CN201429412Y - 内窥镜深度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内窥镜深度测量装置，属内窥镜。包括壳体，在壳体中装置有激光投影系统和成像系统，还包括计算机系统；所述的激光投影系统有一激光光源，衍射光栅，激光光源通过单模光纤与衍射光栅联结将光线照射在衍射光栅上；成像系统由成像透镜组、LED光源、CMOS图像传感器芯片和计算机系统组成。激光光源照射在衍射光栅上，形成特定的图像；通过计算投射图像的形变计算出被测物体的深度。通过扫描不同的衍射光方向，使特定的图像照射到整个图像的每个点，计算出每个点的深度信息，得到具备全部三维信息的立体图像。优点是操作简便直观，自动实现图像投影扫描，自动采集图像得到包含所有三维信息的全貌图。

Description

内窥镜深度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种内窥镜系统，具体是一种内窥镜深度测量装置。特别适用于测量出被测量物体的深度信息，从而生成三维图像。

背景技术

传统的内窥镜系统，只能测量二维图像。一些特殊设计的内窥镜系统，拥有两套成像系统，从而实现双目成像，产生立体效果。但这种方法对摄像头体积要求比较大，而且难以寻找特殊点，所以三维图像质量不高。另一种方法是产生一条阴影线，用于测量物体远近。但这种方法由于难以产生很多细线，所以深度信息只能在几个特殊位置上，且准确度不高。到目前为止，三维深度测量方法都存在以上所述的精度不高，无法完全测量图像中每点的三维信息，体积大等缺点。

发明内容

本实用新型提供一种内窥镜深度测量装置，在通用的内窥镜系统的基础上，克服以上所述内深度测量的限制，利用激光光源和衍射原理，通过扫描，实现图像中所有象素的深度测量。从而精确地观测到被测物体的全部三维信息。

本实用新型是以如下技术方案实现的：一种内窥镜深度测量装置，包括壳体，在壳体中装置有激光投影系统和成像系统，还包括计算机系统；所述的激光投影系统有一置于壳体外的激光光源，装置于壳体前端的衍射光栅，激光光源通过带有准直透镜的单模光纤将光束投射到衍射光栅上形成激光图像；成像系统由装置在壳体前端的成像透镜组、LED光源、CMOS图像传感器芯片和计算机系统组成，CMOS图像传感器芯片用数据线与计算机系统连接，LED光源通过导线与计算机系统连接。

工作原理是：用激光作为光源，照射在衍射光栅上，形成特定的图像。通过计算投射图像的形变，从而计算出被测物体的深度。通过扫描不同的衍射光方向，使特定的图像照射到整个图像的每个点，从而计算出每个点的深度信息，进一步得到一张具备全部三维信息的立体图像。

本实用新型的有益效果是，观测人员操作简便直观，系统自动实现特定的图像投影扫描，系统自动采集图像，得到包含所有三维信息的全貌图。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的系统原理图；

图3是系统处理流程示意图。

图中，1、衍射光栅，2、旋转支撑轴，3、壳体，4、固定胶体，5、LED光源导线，6、单模光纤，7、激光光源，8、成像透镜组，9、LED光源，10、CMOS图像传感器芯片，11、数据传出线，12、计算机系统。

具体实施方式

如图1所示，内窥镜深度测量装置包括壳体3，在壳体中装置有激光投影系统和成像系统，还包括负责控制光源、采集图像、数据计算和图形显示的计算机系统12；所述的激光投影系统有一置于壳体外的激光光源7，装置于壳体前端的衍射光栅1，衍射光栅1用旋转支撑轴2装置与壳体上，激光光源7通过带有准直透镜6-1的单模光纤6与衍射光栅1联结将光线照射在衍射光栅1上；成像系统由装置在壳体前端的成像透镜组8、LED光源9、CMOS图像传感器芯片10和计算机系统12组成，CMOS图像传感器芯片10用数据线11与计算机系统12连接将采集的，LED光源9通过导线5与计算机系统12连接。衍射光栅1和LED光源9部分用固定胶体4固定于壳体的前部。

其工作原理如图2所示，激光光源7产生的单色光通过一段单模光纤传到内窥镜的端部。光线通过光纤前端的准直透镜后，平行射入衍射片1。通过衍射片后，可形成各种制定形状，如二维点阵，一维的直线组或是二维的网格等。在已知图像传感器和衍射光栅的距离，衍射光角度的情况下，可以根据公式

$z_1=\frac{d}{\tan \left({\mathrm{\α}}_1\right)+\tan \left(\mathrm{\β}\right)}$

算出物体的远近。其中，z₁为物体距探头的距离。d为感光元件与入射激光的距离。α为图像与感光元件垂直方向的夹角。β为激光图形衍射的方向角。如图所示，不同深度的物体，对投影图形的型变不一样。通过观察图像传感器中衍射图形的位置，可以计算出来深度信息。

如图3所示流程，首先用发光二极管LED照亮观察区，并拍摄普通的二维图像。然后关闭发光二极管，打开激光光源，投射出标定图像。根据当时的投射角度，和图像传感器感应到投射位置，通过一个标定矩阵，标定出当前被投射到的每个象素对映的物体表面深度。其中，这个标定矩阵是根据上述公式在标定过程中计算并存储的。

通过改变投影图像的角度，可以使得投影图像扫描过全部二维图像中的象素，从而标定每个点的深度。投影图像的扫描可以通过钢丝线在摇柄端控制，也可以用微机械震镜电控制，或者用微型电磁继电器在前端控制方向。另外，在扫描精度不够的时候，软件差值也可用于每个象素的深度标定。

Claims (1)

1、一种内窥镜深度测量装置，其特征是包括壳体(3)，在壳体中装置有激光投影系统和成像系统，还包括计算机系统(12)；所述的激光投影系统有一置于壳体外的激光光源(7)，装置于壳体前端的衍射光栅(1)，激光光源(7)通过带有准直透镜的单模光纤(6)将光束投射到衍射光栅(1)上；成像系统由装置在壳体前端的成像透镜组(8)、LED光源(9)、CMOS图像传感器芯片(10)和计算机系统(12)组成，CMOS图像传感器芯片(10)用数据线(11)与计算机系统(12)连接，LED光源(9)通过导线(5)与计算机系统(12)连接。

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