用于自动化校准医学机器人的摄像头的校准方法和外科手术辅助系统与流程

本公开涉及一种校准方法，用于自动化校准关于或相对于医学、特别是外科手术机器人的机器人摄像头，并且用于将具有至少一个外部摄像头的外部摄像头系统关于机器人进行自动化校准。在此，机器人摄像头在机器人的机器人臂上相对于机器人基座可移动地引导，该机器人臂附接/连接到机器人基座上。此外，本公开涉及根据并列权利要求的前序部分所述的外科手术导航辅助系统/导航机器人操纵器以及计算机可读存储介质。

背景技术：

1、医学机器人、特别是外科手术机器人的领域中的一个典型问题是所谓的手眼校准，其中，寻找在摄像头和机器人之间的变换，以便在一定程度上使检测世界或视野与机器人运动学世界彼此协调并且互相连接。

2、在该手眼校准中典型地存在两种情况或场景，其中，在第一种情况下，摄像头被机器人直接保持和引导，即所谓的眼睛在手中配置，并且在第二种情况下，(外部)摄像头在外部、尤其静态地布置并且跟踪可移动的机器人本身或被机器人保持的跟踪器/标记(所谓的眼睛在基座上配置)。

3、如上所述，这种校准的目的是将摄像头的拍摄处理与机器人运动学相结合或关联，从而例如可以尤其借助图像处理或图像分析来识别摄像头的视野中的对象，并且可以为用于抓取或操纵这些对象的机器人创建规划。尤其在医学手术期间，机器人可以借助端部效果器和通过摄像头提供的拍摄来执行对患者组织的操纵。此外，还存在需要手眼校准的医学场景。

4、通常，除了手眼校准之外还需要进一步的校准，即摄像头本身的所谓的几何校准，以便求取光学参数，例如摄像头的焦距。需要这种几何校准，以便利用所使用的摄像头产生所观察的场景的几何上正确的图示并且确保通过机器人的精确操纵。对于几何的摄像头校准，通常需要校准图案。校准图案必须被放置在摄像头的视野中，并且借助图案的已知几何形状和校准算法来执行校准，所述校准算法从所观察的拍摄和失真计算摄像头参数，诸如焦距或失真系数。校准图案在此要么通过移动校准图案本身要么通过摄像头的移动而必须相对于摄像头移动。

5、尤其，两个校准都是必需的，以便使用医学机器人连同摄像头，无论是摄像头被布置在机器人外部(手在基座上)还是在机器人自身上(机器人摄像头)，特别是在端部效果器的区域中。

6、虽然在现有技术中存在用于手眼校准和几何校准的方法，然而所述方法通过用户根据校准方案手动地执行并且是非常繁琐的。此外，这些方法由于手动操作而容易出错，并且通常不能提供校准所需的准确度，特别是当医学机器人被用于具有几毫米公差的外科手术中并且在手术之前应当自己执行校准时。

技术实现思路

1、因此本公开的任务和目标是避免或至少减少现有技术中的缺点，并且尤其提供校准方法、外科手术辅助系统/导航机器人操纵器以及计算机可读存储介质，其自动化地(即，在没有用户的必要手动输入的情况下)特别简单、快速、高效且无错误地提供机器人与摄像头之间的校准/配准/关联。另外的子任务在于，利用尽可能少的并且特别是标准化的医学设备来执行这样的校准，以便在手术室中尽可能不必除了在手术期间使用的设备之外还维持附加的设备，并且以便保持成本低。另外的子任务是，为用户、尤其是外科医生提供直观的和自动化的校准，使得用户、尤其是医学专业人员不需要特殊的校准培训。

2、关于这种类型的校准方法/配准方法的任务根据本发明通过权利要求1的特征来解决，关于这种类型的外科手术辅助系统根据本发明通过权利要求10的特征来解决，并且关于计算机可读存储介质根据本发明通过权利要求14的特征来解决。

3、因此，在此提供一种在安装在机器人上的摄像头(机器人摄像头)与对机器人进行观察的(外部)摄像头系统之间执行校准的自动化的校准方法、配准方法以及自动化/自动的校准系统。在本配置中，与现有技术不同，使用至少两个摄像头，其中外部摄像头安设在基座上(眼睛在基座上)并且另外的摄像头(机器人摄像头)安设在机器人(眼睛在手中)上以主动地被控制和移动。通过自动化校准方法，校准过程可以自动化地、尤其是依次/顺序地执行。本公开使得可以与机器人一起校准或配准两个摄像头，即外部摄像头和机器人摄像头。由此将两个摄像头校准到机器人上。通过具有伴随冗余的自动化校准，也可以将误差最小化，例如当医学专业人员移动到外部摄像头和机器人之间的视野中并且遮盖视野时。在此，校准的机器人摄像头可能会继续进行控制。

4、因此，本公开的基本构思是，不仅在机器人自身上设置在机器人臂上可移动的摄像头(眼睛在手中)，而且附加地设置外部摄像头(眼睛在基座上)，外部摄像头检测机器人臂或机器人臂的端部区段以用于跟踪并且在跟踪器移动到外部摄像头的视野中时检测至少一个机器人凸缘和/或跟踪器。在自动化校准的第一步骤中，移动机器人摄像头(眼睛在手中)，使得机器人摄像头检测外部摄像头(眼睛在基座上)并且求取机器人摄像头(眼睛在手中)和外部摄像头(眼睛在基座上)之间的适当变换。在另外的步骤中，然后在外部摄像头的可视区域中移动机器人凸缘、尤其是安设在机器人凸缘上的跟踪器/标记元件，并且跟踪机器人凸缘、尤其是跟踪器(在方位方面)。机器人基座与机器人凸缘之间的机器人运动学可以通过控制部检测并且通过控制部还可以提供机器人基座与机器人凸缘之间的变换。于是在此基础上最后执行手眼校准。利用本公开，在机器人摄像头和机器人以及外部摄像头和机器人之间同时执行校准/配准。

5、该配置在外部摄像头(眼睛在基座上)例如是用来跟踪机器人的跟踪摄像头的这样的手术场景中尤其重要，所述机器人在外科手术导航场景中用作工具。当然同样重要的是使用光学摄像头用于光学拍摄的情况。由机器人保持的摄像头(机器人摄像头；眼睛在手中)同样尤其可以是用于跟踪的跟踪摄像头或光学摄像头。

6、在医学领域中，例如可以使用由机器人保持的机器人摄像头，以便获得患者的更详细的图像(尤其用于图像处理)。备选地或附加地，该摄像头还可以是显微镜摄像头，其中，所述机器人组件和摄像头组件形成手术显微镜。在另一医学场景中，被机器人保持的摄像头可以用于例如在基座上的摄像头不可见的对象的可视化。

7、换句话说，一种用于关于机器人进行机器人摄像头的自动化校准的校准方法，所述机器人摄像头在具有机器人的机器人凸缘的机器人臂上可移动地引导，该机器人臂附接/连接到机器人基座上，并且所述校准方法用于将具有至少一个外部摄像头的外部摄像头系统关于机器人进行自动化校准，所述校准方法包括步骤：借助机器人臂在检测和拍摄环境的情况下移动机器人摄像头(眼睛在手中)；探测预定的光学校准图案及其具有关于所述外部摄像头的方位的预定的变换/关系的方位，并且/或者基于所述拍摄来探测所述外部摄像头的方位；基于所求取的所述外部摄像头的方位来确定所述机器人摄像头和所述外部摄像头之间的变换，并且确定所述外部摄像头的视野；尤其利用至少一个安设在所述机器人凸缘上的跟踪器/标记单元将所述机器人凸缘移动到所述外部摄像头的(先前确定的)视野中的至少三个不同方位/姿势中，并且通过所述外部摄像头检测所述机器人凸缘的所述至少三个方位、尤其所述跟踪器的方位，并且同时检测所述机器人基座与所述机器人凸缘之间的变换；并且利用确定从机器人凸缘到机器人摄像头(眼睛在手中)和到外部摄像头(眼睛在基座上)的变换，基于所检测的至少三个方位和所述至少三个变换，执行手眼校准。

8、术语校准图案定义了在图像分析的该区域中使用的图案。尤其使用标准化的校准图案，例如qr码或具有附加标记的棋盘状黑白图案。

9、术语“位置”指的是三维空间中的几何位置，其尤其借助笛卡尔坐标系的坐标来说明。尤其该位置可以由三个坐标x、y和z说明。

10、术语“取向”又说明了在空间中的定向(大约在该位置处)。也可以说，通过取向以在三维空间中的方向说明或旋转说明来说明定向。尤其是，该取向可以借助三个角度来说明。

11、术语“方位”既包括位置也包括取向。尤其该方位可以借助六个坐标来说明，三个位置坐标x、y和z以及三个用于取向的角坐标。

12、有利的实施方式在从属权利要求中被要求保护并且尤其在下面阐述。

13、根据实施方式，跟踪器可以安设在机器人凸缘上并且将机器人凸缘移动到至少三个方位中的步骤具有步骤：确定在所述至少三个方位中的每个方位中所述跟踪器与所述外部摄像头之间的变换，并且基于从所述机器人基座到所述机器人凸缘的至少三个变换以及从所述跟踪器到所述外部摄像头的至少三个变换，利用在所述跟踪器和所述机器人凸缘之间的变换的确定，执行所述手眼校准。安设在机器人凸缘上的跟踪器允许通过外部摄像头特别精确地确定其方位，尤其是当该外部摄像头构造为跟踪摄像头时。

14、根据校准方法的另外的实施方式，校准方法可以部分迭代地实施，其中，在执行手眼校准的步骤之后，应用跟踪器与机器人凸缘之间的变换、外部摄像头与跟踪器之间的变换、以及机器人的向前运动，以确定机器人凸缘的三个新方位并且将机器人凸缘与跟踪器(和机器人摄像头)一起相应地移动到这些方位中。以这种方式，在具有最初的粗略校准的第一历程之后，通过具有还能更好地确定的方位或姿势的重新历程还能进一步提高手眼校准的准确度或精度。

15、优选地，移动机器人摄像头的步骤可以：基于所述机器人凸缘和所述机器人摄像头之间的第一变换，尤其基于所存储的粗略的/所估计的变换或者基于3d模型、尤其是cad模型，启发性地和/或系统性地被执行；并且/或者基于随机移动被执行，直到探测到光学校准图案或所述外部摄像头。在第一种情况下，变换的第一粗略估计可以用于不必搜索整个空间，而是如果已知的话已经系统性地将机器人摄像头在外部摄像头的方向上进行移动和定向。接着可以在该有限的区域中搜索外部摄像头或所述校准图案。这降低了用于检测外部摄像头的方位的计算开销和所需的时间。相反，如果校准方法基于机器人臂的随机移动探测外部摄像头的方位，则这可以特别稳健地并且对于新的环境使用，因为不必提前提供数据。

16、尤其，探测光学校准图案的步骤可以具有步骤：将机器人摄像头的拍摄的部分区域与存储的校准图案进行比较，并且在检测到所述部分区域与存储的校准图案一致时，借助图像分析来确定所述校准图案的方位，并且基于在所述校准图案的方位和所述外部摄像头的方位之间的所存储的变换来确定所述外部摄像头的方位。有利的是，外部摄像头本身不必直接被检测而是间接地通过校准图案被检测，因为该外部摄像头例如是小的并且方位不能精确地确定。校准图案可以被设计得较大并相应地布置在基座上，例如布置在使机器人摄像头具有特别良好的视线的高度和定向中。如果校准图案是平面校准图案，则用于检测方位的图像分析变得特别简单，这与直接检测外部摄像头的方位相反。

17、优选地，探测所述外部摄像头的方位的步骤具有步骤：将机器人摄像头的拍摄的部分区域，特别是(例如通过立体摄像头的)(三维)3d拍摄的部分结构与外部摄像头的存储的几何三维模型、特别是cad模型进行比较(备选地或附加地，也可以使用2d摄像头，并且通过应用立体视图将拍摄的2d图像或拍摄与3d模型进行比较)，并且在探测到所检测的几何结构与存储的几何模型的一致性时，通过将3d结构关联来确定外部摄像头的方位。在校准方法的这种设计方案中，通过机器人摄像头(的拍摄)直接识别外部摄像头，并且在所检测的外部摄像头和几何模型之间进行几何拟合。基于所存储的模型对所检测的模型的适配(缩放、旋转、移动和其他)，可以直接求取外部摄像头的方位和视野。

18、根据实施方式，尤其在移动所述机器人摄像头的步骤之前或在执行所述手眼校准的步骤之后，所述校准方法还具有几何校准步骤。由于在医学技术中必须执行特别精确的校准，以便稍后获得几毫米、尤其是小于一毫米的操纵的精度，所以执行几何校准，以便确定所使用的摄像头的光学参数并且在稍后的图像分析中也校正光学失真、色差等等。特别地，几何摄像头校准可以与机器人移动期间的手眼校准相结合。尤其，校准图案固定并且不在空间中移动。

19、尤其，几何校准能够具有步骤：

20、机器人摄像头的移动(尤其是系统性的或者基于从校准图案相对于机器人摄像头的粗略位置出发的启发法，或者借助于随机移动)；通过机器人摄像头检测场景并且借助图像处理和对象识别来探测校准图案。一旦找到校准图案，就知道机器人摄像头和校准图案之间的粗略变换。在使用这种变换和在所述眼睛在手中与机器人凸缘之间的已知(粗略)变换以及向前运动的情况下，校准图案与机器人基座之间的变换是已知的。尤其，在用于几何校准的后续步骤中，图案可以被放置在摄像头的远距距区域和近距区域中的不同位置处，和/或摄像头可以相对于图案定位。图案还必须被放置在不同的位置中以便它出现在机器人摄像头的拍摄(摄像头图像)的每个侧面和角以及中心。此外，校准图案尤其必须相对于摄像头倾斜地设置。机器人的姿势(以及由此眼睛在手中摄像头相对于校准图案的姿势)借助已知的变换来计算，使得图案出现在每个先前描述的位置/机器人摄像头的拍摄的位置上。机器人、尤其是具有机器人摄像头的机器人凸缘盘移动到这些位置中的每个位置中，并且机器人摄像头在这些位置中的每个位置中拍摄校准图案的图像。最后，根据所拍摄的图像计算几何校准。尤其，在机器人摄像头和机器人凸缘之间可能需要粗略已知的转换，该变换源自cad模型或手眼校准。

21、根据校准方法的另外的实施方式，使机器人凸缘移动到至少三个不同的方位中的步骤此外可以具有一个步骤或多个步骤：确定在所述外部摄像头的视野内的由所述外部摄像头能特别精确/准确检测的区域，并且将所述机器人凸缘、特别是所述跟踪器移动到所述视野的该区域中；并且/或者确定所述机器人的关节配置，所述关节配置允许特别精确地检测方位/姿势，并且移动到这些方位/姿势中；并且/或者将所述机器人凸缘、尤其所述跟踪器移动到至少三个在所述外部摄像头的视野中分布的方位中，尤其是移动到以下方位中，在这些方位中在所述机器人凸缘、尤其是所述跟踪器与所述外部摄像头之间的角度可以在小与大之间分布。机器人凸缘和尤其是跟踪器要移动到的方位被这样选择和确定，使得确保方位的检测的特别高的准确度。例如，彼此仅具有小的距离和角度变化的三个方位不能提供所要求的精度。

22、优选地，该方法可以具有步骤：所述机器人和所述外部摄像头之间的手眼校准；和/或所述机器人摄像头和所述外部摄像头之间的手眼校准；和/或所述机器人摄像头和所述机器人之间的手眼校准，其中，在执行所有三个手眼校准并且因此存在冗余变换的情况下，尤其通过平均值估计来执行误差最小化。换句话说，尤其所述校准及其变型方案可以被组合以最小化误差(尤其借助最小化方法)。这意味着以下步骤的任意组合：在所述机器人和所述外部摄像头(眼睛在基座上)之间执行手眼校准；并且/或者在外部摄像头(眼睛在基座上)和机器人摄像头(眼睛在手中)之间执行手眼校准；并且/或者在机器人摄像头(眼睛在手中)和机器人之间执行手眼校准。尤其，在收集样本之后计算校准并且通过优化所得到的变换的计算来最小化误差，使得误差最小。组合的校准步骤尤其是也可以相继地执行。优选地，可以同时地、尤其利用一个或多个几何校准来执行一个或多个手眼校准。在这种情况下，对于机器人凸缘的每个实施的机器人姿势或方位，几何上待校准的摄像头拍摄校准图案的拍摄(图像)，同时收集来自校准系统或来自不必校准的系统(例如跟踪摄像头或具有精确运动学的机器人)的变换。几何校准步骤和手眼校准步骤随后可以顺序地或并行地被解决。

23、尤其，机器人凸缘和/或安设在机器人凸缘上的跟踪器可以用于执行机器人本身的校准。可以通过作为跟踪摄像头的外部摄像头来进行检测。将跟踪器的实际方位与跟踪器的期望方位进行比较，并且在偏差的情况下应用校正因数以匹配到期望方位上。校准方法的方法因此尤其也可以用于校准机器人，其中在机器人摄像头和外部摄像头之间执行校准期间同时检测机器人姿势。然后借助跟踪数据校准机器人运动学，并且优化机器人运动学模型，使得匹配从机器人凸缘的跟踪器收集的相对于外部摄像头的和/或从机器人摄像头收集的相对于校准图案的跟踪数据。优选地，可以类似地相对于机器人备选地或附加地校准跟踪摄像头。

24、尤其，校准方法能够具有步骤：布置静态的外部摄像头，在机器人上布置摄像头作为机器人摄像头，尤其是在外部摄像头的视野中。

25、关于外科手术导航辅助系统，所述任务通过以下方式解决，即，该外科手术导航辅助系统具有：至少一个机器人，所述机器人具有连接在机器人基座上的具有机器人凸缘的可移动的机器人臂和尤其在所述机器人凸缘上的跟踪器；连接到所述机器人凸缘上的机器人摄像头(眼睛在手中)，所述机器人摄像头借助所述机器人臂可移动；以及具有至少一个外部摄像头的外部摄像头系统，其中，机器人凸缘、尤其跟踪器以及优选所述机器人摄像头可移动到外部摄像头的视野中。与现有技术不同，辅助系统还具有控制单元，所述控制单元被设置并且专门适于：

26、借助可操控的机器人臂使所述机器人摄像头移动并且通过所述机器人摄像头创建并处理拍摄；

27、在所创建的拍摄中探测具有关于外部摄像头的预定变换/关系的光学校准图案和/或基于所述拍摄确定外部摄像头的方位；

28、基于所求取的外部摄像头的方位，确定所述机器人摄像头和所述外部摄像头之间的变换以及所述外部摄像头的视野；

29、将所述机器人凸缘、尤其所述跟踪器移动到/控制到所述外部摄像头的视野中的不同的至少三个方位中，并且通过所述外部摄像头检测所述机器人凸缘、尤其所述跟踪器的所述至少三个方位，以及同时在所述至少三个方位的每个方位中检测所述机器人基座与所述机器人凸缘之间的变换；并且

30、利用确定机器人凸缘与机器人摄像头(眼睛在手中)之间的变换，尤其利用跟踪器与机器人摄像头之间的变换、以及机器人凸缘、尤其是跟踪器与外部摄像头(眼睛在基座上)之间的变换和/或机器人凸缘与跟踪器之间的变换，基于至少三个检测的方位和三个检测的变换来执行手眼校准。

31、根据实施方式，外部摄像头可以紧固在基座上，其中，在所述基座上还刚性地相对于所述外部摄像头布置光学校准图案，并且在存储单元中存储所述光学校准图案的方位和所述外部摄像头的方位之间的变换并且将该变换提供给所述控制单元以便执行校准。控制单元通过机器人摄像头的拍摄结合图像分析来检测光学校准图案的方位，并且基于所检测的该方位以及校准图案的方位和外部摄像头之间的已知且存储的转换或变换矩阵来最终计算和确定外部摄像头的方位及其视野。

32、优选地，外部摄像头可以是用于跟踪的立体摄像头，尤其是基于红外线的立体摄像头。尤其，跟踪器可以是具有多个、尤其四个彼此间隔开的红外标记的基于红外线的跟踪器。以这种方式可以特别好地在空间上检测跟踪器。

33、尤其是机器人凸缘、跟踪器和机器人摄像头彼此间可以具有大致相同大小的距离。因此这三个组件紧密地彼此靠近地、但彼此相同间隔地布置，并且控制单元可以借助图像分析来执行对方位的附加检查。

34、根据实施方式，场景可以被设置成使得机器人凸缘上的跟踪器首先在外部摄像头的视野内。以这种方式进一步支持校准。

35、尤其，可以使用自动的手眼校准执行校准方法而无需预先知道机器人摄像头相对于凸缘的位置。尤其，当机器人凸缘上的跟踪器处于外部摄像头的视野中时，机器人可以将跟踪器移动到随机方位/姿势中。在每个方位中收集用于校准手眼系统的样本。样本具有从机器人基座到机器人凸缘的变换和从外部摄像头到跟踪器的变换。一旦在跟踪器被外部摄像头检测的方位中收集了至少三个样本，就可以例如通过tsai-lenz算法来计算(暂时的)手眼校准。此后是机器人基座与机器人摄像头之间的变换。尤其，校准方法可以继续。

36、尤其，用于几何校准的校准图案可以与用于检测外部摄像头的方位的光学校准图案相同。以这种方式对于整个校准方法或辅助系统仅需要唯一的校准图案。

37、优选地，光学校准图案也可以显示在屏幕上。因此已经存在于手术室中的设备可以用于校准，并且不必印刷和安设自己的校准图案。尤其，作为校准图案，当校准图案通过屏幕(例如手术监控器)输出时，可以是时间上可变的、即动态的校准图案。例如校准图案的刻度可以在时间上改变。

38、尤其，机器人摄像头(眼睛在手中摄像头)可以被校准或配准到外部摄像头上(借助于手眼校准算法)。在此，校准图案和外部摄像头之间的变换必须是恒定的。机器人的方位是这样生成的，即外部摄像头在每个姿势中检测凸缘上的跟踪器(即在视野中)，并且作为回报所述机器人摄像头在每个方位/姿势中看到并检测校准图案。在每个姿势中再次收集样本。样本具有、尤其由机器人凸缘上的跟踪器和外部摄像头之间的变换以及机器人摄像头和校准图案之间的变换组成。在这种情况下，执行相应适配的手眼校准提供了校准图案与外部摄像头之间的变换以及机器人摄像头与由外部摄像头跟踪或追踪的跟踪器之间的变换。

39、根据另外的实施方式，外部摄像头可紧固在基座上并且光学校准图案关于外部摄像头可相对移动地布置。在此，外部摄像头尤其是通过刚性地安设在校准图案上的具有光学标记的校准跟踪器(诸如光学刚体跟踪器)跟踪可相对移动的校准图案，其中，在这种情况下在存储单元中存储从校准跟踪器(的方位)到校准图案(的方位)的静态变换(例如变换矩阵)，使得外部摄像头跟踪校准跟踪器的方位并且可以通过静态变换求取校准图案的方位。另外，作为校准跟踪器的备选，可以使用图像处理方法来跟踪校准图案，以便直接检测所述校准图案并且确定方位。通过跟踪光学校准图案，控制单元可以在此基础上计算从光学校准图案的方位到外部摄像头的方位的动态变换并且将该变换用于校准。

40、根据实施方式，外部摄像头可以是光学摄像头。在这种情况下，可以执行外部摄像头的几何校准。在该情况下，机器人不(或不仅)使机器人摄像头移动，而是使校准图案(校准图案在该情况下紧固在机器人凸缘上)在外部摄像头(眼睛在基座上)的前方移动以对校准图案进行定位。

41、优选地，机器人摄像头可以是跟踪摄像头。

42、就计算机可读存储介质而言，所述任务通过以下方式解决，即，计算机可读存储介质包括指令，该指令在由计算机实施时使得计算机实施根据本公开的校准方法的方法步骤。

43、根据完全优选的实施方式，校准方法和辅助系统的专门适配的控制单元具有下面的步骤或配置。尤其，外部摄像头/眼睛在基座上(摄像头)可以是跟踪摄像头，并且机器人摄像头眼睛在手中(摄像头)可以是光学2d或3d摄像头，其中，跟踪器刚性地安设在机器人凸缘上并且因此也安设在机器人摄像头上。在第一步骤中，进行机器人在外部摄像头(眼睛在基座上摄像头)的视野中的粗略定位。机器人在空间中移动机器人摄像头/眼睛在手中(例如系统性地，或基于假定外部摄像头/眼睛在基座上相对于机器人摄像头/眼睛在手中的粗略位置的启发法，或者借助于随机移动)。在此，在眼睛在手中和机器人凸缘之间的粗略已知的变换是必需的或至少是有帮助的。该变换可以例如来自cad模型。机器人摄像头检测场景并且尝试寻找外部摄像头，办法是：该机器人摄像头要么寻找安设在外部摄像头的区域中的跟踪器或已知图案(校准图案)，要么通过图像处理和识别拍摄中(图像中)的外部摄像头(当该外部摄像头已经被检测时)直接找到该外部摄像头。外部摄像头的位置、尤其是方位通过以下方式确定(尤其是估计)：借助图案(校准图案)和/或跟踪器的相对于外部摄像头的位置(必须是已知的，但是可以非常粗糙)，或者通过将摄像头模型适配于所识别的摄像头并且求取外部摄像头的粗略方位。借助这些步骤，外部摄像头和机器人摄像头之间的(至少粗略的)变换是已知的。为了继续，机器人摄像头和机器人凸缘之间的粗略变换是有帮助的。该粗略变换例如可以来自cad模型。借助该变换以及在机器人摄像头(眼睛在手中)和外部摄像头(眼睛在基座上)之间的粗略变换，结合外部摄像头的已知视野，存在用于将由机器人致动的机器人摄像头移动到外部摄像头的视野中的所有信息。这之后尤其是解决手眼校准问题的步骤。对于该步骤，机器人凸缘上的跟踪器需要靠近机器人凸缘本身，以便能够假定在机器人移动时跟踪器也位于眼睛在基座上摄像头的视野中。备选地，(例如从cad模型)也可以知道跟踪器的相对于机器人凸缘的粗略位置。为了手眼校准，紧固在机器人凸缘上的跟踪器(与机器人一起)在外部摄像头的视野中移动。外部摄像头的视野是已知的。该信息被用于计算机器人的姿势并且因此计算跟踪器的方位或姿势。生成跟踪器的相对于外部摄像头的方位/姿势，使得手眼校准的误差最小化。为了计算姿势，可以考虑以下信息：外部摄像头的视野内的最精确的区域；和/或机器人的这种关节配置，其中能够期待最佳的精度；和/或在外部摄像头(眼睛在基座上)的视野内的跟踪器的姿势的分布；和/或在外部摄像头的视野内的跟踪器的姿势的分布，使得跟踪器与摄像头之间的角度可以在大和小之间分布。机器人被控制或移动到所计算的姿势，并且不仅针对机器人凸缘和机器人基座之间的变换而且针对外部摄像头和机器人凸缘上的跟踪器之间的变换收集样本。最后，借助于已知的方法、尤其是利用tsai-lenz算法来计算手眼校准。根据可选的步骤，在检测至少三个方位/姿势之后，可以利用已知的方法、如tsai-lenz算法计算手眼校准的中间校准。这种新的手眼校准包含跟踪器和机器人凸缘之间的变换。在使用从外部摄像头到跟踪器的变换、从跟踪器到凸缘的变换以及机器人的向前运动的情况下，可以用更准确的变换来更新外部摄像头和机器人基座之间的姿势。为了收集另外的随机样本以用于更准确的手眼校准，使用新的变换重新计算所计算的姿势，或者利用上述方案计算机器人的新的姿势。然后机器人随着跟踪器的移动而前进并且收集另外的样本。

44、与本公开的外科手术导航辅助系统关联的任何公开也适用于本公开的校准方法，反之亦然。