CN218792184U - 一种单目3d立体内窥镜系统 - Google Patents

Abstract

一种单目3D立体内窥镜系统，包括内窥镜导光管、聚焦透镜、分光棱镜单元和显示单元，聚焦透镜固定安装在内窥镜导光管的上端，聚焦透镜上方固定安装有分光棱镜单元，分光棱镜单元上方固定安装有感光单元，感光单元的信号输出端通过线缆与显示单元的信号输入端相连接；分光棱镜单元包括第一棱镜和第二棱镜，第一棱镜的入射端与聚焦透镜相对应，第一棱镜的反射端与第二棱镜的入射端相对应，第二棱镜的反射端与感光单元的采集端相对应，第一棱镜的折射端与感光单元的采集端相对应。本实用新型克服了现有技术的不足，利用传统单目内窥镜获得被观察场景的立体观测效果，提高内窥镜的使用效率和安全性。

Description

一种单目3D立体内窥镜系统

技术领域

本实用新型涉及内窥镜系统技术领域，具体涉及一种单目3D立体内窥镜系统。

背景技术

于辐射影像检查和传统开放性手术方式，内窥镜能看到病变处的活体影像，手术时切口很小，这些特点大大提高了各种管腔器官疾病的诊断和治疗效果，最大化地减轻了患者的痛苦。随着现代光学成像技术的进一步发展和提升，内窥镜产生的图像更加逼真，分辨率更高，但目前内窥镜还只能提供场景的两维图像描述，使用者在操作内窥镜时对被观察区域的空间位置往往缺乏真实准确的感觉。这导致在针对关键部位进行活检或手术时，医生需要坚持长久的练习和积累足够的临床实践经验才能顺利完成手术。

普通内窥镜缺乏空间位置感知能力，这是由于内窥镜只能提供被观察场景的单个视角影像。仿照人眼的双目立体视觉原理，人们试图采用双路图像采集及计算机立体匹配处理方法，形成场景的深度视差图并重建三维场景。但匹配两幅图像所有的特征涉及的运算量很大，常常影响场景三维数据形成的速度，同时人体腔体器官内壁表面的纹理差别很小，立体匹配算法不一定能找到对应的匹配特征，从而无法形成准确的三维重建结果。鉴于此，人们尝试直接将获取的双路图像按顺序投影到显示终端，并通过偏振或电子切换等方式将其依次传递到观察者的左右眼，这样通过人的视觉系统完成对被观察场景的立体感知。该方法不需要预先进行两路图像间的特征匹配，能实现被观察场景的实时显示，但双路图像的采集需要两套导光系统，在手术或检查时会产生额外的切口，这样在检查过程中不可避免地对被检查者造成更大的创伤。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种单目3D立体内窥镜系统，克服了现有技术的不足，设计合理，利用传统单目内窥镜获得被观察场景的立体观测效果，提高内窥镜的使用效率和安全性。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案予以实现：

一种单目3D立体内窥镜系统，包括内窥镜导光管、聚焦透镜、分光棱镜单元和显示单元，所述聚焦透镜固定安装在内窥镜导光管的上端，所述聚焦透镜上方固定安装有分光棱镜单元，所述分光棱镜单元上方固定安装有感光单元，所述感光单元的信号输出端通过线缆与显示单元的信号输入端相连接；

所述分光棱镜单元包括第一棱镜和第二棱镜，所述第一棱镜的入射端与聚焦透镜相对应，所述第一棱镜的反射端与第二棱镜的入射端相对应，所述第二棱镜的反射端与感光单元的采集端相对应，所述第一棱镜的折射端与感光单元的采集端相对应。

优选地，所述内窥镜导光管的侧表面固定安装有照明光源，所述照明光源的入射光源通过内窥镜导光管入射照亮观察区域。

优选地，所述导光管采用硬性或软性导管结构，一方面用于入射光源的导入，另一方面用于导出内窥镜产生的场景影像。

本实用新型还公开了一种应用于单目3D立体内窥镜系统的成像方法，所包括以下步骤：

步骤S1：打开照明光源，为观察视野范围内被观察的场景提供必要的照明条件；

步骤S2：通过感光单元采集被观察场景的图像，对于采用单个感光单元，对于采用两个感光单元的方法，采集并暂存同一场景在两个感光单元上的两幅图像。

步骤S3：通过分色、分光、分时或光栅技术，将分割处理后的两幅图像按指定顺序传递到观察者的左右眼。

优选地，所述步骤S2中，对于采用单个感光单元，通过第一棱镜和第二棱镜使场景目标的成像结果分布在成像平面的左右两端，再对采集到的单张图像进行预设的分割方法，截取生成同一场景的两幅图像。

优选地，所述步骤S2中，对于采用两个感光单元，通过第一棱镜将场景目标的成像结果折射在其中一个感光单元上，再通过第一棱镜的反射作用和第二棱镜的折射作用，将场景目标的成像结果分别在另一个感光单元上，再采集并暂存同一场景在两个感光单元上的两幅图像。

本实用新型提供了一种单目3D立体内窥镜系统。具备以下有益效果：通过安装分光棱镜单元，方便地获得内窥镜视野范围内场景在不同视角下的影像，通过人眼视觉系统形成场景的立体显示效果，比传统内窥镜两维影像提供了更丰富和实用的功能。通过在已有的单目内窥镜设备上加装分光棱镜单元形成立体影像，这有利于充分利用现有的内窥镜设备资源，减少了重新生产制造新内窥镜系统的时间和经济成本，具有很强的推广应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1 本实用新型的结构示意图；

图2 本实用新型中使用同一个感光单元时的结构原理图；

图3 本实用新型中使用两个感光单元时的结构原理图；

图4 本实用新型中利用两个正交偏振镜方法观察传输图像的原理图；

图中标号说明：

1、内窥镜导光管；2、聚焦透镜；3、分光棱镜单元；4、显示单元；5、感光单元；31、第一棱镜；32、第二棱镜；6、照明光源。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

如图1-3所示，本实用新型公开了一种单目3D立体内窥镜系统，包括内窥镜导光管1、聚焦透镜2、分光棱镜单元3和显示单元4，所述聚焦透镜2固定安装在内窥镜导光管1的上端，所述聚焦透镜2上方固定安装有分光棱镜单元3，所述分光棱镜单元3上方固定安装有感光单元5，所述感光单元5的信号输出端通过线缆与显示单元4的信号输入端相连接；

所述分光棱镜单元3包括第一棱镜31和第二棱镜32，所述第一棱镜31的入射端与聚焦透镜2相对应，所述第一棱镜31的反射端与第二棱镜32的入射端相对应，所述第二棱镜32的反射端与感光单元5的采集端相对应，所述第一棱镜31的折射端与感光单元5的采集端相对应。

所述内窥镜导光管1的侧表面固定安装有照明光源6，所述照明光源6的入射光源通过内窥镜导光管1入射照亮观察区域。

在使用时，首先通过照明光源6提供足够的外部照明，照亮被观察区域。对光纤导光管可以通过卤素灯提供强光源，对电子内窥镜可以通过稳压电源提供一定的电流以点亮内窥镜顶端的发光单元；再利用分光棱镜单元3产生同一场景的两个视角下的图像；再利用两个独立的感光单元5采集两个视角下的图像，或利用一个感光单元5采集两个视角下的场景图像，然后利用图像分割的方法，将投影到感光单元5上位于两个区域的场景图像进行分割和补充，并交替重叠输出到显示单元4，以使被观察场景能够重叠显示于同一显示器终端；通过肉眼观察显示终端产生立体的效果。

如图2-3所示，通过第一棱镜31透视产生内窥镜观察到的场景，同时还将观察到的场景反射投向分光棱镜单元3的第二棱镜32部分，第二棱镜32可以由棱镜或反射镜组成，如图2所示，通过第二棱镜32的反射形成内窥镜观察到场景的第二个视角影像，投影到同一感光单元5，或者如图3所示，通过第二棱镜32的透视形成内窥镜观察到场景的第二个视角影像，投影到另外一个感光单元5。

在本实施例中，所述导光管1采用硬性或软性导管结构，一方面用于入射光源的导入，另一方面用于导出内窥镜产生的场景影像。

实施例二

本实用新型还公开了一种应用于单目3D立体内窥镜系统的成像方法，所包括以下步骤：

步骤S1：打开照明光源6，为观察视野范围内被观察的场景提供必要的照明条件；

步骤S2：通过感光单元5采集被观察场景的图像，对于采用单个感光单元5，对于采用两个感光单元的方法，采集并暂存同一场景在两个感光单元上的两幅图像。

步骤S3：利用分时显示技术或分光谱显示技术，使观察者双眼在显示终端分别接收感光平面左右两端的影像。图4演示了观察者利用两个正交偏振镜方法观察传输到含有重叠影像的显示终端，获得立体显示的效果。

所述步骤S2中，对于采用单个感光单元5，通过第一棱镜31和第二棱镜32使场景目标的成像结果分布在成像平面的左右两端，本实施例中，左右两端的影像皆为内窥镜的圆形视野区域，便于后续影像的提取和重叠显示于显示终端。再对采集到的单张图像影像通过图像处理的方法将左右两端的影像进行分割和补充，截取生成同一场景的两幅图像。

所述步骤S2中，对于采用两个感光单元5，通过第一棱镜31将场景目标的成像结果折射在其中一个感光单元5上，再通过第一棱镜31的反射作用和第二棱镜32的折射作用，将场景目标的成像结果分别在另一个感光单元5上，再采集并暂存同一场景在两个感光单元5上的两幅图像。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种单目3D立体内窥镜系统，其特征在于：包括内窥镜导光管(1)、聚焦透镜(2)、分光棱镜单元(3)和显示单元(4)，所述聚焦透镜(2)固定安装在内窥镜导光管(1)的上端，所述聚焦透镜(2)上方固定安装有分光棱镜单元(3)，所述分光棱镜单元(3)上方固定安装有感光单元(5)，所述感光单元(5)的信号输出端通过线缆与显示单元(4)的信号输入端相连接；

所述分光棱镜单元(3)包括第一棱镜(31)和第二棱镜(32)，所述第一棱镜(31)的入射端与聚焦透镜(2)相对应，所述第一棱镜(31)的反射端与第二棱镜(32)的入射端相对应，所述第二棱镜(32)的反射端与感光单元(5)的采集端相对应，所述第一棱镜(31)的折射端与感光单元(5)的采集端相对应。

2.根据权利要求1所述的一种单目3D立体内窥镜系统，其特征在于：所述内窥镜导光管(1)的侧表面固定安装有照明光源(6)，所述照明光源(6)的入射光源通过内窥镜导光管(1)入射照亮观察区域。

3.根据权利要求2所述的一种单目3D立体内窥镜系统，其特征在于：所述导光管(1)采用硬性或软性导管结构，一方面用于入射光源的导入，另一方面用于导出内窥镜产生的场景影像。

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