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JP4612194B2 - 複数センサーによって追跡されるハイブリッド3dプローブ - Google Patents

複数センサーによって追跡されるハイブリッド3dプローブ Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、三次元(3D)空間で追跡されているプローブおよび他の硬質体の位置および方向を計測するためのシステムにおける改善に関する。本発明によって達成された改善点は、一次元および二次元の計測システムに応用されることが可能であるが、本願明細書中の記載は、三次元での計測のより一般的なコンテクストにおける発明を説明するものとする。
【0002】
【従来の技術】
3D座標系によって定義される空間ボリュームにおける点(マーカー)の場所を追跡する様々な方法およびシステムは、当業界に存在する。複数マーカーをボディに(移動するボディにさえも)取り付けることによって、ボディの位置とともに方向も、個別に、または相関して決定されることが可能である。たとえば、そのようなボディは、ハンドヘルド・プローブ、可動式硬質体、または人体の半硬質部でもよい。
【0003】
(以下、ボディの「位置」とは、3D「位置」とその位置を中心とした3D方向とを意味する。これを表現する1つの一般的な方法は、X,Y,およびZ位置座標であり、さらにヨー(yaw)、ピッチ(pitch)、ロール(roll)の方向角度である。これは、六次元情報または六自由度と呼ばれる場合が多い。
【0004】
数多くのこれらの方法およびシステムは、従来の文献において説明されており、実用化されている。以下の説明は、三次元ボリュームにおいてセンサーの既知の位置を中心として追跡されている物体上のマーカーの角度位置を計測するために2つ以上の光ベースのセンサーを使用する光ベース電子追跡方法に集中するものとする。そのような従来技術の例は、以下の開示(本願明細書において参考とされる)において見つけられる。
H. Fuchs, J.Duran, B. Johnson, and Zvi. M. Kedem; "Acquisition and Modeling of Human Body Form Data", Proc. SPIE, v.166, 1978, p94-102
Jean-Claude Reymond, Jean-Lue hidalgo; "System for monitoring the movements of one or more point sources of luminous radiation,米国特許4,209,254号、1980年6月24日
Y. Yamashita, N. Suzuki, M. Oshima; "Three-Dimensional Stereometric Measurement System Using Light based Scanners, Cylindrical Lenses, and Line Sensors", Proc. SPIE, v.361, 1983, p.67-73
F. Mesqui, F. Kaeser, and P.Fischer; "Real-time, non-invasive recording and 3-d display of the functional movements of an arbitrary mandible point", SPIE Biostereometrics 602, 1985, p.77-84
Sharon S. Welch, Kevin J. Shelton, and I. Clemmons; Light based position measurement for a large gap magnetic suspension system", Proc. of the 37th International Instrumentation Symposium, San Diego, 1991年5月5〜9日,p. 163-182
Farhad Daghinghian; "Light based position sensing with duolateral photoeffect diodes", Sensors, 1994年11月,p. 31-39
Robert P. Burton and Ivan E. Sutherland; "Twinkle Box---A three dimensional computer input device", AFIPS Conference Proceedings 43, 1974年、イリノイ州シカゴ
【0005】
上記システムにおけるマーカーは、エネルギーを発し、一般的に、各マーカーは、赤外または可視発光ダイオード(LED)など、能動光源である。高反射受動マーカーを追跡するために他のシステムが構築され、一般的に、そのような各受動マーカーは、高速道路上で使用されているような逆反射材で被覆された小パッチまたは球面である。センサー付近において、マーカーを光源で照射することによって、通常よりも多い光量がマーカーからセンサーに反射され、マーカーは背景または他の物体よりも明るく見え、それによって、その可視性が高まり、それを発見するステップを単純化する。業務用の受動3D位置計測システムの例は、以下の通りである。
BrainLAB GmbH(ドイツ、Heimistetten)によるVectorVisionシステム
Peak Performance technologies, Inc.(コロラド州イーグルウッド)によるPeak Motus システム
Kinetic Sciences (ブリティッシュ・コロンビア、バンクーバー)によるeagle Eye(商標)
しかしながら、光ベースマーカーの能動、受動にかかわらず、そのようなシステム全てにおけるマーカー(反射体または発射体)と複数センサーとの間の制限問題は、視線(line-of-sight)を維持することである。
【0006】
視線制限がない非光ベース3D計測システムは数多く存在する。たとえば、座標計測機(CMM)および接続機械的アームは、マーカーがセンサーの視線内にあることを必要としないが、硬質機械的連結によってプローブの触知接近可能性を必要とし、これは、通常、視線制限と同程度に、動作の正確性および簡易性を大きく制限する。さらに、これらの機械的手段は、通常、光ベースシステムよりも使用において時間がかかり、性能が低い。たとえば、Carl Zeiss IMT Corp.(ミネソタ州、ミネアポリス)、Romer Inc.(カリフォルニア州、カールズバッド)、およびFARO Inc.(フロリダ州、レークメリー)は、そのようなシステムを製造している。
【0007】
視線制限を回避する他の三次元計測システムは、Polhemus Inc.(バーモント州、コルチェスター)およびAscension Technology Corp.(バーモント州、バーリントン)によって製造および発売されている磁界ベースシステムを含む。そのようなシステムの主な欠点は、その正確性が伝導物体(特に鉄金属)とX線機械および他の作動室装置などの大量の強磁体の近接によってかなり低下する。また、米国特許3,983,474号、4,017,858号、5,453,686号、および5,640,170号を参照するとよい。改善は、光ベースのシステムと他の計測システムの組み合わせを用いることによって実現された。以下の引例は、画像ガイド手術アプリケーションのための光ベース・システムおよび磁気追跡システムのそのような一組み合わせを説明するものである:
Wolfgang Birkfellner, Franz Watzinger, Felix Wanschitz, Rolf Ewers,およびHelmar Bergmann; "Calibration of Tracking Systems in a Surgical environment", IEEE Transactions on Medical Imaging 17, (1998年11月出版)
【0008】
この引例は、磁気システムの使用前に、光ベース・システムを参照して磁気システムの局所的異常を校正することを説明している。それは、以下に説明するように、適用時における複数(たとえば2つ)の追跡システムの連続動的登録を開示していない。さらに、磁気システムの磁界源発生器の光ベース追跡を説明しない。
【0009】
非常に望ましい追跡システムの1つは、プローブまたは他の追跡対象と動作関連している少なくとも3つの内蔵型直交ミニチュア加速度計と、少なくとも3つの内蔵型直交ミニチュア・ジャイロスコープ(または同等のもの)とを取り入れている。そのようなシステムは、加速度計の精度が非常に正確であり、時間が経過してもその動作が非常に安定していることを前提としているため、望ましい。残念ながら、三次元空間においてプローブまたは他の物体の絶対位置および角度方向を決定するために、それらの線形および角度加速は、時間に関連して2回積分される必要がある。さらに、地球の低速回転は、地軸と並んでいない全ての角度計測器に対して継続的に作用する。すなわち、加速度のわずかな一定校正エラーは、すぐに、許容できないほどの大きなエラーとなってしまうのである。したがって、センサーは、特に医療追跡アプリケーションにおいてその精度が適用可能となるようにするには、非常に頻繁(おそらく毎分、または2分毎)に再計測されなければならない。したがって、それ自体だけでは、慣性ベースの計測システムは、ハンドヘルドのプローブによって経験されるサブミリ計測および分加速度に対してあまり実用的ではない。しかしながら、独立した参照システムを使用して頻繁に(継続的であればなおよい)再校正される場合は、十分に正確な慣性ベース・プローブが実用的である。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、光ベース追跡の精度とロバスト性を、磁気または慣性追跡、または超音波、またはそのいずれかの組み合わせなど、「視線」制限を有さない別の追跡システムと組み合わせた、位置計測における改善を表すものである。この結果は、個別の追跡技術のみのいずれかと比較して、追跡システム組合せの動きの精度または自由度を改善する計測システムである。
【0011】
本発明の第1の目的は、その組合せによって得られた結果が、個別の構成方法論のいずれか1つを利用して得られた結果よりも良くなるように、複数の物理的方法論を使用してプローブまたは他の物体の場所を追跡することである。
【0012】
本発明の第2の目的は、時間や空間における特定点での最大の精度を有する構成方法論を使用する自動手段を提供して、当該点で精度が低い他の方法論を継続的または頻繁に再校正することである。
【0013】
本発明の第3の目的は、プローブまたは他の被追跡体または物体の不正確な推定位置および方向が所定の制限を超過した場合にシステムのオペレーターに警告を提供することである。
【0014】
他の目的およびさらなる目的は、本明細書、添付図面、および請求項の全体を考慮すれば明らかとなるであろう。
【0015】
【課題を解決するための手段】
以上の目的および他の目的を達成するため、本発明の一態様は、物理的現象、関連制御ユニット、および幾何学的演算を実行するための手段(自動であることが好ましい)の1つより多い形態を使用して、物体の位置および方向および/または運動を感知する複数のセンサーを含む1つ以上の物体の位置および方向を追跡するシステムを含む。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下の記載は、可動硬質物体の三次元空間における位置および方向を決定するための特定の手段および特定の方法を使用する二つの好適実施形態に関連して本発明を説明するものである。代替の手段および方法も文中で述べられるが、本発明の方法を実現できる他のふれられていない同等の手段および方法は存在する、または開発されるであろう。
【0017】
添付図面は、本発明の二つの好適実施形態を図示し、本明細書の一部を形成するものである。文章説明とともに、それらの分は、例示システムの利点および原理を説明する役割を果たす。図中の各参照番号は、全図面を通して、さらに文章説明を通して、例示のシステムの同一構成部分を一貫して指すものとする。
【0018】
本発明は、図およびそこにおいて番号が付記された個別の構成部分を参照して以下に説明される。以下の説明において、構成部分の特定の構成、数および配列は、説明の明確性を意図したものであり、本発明の範囲に対する制限ではない。構成部分の他の配列または数量は、同一方法、装置、およびシステムの代替の特定実施形態を構成する。
10 3D空間ボリュームを説明する固定座標システム
12 そのボリュームで計測されることが可能な表面点、寸法、近接点、または他の幾何学的特徴によって追跡される任意の物体
20 三次元的に追跡される少なくとも1つのプローブの全体または他の物体
21 任意の物体12上の点を計測するためのプローブ20のための任意のチップ
22 プローブのボディ(その内部の部分を見せるために部分展開)
24 複数光ベース検出可能マーカー(発せられた電磁放射の赤外線LED発射体または反射体など)
26 マーカーの場所を追跡する光線を感知するように適応されたアレイ
31 相互に垂直な(マイクロマシン)線形加速度計
34 相互に垂直な(マイクロマシン)角加速度計
41 相互に垂直な磁気センサー
44 1つのユニットでまとめて図示される相互に垂直な磁界ソース(コイル)
47 磁界ソースに取り付けられた、光線を発射または反射するのに十分な光学マーカー
71 制御ユニット72および/またはセンサーまたは発射体/反射体との間の様々なデータ/信号パス
72 電力、電気、信号の調整、タイミング、他の支援システムのための制御ユニット
74 個別センサー計測のストリーム
75 プローブおよび/またはセンサー説明データ(校正パラメータを含む)
76 演算コンピュータ(個別コンピュータまたは埋込式マイクロプロセッサー)
77 3D位置と3D方向座標(および任意の時間データ)のストリーム
78 位置および方向座標を使用するホスト・コンピュータ・ハードウェアおよびソフトウェア
80 システムを制御し、位置座標を算出するプログラム
81〜99 システムを管理するプログラム80の個別ステップ
【0019】
図1および図2は、本発明の2つの好適実施形態を図示するものである。図3は、座標コンピュータ78および他の周辺機器を動作するプログラムの主要ステップ81〜99を、フローチャートとして表したものである。これらのプログラムステップは、2つの実施形態の一方または両方に適用され、さらに、それらの2つの構成部分を組み合わせた実施形態にも適用される。
【0020】
図1において、装置は、コロラド州ボウルダーのImage Guided Technologies, Inc.によって構築されたFlashPoint 5000など、3D光ベース計測システムを含む。各マーカーが発光ダイオード(LED)または受動反射体である場合、電磁放射センサー26は、プローブまたは他の物体20上の各発光または光反射マーカー24の画像を検出する。マーカーの画像の場所は、伝送手段(有線または無線ラジオなど)71を介して制御ユニット72に送信される。制御ユニット72は、各画像を処理してセンサー座標とし、線74を介して全センサーからのセンサー座標を使用して、さらに測定パラメーター75を使用して、各マーカー24の3D−XYZ座標を算出する座標コンピュータ76に、それを送信する。マーカー(発射体または反射体)の場所を決定する実際の手段は、米国特許第5,622,170号中で説明され、その全てが本願明細書中に参考として取り入れられている。なお、図1に示したよりも多くのマーカー24が使用されてもよく、全てのマーカーが光ベース・センサーによって同時に見られる必要はない。プローブの3D位置および3D方向を完全に決定するために、少なくとも3つの非同一線上マーカーが、センサー26によって検出されなければならない。センサーが一次元である場合、3つのセンサーが発光または反射を検出しなければならない。センサーが二次元である場合、少なくとも2つのセンサーが発光または反射を検出しなければならない。センサーが三次元の場合、1つのセンサーのみが電磁エネルギーの放出または反射によってインターセクトされる必要がある。既知の形状のプローブの場合、マーカーを中心とした固定位置にあるプローブチップ21の場所を決定するために、さらに単純な演算が使用されることもある。
【0021】
判断される必要のある明確なプローブチップ21が存在しない場合、追跡対象である物体20の位置および方向は、マーカー24の1つなど、物体上のある参照位置を中心とする。これらの個別のステップの動作を実現する詳細は、上記で引用された参考文献において開示されている。
【0022】
図1の好適実施形態において、物体は、また、Analog Devices, Incによって製造されるADXL202など、複数の線形加速度計31を含む。少なくとも1つの加速度計31は、物体の三次元軸のそれぞれと並んでいなければならない、さらに、本実施形態は、複数個の角加速度計34(固体または圧電ジャイロスコープとしても知られる)を含んでも良い。たとえば、3つの加速度計が使用されてもよい。そのような装置の例は、Litton Guidance & Control Systems (ユタ州ソルトレイクシティ)によって製造されるG-2000、またはMurata Erie(ジョージ、Smyrna)によるGyrostarである。これらの製造業者は、再校正が必要となる前に、どれくらい長く角加速度計34は要求される方向精度内で動作するかを開示する主意明細書を発表する。
【0023】
光ベース・システムに関連して非光ベース・センサーを校正する1つの方法は、非光ベース・センサーによって決定された3D位置を、光ベース・システムによって決定される3D位置に関連させる厳密な線形変化を算出することである。厳密な線形変化は、3D空間における変換(シフト)Sに従って原点を通る軸を中心とした回転Rとして一般的に説明される。この回転は、ロー、ピッチ、ロールの角度の一連として、またはオイラー角として説明されてもよい。しかしながら、その回転を表すために、四元または正規直交3×3マトリクスRを使用すると、より便利である。変換Sは、3Dベクトルによって表される。したがって、たとえば、非光ベース・サブシステムによって算出される座標3点(X' Y' Z')は、以下のように光ベース・サブシステムによって算出される座標3点(X Y Z)に関連される。
(X Y Z)=(X' Y' Z')*R+S
ただし、*は、行列乗算であり、+は、ベクトル和算である。詳細については、線形数学に関する大学教本、またはFoley、van Dam、Feiner、およびHughes(ニューヨーク州Addison Wesley、1990年)によってComputer Graphics: principles and Practiceを参照するとよい。
【0024】
非光ベース・センサー31、34は偏りを示しているため、線形移動における数はゆっくりと変化する。時々、その変化はほぼ一定の率となる。時間および/または温度および/または他の環境要因に関連して変化の率(回転および移動)を記録することによって、非光ベース・センサーの不正確性を内部で推測することができる。
【0025】
十分な光ベースのマーカーが光ベース・センサーの視線中にある間、線形変化は頻繁に再計算される。不十分なマーカーがセンサーに対して可視となる場合、最後に算出された変化は、他の非光ベースの(たとえば慣性)サブ・システムからの位置算出結果を訂正するために使用される。より好適なシステムにおいて、線形変化は、最近変化した同一の率で継続的に変更される。正確な光ベースの追跡から最近既知となった不正確性は、不正確性の変化の最近の率を使用して、補外されているため、これによって、通常、非光ベース・システムは、より長い時間により正確に動作することができるようになる。
【0026】
その補外された不正確性は、ユーザ設定の制限を超過し、(プログラム・ステップ91)、被追跡体上の十分な数の光ベース・マーカーが視線の外である場合、ユーザは、可聴または可視のインジケータによってこの状態を通知されることが好ましい(プログラム・ステップ99)。座標データは、マイクロ・プロセッサー76によって、依然、生成され、記録されることが可能であるが、即座に疑われ、警告インジケータ(悪ステータス・コードなど)が生成されている疑わしいデータと関連づけられることが好ましい。
【0027】
図2に示すように、本発明の第二の好適な実施形態は、3D光ベース・センサー26も含み、制御ユニット72中の何らかの回路がそのサポートのために必要とされる。しかしながら、線形または角加速度計31、34は、図1のシステムとは異なり、物体20中に配置されることが好ましい(必須ではない)磁気センサー41と置き換えられる。また、操作可能な磁界ソース44が提供される。いくつかのセンサー41の場所は、それによって決定されることが可能であり、それらの場所から、それらが関連する物体20の位置および方向が推測されることができる。そのようなサブ・システムは、PolhemusまたはAscensionによって製造および販売されている上述の製品によって例証される。
【0028】
本発明の本実施形態の最も簡単かつ最も好適な実現において、磁界ソース44は物理的に静止状態を保ち、光ベース・マーカー47は使用されない。(ただし、磁界ソース44は電気的に操作される)。プローブまたは他の物体20が磁界ソース44から遠くに離れて移動すると、計測精度は距離に比例した幾何学的率で低下する。所定の距離をこえた場合、磁界ソースからの物体の距離によって発生される不正確性は、その精度制限を超過する。物体20上に十分な数の光ベース・マーカーが光ベース・センサーに可視となっている場合、3D座標は光ベース・センサーの情報のみを使用して、とにかく算出されることができる。磁界ソース44の最適な場所は、物体が光ベースでは不明瞭となるが磁気ベース・サブシステムでは最も正確となる場所に近接する。物体は、カテーテル処置時の患者の体内など、不明瞭な部分な中に入って追跡されることが可能である。
【0029】
図2の実施形態のより好適な実現は、磁界ソース44上の追加の光ベース・マーカーを使用する。少なくとも3つの非同一線上マーカー47は、光ベース・センサー26に対して可視であると仮定すると、磁界ソース44の位置および方向は、物体20など、他の物体と同様に、まったく同じ方法で決定されることができる。上述のより簡単な実現とは異なり、磁界ソース44は動的に移動する場合があっても、その位置および方向は、依然追跡されている。光ベース・センサー26に対して可視であるが、物体20上のマーカー24が光ベース・センサーの視線中にない場合でさえも座標を比較的正確に決定するために十分な磁気ベース・データの発生を磁気センサー41が可能となるのに十分なほど近い位置および方向へ常に移動可能である。この場合、磁気的に導出されたXYZ座標を光導出XYZ座標に関連させる線形変化は、移動可能な磁界ソース44と固定光ベース・センサー26との間の線形変化を含む必要がある。これは、点の位置が、それ自体は別の3D計測システムによって追跡される自由に移動可能な3D計測システムに関連して決定されるという米国特許第5,198,877号(参考として取り入れられた)において要求される変化と異なるものではない。
【0030】
なお、3D計測は他と関連して磁気構成部分を単純に追跡するため、磁気センサー41のクラスタを磁界ソース44と置き換えることは、上述のシステムにおいて理論上は可能である。しかし、磁界ソースは、一般的に、大きくてかさばり、ハンドヘルド・プローブ中に組み込まれるのにはあまり適していない。さらに、このシステムは磁界ソースを保有する1つの物体20のみを追跡することに限定されている。同様の理由で、光ベース・センサーと光ベース・マーカー/反射体とを交換することは理論上可能であるが、おそらく実用的ではない。
【0031】
なお、図1および図2のシステムは、相互に排他的なものではない。加速度計と磁気センサー(または超音波変換機など、他の位置計測システム)との両方を含むプローブを提供することは可能である。プローブ上の十分な数の光ベース・マーカーが光ベース・センサーの視野内にある場合、非光ベースのサブシステムは継続的に再校正される。不十分なマーカーが可視である場合、一方または両方の非光ベース・センサー・サブシステムは物体(プローブ)の位置および方向を決定するために使用される。各サブシステムは、それ自体の正確性の内部推定を供給する。1つの推定のみが限界を超過している場合、他のサブシステムからのデータが使用される。限界を両方とも超えてない場合、一方のサブシステムが使用されることが可能であるか、もしくは2つのサブシステムによって算出された座標の(重み付け)平均値が使用されることが可能である。
【0032】
図3において、本発明の動作は、光ベースのサブシステムおよび慣性/磁気サブシステムを起動することによって、およびシステムが参照光ベース・サブシステムに対して非光ベース・サブシステムを調整させるようにし不正確性がステップ87においてゼロにリセットされるように、許容不可なほど大きい値に対する非光ベース・サブシステムの不正確性推定を開始することによってステップ81において開始する。(すなわち、大きな初期不正確性推定は、まだ正しくない場合、ステップ99においてユーザに警告して、光ベース・サブシステムが動作する位置に物体を配置させる)ステップ82および83は、物体20の確実な3D位置計測を行うことができるように、光ベース・センサーが十分な物体のマーカー24を見ることができるか否かを決定する。もしそうであれば、ステップ84は計測を実行するとともに、それが存在する場合、およびそれが所望される場合、位置および方向を算出する。ステップ85は、非光ベースのサブ・システムを使用してそれを行う。ステップ86は、上述のような正規直交線形変化を使用する、または他の方法を使用することによって、2つの計測を相互に関連させる。ステップ87は、不正確性限度をゼロ(または他の適切な小推定値)にリセットする。最後にステップ95が、マイクロプロセッサー76を介して光ベースのセンサー26によって供給される情報から導出される座標をステップ82における周期の反復前にホスト・コンピュータ78に報告する。なお、座標報告は、非光ベースの座標、不正確性推定値、タイムスタンプ、および「成功」ステータス・コードの報告が伴う場合がある。
【0033】
光ベース・システムが物体20上の十分なマーカー24を見ることができない場合、ステップ90および91は現在の他の非光ベース・サブシステムの不正確性推定値を調べるように適応される。所定の限界を超過する場合、ユーザはステップ99においてこの状態について視覚的または可聴的に警告されることが好ましい。不図示であるが、座標はステップ95によって依然報告される場合があるが、何らかの「警告」ステータス・コードがデータに添付されているべきである。他の非光ベースのサブシステムの不正確性推定値が制限内である場合、ステップ92は、非光ベース・センサー31,34および/または41を読みこみ、ステップ93は物体20の位置および方向と、適切であればチップ21の位置および方向とを計算する。ステップ87は磁界ソース44からの物体20の距離に基づいて、または温度などの他の要因に基づいて実行されたため、ステップ94は経過時間に基づいて、現在の他の非光ベース・サブシステム推定不正確性を更新する。ステップ95は、非光ベース・センサー31〜34および/または41から導出された位置座標を報告し、ステップ82でサイクルを再度反復することを続ける。
【0034】
本発明の原理は上述の好適実施形態中で詳細に説明した磁気および慣性技術以外の計測技術に適用されることが可能である。たとえば、前の米国特許出願(60/096,907号)は、3D点を決定する、または物体を追跡する非視線自在シャフトを説明した。例示目的として、その方法が計測ボリュームのある部分において低い正確性を有している場合、またはシャフトが時間の経過とともに、または温度変化時に曲げられた場合に正確性が劣化する場合、補助光ベースまたは他のサブシステムが、シャフト(可視マーカーが設置されている)のプローブ先端が光ベース・センサーの視界内にあるとき、自在シャフトを頻繁に再校正するために使用されることが可能である。
【0035】
上記説明は、基本(参照)位置計測サブシステムとして光ベース・センサーの使用に基づく。しかしながら、基本位置計測システムとして、あらゆる種類の位置センサーが使用可能である。基本システムは、慣性サブシステムと磁気サブシステムとの組合せなど、1つ以上の二次計測システムと組み合わされることが可能である。適切な場合において、磁気サブシステムは時間の経過とともに慣性サブシステムを修正する、またはその逆のために使用されることが可能である。この組合せの利点は、慣性システムが、磁界ソースに近い磁気センサーによって可能となる高正確性以上の距離において短時間使用可能であることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 追跡されている単一の物体の概略ブロック図と斜視図との組合せであり、物体を追跡するために光ベース・サブシステムおよび慣性サブシステムの組合せを使用する本システムの好適実施形態を表す。プローブは内部の詳細が見えるように拡大して図示されている。
【図2】 図1の慣性サブシステムに対して磁気ローカライザー・システムが置き換えられた以外は、図1と同様である。
【図3】 好適実施形態のいずれかのため、またはその組合せのために、座標コンピュータによって実行される動作および演算の主要ステップの好適な一組をまとめたフローチャートである。

Claims (6)

  1. 所定の空間において物体の三次元位置を追跡するシステムであって、
    前記物体の位置の第1の指示を決定する光ベースの第1の追跡システムと、
    前記物体の位置の第2の指示を決定する第1の追跡システムとは独立した非光ベースの第2の追跡システムと、
    を備え、
    前記第1の追跡システムが前記物体への視線を確保することができることにより該物体の位置の第1の指示を決定できる場合には、前記物体の位置の第1の指示と該物体の位置の第2の指示との差異を算出する処理を継続的に繰り返し、
    前記第1の追跡システムが前記物体への視線を遮断されることにより前記物体の位置の第1の指示を決定できない場合には、算出した前記差異の変化の最近の率にもとづいて、現在の第2の指示の不正確性を示す値を推定
    前記第2の追跡システムは非電磁的システムであり、
    前記非電磁的システムは磁気的システムと慣性的システムとを含む、
    システム。
  2. 前記第1の追跡システムは電磁的システムである、請求項1に記載のシステム。
  3. 前記電磁的システムは可視スペクトルを使用する、請求項2に記載のシステム。
  4. 前記電磁的システムは赤外線スペクトルを使用する、請求項2に記載のシステム。
  5. 現在の第2の指示の前記不正確性を示す値が所定の限界を越えた場合警告を提供する手段をさらに含む、請求項1に記載のシステム。
  6. 前記第2の追跡システムを前記差異にもとづいて継続的に再校正する、請求項1に記載のシステム。
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