使用離散數值域模型的電磁跟蹤制造技術

這里描述了一個或多個用于位置和方向的電磁跟蹤（３００）的實現，其采用離散數值域模型，而不是采用常規的分析偶極子模型。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電磁跟蹤領域，更具體而言，本專利技術涉及用于電磁跟蹤的方法。
技術介紹
電磁跟蹤器對于導體和鐵磁體是敏感的。在電磁發射器(Tx)或者接收器(Rx)附近的金屬目標的存在可能使發射信號失真，導致不準確的位置和方向(P&O)的測量。按照慣例，有很多不同的方法可以用來恢復對于應用的失真信號(或傳感器P&O)，使得傳感器位置可以和周圍的金屬保持相對固定。的確，下面的參考文獻展示了很多常規的方法V.V.Kindratenko的“A survey of electromagneticposition tracker calibration techniques(電磁定位跟蹤器校準技術綜述)”，VirtualRealityResearch，Development，and Applications，第169-182頁，第5卷，第3期，2000年。最常用的是稱為“P&O繪圖(mapping)”的方法。通過P&O繪圖，失真可以通過函數擬合而得到修正，該函數擬合將失真P&O測量擬合至基于建立在理想跟蹤空間的查找表格的非失真對應部分。常規的P&O繪圖方法在很多應用中已經證明是一種可靠的解決方法，包括透視跟蹤(fluoro-tracking)應用。然而，在信號明顯失真的情況下(比如，由于傳感器附近的導體罩)，電磁跟蹤器可能無法完成對失真信號的處理，并且對失真繪圖也會產生無效的P&O。這大大地降低了跟蹤器的性能和可靠性。跟蹤器在處理明顯的場失真的失敗主要歸因于常規的跟蹤算法的不穩定性。在常規的方法中，通過使用擬合算法將信號測量最佳擬合到分析的偶極子模型上，直接計算的P&O得到最佳化。按照慣例，在處理大大偏離了模型預測的測量時，擬合器(fitter)趨向于非常不穩定。
技術實現思路
這里描述的是一個或多個用于對位置和方向進行電磁跟蹤的實現，其利用了離散數值域模型，而不是傳統的分析偶極子模型。該部分的描述本身沒有打算限制本專利及其所附權利要求的范圍。并且，本專利的標題不打算限制本專利的范圍。為了更好的對本專利技術進行理解，請結合附圖閱讀下面的詳細說明和所附權利要求。本專利技術的范圍在所附權利要求中被指出。附圖說明在所有附圖中使用相同的數字來標示相似的元素和特征。圖1示出了根據一個或多個此處描述的實現的電磁跟蹤系統。圖2示出了根據一個或多個此處描述的實現的方法實現。圖3示出了根據一個或多個此處描述的實現的方法實現。圖4示出了根據一個或多個此處描述的實現的方法實現。具體實施例方式這里描述的一個或多個實現是用于位置和方向的電磁(EM)跟蹤，其利用離散數值域模型來補償EM場失真。傳統的失真補償方法采用傳統的分析偶極子模型，且一般稱為位置和方向(P&O)繪圖。所描述的實現克服了在處理明顯的場失真時P&O繪圖經常存在的不穩定性的問題。所描述的實現也簡化了傳統的復雜的場失真建模。所描述的實現工作在對于位于電磁發射器(Tx)和接收器(Rx)之間的互感進行測量和建模的信號域中。數值域模型可以是預定的多種方法，比如用于透視圖像導航(fluoro-navigation)應用的機器人數據采集處理，或者通過二重積分計算，其中可以足夠精確地得知目前片斷。所描述的實現也包括種子的尋找和參數擬合部分，尋找和參數擬合部分均是在對數的互感平方的預定圖上進行的。示范的EM跟蹤系統圖1說明根據此處描述的一個或多個實施方案的使用的示范電磁跟蹤系統(“跟蹤器”)100。該跟蹤器100包括發射器110，接收器120，以及跟蹤器電子裝置130。跟蹤器電子裝置130可以是計算機或者某個其它計算裝置。在此處所描述的多種方法和過程由跟蹤器電子裝置130來實現。跟蹤器電子裝置130至少包括一存儲器132，該存儲器可以是由跟蹤器電子裝置130能夠存取的任何可利用的處理器可讀介質。該存儲器132可以是易失的也可以是非易失的介質。另外，它可以是可移動的也可以是不可移動的介質。發射器110發射發射器信號。接收器120探測發射器信號。跟蹤器電子裝置130分析接收器120接收到的信號，且確定接收器120的位置。利用傳統的分析偶極子模型的失真補償跟蹤器100一般采用ISCA(工業標準線圈結構)6-DOF(6自由度)跟蹤技術。ISCA 6-DOF跟蹤一般包括一組確定坐標系的三軸發射線圈(用txX，txY和txZ表示)，和在發射器參考系統中被跟蹤的一組三軸接收器線圈(rxX，rxY和rxZ)。一般地，每個發射器線圈通過單獨的正弦電流Itx(角頻率為ω)激勵來產生隨時間變化的磁場Btx。該接收器線圈拾取發送信號，該發送信號產生被Btx場感應的可測量的電壓。根據法拉第定律，在接收器線圈中的感應電壓Vrx是和通過接收器線圈回路的磁通量φ的變化率成比例的，其中磁通量φ通過對于穿過線圈回路的Btx場的法向分量進行積分而被給出。Vrx=-dΦdt=-∫∫jωBtx‾·dA‾]]>方程式1ISCA接收器線圈與Tx-Rx分隔距離相比足夠小。感應電壓Vrx能夠近似為Btx場和線圈有效面積矢量Aeffrx的點乘，或者是Btx場的法向分量Btx⊥rx和Aeffrx(Aeffrx的幅度)的內積。Vrx=jωBtx‾·Aeffrx‾=jωBtx⊥rx·Aeffrx]]>方程式2通過測量Vrx和Aeffrx，我們能夠得到每個接收器線圈的法向Btx場分量。Btx⊥rx=VrxjωAeffrx]]>方程式3在ISCA跟蹤器內的所有三個接收器線圈設計(或數學地校準)為集中于相同的一點，而且彼此正交，Btx場的三個法向分量的測量，Btx⊥rxX、Btx⊥rxY和Btx⊥rxZ基本上可用來組成場向量。Btx‾=Btx⊥rxX·A→^+Btx⊥rxY·B→^+Btx⊥rxZ·C→^]]>方程式4 和 分別是AeffrxX、AeffrxY和AeffrxZ的方向的單位矢量，定義接收器線圈相對于發射器線圈的旋轉。AeffrxX‾=Aeffrx·A→^]]>AeffrxY‾=Aeffrx·B→^]]>AeffrxZ‾=Aeffrx·本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于電磁跟蹤的方法（３００），該方法包括：　　　　確定（２００，３０１）與特定失真源相關聯的離散數值域模型；　　　　獲得（３０２）電磁傳感器和特定失真源之間的互感信號，所述傳感器剛性附加于被跟蹤的對象；　　　　估計（３０２）被跟蹤對象在有特定失真源的情況下的初始位置；　　　　改進（３０４）被跟蹤對象的估計位置；　　　　估計（３０６）被跟蹤對象的方向。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：DA李，PT安德森，GL博勒加德，
申請(專利權)人：通用電氣公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]