[發明專利]基于振幅型透射光柵投影的三維內窺測量裝置和方法

無效

• 申請號: 200810040389.7
• 申請日: 2008-07-09
• 公開（公告）號: CN101305899A
• 公開（公告）日: 2008-11-19
• 發明（設計）人: 周常河;張軍;王曉鑫;謝金;賈偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: A61B1/002
• 分類號: A61B1/002;G02B23/24
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司
• 代理人: 張澤純

技術領域

本專利涉及三維內窺測量裝置，特別是一種基于振幅型透射光柵投影的三維內窺測量裝置和方法。

背景技術

內窺鏡是一種光機電相結合的精密儀器，用于觀察人眼所不能直接觀察到或者不方便觀察的體內組織和結構，為醫學診斷，特別是微創手術提供科學的診斷信息。從最初的硬管內窺鏡到現在的纖維內窺鏡以及電子內窺鏡，內窺鏡的技術發展日臻成熟。

現行的內窺鏡，包括纖維內窺鏡和電子內窺鏡。內窺鏡在結構上包括照明系統和圖像采集系統。照明系統將光源(常用的如鹵素冷光源)產生的照明光束導入待測組織內部，為成像系統提供觀察所需的光能量。現行的照明系統多采用非結構光光源照明，照明光源本身不包含任何編碼信息。圖像采集系統通過導像束或者CCD相機采集待測組織的光場的分布信息，得到待測組織的二維圖像。

這種內窺圖像所包含的信息反映了待測組織的平面信息，圖像處理工作集中在提高現有平面圖像的質量(例如，清晰度和彩色圖像)和消除由于系統產生的各種像差。法國的J.F.Rey等將內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1：J.F.Rey，etc，al.，Electronic?Video?Endoscopy：Preliminary?Results?ofImaging?Modification，Endoscopy，Vol.20，1988：8-10]。意大利的S.Guadagni等以電子內窺鏡和一臺386計算機為核心，研制了電子內窺鏡圖像處理分析系統[參見在先技術2：S.Guadagni，etc，al.，Imaging?in?Digestive?Videoendoscopy，SPIE，Optic?Fibers?inMedicine，Vol.1420，1991：178-182]。特別是微型CCD的出現，極大的提高了平面圖像所包含的信息質量。這些技術的發展為醫學診斷創造了良好的條件。

但是，現行的內窺鏡由于光源所包含的信息非常少，只能得到待測組織的平面二維信息，顯然在測量過程中丟失了包含物體相對深度和橫向尺寸的三維面形分布信息。這種三維面形分布信息的丟失給科學診斷帶來了很大的限制。克服這種缺點的方法是采用光學的三維測量技術，這種技術能有效同內窺成像技術進行結合，從而得到測量目標的三維面形分布，提供測量目標的三維面形信息。

光學三維面形測量技術是一類成熟的測量技術，廣泛應用于工業測量等領域，具有精度高，速度快以及非接觸性測量等優點。基于結構光投影的光學三維面形測量技術采用主動光學三維測量，對光源進行編碼，產生結構光源(點，線，光柵條紋等)，利用產生的結構光源照明測量目標。通過測量目標三維表面對照明結構光進行調制的結果，獲取測量目標表面面形信息的光場分布。通過圖像采集系統采集測量目標表面光場分布，經過三維面型信息解調算法，得到物體的三維面形數據，重建測量目標的三維面形分布。特別的，利用光柵條紋作為結構光的傅立葉變換輪廓術(FTP)，Takeda?Mitsuo等于1983年提出此種方法[參見在先技術3：Takeda?Mitsuo，Mutoh?Kazuhiro，“Fourier?transform?profilometry?for?the?automatic?measurement?of?3-Dobject?shapes”，Applied?Optics，Vol.22，Issue.24，1983]。這種方法利用光柵條紋光場作為結構光源，通過對圖像強度分布進行傅立葉變換、濾波、反傅立葉變換、位相展開等圖像處理和信息解調算法，得到測量目標的三維面形分布。

一種已知內窺三維測量技術方案基于激光高度掃描技術。但是這種高度掃描系統控制結構復雜，所需時間較長，實施方案繁瑣。

周常河，王曉鑫，張軍等提出的基于導像束的光柵投影三維測量方法和裝置(周常河，王曉鑫，張軍等，“基于光柵投影的三維內窺測量裝置和方法”，發明專利，申請號200810037012.6)。上述發明中利用導像束作為照明結構光的傳輸通道，實施中必須考慮到導像束的分辨率匹配，導像束和光路之間的耦合。

發明內容

本發明的目的是要克服上述現有內窺鏡輸出圖像中三維面形信息的丟失的技術問題，提供一種基于振幅型透射光柵的三維內窺測量裝置和方法，以獲得內窺測量目標的三維面形分布信息，并具有測量速度快、測量精度高和方法簡單的特點。

本發明的技術解決方案如下：