[發(fā)明專利]基于光柵投影的三維內(nèi)窺測量裝置和方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810037012.6
• 申請日: 2008-05-06
• 公開（公告）號: CN101264002A
• 公開（公告）日: 2008-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周常河;王曉鑫;張軍;謝金;賈偉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: A61B1/06
• 分類號: A61B1/06;G06T7/00
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本專利涉及內(nèi)窺鏡，特別是一種基于光柵投影的三維內(nèi)窺測量裝置和方法。

背景技術(shù)

內(nèi)窺鏡是一種光機電結(jié)合的精密醫(yī)療儀器，用于觀察體內(nèi)組織和結(jié)構(gòu)，為醫(yī)學診斷，特別是微創(chuàng)手術(shù)提供科學的診斷信息。從最初的硬管內(nèi)窺鏡到現(xiàn)在的纖維內(nèi)窺鏡以及電子內(nèi)窺鏡，內(nèi)窺鏡的技術(shù)發(fā)展日臻成熟。

現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡包括纖維內(nèi)窺鏡和電子內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡一般由照明系統(tǒng)和圖像采集系統(tǒng)組成。照明系統(tǒng)主要是將光源(常用的如鹵素冷光源)產(chǎn)生的照明光傳導入體內(nèi)，為待觀察的組織提供成像照明。現(xiàn)行的照明系統(tǒng)多采用非結(jié)構(gòu)光源照明，照明光場本身不能攜帶任何的編碼信息。圖像采集系統(tǒng)則是通過光纖導像束或者CCD采集組織圖像，得到被測組織的二維圖像信息。

這種內(nèi)窺圖像所包含的信息反映了被測組織的二維平面信息，圖像處理工作集中在提高現(xiàn)有平面圖像的質(zhì)量(例如清晰度和彩色圖像)和消除由于系統(tǒng)產(chǎn)生的各種像差。法國的J.F.Rey等將內(nèi)窺鏡輸出的視頻信號采集到計算機中進行圖像分析和處理[參見在先技術(shù)1：J.F.Rey，etc，al.，Electronic?Video?Endoscopy：Preliminary?Resultsof?Imaging?Modification，Endoscopy，Vol.20，1988：8-10]。意大利的S.Guadagni等以電子內(nèi)窺鏡和一臺386計算機為核心，研制了電子內(nèi)窺鏡圖像處理、分析系統(tǒng)[參見在先技術(shù)2：S.Guadagni，etc，al.，Imaging?in?Digestive?Videoendoscopy，SPIE，Optic?Fibersin?Medicine，Vol.1420，1991：178-182]。近來，微型CCD的出現(xiàn)，極大的提高了平面圖像所包含的信息質(zhì)量。這些技術(shù)的發(fā)展為醫(yī)學診斷創(chuàng)造了良好的條件。

但是，現(xiàn)有內(nèi)窺鏡系統(tǒng)由于光場所包含的信息非常少，只能得到被測組織的平面二維信息，而丟失了包含物體相對深度和橫向尺寸的三維形貌信息，這種信息的丟失給科學診斷和醫(yī)學研究造成了很大的限制。克服這種缺點的方法是采用光學三維測量技術(shù)，這種技術(shù)能有效的同內(nèi)窺成像技術(shù)相結(jié)合，測量目標的三維面形分布，提供目標的三維形貌信息。

光學三維形貌測量技術(shù)是一類成熟的測量技術(shù)，廣泛應用于各種測量領(lǐng)域，具有精度高、速度快和非接觸性測量等優(yōu)點。其中一種光學三維形貌測量技術(shù)采用主動光學三維測量原理，使照明光場結(jié)構(gòu)化(點，線，光柵條紋等)，利用結(jié)構(gòu)光照明被測物體，被測物體三維表面對照明的結(jié)構(gòu)光進行調(diào)制，使光場攜帶被測物體表面的三維形貌信息。再通過CCD拍攝調(diào)制結(jié)構(gòu)光場的圖像，經(jīng)計算機處理，通過三維形貌重構(gòu)算法，得到被測目標的三維形貌信息。特別的，利用光柵條紋作為結(jié)構(gòu)光的傅立葉變換輪廓術(shù)(FTP)，由Takeda等人于1983年提出[參見在先技術(shù)3：TakedaMitsuo，Mutoh?Kazuhiro，“Fourier?transform?profilometry?for?the?automaticmeasurement?of?3-D?object?shapes”，Applied?Optics，Vol.22，Issue.24，1983]。這種方法將光柵條紋光場作為結(jié)構(gòu)光源，通過對圖像強度分布進行傅立葉變換、濾波、傅立葉逆變換、位相展開等圖像和信息解調(diào)算法處理，得到測量目標的三維形貌信息。

現(xiàn)有的內(nèi)窺三維測量系統(tǒng)采用激光高度掃描技術(shù)。但是，這種激光掃描系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)復雜，所需時間較長，實施方案繁瑣，技術(shù)尚不成熟。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)窺鏡輸出圖像三維信息的丟失問題等不足，提供一種基于光柵投影的三維內(nèi)窺測量裝置和方法，以獲得內(nèi)窺對象的三維形貌信息，并具有測量速度快、測量精度較和方法簡單的特點。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種基于光柵投影的三維內(nèi)窺測量裝置，其特點在于由光纖導像束、振幅型透射光柵、準直透鏡、半導體激光器光源、微型面陣CCD探測器、傳輸線、圖像采集卡和計算機構(gòu)成，所述的計算機具有相應的圖像處理和三維形貌計算重構(gòu)軟件，各部件的連接關(guān)系是：所述的半導體激光器光源發(fā)出的激光依次經(jīng)準直透鏡、振幅型透射光柵和光纖導像束照射在待測物體表面，由微型面陣CCD探測器拍攝被待測物體表面三維形貌所調(diào)制的振幅型透射光柵的投影條紋后經(jīng)傳輸線、圖像采集卡進入計算機。

利用上述光柵投影的三維內(nèi)窺測量裝置進行測量的方法，包括下列步驟：