增强现实应用需要精确的摄像机校准，以便减少总的目标配准误差。摄像机校准确定摄像机的数学模型，以便确定物理世界空间如何映射到摄像机图像空间，并且因此高度依赖于摄像机的光学元件。摄像机校准算法通常假设摄像机的光学元件是严格固定的，事实上，至少对于如图6至图8中图示的倾斜腹腔镜摄像机来说并非如此。此外，物镜和图像转换器的元件之间的任何机械运动将使光学元件可变。根据本发明专利技术，标记（39）至（42）将被放置在腹腔镜摄像机（12）的视场内，这允许确定光学部分的旋转和机械未对准，而不需要或提供任何附加的传感器。需要或提供任何附加的传感器。需要或提供任何附加的传感器。
【技术实现步骤摘要】
内窥镜摄像机装置和用于摄像机对准误差校正的方法
[0001]本专利技术涉及内窥镜、特别是腹腔镜摄像机装置，并且涉及用于校正由腹腔镜摄像机装置捕获的图像的校准的方法。
技术介绍
[0002]腹腔镜摄像机通常具有适于放置在患者的身体内的刚性细长轴，用于在通常用腹腔镜器械执行的外科手术期间捕获实时图像。腹腔镜摄像机产生外科医生在外科手术期间可以观察的图像，用于执行和控制外科手术。
[0003]德国专利申请DE 10 2018 121 711 A1公开了一种内窥镜摄像机，其具有细长轴，光学系统放置在其远端。光学系统包括物镜和电子图像转换器。
[0004]从公开号为US 2015/012081 A1的美国专利中可以获得侧视内窥镜摄像机。在视频内窥镜的轴的远端，提供了物镜，该物镜可相对于图像传感器围绕轴的纵轴移动。基于观察方向转换命令，观察方向可以从第一观察方向转换到第二观察方向。
[0005]日本专利公开JP 2010008483 A公开了一种成像设备，其能够在执行待检查物体（例如长管状结构）的远程视觉检查时显示位置信息和/或方位信息。加速度传感器和/或地磁传感器布置在成像部分。从传感器输出的位置和方位信息与来自成像部分的视频信号相结合。
[0006]此外，美国专利公开US 2005/027167 A1公开了一种装置，用于补偿当内窥镜移动通过各种定向时从内窥镜的视频摄像机系统获得的图像的显示。用图像传感器将接收到的光学图像转换成电信号。内窥镜摄像机系统包括惯性传感器，用于感测接收到的图像围绕内窥镜光轴的旋转。传感器的输出信号用于旋转图像或图像传感器。在图像传感器旋转的情况下，旋转传感器可以是陀螺仪或一对加速度计。
[0007]用于可变观察方向内窥镜的接口可以从US 2003/114730 A1获得。该接口具有用于接收来自用户的命令的输入设备、用于调节内窥镜的输出设备以及基于给定输入确定适当输出的电子处理设备。处理设备可以被配置成允许操作辅助特征，包括与当前观察对准的坐标系、与用户的周围环境对准的坐标系、与操作腔对准的坐标系、便于立即返回到用户选择的观察方向的存储器以及当前观察方向的清楚指示。
[0008]另外的现有技术可以从EP 1 692 996 A2、EP 2 429 376 A2、DE 10 2008 057 734 B4、EP 3 539 457 A1获得。
[0009]在外科手术期间，外力可能作用在细长轴和光学系统上，并导致图像传感器中的图像错位。那些错位可能对手术结果的准确性产生不利影响。因此，本专利技术的目的是避免那些位错的不利影响。
技术实现思路
[0010]本专利技术的概念提供了一种内窥镜，特别是腹腔镜摄像机装置，包括沿着中心轴从近端延伸到远端，并且适于被引入动物的或人类的身体内的细长轴。该轴包括位于其远端
的光入射窗，以及放置在轴的近端中或近端处、或者替代地放置在远端处的摄像机。摄像机包括图像转换器和光学耦合到图像转换器的物镜。图像转换器可以是适于将投影到芯片表面上的光学图像转换成电图像信号的摄像机芯片。根据本专利技术，至少一个光学标记放置在物镜的光路内，用于被投影到图像转换器上。
[0011]本专利技术的概念允许检测和校正在外科手术期间物镜相对于图像转换器可能经历的变形、错位和移动，无论是无意还是有意造成的。那些移动、变形或错位将在图像转换器处重新定位至少一个光学标记的图像。因此可以根据物镜相对于图像转换器的位置的改变来校正腹腔镜摄像机装置的数学投影模型。物镜位置的改变尤其可以是物镜或其部分围绕轴的纵轴的旋转，如同斜视或侧视物镜的情况。物镜的机械变形或错位将源自投影到图像转换器上的标记图像的重新定位，并用于校正由摄像机装置捕获的所有图像的位置数据。位置数据指示由腹腔镜摄像机成像的物体的空间位置。
[0012]该至少一个光学标记可以放置在物镜的像平面中，或者放置在放置于轴远端的光学系统的光入射窗处。优选地，光学系统定义深度定义，使得至少一个光学标记放置在其中。
[0013]在某些实施例中，物镜旋转地固定到图像转换器，然而在优选实施例中，物镜或其部分可以可移动地连接到图像转换器。特别地，物镜可以包括适配器，该适配器具有设置在其上的光入射窗，并且相对于图像转换器可旋转地固定。如果物镜是其光轴相对于轴的纵轴倾斜的“侧视”物镜，这是特别有用的。通过旋转物镜的远端部分或整个物镜，可以改变观察方向。本专利技术的概念允许在没有任何附加传感器的情况下确定观察方向的旋转位置。
[0014]本专利技术的摄像机装置优选地包括至少一个，优选地两个、三个、四个或更多个放置在视野内的光路中的光学标记。优选地，任何光学标记包括独特的图案，使得所有光学标记一起形成不对称结构。因此无论物镜或其部分旋转多远，标记都不会被混淆。标记可以并且优选地将彼此镜像对称放置，尽管它们本身彼此并不对称。优选地，在物镜位置改变期间（诸如物镜或其部分围绕轴的纵轴旋转），光学标记保持在视场内，如同斜视或侧视物镜的情况一样。
[0015]本专利技术关于增强现实应用和一些其他应用特别有用，这些应用通常需要精确的摄像机校准，以便减少总的目标配准误差，或者以便从腹腔镜图像中获得结构的精确位置。对于摄像机校准，通常，必须从多个姿态拍摄已知校准网格的大量图像，然后馈送给摄像机校准算法。摄像机校准基本上试图确定摄像机的数学模型，以便确定物理世界空间如何映射到摄像机图像传感器空间。摄像机的数学模型高度依赖于摄像机的光学元件。通常，摄像机校准算法假设摄像机的光学元件是严格固定的。然而，由于这不是倾斜的可旋转腹腔镜摄像机的情况，本专利技术提供了一种简单的摄像机校准方法。如果弯曲力作用在稍微柔性的腹腔镜轴上，也是如此。
[0016]可以使用光学耦合器将带有摄像机传感器的摄像机单元连接到腹腔镜。耦合器将把腹腔镜的轴可旋转地连接到摄像机单元。旋转轴将是必要的，特别是在轴的远端具有斜视或侧视的光学元件。在耦合器处不可避免地存在的机械运动（play）可能导致如何将物理世界空间映射到摄像机的图像转换器的不确定性。腹腔镜的光学元件的那些不确定性和/或旋转可以通过光学标记跟踪，从而可以调整适应或校正摄像机的数学模型。
[0017]腹腔镜可以包括牢固地连接到腹腔镜近端的三角测量标记或物体（例如包括一组
三角测量标记或物体的位置指示器），用于检测腹腔镜的位置和定向。
[0018]轴的任何柔性变形都会移动摄像机传感器上的图像，并且从而降低图像定位的精度。光学标记将有助于检测那些定位误差并校正它们。优选地，光学标记放置在光入射窗处或其附近，或者至少靠近轴的远端。因此可靠地检测由轴偏转引起的定位误差将成为可能。在任何情况下，光学标记将被放置成使得可能导致传感器上的图像错位的腹腔镜的任何部分将被放置在标记和图像传感器之间。那些部分可以是柔性轴和耦合器。
附图说明
[0019]本专利技术的摄像机装置的更多细节可以从说明书、权利要求书和附图中获得，在附图中：图1图示外科手术期间的摄像机布置和患者，图2a和2b图示腹腔镜本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种内窥镜，特别是腹腔镜摄像机装置（15），包括：细长轴（25），其沿着中心轴（45）从近端延伸到远端，并且适于被引入到动物或人类的身体（13）中，轴（25）包括在其远端的光入射窗（38），摄像机系统（26），包括在轴（25）的远端具有光入射窗（38）的物镜（33），并且包括具有图像转换器（31）的摄像机单元（27），所述图像转换器光学耦合到物镜（33）以接收光学图像，物镜（33）具有延伸穿过光入射窗（38）的光路，至少一个光学标记（39），放置在轴（25）远端的光路内，用于被描绘在图像转换器（31）上。2.根据权利要求1所述的摄像机装置，其中，所述至少一个光学标记（39）放置在光入射窗（38）上。3.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置，其中，所述物镜（33）旋转固定到所述图像转换器（31）。4.根据权利要求1或2中任一项所述的摄像机装置，其中，其上设置有光入射窗（38）的物镜（33'，33''）相对于图像转换器（31）可旋转地安装。5.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置，其中，光入射窗（38）是棱镜。6.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置，其中，物镜（33）包括轴向光轴（45）。7.根据前述权利要求中任一项所述的摄像机装置，其中，物镜（33'，33''）包括侧向定向的光轴（4...
【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：爱尔博卓见有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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