用于虚拟现实的六自由度电磁跟踪系统

介绍了用于虚拟现实的直流式六自由度电磁跟踪系统的实现 .系统以正交的 3轴发射源和 3轴探测器作为传感定位器件 ,以脉冲直流信号驱动发射源的 3轴分时发射 ,同时接收器 3轴探测到相应的 3组电磁信号和 1个空驱动时间段内的地磁信号 .控制器负责驱动发射、读取数据以及和 PC机的数据通讯 .详述了六自由度电磁跟踪系统的方位 (位置和姿态 )确定算法。

用于人机交互的交流式电磁跟踪系统的研究

虚拟现实系统和计算机仿真系统中广泛采用电磁跟踪系统测量用户的头部或手部的位置和姿态来实现人机交互。本文分析了目前已有的直流式电磁跟踪系统的不足,提出了一种采用交流信号作激励源的交流式电磁跟踪系统,研究了该系统的结构,推导了用于提取传感器接收信号的递推数字互相关算法,讨论了算法参数与算法性能的关系。仿真实验证明了算法的有效性及理论分析的正确性。本文的研究成果为实际的交流式电磁跟踪系统的设计提供了理论依据。

六自由度电磁跟踪系统位置参数求解算法的改进

为了获得精度较高、稳定性较好的六自由度电磁跟踪系统目标参数求解算法,在分析原参数求解算法误差产生原理的基础上,引入特征值和特征向量的概念,提出了一种结合特征向量法和单位指向矢最大分量跟踪法的改进算法来求解目标的位置参数,并对改进算法的稳定性进行了分析。通过数值模拟和实验验证,算法很好地解决了原跟踪算法在位置参数α、β角度较小区域将误差放大的问题,提高了算法的稳定性和系统定位计算的精度。

新一代Aurora电磁跟踪系统在手术导航中的应用

目的针对临床介入手术中的手术"盲区",以及微创手术中更精准的手术导航需求,本文采用新一代Aurora电磁跟踪技术以辅助手术导航。方法采用Aurora电磁跟踪系统,与含金属材料的手术环境相匹配,利用系统自带的控制软件及其配备的SDK(二次开发包),笔者使用VC编程语言编写了一套适合临床手术导航的实时显示系统,并在荆州市第一人民医院进行了性能测试和对比实验。结果Aurora电磁跟踪系统的手术定位精度从cm级提高为mm级,导航精度的平均值小于2 mm,且可供用户二次开发软件包,编程操作自由方便,与手术器械组合灵活,易于实现手术的智能导航。结论验证了Aurora电磁跟踪系统的优越性能及其在手术导航中的意义,提高了手术导航的准确度和可控性,为临床工作提供了更广阔的应用空间。

基于电磁跟踪系统的人体上肢运动分析

通过电磁跟踪系统采集人体上肢运动数据信息,提出了一种分析处理运动数据信息并最终得到关节旋转角度的新方法。基于此方法理论,运用VC编制了一套人体上肢运动分析程序,并通过实验来进一步验证了这种方法理论的正确性,最后对影响电磁系统测量精度的距离LT-S(即发射源与传感器之间的距离)进行了分析讨论,确定了其范围在20cm～70cm之间。

基于DSP的旋转磁场电磁跟踪系统设计

该文实现了一种基于电控旋转磁场的电磁跟踪系统。设计了以数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)作为控制处理装置,并且包括一个可控恒流源模块、一个磁场源模块、一个三轴磁传感器及ADC接口电路的电磁跟踪系统。初步的实验测试结果表明系统每次都能稳定实现定位,平均位置误差为0.282 cm,平均姿态误差为0.696°,定位时间为1.572 s。通过标定、校准以及硬件电路的进一步改进,该系统的性能有望进一步提高。

电磁跟踪系统空间位置测量精度标定方法研究

以FASTRAK为例,对电磁跟踪系统空间位置测量精度标定问题进行深入研究,提出了一种简单、实用的空间位置精度评价方法,借助独立设计的实验平台,确立运动机构和发射源的位置关系,利用空间变换得到采样点集的真值,进而比较得出测量精度完成评价,提出了基于空间绝对距离方法对上述精度评价方法进行验证。

胃肠道内目标物电磁跟踪定位系统设计及实验研究

研究了可用于胃肠道内微型诊疗装置位置连续跟踪的电磁跟踪定位方法。利用泰勒级数展开方法，在筒化的单圆环线圈模型基础上建立了电磁跟踪定位系统数学模型，完成了便携式定位系统设计。通过仿真实验方法优化了系统部分结构参数，确定了体外励磁线圈个数及布置方式，并开展了系统实验研究。实验结果表明，在覆盖人体消化道区域的定位空间内，系统最大定位误差小于3cm，平均定位误差为1．56cm，此方法不仅可行，而且定位精度也能满足应用需求。

基于电磁跟踪的经数字减影血管造影手术导航

目的为满足介入手术和微创手术中更精准的手术导航需求,采用Aurora电磁跟踪技术辅助手术导航,通过与各种手术器械自由组合,进一步解决手术中遇到的各种难题。方法采用Aurora电磁跟踪系统,与含有金属材料的医疗手术环境相匹配,利用电磁跟踪系统白带的控制软件,使用其配备二次开发包的VC编程语言编写一套适合临床手术导航的实时显示系统,并在医院不同的医学手术导航应用中进行性能测试和对比实验,测量跟踪系统的精确程度,统计各种手术器械分别对应不同手术应用的对照表。结果在介入手术中,随机选取160名冠状动脉造影患者,其中80名采用经数字减影血管造影(DSA)下电磁跟踪作为实验组,80名只使用DSA辅助作为对照组,结果发现实验组造影剂用量明显减少,操作时间明显缩短,介入手术操作可控度的成功率从95%提高到99%。结论通过对比实验,证明Aurora电磁跟踪技术明显提高了手术的定位精度,导航精度的平均值小于2 mm,在介入手术和微创手术方面,可以大大减轻病人痛苦,降低医疗风险,保障医疗安全,提升医院手术技术水平。

基于BP神经网络集成学习模型的EMTS坐标校正研究

针对增强现实系统中电磁跟踪测量值存在较大误差,现有空间坐标校正方法所采用的采样方法工作量大,且系统对新工作环境适应性差的问题,提出一种定长连续采样方法,设计基于双流结构的BP神经网络集成学习模型的坐标校正方法,并提出一种电磁跟踪系统在新场景部署过程中的快速评估方案。该方法根据测量值误差分布规律进行样本空间划分,生成子神经网络模型池;根据子模型匹配规则分别估计测量点的距离与坐标值;进行融合计算得到空间坐标校正值。实验结果表明,该方法能有效提高电磁跟踪系统空间坐标的校正精度,并能增强系统的抗干扰能力。

Calibration Scheme Under Spherical Coordinates for Magnetic Tracker Used in VR System

A calibration scheme under spherical coordinates is described for a magnetic tracker used in VR (virtual reality) system. A look up table containing data of tracked values for certain positions in the working space, spe cified in spherical coordinates, is generated first, which is then used to calibrate the tracking results by a two dimensional interpolation. The scheme can effectively correct the static errors in the magnetic tracking system. The employment of spherical coordinates significantly reduces the calculation complexity in calibration.