CN112971687A - 一种可实现2d转3d成像的新型内窥镜适配器 - Google Patents
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Abstract
为了解决3D电子镜的高精度小尺寸CCD/CMOS难以获得和长时间工作产生热量的问题，提出一种基于双光路设计的3D光学内窥镜系统。该系统采用Hopkins棒状镜光学系统进行双光路的设计，然后通过双路结构设计将两个单光路系统并列安装于一个镜管中，再通过中继镜系统将两个光路的两幅图像成像于一个大面阵CCD/CMOS上，通过图像融合技术处理成3D图像显示出来。该系统可以保证图像的高质量传输，获得高分辨率的3D图像。
Description
技术领域
本发明属于3D成像与医疗器械技术领域，涉及一种可实现2D 转3D成像的新型内窥镜适配器。
技术背景
近年来微创手术技术在全球范围内的推广和普及，推动了微创医疗器械的发展，内窥镜微创医疗器械最具有代表性。由于微创手术越来越多的应用于临床，其操作的复杂性和多样性越来越突出，也逐渐成为制约微创手术进一步提高与发展的主要问题。为了让医生在患者体外得到患者体内的真实3D影像信息，3D内窥镜随之被研发成功。
3D内窥镜的基本原理是，利用两组成像系统拍摄到同一目标物体不同视角的两幅图像，再通过图像处理将两幅图像融合成3D图像。 3D内窥镜可分为3D光学镜和3D电子镜。3D光学镜一般采用双光路设计，利用两组光学系统进行成像和传像，这就要求两组光学系统在焦距、放大率、分辨率、视场角、以及视向角等各个方面高度一致，否则将对3D成像质量和3D效果产生影响，因此3D光学镜在光学镜片的加工、装调以及整体装配方面都有很大的难度。3D电子镜是利用两个前置CCD/CMOS同时进行图像采集，这对CCD/CMOS尺寸和精度有更高的要求，尽管现在随着芯片技术的进步，同样精度的芯片尺寸可以做的更小，但仍无法达到光学内窥镜的高分辨率，且高精度小尺寸芯片定制成本很高。另外前置CCD/CMOS在长时间工作中会产生热量，为避免灼伤人体，对系统的散热处理也有较高的要求。
针对这一情况，本发明提出一种可实现2D转3D成像的新型内窥镜适配器。该适配器采用双光路分光系统，可安装在传统单光路2D 内窥镜目镜后端，通过两路光学系统将2D内窥镜传递出来的图像信息分别接收成两幅图像，再传递至单个大面阵探测器上(或利用两组探测器分别接收)，最后通过图像融合技术处理成3D图像显示出来。该系统可以将传统2D内窥镜改造成3D内窥镜，获得高分辨率的3D 图像，避免了3D光学镜高难度的光学加工和装配，同时避免了3D电子镜的高精度小尺寸CCD/CMOS难以获得和长时间工作产生热量的问题，降低了3D内窥镜的生产成本。
发明内容
为了避免3D光学镜高难度的光学加工和装配、3D电子镜的高精度小尺寸CCD/CMOS难以获得和长时间工作产生热量的问题，本发明提出一种可实现2D转3D成像的新型内窥镜适配器。
本发明的可实现2D转3D成像的新型内窥镜适配器，主要包括三个部分：双光路分光系统、图像接收系统，图像处理系统。
上述系统中的双光路分光系统，是指在2D内窥镜目镜后端，设计安装一套双光路系统，通过两路光学系统将2D内窥镜传递出来的图像信息分别接收成两幅图像。这里根据2D内窥镜出瞳尺寸大小，可以采用两种不同的设计方案：当2D内窥镜出瞳较大，可以采用双光路直接分光成像的方式；当2D内窥镜出瞳较小，可以先通过一组扩束系统将出瞳尺寸放大，再通过双光路进行分光成像。此部分将在后面结合附图详细介绍。
上述系统中的图像接收系统，是采用CCD/CMOS探测器，将双光路分光系统传递出来的两幅图像接收在探测器像面上。这里可以采用单个探测器接收和两个探测器分别接收两种方式。
上述系统中的图像处理系统，是指通过软件编程，将探测器接收的两幅图像进行融合处理成3D图像，并通过3D显示器等方式显示出来，实现3D成像。
本发明具有以下有益效果：
本发明的可实现2D转3D成像的新型内窥镜适配器，在传统的单光路2D内窥镜基础上进行改造设计，在2D内窥镜的目镜后端增加一套双光路分光系统，通过两路光学系统将2D内窥镜传递出来的图像信息分别接收成两幅图像，再传递至单个大面阵探测器上(或利用两组探测器分别接收)，最后通过图像融合技术处理成3D图像显示出来。该系统可以将传统2D内窥镜改造成3D内窥镜，获得高分辨率的3D图像，避免了3D光学镜高难度的光学加工和装配，同时避免了 3D电子镜的高精度小尺寸CCD/CMOS难以获得和长时间工作产生热量的问题，降低了3D内窥镜的生产成本。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图1是可实现2D转3D成像的新型内窥镜适配器整体结构图。
附图2是双光路分光系统结构图，其中(a)为直接分光方式，(b) 为先扩束后分光方式。
附图3是图像接收系统结构图，(a)为单探测器结构，(b)为双探测器结构。
具体实施方式
本发明的发明思想为：
本发明的可实现2D转3D成像的新型内窥镜适配器，在传统的单光路2D内窥镜基础上进行改造设计，在2D内窥镜的目镜后端增加一套双光路分光系统，通过两路光学系统将2D内窥镜传递出来的图像信息分别接收成两幅图像，再传递至单个大面阵探测器上(或利用两组探测器分别接收)，最后通过图像融合技术处理成3D图像显示出来。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
本发明的可实现2D转3D成像的新型内窥镜适配器，由双光路分光系统、图像接收系统，图像处理系统三个部分组成，系统总体结构如图1所示。
系统采用两路光学系统设计，实现双光路分光成像，两路光学系统并列安装于适配器中。系统通过两路光学系统将2D内窥镜传递出来的图像信息分别接收成两幅图像。这里根据2D内窥镜出瞳尺寸大小，可以采用两种不同的设计方案：当2D内窥镜出瞳较大，可以采用双光路直接分光成像的方式，结构如图2(a)所示；当2D内窥镜出瞳较小，可以先通过一组扩束系统将出瞳尺寸放大，再通过双光路进行分光成像，结构如图2(b)所示。
双光路分光系统后端为图像接收系统，该系统采用CCD/CMOS探测器，将双光路分光系统传递出来的两幅图像接收在探测器像面上。这里可以采用单个探测器接收和两个探测器分别接收两种方式，结构如图3(a)和(b)所示。
图像接收系统接收到的两幅图像信息通过图像处理系统进行图像融合，处理成3D图像，并通过3D显示器等方式显示出来，实现 3D成像。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (2)
1.基于双光路设计的3D光学内窥镜系统，其特征在于，采用H0pkins棒状镜光学系统进行双光路的设计，然后通过双路结构设计将两个单光路系统并列安装于一个镜管中，再通过中继镜系统将两个光路的两幅图像成像于一个大面阵CCD/CMOS上，通过图像融合技术处理成3D图像显示出来。
2.基于双光路设计的3D光学内窥镜系统，包括双光路成像系统、中继镜系统、CCD/CMOS图像接收系统以及图像融合处理系统。
所述的双光路设计，是指采用两路光学系统，实现双光路成像。每一路头部采用成像物镜设计，后端均采用Hopkins棒状镜光学系统进行传像设计。然后将两路光学系统并列安装于一个镜管中。
所述的中继镜系统，是采用单光路传像系统设计，将双光路系统所成的两幅图像，传递至图像接收系统，成像于CCD/CMOS的像面。
所述的CCD/CMOS图像接收系统，是采用大面阵的CCD/CMOS探测器，将中继镜系统传递出来的两幅图像同时接收在探测器像面上。
所述的图像融合处理系统，是通过软件编程，将探测器接收的两幅图像进行融合处理成3D图像，并通过3D显示器等方式显示出来，实现3D成像。
除上述组成部分之外，基于双光路设计的3D光学内窥镜系统还包括光纤照明系统，光纤照明系统可采用普通硬管内窥镜的常规安装方法，因此不在本专利中进行说明。
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