的相对位置关系的情况下，可以通过第五空间坐标和相对位置关系得到第一空间坐标，不需要再对第一标记物实施额外的测量过程，使得本方案的实施过程更为方便快捷。

与前述配准精度验证方法相对应，本发明还提供了一种配准精度验证装置。

本发明的一个实施例中，参见图4，提供了一种配准精度验证装置的结构示意图，所述装置包括：

透视图像获得模块401，用于获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像；

第一坐标获得模块402，用于获得所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标以及所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标；

转换关系获得模块403，用于基于所述第一空间坐标、第一图像坐标，获得所述透视图像对应的图像坐标系和所述现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系；

第二坐标获得模块404，用于获得所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标以及所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标；

投影坐标计算模块405，用于根据所述坐标转换关系，计算所述第二空间坐标在所述图像坐标系中对应的投影坐标；

配准精度验证模块406，用于根据所述第二图像坐标与所述投影坐标间的距离偏差，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

本发明实施例提供的方案中，获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像，并根据配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标、在透视图像中的第一图像坐标，得到透视图像对应的图像坐标系和现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系。所得坐标转换关系能够匹配二维图像和三维空间中中对应同一空间位置的坐标，因此能够用于实现图像配准。

通过坐标转换关系，可以得到标定组件中第二标记物在透视图像中的投影位置，并确定投影位置与透视图像中第二标记物所处位置的距离偏差。由于标定组件和配准组件位于透视图像所在的统一图像坐标系中，也就是采用了相同的坐标转换关系，配准组件配准时，其三维空间中的空间坐标表示的位置信息与透视图像中图像坐标所表示的位置信息之间的距离偏差与根据第二标记物计算的距离偏差一致，因此，本发明实施例提供的方案验证了所得的转换关系在用于配准时产生的实际误差，实现了配准精度的验证。

本发明的一个实施例中，在所述第二图像坐标、投影坐标的数量均大于1的情况下，

所述配准精度验证模块406，具体用于确定经过所述第二图像坐标所表示的位置的第一直线、以及经过所述投影坐标所表示的位置的第二直线；获得所述第一直线与第二直线的夹角；获得根据所述第二图像坐标和投影坐标确定的距离；根据所述距离和角度，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

由上可见，本发明实施例提供的方案中，通过对距离和角度的计算，从多个维度对第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差进行了量化，计算配准精度时参考的量化数据较为充分，所得精度较为准确。

本发明的一个实施例中，所述配准精度验证模块406，具体用于确定经过所述第二图像坐标所表示的位置的第一直线、以及经过所述投影坐标所表示的位置的第二直线；获得所述第一直线与第二直线的夹角；计算所述标定组件中同一标记物对应的第二图像坐标与对应的投影坐标之间的距离；获得计算得到的距离的平均值，作为根据所述第二图像坐标和投影坐标确定的距离；根据所述距离和角度，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

这样，可以根据平均值的大小，确定第二图像坐标与投影坐标间的距离偏差大小，并验证配准精度。

本发明的一个实施例中，所述标定组件包括：第二标记物、定位探针以及第二定位标识物，所述定位探针的前端放置于所述第二标记物上，所述第二定位标识物安装于所述定位探针的尾端；

所述第二坐标获得模块404，包括：

第一坐标获得单元，用于获得所述第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标；

第一坐标确定单元，用于基于所述第三空间坐标，确定所述定位探针的前端在现实三维空间中的第四空间坐标，并将所述第四空间坐标确定为所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标；

第二坐标获得单元，用于获得所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标。

由上可见，本发明实施例提供的方案中，通过定位探针的第二定位标识物，可以得到定位探针前端的第四空间坐标，由于探针前端可以放置在第二标记物上，据此可以较为准确地根据第四空间坐标确定第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标。

本发明的一个实施例中，所述第一坐标获得单元，具体用于获得第二图像采集设备采集的包含所述第二定位标识物的目标图像；在所述目标图像中识别所述第二定位标识物的特征点坐标；根据识别到的特征点坐标，获得所述第二定位标识物相对于所述第二图像采集设备的位姿信息；基于所述位姿信息，确定所述第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标。

由上可见，本发明实施例提供的方案通过设置第二定位标识物，根据第二定位标识物的特征点坐标得到第二定位标识物，获得了第二定位标识物相对于第二图像采集设备的位姿信息，使得第二定位标识物的第三空间坐标可以根据位姿信息得到。在第二定位标识物可以被第二图像采集设备识别的情况下，所得特征点坐标能够较为准确地表示第二定位标识物的位置，据此得到的位姿信息、第三空间坐标也较为准确。

本发明的一个实施例中，所述第二标记物为：标记球；所述定位探针的前端为半球形凹槽；所述半球形凹槽的内径与所述标记球的外径一致。

这样，当定位探针放置于第二标记物上时，定位探针凹槽的中心位置与标记球的球心契合，根据定位探针的位置定位标记球时更为准确。

本发明的一个实施例中，所述配准组件包括：第一标记物、第一定位标识物；所述第一标记物和所述第一定位标识物具有预设的相对位置关系；

所述第一坐标获得模块402，包括：

第三坐标获得单元，用于获得所述第一定位标识物在现实三维空间中的第五空间坐标；

第二坐标确定单元，用于基于所述第五空间坐标和所述相对位置关系，确定所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标；

第四坐标获得单元，用于获得所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标。

由上可见，在预设第一标记物和第一定位标识物的相对位置关系的情况下，可以通过第五空间坐标和相对位置关系得到第一空间坐标，不需要再对第一标记物实施额外的测量过程，使得本方案的实施过程更为方便快捷。

本发明的一个实施例中，所述第三坐标获得单元，具体用于：获得第二图像采集设备采集的包含所述第一定位标识物的第二目标图像；在所述第二目标图像中识别所述第一定位标识物的特征点坐标；根据识别到的特征点坐标，获得所述第一定位标识物相对于所述第二图像采集设备的第二位姿信息；基于所述第二位姿信息确定所述第一定位标识物的第五空间坐标。

在第一定位标识物可以被第二图像采集设备识别的情况下，所得特征点坐标能够较为准确地表示第一定位标识物的位置，据此得到的位姿信息、第五空间坐标也较为准确。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，包括处理器501、通信接口502、存储器503和通信总线504，其中，处理器501，通信接口502，存储器503通过通信总线504完成相互间的通信，

存储器503，用于存放计算机程序；

处理器501，用于执行存储器503上所存放的程序时，实现如下步骤：

获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像；

获得所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标以及所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标；

基于所述第一空间坐标、第一图像坐标，获得所述透视图像对应的图像坐标系和所述现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系；

获得所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标以及所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标；

根据所述坐标转换关系，计算所述第二空间坐标在所述图像坐标系中对应的投影坐标；

根据所述第二图像坐标与所述投影坐标间的距离偏差，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。

存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述配准精度验证方法的步骤。

在本发明提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中配准精度验证方法。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (18)

1.一种配准精度验证方法，其特征在于，所述方法包括：

获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像；

获得所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标以及所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标；

基于所述第一空间坐标、第一图像坐标，获得所述透视图像对应的图像坐标系和所述现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系；

获得所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标以及所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标；

根据所述坐标转换关系，计算所述第二空间坐标在所述图像坐标系中对应的投影坐标；

根据所述第二图像坐标与所述投影坐标间的距离偏差，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二图像坐标、投影坐标的数量均大于1的情况下，所述根据所述第二图像坐标与所述投影坐标间的距离偏差，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度，包括：

确定经过所述第二图像坐标所表示的位置的第一直线、以及经过所述投影坐标所表示的位置的第二直线；

获得所述第一直线与第二直线的夹角；

获得根据所述第二图像坐标和投影坐标确定的距离；

根据所述距离和角度，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获得根据所述第二图像坐标和投影坐标确定的距离，包括：

计算所述标定组件中同一标记物对应的第二图像坐标与对应的投影坐标之间的距离；

获得计算得到的距离的平均值，作为根据所述第二图像坐标和投影坐标确定的距离。

4.根据权利要求1所述的方法，所述标定组件包括：第二标记物、定位探针以及第二定位标识物，所述定位探针的前端放置于所述第二标记物上，所述第二定位标识物安装于所述定位探针的尾端；

所述获得所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标，包括：

获得所述第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标；

基于所述第三空间坐标，确定所述定位探针的前端在现实三维空间中的第四空间坐标，并将所述第四空间坐标确定为所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获得所述第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标，包括：

获得第二图像采集设备采集的包含所述第二定位标识物的目标图像；

在所述目标图像中识别所述第二定位标识物的特征点坐标；

根据识别到的特征点坐标，获得所述第二定位标识物相对于所述第二图像采集设备的位姿信息；

基于所述位姿信息，确定所述第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，

所述第二标记物为：标记球；

所述定位探针的前端为半球形凹槽；

所述半球形凹槽的内径与所述标记球的外径一致。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述配准组件包括：第一标记物、第一定位标识物；所述第一标记物和所述第一定位标识物具有预设的相对位置关系；

所述获得所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标，包括：

获得所述第一定位标识物在现实三维空间中的第五空间坐标；

基于所述第五空间坐标和所述相对位置关系，确定所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获得所述第一定位标识物在现实三维空间中的第五空间坐标，包括：

获得第二图像采集设备采集的包含所述第一定位标识物的第二目标图像；

在所述第二目标图像中识别所述第一定位标识物的特征点坐标；

根据识别到的特征点坐标，获得所述第一定位标识物相对于所述第二图像采集设备的第二位姿信息；

基于所述第二位姿信息确定所述第一定位标识物的第五空间坐标。

9.一种配准精度验证装置，其特征在于，所述装置包括：

透视图像获得模块，用于获得第一图像采集设备对视场范围内的配准组件和标定组件采集的透视图像；

第一坐标获得模块，用于获得所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标以及所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标；

转换关系获得模块，用于基于所述第一空间坐标、第一图像坐标，获得所述透视图像对应的图像坐标系和所述现实三维空间对应的空间坐标系间的坐标转换关系；

第二坐标获得模块，用于获得所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标以及所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标；

投影坐标计算模块，用于根据所述坐标转换关系，计算所述第二空间坐标在所述图像坐标系中对应的投影坐标；

配准精度验证模块，用于根据所述第二图像坐标与所述投影坐标间的距离偏差，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述第二空间坐标、投影坐标的数量均大于1的情况下，

所述配准精度验证模块，具体用于确定经过所述第二图像坐标所表示的位置的第一直线、以及经过所述投影坐标所表示的位置的第二直线；获得所述第一直线与第二直线的夹角；获得根据所述第二图像坐标和投影坐标确定的距离；根据所述距离和角度，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，

所述配准精度验证模块，具体用于确定经过所述第二图像坐标所表示的位置的第一直线、以及经过所述投影坐标所表示的位置的第二直线；获得所述第一直线与第二直线的夹角；计算所述标定组件中同一标记物对应的第二图像坐标与对应的投影坐标之间的距离；获得计算得到的距离的平均值，作为根据所述第二图像坐标和投影坐标确定的距离；根据所述距离和角度，验证对所述第一图像采集设备采集的透视图像进行图像配准的配准精度。

12.根据权利要求9所述的装置，所述标定组件包括：第二标记物、定位探针以及第二定位标识物，所述定位探针的前端放置于所述第二标记物上，所述第二定位标识物安装于所述定位探针的尾端；

所述第二坐标获得模块，包括：

第一坐标获得单元，用于获得所述第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标；

第一坐标确定单元，用于基于所述第三空间坐标，确定所述定位探针的前端在现实三维空间中的第四空间坐标，并将所述第四空间坐标确定为所述标定组件中第二标记物在现实三维空间中的第二空间坐标；

第二坐标获得单元，用于获得所述第二标记物在所述透视图像中的第二图像坐标。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，

所述第一坐标获得单元，具体用于获得第二图像采集设备采集的包含所述第二定位标识物的目标图像；在所述目标图像中识别所述第二定位标识物的特征点坐标；根据识别到的特征点坐标，获得所述第二定位标识物相对于所述第二图像采集设备的位姿信息；基于所述位姿信息，确定所述第二定位标识物在现实三维空间中的第三空间坐标。

14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，

所述第二标记物为：标记球；

所述定位探针的前端为半球形凹槽；

所述半球形凹槽的内径与所述标记球的外径一致。

15.根据权利要求9-13中任一项所述的装置，其特征在于，所述配准组件包括：第一标记物、第一定位标识物；所述第一标记物和所述第一定位标识物具有预设的相对位置关系；

所述第一坐标获得模块，包括：

第三坐标获得单元，用于获得所述第一定位标识物在现实三维空间中的第五空间坐标；

第二坐标确定单元，用于基于所述第五空间坐标和所述相对位置关系，确定所述配准组件中第一标记物在现实三维空间中的第一空间坐标；

第四坐标获得单元，用于获得所述第一标记物在所述透视图像中的第一图像坐标。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，

所述第三坐标获得单元，具体用于：获得第二图像采集设备采集的包含所述第一定位标识物的第二目标图像；在所述第二目标图像中识别所述第一定位标识物的特征点坐标；根据识别到的特征点坐标，获得所述第一定位标识物相对于所述第二图像采集设备的第二位姿信息；基于所述第二位姿信息确定所述第一定位标识物的第五空间坐标。

17.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；

存储器，用于存放计算机程序；

处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-8任一所述的方法步骤。

18.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-8任一所述的方法步骤。

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