CN117793322A - 一种解决3d摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，涉及内窥镜技术领域，包括以下步骤：将3D内窥镜连接3D摄像系统，以主机作为计算主体，屏幕进行显示；输入3D内窥镜基准线长度d，输入理想观察距离或采用系统预设值输入内窥镜种类；设计并观察靶标，通过主机得到垂轴放大率β参数；主机计算图像中心点；本发明采用3D内窥镜连接3D摄像系统，向主机输入基准线长度和理想观察距离，配合靶标，得到垂轴放大率参数，由此以真实像点的位置作为图像中心点，对图像进行裁剪显示，让主机得到最适配该内窥镜使用的3D图像参数的方法，符合人眼观察物体的习惯，实现尽可能降低使用者视觉眩晕与疲劳感。
Description
技术领域
本发明涉及内窥镜技术领域，尤其涉及一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法。
背景技术
3D内窥镜是使用左右平行的两个摄像头对被观察物体进行观察，分别采集左右光路的图像，再通过图像处理系统将左右图像合成传输，之后利用3D显示器输出3D图像，相较于传统2D内窥镜，3D内窥镜通过提供立体图像，强化了术者视野上的空间感知，解剖层次更明显,在一定程度上克服了2D内窥镜的弊端，使得医生学习手术速度更快，学习难度也更低，有利于创新术式的推广；
然而一直以来，三维内窥镜的一大痛点便是容易造成使用者的视觉眩晕，造成3D内窥镜的推广受限，人眼在观察物体是习惯性会将双眼视线汇聚，以达到最佳的观察效果，对于3D内窥镜摄像系统或者说3D摄像机也是如此，如果采用左右平行的光路系统来实现3D效果，那么最理想的光路应如图1所示，当观察距离改变时，通过改变前端大变焦镜组的焦距，使得左右两组平行镜头组的图像焦点，始终在各自对应得图像传感器的中心，当左右图像在3D显示器上合成后物体的图像中心是重合的，符合人眼观察物体的习惯，因此不会感到眩晕，并且两路平行光路连通后面的图像传感器之间的距离也是可以在一定范围内改变的；
人眼是一个可以调节左右眼之间瞳距和左右眼各自焦距的系统，这样的人眼就比较接近于理想的3D光路系统，除非是特别近，超出了人眼调节的范围，正常距离内，不管是看远处还是近处，都不会晕，而且3D效果很好，但是3D内窥镜作为一个要插入人体的医疗器械，对体积的敏感性很高，并没有足够的空间去实现这样的光学系统，通常3D内窥镜的光学系统如图2所示，可以发现，由于没有前端大变焦镜组，只有在观察无穷远处物体时，左右两组平行镜头组的图像焦点，才能聚焦在各自对应得图像传感器的中心，物距越近，真实的像点位置与图像传感器中心，偏差越大，这就导致当左右图像在3D显示器上合成后物体的图像中心也是不重合的，不符合人眼观察物体的习惯，会感到眩晕，因此，本发明提出一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，该解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法以真实像点的位置作为图像中心点，对图像进行裁剪显示，让主机得到最适配该内窥镜使用的3D图像参数的方法，符合人眼观察物体的习惯。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，包括以下步骤：
S1：将3D内窥镜连接3D摄像系统，以主机作为计算主体，屏幕进行显示；
S2：输入3D内窥镜基准线长度d，根据内窥镜种类输入理想观察距离或采用系统预设值；
S3：设计并观察靶标，通过主机得到垂轴放大率β参数；
S4：主机计算图像中心点，对图像进行裁剪显示；
S5：根据放大率以及预设观察距离，在屏幕上显示标记线段；
S6：前后移动靶标，使得靶标图像与屏幕标记线段重合；
S7：验证裁剪是否正确，当靶标图像与屏幕标记线段重合时，左右图像中心处水平重合为正确。
进一步改进在于：所述S1中，3D摄像系统由主机和显示器组成，显示器为3D显示器。
进一步改进在于：所述S2包括以下步骤：
S21：将3D内窥镜中，两个焦距一致，均为f的左目镜头、右目镜头平行放置，两条平行光轴之间的距离为d，即为基准线长度d；
S22：连接左目镜头、右目镜头的连线为基准线，基准线的中心点为O，沿着光轴方向，O点正前方距离l有观察物点x，则物点x被左右目镜头所成的像分别为xl和xr；
S23：根据三角形相似理论，得到：
进一步改进在于：所述S3包括以下步骤：
S31：根据透镜成像的垂轴放大率为：则设计一块专用靶标，用于测量与校准；
S32：该靶标由一组垂直交叉的线段组成，横向线段长5mm，纵向线段长3mm，线宽0.1mm，在线段首尾各有0.5mm的线段表示开始与结束；
S33：当将靶标正对镜头时，便会在3D内窥镜的图像传感器图像中，由于选定图像传感器后，图像传感器的分辨率以及单个像素直径便为已知的；
S34：根据所得靶标线段图像的像素数*像素直径求得图像传感器上的图像大小y'，而靶标大小y为确定值，则得到β＝y′/y。
进一步改进在于：所述S4包括以下步骤：
S41：解如下两个方程：
可得：
S42：当知道任意双光路系统的基准线长度d，以及图像传感器的分辨率以及单个像素直径，采用靶标，即可获得左目镜头、右目镜头在图像传感器上成像的中心点；
S43：接着通过裁剪的方式，以此点为中心，进行图像裁剪以及插值，传输到输出到3D显示器上。
进一步改进在于：所述S5中，主机根据垂轴放大率β，以及系统预先输入的理想观察距离Tmm，在3D显示器标注出一段线段作为标记线段。
进一步改进在于：所述S6中，通过前后移动靶标，将靶标上的线段与3D显示器上标记线段重合，此时内镜端到靶标之间的距离便是Tmm。
进一步改进在于：当系统预先输入的3D内窥镜使用距离Tmm不能达到观察需求时，根据用户需求，自行向系统输入合适的距离。
进一步改进在于：所述S7中，当靶标图像与屏幕标记线段重合时，左右图像中心处未水平重合，则裁剪错误。
进一步改进在于：当更换不同类型的3D内窥镜时，重复S1-S7，获得适合不同类型3D内窥镜使用场景的图像裁剪范围。
本发明的有益效果为：
1、本发明采用一套3D内窥镜连接3D摄像系统，向主机输入基准线长度和理想观察距离，配合靶标，得到垂轴放大率参数，由此以真实像点的位置作为图像中心点，对图像进行裁剪显示，让主机得到最适配该内窥镜使用的3D图像参数的方法，符合人眼观察物体的习惯，实现尽可能降低使用者长时间使用3D内窥镜摄像系统时的视觉眩晕与疲劳感。
2、本发明针对不同科室的使用场景对3D内窥镜摄像系统进行特异性优化，输入该内窥镜种类的参数和预设值，即可降低使用者长时间使用3D内窥镜摄像系统时的视觉眩晕与疲劳感，适用范围广。
附图说明
图1为现有技术的理想光路图；
图2为现有技术3D内窥镜的光学系统图；
图3为本发明的双目3D内窥镜光学系统示意图；
图4为本发明的靶标示意图；
图5为本发明的流程示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
根据图3、4、5所示，本实施例提出了一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，包括以下步骤：
S1：将3D内窥镜连接3D摄像系统，以主机作为计算主体，屏幕进行显示；
S2：输入3D内窥镜基准线长度d，根据内窥镜种类输入理想观察距离或采用系统预设值；
S3：设计并观察靶标，通过主机得到垂轴放大率β参数；
S4：主机计算图像中心点，对图像进行裁剪显示；
S5：根据放大率以及预设观察距离，在屏幕上显示标记线段；
S6：前后移动靶标，使得靶标图像与屏幕标记线段重合；
S7：验证裁剪是否正确，当靶标图像与屏幕标记线段重合时，左右图像中心处水平重合为正确。
本发明采用一套3D内窥镜连接3D摄像系统，向主机输入基准线长度和理想观察距离，配合靶标，得到垂轴放大率参数，由此以真实像点的位置作为图像中心点，对图像进行裁剪显示，让主机得到最适配该内窥镜使用的3D图像参数的方法，符合人眼观察物体的习惯，实现尽可能降低使用者长时间使用3D内窥镜摄像系统时的视觉眩晕与疲劳感。
实施例二
根据图3、4、5所示，本实施例提出了一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，包括以下步骤：
将3D内窥镜连接3D摄像系统，以主机作为计算主体，屏幕进行显示；显示器为3D显示器；
输入3D内窥镜基准线长度d，根据内窥镜种类输入理想观察距离或采用系统预设值；见图3，具体为：将3D内窥镜中，两个焦距一致，均为f的左目镜头、右目镜头平行放置，两条平行光轴之间的距离为d，即为基准线长度d；连接左目镜头、右目镜头的连线为基准线，基准线的中心点为O，沿着光轴方向，O点正前方距离l有观察物点x，则物点x被左右目镜头所成的像分别为xl和xr；根据三角形相似理论，得到：
设计并观察靶标，见图4，通过主机得到垂轴放大率β参数；具体为：根据透镜成像的垂轴放大率为：则设计一块专用靶标，用于测量与校准；该靶标由一组垂直交叉的线段组成，横向线段长5mm，纵向线段长3mm，线宽0.1mm，在线段首尾各有0.5mm的线段表示开始与结束；当将靶标正对镜头时，便会在3D内窥镜的图像传感器图像中，由于选定图像传感器后，图像传感器的分辨率以及单个像素直径便为已知的；根据所得靶标线段图像的像素数*像素直径求得图像传感器上的图像大小y'，而靶标大小y为确定值，则得到β＝y′/y。
主机计算图像中心点，对图像进行裁剪显示；具体为：解如下两个方程：
可得：
当知道任意双光路系统的基准线长度d，以及图像传感器的分辨率以及单个像素直径，采用靶标，即可获得左目镜头、右目镜头在图像传感器上成像的中心点；接着通过裁剪的方式，以此点为中心，进行图像裁剪以及插值，传输到输出到3D显示器上。
根据放大率以及预设观察距离，在屏幕上显示标记线段；具体为：主机根据垂轴放大率β，以及系统预先输入的理想观察距离Tmm，在3D显示器标注出一段线段作为标记线段。
前后移动靶标，使得靶标图像与屏幕标记线段重合；具体为：通过前后移动靶标，将靶标上的线段与3D显示器上标记线段重合，此时内镜端到靶标之间的距离便是Tmm；当系统预先输入的3D内窥镜使用距离Tmm不能达到观察需求时，根据用户需求，自行向系统输入合适的距离。
验证裁剪是否正确，当靶标图像与屏幕标记线段重合时，左右图像中心处水平重合。
实施例三
本实施例提出了一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，包括以下步骤：
3D摄像系统连接3D腹腔镜时，已知摄像系统的分辨率以及单个像素直径，只需将3D腹腔镜标注的参数：基准线长度，以及应用场景：腹腔镜，输入到摄像主机中，然后观察靶标。主机自行识别到靶标所成像的长度，得到垂轴放大率。这时，系统进行计算，通过裁剪的方式，以此点为中心，进行图像裁剪以及插值，传输到输出到3D显示器上。之后主机根据此内镜的垂轴放大率，以及系统预先输入的腹腔镜场景中最合适的观察距离，如50mm，在显示器屏幕标注出一段线段，我们前后移动内镜，使得靶标上的线段与显示器屏幕标注出一段线段重合，此时内镜端到靶标之间的距离便是50mm。此时，观察3D显示器，左右图像中心处应重合；
当更换其他3D镜，如3D鼻窦镜时，重复以上操作，便可获得最合适3D鼻窦镜使用场景的图像裁剪范围。另外，如果对系统预先输入的内窥镜使用距离不满意，也可根据用户需求，自行像系统输入合适的距离。
该解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法采用一套3D内窥镜连接3D摄像系统，向主机输入基准线长度和理想观察距离，配合靶标，得到垂轴放大率参数，由此以真实像点的位置作为图像中心点，对图像进行裁剪显示，让主机得到最适配该内窥镜使用的3D图像参数的方法，符合人眼观察物体的习惯，实现尽可能降低使用者长时间使用3D内窥镜摄像系统时的视觉眩晕与疲劳感。且由于不同科室所要求的内窥镜系统特异性较强，如肝胆外壳使用的腹腔镜、耳鼻喉科使用的鼻窦镜，在使用场景距离和内镜大小要求上有很明显的差异性，由此针对不同科室的使用场景对3D内窥镜摄像系统进行特异性优化，输入该内窥镜种类的参数和预设值，即可降低使用者长时间使用3D内窥镜摄像系统时的视觉眩晕与疲劳感，适用范围广。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将3D内窥镜连接3D摄像系统，以主机作为计算主体，屏幕进行显示；
S2：输入3D内窥镜基准线长度d，根据内窥镜种类输入理想观察距离或采用系统预设值；
S3：设计并观察靶标，通过主机得到垂轴放大率β参数；
S4：主机计算图像中心点，对图像进行裁剪显示；
S5：根据放大率以及预设观察距离，在屏幕上显示标记线段；
S6：前后移动靶标，使得靶标图像与屏幕标记线段重合；
S7：验证裁剪是否正确，当靶标图像与屏幕标记线段重合时，左右图像中心处水平重合为正确。
2.根据权利要求1所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：所述S1中，3D摄像系统由主机和显示器组成，显示器为3D显示器。
3.根据权利要求2所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：所述S2包括以下步骤：
S21：将3D内窥镜中，两个焦距一致，均为f的左目镜头、右目镜头平行放置，两条平行光轴之间的距离为d，即为基准线长度d；
S22：连接左目镜头、右目镜头的连线为基准线，基准线的中心点为O，沿着光轴方向，O点正前方距离l有观察物点x，则物点x被左右目镜头所成的像分别为xl和xr；
S23：根据三角形相似理论，得到：
4.根据权利要求3所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：所述S3包括以下步骤：
S31：根据透镜成像的垂轴放大率为：则设计一块专用靶标，用于测量与校准；
S32：该靶标由一组垂直交叉的线段组成，横向线段长5mm，纵向线段长3mm，线宽0.1mm，在线段首尾各有0.5mm的线段表示开始与结束；
S33：当将靶标正对镜头时，便会在3D内窥镜的图像传感器图像中，由于选定图像传感器后，图像传感器的分辨率以及单个像素直径便为已知的；
S34：根据所得靶标线段图像的像素数*像素直径求得图像传感器上的图像大小y′，而靶标大小y为确定值，则得到β＝y′/y。
5.根据权利要求4所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：所述S4包括以下步骤：
S41：解如下两个方程：
可得：
S42：当知道任意双光路系统的基准线长度d，以及图像传感器的分辨率以及单个像素直径，采用靶标，即可获得左目镜头、右目镜头在图像传感器上成像的中心点；
S43：接着通过裁剪的方式，以此点为中心，进行图像裁剪以及插值，传输到输出到3D显示器上。
6.根据权利要求5所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：所述S5中，主机根据垂轴放大率β，以及系统预先输入的理想观察距离Tmm，在3D显示器标注出一段线段作为标记线段。
7.根据权利要求6所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：所述S6中，通过前后移动靶标，将靶标上的线段与3D显示器上标记线段重合，此时内镜端到靶标之间的距离便是Tmm。
8.根据权利要求7所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：当系统预先输入的3D内窥镜使用距离Tmm不能达到观察需求时，根据用户需求，自行向系统输入合适的距离。
9.根据权利要求8所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：所述S7中，当靶标图像与屏幕标记线段重合时，左右图像中心处未水平重合，则裁剪错误。
10.根据权利要求1所述的一种解决3D摄像头兼容不同镜头时发生眩晕的操作方法，其特征在于：当更换不同类型的3D内窥镜时，重复S1-S7，获得适合不同类型3D内窥镜使用场景的图像裁剪范围。
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