一种立体内窥镜及内窥镜测量方法技术

本发明专利技术公开了一种立体内窥镜及内窥镜测量方法，包括光扇立体摄像机、双器械通道医疗内窥镜和操作手柄、医疗内窥镜稳定器、医疗内窥镜工作台和内窥镜测量方法。一个光扇立体摄像机采集的立体影像被光扇沿着水平方向上压缩后输出的一种光扇左右格式的影像与传统左右格式的影像相比拥有相同的水平视角，解析度，影像效率和一半像素的标准播放格式。一个立体内窥镜结合了光扇立体摄像机的优势和双器械通道内窥镜和内窥镜操作手柄技术，让医生能够使用自己的双手同时操作两个器械进行内窥镜和微创手术，不仅极大地提高了手术的准确性，稳定性，质量和效率，而且解决了医生手眼分离的困扰。一种内窥镜测量方法能够对内窥镜和微创手术中发现的肿块，粘膜和病变组织实时地进行测量。本发明专利技术可应用于医疗内窥镜、工业内窥镜、内窥镜测量和其他立体影像应用领域。

【技术实现步骤摘要】
一种立体内窥镜及内窥镜测量方法
本专利技术涉及一种立体内窥镜、以及光扇立体摄像机、光扇左右格式、双器械通道医疗内窥镜和内窥镜操作手柄、内窥镜测量方法、内窥镜装置和系统。
技术介绍
两种主流的双镜头单图像传感器立体成像技术；第一种是两个独立的光学镜头模组通过两个成像圆的方式分别将采集的两个独立的和具有不同视角的影像投射在一个图像传感器的左半部和右半部上成像。第二种是两个独立的光学镜头模组采集的两个独立的和具有不同视角的影像经过一个镜头组二次成像后通过一个成像圆的方式投射在一个图像传感器上成像。上述两种成像圆成像技术获得的一个左右格式的影像中的左右两个影像存在着水平视角小，影像效率低和较小的影像播放格式的问题。传统的软管式医疗内窥镜技术和产品存在着下面几个(不限于)主要缺憾。第一个是获得的影像中没有深度信息。第二个是无法对手术中发现的可疑的肿块，粘膜和病变组织进行高精度的实时测量。第三个是医疗内窥镜只有一个内窥镜器械通道，内窥镜医生只能使用单手操作一个器械。第四个是医生操作内窥镜和腔镜时仍然受到手眼协调性和手眼分离的困扰。第五个是在手术中内窥镜的镜头和器械出口的稳定性不足。尤其是在进行粘膜剥离手术时。近年来，以ESD为代表的消化内镜治疗技术发展迅速，已经能够完整地切除表浅消化道癌，粘膜下的肿瘤，体表无创伤并达到了与外科手术同样的效果。但是医生仍然还是通过传统的平面影像技术结合单手操作器械的方式进行手术。自然腔道微创手术NOTES技术和达芬奇(DaVinci)机械臂腔镜微创手术技术已经证明了如果一个医生能够在一个放大的立体影像环境下使用自己的双手同时操作两个医疗手术器械进行腔镜手术和微创手术，可以极大地提高手术的准确性，稳定性，质量和效率。到目前为止，工业内窥镜技术和产品仍然存在着的三个(不限于)主要的缺憾。第一个是获得的影像中没有深度信息。第二个是双目测量技术无法对物体表面裂纹和横截面的形状，表面受到冲击或腐蚀造成的表面凹凸及横截面的形状进行测量。第三个是无法对现场检验中发现的部分问题进行实时处理。为了解决上述传统的医疗内窥镜和工业内窥镜技术中存在的问题，本专利技术提出的一种立体内窥镜及内窥镜测量方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种立体内窥镜及内窥镜测量方法，以解决下面的技术问题(不限于)：第一个是软管式内窥镜采集的影像中没有深度信息；第二个是传统的医疗内窥镜只有一个内窥镜器械通道，内窥镜医生依靠单手操作器械；第三个是医生在进行内窥镜和微创手术时仍受到手眼协调性和手眼分离的困扰；第四个是传统的医疗内窥镜无法对手术中发现的可疑的肿块，粘膜和病变组织进行高精度的实时测量；双目式立体工业内窥镜无法对表面裂纹和受损后的表面凹凸横截面形状进行测量；第五个是内窥镜影像和内窥镜终端器械通道在手术中稳定性的问题。一种立体内窥镜包括一个光扇立体摄像机、一个双器械通道医疗内窥镜、一个双器械通道医疗内窥镜操作手柄、一个医疗内窥镜稳定器、一个医疗内窥镜工作台、一个立体影像处理器、一种立体影像平移方法、一种内窥镜测量方法和操作系统。一种立体内窥镜是一种使用了光扇立体摄像机作为内窥镜摄像机的立体内窥镜。一个光扇立体摄像机包括两个完全相同的光学镜头模组，一个图像传感器(CCD或CMOS)和一个立体影像处理器。光扇立体摄像机中的两个完全相同的光学镜头模组的中心线与光扇立体摄像机中心线对称且彼此平行。每一个光学镜头模组中设置有一个光扇，光扇沿着一条位于两个光学镜头模组中心线所在的平面上并与两个光学镜头模组中心线垂直的直线方向上对光学镜头模组采集的影像进行压缩，沿着一条与两个光学镜头模组中心线所在的平面垂直的直线方向上保持影像不变。两个光学镜头模组采集的两个影像分别经过各自模组中的光扇后，在同一个图像传感器成像表面的左半部和右半部上分别成像。传统的双镜头或双镜头模组将各自采集的影像分别通过一个成像圆的方式投射到同一个图像传感器的成像表面的左半部和右半部上分别成像。一个光扇立体摄像机中两个光学镜头模组将各自采集的影像分别通过一个成像椭圆的方式投射到同一个图像传感器的成像表面的左半部和右半部上分别成像。一个光扇沿着一条位于两个光学镜头模组中心线所在的平面上并与两个光学镜头模组中心线垂直的直线方向上的影像压缩率可以从零(0％)至百分之五十(50％)不等，沿着一条与两个光学镜头模组中心线所在的平面垂直的直线方向上的影像压缩率等于零(0％)。影像压缩率指的是在一个确定的方向上：[(压缩前的影像长度－压缩后的影像长度)÷(压缩前的影像长度)]×100％。光扇又称为光线扇。一个光扇是由两个轴线相互垂直的柱镜组成。柱镜是一个正柱面透镜或正柱面镜片。柱镜带有曲率的表面可以是圆柱面或非圆柱面。光扇中的一个柱镜的轴线位于两个光学镜头模组中心线所在的平面上并与两个光学镜头模组中心线垂直，另一个柱镜的轴线与两个光学镜头模组中心线所在的平面垂直。光扇中的两个柱镜的中心都位于光学镜头模组中心线上。光扇在两个不同的主子午面中的影像压缩率不同，如果光扇的两个主子午面中的影像都处于聚焦状态，则所有的子午面中的影像都是处于聚焦状态。这是一个光扇系统能够获得高质量影像须要满足的条件之一。一个光扇中，一个柱镜中的一个子午面与其主子午面成η角时，该子午面内的光焦度为Gη＝G0×Cos2η。当光扇中的两个柱镜的轴线彼此互成90°时，则其中的一个是η，另一个是(90°－η)，并且Sin2η+Cos2η＝1。其中G0是柱镜主子午面内的光焦度。光扇立体摄像机输出的影像格式是一种光扇左右格式。光扇左右格式的影像中的左右两个影像分别是两个相对应的光学镜头模组采集的两个被各自模组中的光扇沿着一条位于两个光学镜头模组中心线所在的平面上并与两个光学镜头模组中心线垂直的直线方向上压缩了一半，沿着一条与两个光学镜头模组中心线所在的平面垂直的直线方向上保持不变的影像。当一个光扇立体摄像机中的两个光学镜头模组为水平放置时，光扇左右格式的影像中的左右两个影像沿着水平方向上的影像压缩率为百分之五十(50％)，沿着垂直方向上的影像压缩率为零(0％)的一种影像格式。传统的立体影像采集技术使用两个独立的摄像机对着关注物体同步地进行拍摄，获得两个独立的和具有不同视角的影像分别经过下采样后，按照左右排列的方式被拼接在一起成为一个传统左右格式的影像。这种传统的立体影像采集技术和方法已经成为一种立体影像采集技术的标准。传统左右格式的影像满足目前主要市场，国家和行业的影像传输标准，立体播放器和立体影像播放格式标准。传统左右格式的影像具有高质量的立体影像效果，较大的影像视角，较高的影像效率，具有一半像素的立体播放格式。与传统左右格式相比，光扇左右格式的影像中的左右两个影像不仅拥有相同的水平视角，解析度，影像效率，一半像素的标准播放格式，符合所有立体播放器和立体影像播放格式和标准，而且具有同步成像，更小延迟，结构简单和更低成本的优势。传统的摄像机通过一个成像圆的方式将采集的影像投射到一个水平长度为w，垂直高度为v，面积为w×v的长方形图像传感器成像表面上成像。如果图像传感器的成像表面是成像圆的一个最大内接长方形，成像圆的直径为D＝(w2+v2)1/2。光扇立体摄像机中每一个光学镜头模组中的一个光扇将传统的一个成像圆变形成一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种立体内窥镜，其特征在于，所述的一种立体内窥镜包括；一个光扇立体摄像机；一个双器械通道医疗内窥镜；一个双器械通道医疗内窥镜操作手柄；一个医疗内窥镜稳定器；一个医疗内窥镜工作台；一个立体影像处理器。

【技术特征摘要】
1.一种立体内窥镜，其特征在于，所述的一种立体内窥镜包括；一个光扇立体摄像机；一个双器械通道医疗内窥镜；一个双器械通道医疗内窥镜操作手柄；一个医疗内窥镜稳定器；一个医疗内窥镜工作台；一个立体影像处理器。2.根据权利要求1所述的一种立体内窥镜，其特征在于，所述的一个光扇立体摄像机包括两个完全相同的光学镜头模组、一个图像传感器(CCD或CMOS)和一个立体影像处理器；一个光扇立体摄像机中设置有两个完全相同的光学镜头模组，两个光学镜头模组中心线与光扇立体摄像机中心线对称且彼此平行，每一个光学镜头模组中设置有一个光扇，光扇沿着一条位于两个光学镜头模组中心线所在的平面上并与两个光学镜头模组中心线垂直的直线方向上对光学镜头模组采集的影像进行压缩，沿着一条与两个光学镜头模组中心线所在的平面垂直的直线方向上保持影像不变，两个光学镜头模组采集的两个影像分别经过各自模组中的光扇后，在同一个图像传感器成像表面的左半部和右半部上分别成像。3.根据权利要求1或2所述的一种立体内窥镜，其特征在于，所述的光扇立体摄像机中每一个光学镜头模组中设置的一个光扇是由两个轴线相互垂直的柱镜组成，所述的柱镜是一个正柱面透镜或正柱面镜片，柱镜带有曲率的柱面表面是圆柱面或非圆柱面，其中的一个柱镜的轴线位于两个光学镜头模组中心线所在的平面上并与两个光学镜头模组中心线垂直，另一个柱镜的轴线与两个光学镜头模组中心线所在的平面垂直。4.根据权利要求1或3所述的一种立体内窥镜，其特征在于，所述的光扇立体摄像机输出一种光扇左右格式的影像，光扇左右格式的影像中的左右两个影像分别是两个相对应的光学镜头模组采集的两个被各自模组中的光扇沿着一条位于两个光学镜头模组中心线所在的平面上并与两个光学镜头模组中心线垂直的直线方向上压缩了一半，沿着一条与两个光学镜头模组中心线所在的平面垂直的直线方向上保持不变的影像。5.根据权利要求1或3所述的一种立体内窥镜，其特征在于，所述的光扇立体摄像机有三种不同的模型，三种不同模型的光扇立体摄像机分别使用下面三种具有不同光学设计和结构设计的光学镜头模组；第一种光学镜头模组设计包括一个镜头组、一个光扇和一个直角棱镜；镜头组中设置有一个斜平板镜片；第二种光学镜头模组设计包括两个镜头组、两个直角棱镜或一个斜方棱镜、一个光扇和一个直角棱镜；两个直角棱镜或一个斜方棱镜位于两个镜头组之间；第三种光学镜头模组...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭波，杨玉珍，
申请(专利权)人：彭波，
类型：发明
国别省市：北京,11