元素或者是向左的、向右的，或者沒有探測到X-角。
[0071]f.然后，計算出分數(shù)，該分數(shù)表示該描述符與存儲的編碼方案的匹配程度。在本發(fā)明中，可以在景象的部分位置探測到X-角，這些部分位置不在圖案之內(nèi)。同樣地，很多選擇的三個臨近的定義點的結合事實上也可能不與貼片的角和邊緣對應。為了分析這些偽探測，需要證實該X-角的結構與所選的編碼方案的內(nèi)部關系是一致的。在優(yōu)選的實施例中，不同格的位置之間具有定義的關系(例如，每個貼片在已知的位置(即點，由于選擇的編碼方案X-角，該點保證會出現(xiàn))具有四個配準標記R，所有標記具有與這四個貼片角中的每一個相同的方向)，這會便于測試該假設，即三個特征分別位于貼片角和2個臨近的貼片邊緣。配準標記是貼片的一部分，無論特定的貼片的編碼的標識是什么，該標記都是恒定的。因此，該9X9矩陣的元素之間具有預定的關系。例如，在一個實施例中，貼片角(元素[0,0] ;[8，0] ；[0,8] [8,8]以及配準標記(元素[2，2] ; [6，2] ; [2，6] ;[6，6])都是具有相同X-角類型(向左或向右)的X-角)。具有與這些預定的關系不一致的結構的描述符是被拒絕的。
[0072]g.一旦系統(tǒng)證實已知的關系存在，那么為了確定對被觀察的貼片的識別，就可以解碼被編碼的數(shù)據(jù)。
[0073]在貼片沒有形成為平面而是定義在或形成在非平面表面上的情況中，例如，圖案形成在圓柱形(圖1)或鉆頭錐形(圖7)上，假設整個貼片的格由仿射變換變形的上述過程就不再適用。反之，系統(tǒng)假設貼片只在貼片的小的子區(qū)域內(nèi)局部地仿射，并且以平緩的方式從該區(qū)域變化。將上述步驟(b)-(d)修改為只預測附近的格位置，即與已經(jīng)被確定具有一組X-角的格位置相近的格位置。在一個實施例中，附近的格位于定位的X-角的兩個格單元(利用L-無窮距離(L-1nfinity distance))內(nèi)，在這一點上，系統(tǒng)假設圖案是足夠平穩(wěn)變化的，使得當沿著該路徑將只具有小校正的格選擇成仿射基時，仿射假設是有效的。因此，通過旋轉(zhuǎn)格并且沿著該路徑校正仿射基，該系統(tǒng)可以以與具有曲率的貼片相同的方式處理平面貼片。在平面貼片上，該校正有效地將為零。為了校正來自純粹仿射假設的偏差，計算關于探測到的定義點的每個子集的基向量。
[0074]—旦計算出用于被分析的圖像的一組描述符，將每個描述符與存儲在系統(tǒng)中并且與特定貼片相關的描述符庫比較。例如，如上討論的，矩陣可以包括:向左的X-角，用元素-1表不，沒有X-角的，用0表不，向右的X-角，用1表不。在一個實施例中，由于每個描述符可以與幾個可能的特定貼片相關，因此，計算每個探測到的描述符和每個庫描述符之間的分數(shù)。利用附加的相關信息例如某些點應當被定位的位置，對最高分進一步處理以確定貼片。
[0075]在實施例中，該系統(tǒng)包括或者能夠訪問由一個或多個貼片形成的追蹤圖案的模型的數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明預計該模型分為兩種截然不同的模型設置。在第一個實施例中，所有存儲的模型具有貼片的唯一子集，模型之間不會產(chǎn)生重復貼片。在這種情況下，知道了單個的貼片就確定了正在使用哪種模型。每個模型是唯一的，使得在模型之間不存在貼片設置的重復。因此，貼片的識別假定了模型姿態(tài)(model pose) 0即模型庫中的每個模型包含一組貼片，這些貼片是該模型的成員。
[0076]在模型的第二種設置中，很多模型將分享相同的貼片，但是具有不同的設置。因此，系統(tǒng)必需為每個模型生成假設，探測到的貼片是該模型的成員。在這種情況下，探測兩個或多個貼片將幫助證明模型的正確性。在另一個設置中，由于噪聲和其它因素可能影響對X-角的探測，必須如以下討論的對該特定模型進一步分析以確認該模型。
[0077]對于模型中的每個貼片，數(shù)據(jù)庫包括格上每個點的3D模型位置，定義點應當出現(xiàn)在該格上。對圖像中貼片的識別允許系統(tǒng)選擇適用于被觀察的圖像的模型，并且允許確定圖像坐標中至少四個貼片角和該貼片角的四個3D模型位置之間的對應關系(correspondence)。通過傳統(tǒng)的3D姿態(tài)(pose)估計過程，該系統(tǒng)從該至少四個匹配中估計剛體變換，該剛體變換定義了照相機質(zhì)心坐標系統(tǒng)中模型的空間關系。
[0078]然后，優(yōu)選地，系統(tǒng)利用該估計的剛體變換，將所選模型中的其余貼片應用至圖像。將這些額外的貼片與貼片識別假設對比測試，并且將與給定的模型組合一致的假設以的數(shù)量及剛體變換集合在一起。只有具有很多積極-被識別貼片的模型才會被考慮為正確的模型，即該貼片數(shù)量超過某個閾值，例如三個正確的被識別貼片。
[0079]一旦每個照相機到達該處理步驟的末尾，就應當知道哪個圖像定義點(從而，知道2D圖像的位置)對應于哪個模型定義點(從而，知道3D模型的位置)。一旦兩個照相機都確定了這些對應關系，那么確定立體特征匹配就是匹配與一般模型定義點對應的圖像特征。這可以利用已知技術完成。沒有必要采用核線約束或修剪(epipolar constraintspruning)產(chǎn)生一組對應關系。這是因為可以正確地識別定義點，并且具有有限的對模型的偽識別，并且沒有虛假匹配。
[0080]如上描述的，利用變換，系統(tǒng)能夠唯一地識別基于追蹤圖案210、308上的定義點402的模型。一旦執(zhí)行該操作，那么再利用已知技術通過三角測量對應的圖像定義點對來執(zhí)行立體重構。這在圖13中的步驟1100、1110、1120中示出了。然而，只有已知好的圖像匹配被通過作為輸入，并且重構的3D點(立體追蹤器坐標)與3D模型點之間的關聯(lián)(associat1n)通過該步驟。查找匹配(步驟1110)的輸出提供左側(cè)圖像中的一組像素位置與右側(cè)圖像中的一組像素位置之間的1:1關聯(lián)。利用已知的兩個照相機的設置，通過標準三角測量技術，對每個左/右像素位置對三角測量以生成景象中特征的3D位置的估計。在固定到立體追蹤系統(tǒng)中的坐標系統(tǒng)(例如，可以利用左相機位置或右相機位置，或兩個相機之間的中心定義該坐標系統(tǒng)的原點和軸。相反，3D模型點定義在模型-質(zhì)心坐標系統(tǒng)中(例如錐軸是z軸，小的一端的中心是(0，0，0)))中確定這些3D坐標中的每一個。絕對定向(absolute orientat1n)確定這兩個坐標系統(tǒng)(追蹤器-質(zhì)心和模型-質(zhì)心)之間的變換。
[0081]一旦知道(步驟1130)特定3D追蹤器點(即在追蹤器_質(zhì)心坐標系統(tǒng)中的點)和特定3D模型點(即在模型-質(zhì)心坐標系統(tǒng)中的點)之間的至少三個對應關系，那么，就可以利用傳統(tǒng)的絕對定向過程(步驟1140)確定追蹤器坐標系統(tǒng)相對于模型坐標系統(tǒng)的剛體變換，從而確定(步驟1150)模型在追蹤器坐標中的空間位置和方向。同樣，將貼片400和追蹤圖案210的姿態(tài)綁定到該模型。然后，系統(tǒng)利用該數(shù)據(jù)描述口腔夾具和工具夾具的實際運動，以及相對于掃描的感興趣區(qū)域的圖像(例如事先掃描的口腔的圖像)的相關模型的運動。
[0082]美國專利申請?zhí)枮?4/209，500的申請描述了形成口腔夾具12、掃描夾具12上的基準的位置、以及將事先掃描的圖像配準到實際的視頻圖像上的過程。一旦形成了口腔夾具12，就將托架組件100附接至口腔夾具12上的法蘭28、30以及夾具追蹤組件200?？谇粖A具12附接至病人的合適的牙齒。
[0083]參考圖14，為了確定病人佩戴的口腔夾具12和手術工具302的位置，本發(fā)明利用安裝在某一位置的兩個外部照相機800觀察夾具追蹤圖案210和工具追蹤圖案308，并且探測如上描述的定義點。將來自照相機800的數(shù)據(jù)發(fā)送至處理器810，其執(zhí)行以上描述的以及圖13繪示的步驟中一些或全部。據(jù)此系統(tǒng)確定追蹤圖案在預定坐標系統(tǒng)中的位置(姿態(tài))和它們的運動。系統(tǒng)利用來自掃描圖像上的口腔夾具12上的基準標記的位置，以及它們與夾具追蹤組件200的關系，來確定病人的運動和工具夾具組件300相對于口腔夾具12的位置，然后，計算工具鉆頭相對于手術部位的位置。
[0084]相對于現(xiàn)有技術中存在的立體追蹤系統(tǒng)，本發(fā)明提供很大的優(yōu)點。第一，優(yōu)選地，本發(fā)明在每個照相機上實施很大數(shù)量的獨立于其他照相機和主處理系統(tǒng)的高計算成本的步驟。這允許更容易地縮放(scaling of)該系統(tǒng)，尤其當系統(tǒng)中照相機的數(shù)量超過兩個時。在傳統(tǒng)的立體追蹤系統(tǒng)中，對特征匹配的需要將隨著0函數(shù)(Nc2)增長，其中Nc是在標準立體追蹤系統(tǒng)中使用的照相機的數(shù)量。
[0085]預計可以在照相機的處理器中執(zhí)行該過程，并且可以將程序和數(shù)據(jù)嵌入到與處理器相關聯(lián)的存儲器中。
[0086]可以將這些照相機遠程放置在分布式網(wǎng)絡上。產(chǎn)生的通信寬帶是傳輸圖像本身或者甚至是傳輸傳統(tǒng)系統(tǒng)中需要的一組圖像特征點所需寬帶的很小一部分。
[0087]被識別貼片