JP2001218773A - Navigation method and navigation device - Google Patents

Navigation method and navigation device

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JP2001218773A
JP2001218773A JP2000034113A JP2000034113A JP2001218773A JP 2001218773 A JP2001218773 A JP 2001218773A JP 2000034113 A JP2000034113 A JP 2000034113A JP 2000034113 A JP2000034113 A JP 2000034113A JP 2001218773 A JP2001218773 A JP 2001218773A
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JP
Japan
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index
disc
ellipse
image
operation target
Prior art date
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Application number
JP2000034113A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Seishi Miyazaki
清史 宮崎
Haruhiro Tokida
晴弘 常田
Masao Yajima
正男 矢島
Yukio Kosugi
幸夫 小杉
Eiju Watanabe
英寿 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Institute of Technology NUC
Nidec Instruments Corp
Original Assignee
Tokyo Institute of Technology NUC
Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To measure the three-dimensional position of a probe by an image from a certain view point. SOLUTION: A disk-like index 3 provided integrally with an operation object 2 is projected from a certain reference point 4 inside a space and the elliptic or completely round planar image of different compressions corresponding to a read angle is formed, a distance from the reference point 4 to the disk-like index is obtained based on the long axis length of an ellipse and the inclination angle of the disk-like index is obtained based on the long axis length and short axis length of the ellipse. Thus, the present position of the operation object 2 on three-dimensional coordinates set inside the space is recognized and the guidance of the operation object 2 to a desired position is supported.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ナビゲーション方
法およびナビゲーション装置に関する。さらに詳述する
と、本発明は特に手術などの施行者が操作するプローブ
の3次元的位置をCCDカメラを用いて光学的に計測す
る手段の改良に関する。
[0001] The present invention relates to a navigation method and a navigation device. More specifically, the present invention particularly relates to an improvement in means for optically measuring a three-dimensional position of a probe operated by an operator such as an operation using a CCD camera.

【0002】[0002]

【従来の技術】脳神経外科などの手術の際、術者が患者
の手術操作部位とCTなどの断層画像の位置関係を把握
できるように支援するナビゲーション装置が利用されて
いる。これにより、例えばプローブの位置や姿勢が直接
目視せずとも認識可能となる。
2. Description of the Related Art During an operation such as neurosurgery, a navigation device is used to assist an operator in understanding the positional relationship between a surgical operation site of a patient and a tomographic image such as CT. As a result, for example, the position and posture of the probe can be recognized without directly viewing the probe.

【0003】このナビゲーション装置を利用した操作部
位の3次元位置計測の主なものとして、機械方式、
ステレオビジョン方式がある。機械方式は、ロータリ
ーエンコーダを有する多関節アームナビゲーション装置
により先端位置座標を求めるものである。また、ステ
レオビジョン方式は、複数個のCCDカメラによりプロ
ーブに設置された輝点像を認識し、三角測量の原理に基
づいてプローブの3次元的位置を算出するものである。
[0003] The main three-dimensional position measurement of an operation part using this navigation device is a mechanical method,
There is a stereo vision system. In the mechanical system, the tip position coordinates are obtained by an articulated arm navigation device having a rotary encoder. In the stereo vision system, a bright spot image placed on a probe is recognized by a plurality of CCD cameras, and a three-dimensional position of the probe is calculated based on the principle of triangulation.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、の機
械方式では、プローブが機械的に手術台若しくは近傍に
設置された保持装置に連結されるため、他の手術用機器
との機械的干渉が手術の障害になるのみならず、関節角
度によっては患部へのアクセスがスムーズに行えない、
或いは手を離した時のプローブの機械的保持が困難であ
るなど、操作性に難点があった。
However, in the mechanical method, the probe is mechanically connected to the operating table or a holding device installed near the operating table, so that mechanical interference with other surgical instruments causes a surgical operation. Not only does it become an obstacle, but depending on the joint angle, it is not possible to access the affected part smoothly,
Or, there is a difficulty in operability such as difficulty in mechanically holding the probe when the hand is released.

【0005】他方、のステレオビジョン方式では、最
低2台のカメラが、手術部位より離れた位置に設置され
ることが必要となるため、カメラと手術部位との間に術
者や他の機器・用具が入り、映像が遮断されるという問
題があった。さらには、腹腔鏡手術など、複数のカメラ
を挿入することが困難な状況下での3次元位置計測が事
実上不可能であった。
[0005] On the other hand, in the stereo vision system, at least two cameras need to be installed at a position apart from the surgical site, and the operator and other equipment and other devices are placed between the camera and the surgical site. There was a problem that the equipment entered and the video was interrupted. Furthermore, it has been virtually impossible to perform three-dimensional position measurement in a situation such as laparoscopic surgery where it is difficult to insert a plurality of cameras.

【0006】そこで、本発明は、ある一視点からの画像
によってプローブの3次元位置を計測することを可能と
するナビゲーション方法およびナビゲーション装置を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a navigation method and a navigation device that enable a probe to measure a three-dimensional position from an image from a certain viewpoint.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、空間内に設定した3次元座
標により操作対象物の現在位置を認識し、この操作対象
物を所望位置へ誘導するのを支援するナビゲーション方
法において、操作対象物と一体に設けた円盤状指標を空
間内のある基準点から映し出し、読取角度に応じて偏平
率の異なる楕円または真円の平面画像とし、楕円の長軸
長に基づいて基準点から円盤状指標までの距離を求め、
かつ楕円の長軸長および短軸長に基づいて円盤状指標の
傾斜角を求めるものである。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a current position of an operation target is recognized based on three-dimensional coordinates set in a space, and the operation target is positioned at a desired position. In the navigation method that assists in guiding to, the disk-shaped index provided integrally with the operation target is projected from a certain reference point in the space, and a flat image of an ellipse or a perfect circle having a different flatness depending on the reading angle, Find the distance from the reference point to the disc-shaped index based on the major axis length of the ellipse,
In addition, the inclination angle of the disc-shaped index is obtained based on the major axis length and the minor axis length of the ellipse.

【0008】このように、半径の既知な円盤状指標をプ
ローブなどの操作対象物に装着することにより、操作対
象物の像を単眼カメラで観測した場合にも、観測点(基
準点)から円盤状指標までの距離を算出でき、また観測
される像の視野内での2次元的位置、および楕円として
観測される画像の偏平度から得られる情報を加味するこ
とにより、プローブの3次元的位置および姿勢が推定さ
れる。円盤状指標は観測像上では楕円となるが、この楕
円の長軸長は指標の傾きに依らず常にリングの直径に等
しいという性質があるため、この性質を利用して操作対
象物までの視点距離を求め、さらに操作対象物の傾きを
求める。
As described above, by attaching a disc-shaped index having a known radius to an operation target such as a probe, even when an image of the operation target is observed by a monocular camera, the disc is moved from the observation point (reference point) to the disk. The distance to the shape index can be calculated, and the two-dimensional position of the observed image in the field of view and the information obtained from the flatness of the image observed as an ellipse are taken into account to determine the three-dimensional position of the probe. And posture are estimated. The disc-shaped index is an ellipse on the observation image, but the major axis length of the ellipse is always equal to the diameter of the ring regardless of the inclination of the index. The distance is obtained, and the inclination of the operation target is obtained.

【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載のナ
ビゲーション方法において、基準点の座標の把握が可能
な移動基準点によって円盤状指標を映し出すものであ
る。したがって、移動する操作対象物の動きに追従しな
がら円盤状指標を写しだすことが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, in the navigation method according to the first aspect, a disc-shaped index is projected by a movement reference point at which the coordinates of the reference point can be grasped. Therefore, it is possible to capture the disc-shaped index while following the movement of the moving operation target.

【0010】請求項3記載の発明は、請求項1または2
記載のナビゲーション方法において、円盤状指標の中心
を示す中心位置指標部によって中心位置を求め、この中
心位置に基づいて楕円の長軸長および短軸長を求めるも
のである。この中心位置指標部は中心位置を求めやすく
し、長軸と短軸の交点を確実に認識できるようにする。
[0010] The third aspect of the present invention is the first or second aspect.
In the navigation method described above, the center position is obtained by a center position index unit indicating the center of the disc-shaped index, and the long axis length and the short axis length of the ellipse are obtained based on the center position. The center position indicator makes it easy to find the center position, and allows the intersection of the long axis and the short axis to be reliably recognized.

【0011】請求項4記載の発明は、請求項1から3の
いずれかに記載のナビゲーション方法において、中心以
外に設けた非対称の回転角度指標部によって操作対象物
の読取軸周りの回転量を求めるものである。この回転角
度指標部は、非対称に設けられているため円盤状指標の
像が読取軸周りにどれだけ回転しているのかの判断を容
易とする。また、円盤状指標の中心より近いか遠いかを
判断することにより、円盤状指標の面がどちらを向いて
傾いているかの認識も容易とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the navigation method according to any one of the first to third aspects, an amount of rotation of the operation target object around the reading axis is obtained by an asymmetrical rotation angle indicator provided at a position other than the center. Things. Since the rotation angle indicator is provided asymmetrically, it is easy to determine how much the image of the disk-shaped indicator has rotated around the reading axis. In addition, by determining whether the surface of the disc-shaped index is closer or farther from the center of the disc-shaped index, it is easy to recognize which direction the surface of the disc-shaped index is inclined.

【0012】請求項5記載の発明は、空間内に設定した
3次元座標により操作対象物の現在位置を認識し、この
操作対象物を所望位置へ誘導するのを支援するナビゲー
ション装置において、操作対象物と一体に設けた指標で
あって読取方向に応じて偏平率の異なる楕円として画像
認識される円盤状指標と、空間内のある基準点から円盤
状指標を映し出して楕円または真円の平面画像とする画
像読取手段と、楕円の長軸長に基づいて基準点から円盤
状指標までの距離を求めるとともに楕円の長軸長および
短軸長に基づいて円盤状指標の傾斜角を求める画像処理
装置とを備えたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a navigation apparatus for recognizing a current position of an operation target based on three-dimensional coordinates set in a space and assisting in guiding the operation target to a desired position. A disc-shaped index, which is an index provided integrally with the object, and which is image-recognized as an ellipse having a different flatness depending on the reading direction, and a planar image of an ellipse or a perfect circle reflecting the disc-shaped index from a certain reference point in space Image reading means for determining the distance from the reference point to the disc-shaped index based on the major axis length of the ellipse, and calculating the inclination angle of the disc-shaped index based on the major axis length and the minor axis length of the ellipse It is provided with.

【0013】このナビゲーション装置によると、半径の
既知な円盤状指標を操作対象物に装着しているため、操
作対象物の像を単眼カメラで観測した場合にも観測点
(基準点)から円盤状指標までの距離を算出できる。ま
た、観測される像の視野内での2次元的位置、および楕
円として観測される円環像の偏平度から得られる情報を
加味することにより、操作対象物の3次元的位置および
姿勢が推定される。円盤状指標は観測像上では楕円とな
るが、この楕円の長軸長は指標の傾きに依らず常にリン
グの直径に等しいという性質があるため、この性質を利
用して操作対象物までの視点距離を求め、さらに操作対
象物の傾きを求める。
According to this navigation device, since a disc-shaped index having a known radius is attached to the operation target, even when the image of the operation target is observed with a single-lens camera, the disc-shaped index is obtained from the observation point (reference point). The distance to the index can be calculated. Also, by taking into account the information obtained from the two-dimensional position of the observed image in the field of view and the flatness of the ring image observed as an ellipse, the three-dimensional position and orientation of the operation target are estimated. Is done. The disc-shaped index is an ellipse on the observation image, but the major axis length of the ellipse is always equal to the diameter of the ring regardless of the inclination of the index. The distance is obtained, and the inclination of the operation target is obtained.

【0014】請求項6記載の発明は、請求項5記載のナ
ビゲーション装置における画像読取手段を基準点の座標
を把握しながら移動可能なCCDカメラとしたものであ
る。したがって、移動する操作対象物の動きに追従しな
がら円盤状指標を映しだすことが可能となる。
According to a sixth aspect of the present invention, the image reading means in the navigation device according to the fifth aspect is a CCD camera which can move while grasping the coordinates of the reference point. Therefore, it is possible to project the disc-shaped index while following the movement of the moving operation target.

【0015】請求項7記載の発明は、請求項5または6
記載のナビゲーション装置において、発光体または色彩
パターンからなる環状指標部を円盤状指標に設けたもの
である。これによると、認識しやすい楕円像がつくり出
され、視点距離や姿勢の算出の精度が向上するので好ま
しい。
The invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6.
In the navigation device described above, a circular index portion formed of a light-emitting body or a color pattern is provided on the disc-shaped index. According to this, an elliptic image that is easily recognizable is created, and the calculation accuracy of the viewpoint distance and the posture is improved, which is preferable.

【0016】請求項8記載の発明は、請求項5から7ま
でのいずれかに記載のナビゲーション装置において、円
盤状指標の中心位置を示す中心位置指標部を備えたもの
である。これにより、中心位置に基づいて楕円の長軸長
および短軸長を求めることができ、長軸と短軸の交点を
確実にかつ容易に認識できるようになる。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the navigation device according to any one of the fifth to seventh aspects, further comprising a center position index portion indicating a center position of the disc-shaped index. Thus, the major axis length and the minor axis length of the ellipse can be obtained based on the center position, and the intersection of the major axis and the minor axis can be reliably and easily recognized.

【0017】請求項9記載の発明は、請求項5から8ま
でのいずれかに記載のナビゲーション装置において、操
作対象物の読取軸周り回転量を示す非対称の回転角度指
標部を円盤状指標の中心位置以外に備えたものである。
したがって、認識手段の周方向位置を検出し、操作対象
物の回転量を容易に求めることができる。
According to a ninth aspect of the present invention, in the navigation device according to any one of the fifth to eighth aspects, an asymmetrical rotation angle index portion indicating the amount of rotation of the operation target object around the reading axis is provided at the center of the disc-shaped index. It is provided for other than the position.
Therefore, it is possible to detect the circumferential position of the recognition means and easily obtain the rotation amount of the operation target.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The configuration of the present invention will be described below in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.

【0019】図1〜図8に、本発明の一実施形態を示
す。本発明にかかるナビゲーション装置1は、空間内に
設定した3次元座標により操作対象物2の現在位置を認
識し、この操作対象物2を所望位置へ誘導するのを支援
する装置である。そして、本実施形態のナビゲーション
装置1は、円盤状の指標3と、この円盤状指標3を装着
した手術位置探査用プローブ2と、円盤状指標3の像を
観測する1台のCCDカメラ5と、このCCDカメラ5
の画像から円盤状指標3の位置・姿勢を推定する画像処
理装置6と、プローブ2の位置を患者の断層写真像に重
畳表示する画像表示部7より構成される。
1 to 8 show an embodiment of the present invention. The navigation device 1 according to the present invention is a device that recognizes a current position of an operation target 2 based on three-dimensional coordinates set in a space and assists in guiding the operation target 2 to a desired position. The navigation device 1 according to the present embodiment includes a disc-shaped index 3, a surgical position searching probe 2 equipped with the disc-shaped index 3, and one CCD camera 5 for observing an image of the disc-shaped index 3. , This CCD camera 5
And an image display unit 7 for estimating the position and orientation of the disc-shaped index 3 from the image of the patient 2 and for superimposing and displaying the position of the probe 2 on a tomographic image of a patient.

【0020】本実施形態で用いる円盤状指標3にはリン
グ状のカラーパターン若しくは発光部からなる主指標た
る環状指標部3aと、円盤の中心および回転角度情報を
与える補助指標たる中心位置指標部3bおよび回転角度
指標部3cが設置されている。
The disk-shaped index 3 used in the present embodiment includes a ring-shaped index section 3a as a main index formed of a ring-shaped color pattern or a light emitting section, and a center position index section 3b as an auxiliary index for providing information on the center and rotation angle of the disk. And a rotation angle indicator 3c.

【0021】以下、本発明のナビゲーション装置1によ
る測定原理を示す。
Hereinafter, the principle of measurement by the navigation device 1 of the present invention will be described.

【0022】(1)空間中の円環の性質円に限らず物体
(Object)の空間中における自由度は6であるが、これを
下記の ように定義する。Object基準点Oを原点として特定の基
準姿勢から;z軸回りの回転:x軸回りの回転:y軸回
りの回転の回転を順に与えた姿勢
(1) Properties of a ring in space Not only a circle but an object
(Object) has 6 degrees of freedom in the space, which is defined as follows. From a specific reference posture with the object reference point O as the origin; rotation around the z axis: rotation around the x axis: rotation around the y axis

【0023】上記回転後に、点Oに対して姿勢を変えず
に空間移動させた位置として、x軸方向への移動量:
x,y軸方向への移動量:y,z軸方向への移動量:z
だけ変化させた位置として表わされる。ここで、平行移
動量は回転と異なり、X,Y,Z移動の順序は問題とは
ならない。
After the rotation, the position moved spatially with respect to the point O without changing the posture is the amount of movement in the x-axis direction:
Movement amount in x, y axis directions: movement amount in y, z axis directions: z
Only the position changed. Here, the amount of parallel movement is different from rotation, and the order of X, Y, Z movement does not matter.

【0024】今、対象のObjectとしての半径1の円を考
える。ここで、円がXY平面上に原点(0,0,0)を
中心に構成されていると仮定する。これを基準姿勢と定
義すると冒頭の変換であるは円の姿勢を変化させない。
この様にして姿勢の確定した「円」が空間内に配置され
ると考えると、空間自由度は、θ,θ,X,Y,Z
の5つである。
Now, consider a circle having a radius of 1 as a target Object. Here, it is assumed that the circle is formed around the origin (0, 0, 0) on the XY plane. If this is defined as the reference posture, the posture at the beginning or the posture of the circle is not changed.
Assuming that the “circle” with the determined posture is arranged in the space in this way, the spatial degrees of freedom are θ x , θ y , X, Y, Z
The five.

【0025】(2)平面へのリングの投影 この様に円が空間中に置かれた場合に定点(または基準
点4)からこの円を観測した場合、楕円として認識され
る(テレセントリックな光学系=遠近によらず寸法一定
で観測したとして仮定)。
(2) Projection of Ring on Plane When a circle is placed in space as described above, when the circle is observed from a fixed point (or reference point 4), it is recognized as an ellipse (telecentric optical system) = Assuming that observations were made at a constant size regardless of distance).

【0026】ここで、遠近によらず寸法一定なテレセン
トリックであるという仮定の下では、図7に示すよう
に、観測面に水平な軸回りの回転の符号を判別すること
ができない。例えば、x軸回りに45度回転した場合
(図7(A))とx軸回りに−45度回転した場合(図
7(B))とで観測画像が同じとなってしまう。
Here, under the assumption that the telecentricity is constant regardless of the distance, the sign of rotation about an axis horizontal to the observation plane cannot be determined, as shown in FIG. For example, the observed image is the same when rotated 45 degrees around the x axis (FIG. 7A) and when rotated 45 degrees around the x axis (FIG. 7B).

【0027】しかし、実際での観測は非テレセントリッ
クな光学系を用いているものであり、このような状況下
では円環中心に対して非対称成分が現れる。ここで中心
からの長さが最小になる中心を通る径を考えた場合、こ
の径が中心点で分割した長さ、図8に示すようなA、B
の長さを判定することにより、回転の符号が明らかにな
る。図8では、A<Bであれば正の方向(図8
(A))、逆にB<Aであれば負の方向(図8(B))
と簡単に判別できる。
However, actual observation uses a non-telecentric optical system, and under such circumstances, an asymmetric component appears with respect to the center of the ring. Here, when considering the diameter passing through the center where the length from the center is the minimum, this diameter is the length divided at the center point, A, B as shown in FIG.
By determining the length of, the sign of the rotation becomes apparent. In FIG. 8, if A <B, the positive direction (FIG.
(A)) On the contrary, if B <A, the direction is negative (FIG. 8 (B)).
Can be easily determined.

【0028】今、観測点がz軸上にあり、円中心が原点
Oにあるとする。つまり観測はXY面への投影形状であ
るものとして考える。円をx=cosθ、y=sinθとして
表現するとx軸回りにαだけ回転した場合には、
Now, it is assumed that the observation point is on the z-axis and the center of the circle is at the origin O. That is, the observation is considered to be a projection shape on the XY plane. When a circle is expressed as x = cos θ and y = sin θ, when the circle is rotated by α around the x axis,

【数1】 となりXY平面において直径1、短径の楕円の方程式が
観測されることになる(図1参照)。
(Equation 1) In the XY plane, an equation of an ellipse having a diameter of 1 and a minor axis is observed (see FIG. 1).

【0029】これがz軸中心にβ回転しても形状自体は
変化しない事は明らかであるが、以下、数式2として示
す。すなわち、直径1、短径 cosα(=A)の楕円がβ
回転したものである。
Although it is clear that the shape itself does not change even if it rotates β around the z-axis, it is shown as Equation 2 below. That is, the ellipse of diameter 1 and minor axis cosα (= A) is β
It is a rotated one.

【数2】 以上では、円形が空間で自由な姿勢を取ることで楕円形
として観測されることを示した。次に検出された楕円か
ら姿勢を検出することを考える。ただし、数式2より明
らかな様に、円の表面が見えるといった条件(−π/2
〜π/2)においてもcosαは2つの解を持つため完全に
決定することはできない。
(Equation 2) The above shows that a circular shape is observed as an elliptical shape by taking a free attitude in space. Next, consider detecting a posture from the detected ellipse. However, as is clear from Equation 2, the condition that the surface of the circle is visible (−π / 2
Also, cos α cannot be completely determined because it has two solutions.

【0030】範囲を0〜π/2と限定し、観測値として
画像重心O(ox,oy)、直径2点をa1:(a1x,aly)、a2:(a2
x,a2y)、短径の2点を b1:(b1x,b1y)、b2:(b2x,b2y)と
する。
The range is limited to 0 to π / 2, and the center of gravity of the image is O (ox, oy) as observation values, and two points are a1: (a1x, aly) and a2: (a2
x, a2y) and the minor axis are b1: (b1x, b1y) and b2: (b2x, b2y).

【0031】この条件のもとで観測された楕円は、もと
のリングを x軸回りに
The ellipse observed under this condition is obtained by moving the original ring around the x-axis.

【数3】 回転させて z軸回りに(Equation 3) Rotate around the z axis

【数4】 回転させ、 ox,oyだけ移動させたものである(図2参照)。(Equation 4) It is rotated and moved by ox and oy (see Fig. 2).

【0032】以上のことが観測画像より得られる。The above can be obtained from the observed image.

【0033】(3)Z距離特性を含む円環の観測像 ここまではテレセントリックな観測を行うことで簡易化
して記述してきた。これに対して半径既知(=1)の円
が遠方に遠のくほど小さく見える光学系で観測を行なう
条件で考えてみる。Z距離により原点から座標値がx,
yが各々座標値(x/F,y/F)になってしまうような
観測系を考えるとき、観測される像は次のように表わさ
れる。
(3) Observation Image of Ring Containing Z Distance Characteristics Up to this point, the description has been simplified by performing telecentric observation. On the other hand, let us consider a condition in which observation is performed with an optical system in which a circle having a known radius (= 1) appears smaller as the distance increases. The coordinate value is x,
When considering an observation system in which y becomes coordinate values (x / F, y / F), the observed image is expressed as follows.

【0034】x=(1/(sinα・sinθ+Z)・k)cosθ y=(1/(sinα・sinθ+Z)・k)cosα・sinθ この像においてθ=0のときの値が直径/2の長さであ
る。つまりx=1/Zkであり、単純に円中心のz方向
距離のみに依存した長さとなる。ここに、
X = (1 / (sin α · sin θ + Z) · k) cos θ y = (1 / (sin α · sin θ + Z) · k) cos α · sin θ In this image, the value when θ = 0 is the diameter / 2 length It is. That is, x = 1 / Zk, and the length simply depends on only the distance of the center of the circle in the z direction. here,

【0035】F=((CCD)から輝点迄の距離)・k とする。一方観測像の短径観測より直接求めることはで
きないが、式のうえではθ=π/2のときに原点から最
短距離(1/(Z+sinα)・k)となり、そのOに対する本
来の対称位置は(1/(Z−sinα)・k)となり楕円短径の
距離がz方向の傾きにより非対称となって観測される。
It is assumed that F = (distance from (CCD) to luminescent spot) · k. On the other hand, it cannot be obtained directly from the observation of the minor axis of the observed image, but from the equation, when θ = π / 2, the shortest distance from the origin is (1 / (Z + sinα) · k). (1 / (Z−sin α) · k), and the distance of the minor axis of the ellipse is observed to be asymmetric due to the inclination in the z direction.

【0036】(4)観測像から円環の空間位置姿勢の推
定 ここまでの論を逆にしてz軸上に円中心を持つ半径1の
円に対してその原点までの距離と姿勢を求める方法を以
下に示す。
(4) Estimation of Spatial Position and Orientation of Ring from Observed Image A method for obtaining the distance and orientation to the origin of a circle having a radius of 1 having the center of the circle on the z-axis by reversing the above discussion. Is shown below.

【0037】以下では円の半径を1と定義しておく。
また観測の画角の広がりはkとする。さらに、観測中心
から円中心に向かう方向をz軸とする。よって円中心は
観測XY座標上で(0,0)とする。このためには円の
中心は何らかの別の方法で認識されなければならない
が、ここでは図3に示すような補助標識より円中心を認
識する。
In the following, the radius of the circle is defined as 1.
The spread of the angle of view for observation is k. Further, the direction from the observation center to the center of the circle is defined as the z-axis. Therefore, the center of the circle is (0, 0) on the observed XY coordinates. For this purpose, the center of the circle has to be recognized in some other way, but here the center of the circle is recognized from an auxiliary marker as shown in FIG.

【0038】長径に相当する線分の角度の探査 ここで、2つの方法が考えられる。1つは短径の像に直
角な方向を直径とする方法で −1 原点から像各点までの距離を求めこの最短とな
る角度に対して直角で原点を通る線分を直径に対応した
像とする。
Search for Angle of Line Segment Corresponding to Longer Diameter Here, two methods are conceivable. One is a method in which the direction perpendicular to the image of the minor axis is defined as the diameter. -1 The distance from the origin to each point of the image is obtained. The line passing through the origin at a right angle to the shortest angle and the image corresponding to the diameter. And

【0039】−2 原点を通る直線をウィンドウとし
て観測画像の輝度分布を調べ(2個の輝度集中点が集ま
る)求められた2点に対する原点からの距離が最も等し
くなる(差が最小、もしくは比率が1に最も近い)場合
の直線ウィンドウの角度を直径に対応した像とする。こ
こで求められた角度がz軸回りの回転量である。
-2 The brightness distribution of the observed image is examined using a straight line passing through the origin as a window (two brightness concentration points are gathered). The distance from the origin to the obtained two points becomes the same (the difference is the minimum or the ratio). Is closest to 1), the angle of the straight window is defined as an image corresponding to the diameter. The angle obtained here is the amount of rotation about the z-axis.

【0040】長径上の2個の輝度中心間の観測画像上
での距離Lを求める。このLは:L=1/ZKであり、
これにより観測中心から中心までの距離Zが求められ
る。
The distance L on the observed image between the two luminance centers on the major axis is obtained. This L is: L = 1 / ZK,
Thereby, the distance Z from the observation center to the center is obtained.

【0041】長径に直角方向の直線ウィンドウに対し
て2つの輝度中心を求める。それぞれの距離をi,jと
すると(大きい方をiとすると) ikZ=iksinα+cosαの逆関数を求めることによ
って、x軸回りの回転θ=αが求められる。
Two luminance centers are obtained for a straight window perpendicular to the major axis. Assuming that the respective distances are i and j (the larger one is i), the rotation θ x = α around the x-axis is obtained by obtaining the inverse function of ikZ = iksin α + cos α.

【0042】なお、ここまで説明した本発明のナビゲー
ション装置1による測定原理の概略をフローによって示
すと図9のようになる。
FIG. 9 shows an outline of the principle of measurement by the navigation device 1 of the present invention described above by a flow.

【0043】[0043]

【実施例】図3に、本発明で用いている円盤状指標3の
作成例を示す。円盤状指標3は、発光体、色彩パターン
などからなる環状指標部(リング)3aを備える。前述
のように、この指標をCCDカメラ5等で撮像した場
合、CCDカメラ5との角度によって、図4のように楕
円として観測されるが、その長軸の長さは、楕円の傾き
には依らず、純粋にCCDカメラ5までの距離情報を表
わす。
FIG. 3 shows an example of the creation of a disc-shaped index 3 used in the present invention. The disc-shaped indicator 3 includes a ring-shaped indicator (ring) 3a composed of a light emitter, a color pattern, and the like. As described above, when this index is captured by the CCD camera 5 or the like, it is observed as an ellipse as shown in FIG. 4 depending on the angle with the CCD camera 5, but the length of its major axis is Independently, it indicates distance information to the CCD camera 5.

【0044】また、円盤状指標3には、リングの中心を
精度良く算出するための中心位置マーカである中心位置
指標部3bと、リングの回転角度情報を表わす小丸の補
助指標である回転角度指標部3cを備えている。これら
の指標および補助指標は黒円盤上に蛍光塗料、もしくは
明度の高い塗料を塗布することによっても作成可能であ
るが、より高い安定性が要求される場合には、指標およ
び補助指標をLED発光体で構成する。
The disc-shaped index 3 includes a center position index section 3b which is a center position marker for accurately calculating the center of the ring, and a rotation angle index which is an auxiliary index of a small circle representing the rotation angle information of the ring. A portion 3c is provided. These indices and auxiliary indices can also be created by applying a fluorescent paint or a high-brightness paint on a black disk, but if higher stability is required, the indices and auxiliary indices should be LED lighted. Consist of body.

【0045】図5は、上記の円盤状指標3を、操作対象
物である手術位置決定用のプローブ2に固定し、多関節
アーム8の先端に設置したCCDカメラ5によって指標
の撮像を行うナビゲーションシステムの構成例を示す。
この多関節アーム8のアーム部分を微細化することで、
内視鏡手術用ナビゲーションシステムを構成することも
可能である。この場合は、円盤状指標3は腹腔内に挿入
できるように小型のものとし、プローブ2の形状も、図
6に示すように一端を体外から把持・操作可能な形状と
する。多関節アーム8の各関節における開き角度は図示
しないロータリーエンコーダで読み取っている。そし
て、各関節の開きを求めてCCDカメラ5の三次元位置
を計測する。
FIG. 5 shows a navigation in which the above-mentioned disc-shaped index 3 is fixed to a probe 2 for determining a surgical position, which is an operation target, and an image of the index is taken by a CCD camera 5 installed at the tip of an articulated arm 8. 1 shows a configuration example of a system.
By miniaturizing the arm part of this articulated arm 8,
It is also possible to configure a navigation system for endoscopic surgery. In this case, the disc-shaped indicator 3 is small enough to be inserted into the abdominal cavity, and the probe 2 is shaped so that one end can be grasped and operated from outside the body as shown in FIG. The opening angle at each joint of the articulated arm 8 is read by a rotary encoder (not shown). Then, the three-dimensional position of the CCD camera 5 is measured by determining the opening of each joint.

【0046】なお、この多関節アーム8の先端に設置さ
れたCCDカメラ5を、手術用顕微鏡に変更しその画像
信号から上記円盤状指標3の3次元的位置を計測すると
同時に、手術用顕微鏡の位置・姿勢を座標変換装置に入
力することで、顕微鏡下でのナビゲーションをも実現で
きる。
The CCD camera 5 installed at the tip of the articulated arm 8 is changed to a surgical microscope, and the three-dimensional position of the disc-shaped index 3 is measured from the image signal. By inputting the position and orientation to the coordinate conversion device, navigation under a microscope can be realized.

【0047】CCDカメラ5が読み取った情報は画像処
理装置6によって処理する。画像処理装置6は、図5に
も示すように、画像の取り込み、ノイズ処理、歪み修
正、対称形状のサーチ、距離や姿勢の演算などの処理を
行い、プローブ2の視点距離や姿勢を算出する。
The information read by the CCD camera 5 is processed by the image processing device 6. As shown in FIG. 5, the image processing device 6 performs processing such as image capture, noise processing, distortion correction, search for a symmetric shape, and calculation of distance and posture, and calculates the viewpoint distance and posture of the probe 2. .

【0048】また、CCDカメラ5による画像は画像表
示部7において表示する。例えば本実施例では、図6に
示すように、CCDカメラ5からのビデオ信号を表示す
るCRT7aと、座標変換装置9において別の像(例え
ば脳の断層像)と合成された画像を表示するCRT7b
の2つのモニタで異なる画像を表示している。
The image from the CCD camera 5 is displayed on the image display unit 7. For example, in this embodiment, as shown in FIG. 6, a CRT 7a for displaying a video signal from the CCD camera 5 and a CRT 7b for displaying an image synthesized with another image (for example, a tomographic image of the brain) in the coordinate transformation device 9.
Different images are displayed on the two monitors.

【0049】ここまで説明したように、本実施形態のナ
ビゲーション装置1によれば、手術用光学式ナビゲーシ
ョンシステムを構築する際、従来は2台以上必要として
いたCCDカメラ5を1台とすることが可能となる。こ
れにより、従来は受光部の幾何学的寸法に数百mmを要
していたところを、CCDカメラ1台分の直径で実現す
ることができる。したがって、内視鏡手術の際、直径1
0mm程度のCCDカメラを用いた光学式ナビゲーショ
ンが実現可能になる。
As described above, according to the navigation apparatus 1 of the present embodiment, when constructing the optical navigation system for surgery, the number of CCD cameras 5 conventionally required at least two may be reduced to one. It becomes possible. As a result, the geometrical dimensions of the light receiving unit conventionally required several hundred mm, but can be realized with the diameter of one CCD camera. Therefore, during endoscopic surgery, a diameter of 1
Optical navigation using a CCD camera of about 0 mm can be realized.

【0050】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、本実施形態では空間内に基準点4を一点
設けた場合について説明したが、これは必ずしもカメラ
が1台であるとは限らない。複数のカメラを使用する場
合であっても、カメラを順次切り換えて使用すれば基準
点4が一点であることに変わりはない。これによると、
例えば1台のカメラのみでは移動途中に死角が生じてし
まうような場合に、カメラを切り換えることで計測デー
タの断続を防止することが可能となる。
The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the present embodiment, the case where one reference point 4 is provided in the space has been described. However, this is not necessarily one camera. Even when a plurality of cameras are used, if the cameras are sequentially switched and used, the reference point 4 is still one point. according to this,
For example, in a case where blind spots occur during movement with only one camera, it is possible to prevent intermittent measurement data by switching cameras.

【0051】また、本明細書では円盤状指標3あるいは
この円盤状指標3および円盤状指標3上の環状指標部3
a等の組み合わせに基づいてナビゲーションする場合に
ついて説明したが、これらは指標の一形態に過ぎず、本
明細書でいう円盤状指標には少なくとも外周が円形であ
るとして認識可能なすべての指標(例えば矩形盤に環状
指標部3aを付したもの)を含むものである。
In this specification, the disc-shaped index 3 or the disc-shaped index 3 and the annular index portion 3 on the disc-shaped index 3 are used.
Although the case of performing navigation based on a combination of a and the like has been described, these are only one form of the index, and the disc-shaped index referred to in this specification includes all indices that can be recognized as at least the outer circumference being circular (for example, (A rectangular plate with an annular index portion 3a).

【0052】[0052]

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
1記載のナビゲーション装置によると、半径の既知な円
盤状指標をプローブなどの操作対象物に装着したため、
たとえ単一視点であっても、観測された像の視野内での
2次元的位置、および楕円として観測される画像の偏平
度から得られる情報を加味することにより、プローブの
3次元的位置および姿勢を推定できる。
As is apparent from the above description, according to the navigation device of the first aspect, the disc-shaped index having a known radius is attached to the operation target such as the probe.
Even with a single viewpoint, by taking into account the two-dimensional position of the observed image in the field of view and the information obtained from the flatness of the image observed as an ellipse, the three-dimensional position of the probe and Posture can be estimated.

【0053】これにより、1台のカメラによってナビゲ
ーション装置を構成することが可能となり、特に脳神経
外科などの手術の際、術者が患者の手術操作部位とCT
などの断層画像の位置関係を把握できるようにし、かつ
省スペース化、省コスト化を達成する。
This makes it possible to configure a navigation device with a single camera. In particular, during an operation such as a neurosurgery, the surgeon can operate the patient's operation site and CT.
For example, it is possible to grasp the positional relationship between tomographic images such as a tomographic image and to achieve space saving and cost saving.

【0054】また、請求項2記載のナビゲーション方法
によると、基準点の座標の把握が可能な移動基準点によ
って円盤状指標を映し出ので、移動する操作対象物の動
きに追従しながら円盤状指標を写しだすことが可能とな
る。
According to the navigation method of the present invention, since the disc-shaped index is projected by the movement reference point at which the coordinates of the reference point can be grasped, the disc-shaped index is followed while following the movement of the moving operation target. Can be projected.

【0055】さらに請求項3記載のナビゲーション方法
によると、円盤状指標の中心を示す中心位置指標部によ
って中心位置を求め、この中心位置に基づいて楕円の長
軸長および短軸長を求めることができる。このため、中
心位置が求めやすく、長軸と短軸の交点を確実に認識で
きる。
According to the third aspect of the present invention, the center position is obtained by the center position index portion indicating the center of the disc-shaped index, and the major axis length and the minor axis length of the ellipse are determined based on the center position. it can. Therefore, the center position can be easily obtained, and the intersection of the long axis and the short axis can be reliably recognized.

【0056】また、請求項4記載のナビゲーション方法
によると、非対称に設けた回転角度指標部によって円盤
状指標の像が読取軸周りにどれだけ回転しているのか容
易に判断することができる。さらには、円盤状指標の中
心より近いか遠いかを判断することにより、円盤状指標
の面がどちらを向いて傾いているかの認識も容易とす
る。
According to the navigation method of the fourth aspect, it is possible to easily determine how much the image of the disk-shaped index is rotated around the reading axis by the asymmetrically provided rotation angle index unit. Further, by determining whether the surface of the disc-shaped index is closer or farther from the center of the disc-shaped index, it is easy to recognize which direction the surface of the disc-shaped index is inclined.

【0057】請求項5記載の発明のナビゲーション装置
によると、半径の既知な円盤状指標を操作対象物に装着
しているため、操作対象物の像を単眼カメラで観測した
場合に観測点(基準点)から円盤状指標までの距離を算
出できる。また、観測される像の視野内での2次元的位
置、および楕円として観測される円環像の偏平度から得
られる情報を加味することにより、操作対象物の3次元
的位置および姿勢を推定できる。これにより、1台のカ
メラによってナビゲーション装置を構成することが可能
となり、特に脳神経外科などの手術の際、術者が患者の
手術操作部位とCTなどの断層画像の位置関係を把握で
きる。そして、省スペース化、省コスト化を達成する。
According to the navigation apparatus of the fifth aspect of the present invention, since the disc-shaped index having a known radius is attached to the operation target, when the image of the operation target is observed by the monocular camera, the observation point (reference The distance from the point to the disc-shaped index can be calculated. Also, by taking into account the information obtained from the two-dimensional position of the observed image in the field of view and the flatness of the ring image observed as an ellipse, the three-dimensional position and orientation of the operation target are estimated. it can. This makes it possible to configure a navigation device with a single camera, and particularly in the case of surgery such as neurosurgery, an operator can grasp the positional relationship between a surgical operation site of a patient and a tomographic image such as CT. And space saving and cost saving are achieved.

【0058】請求項6記載のナビゲーション装置は、画
像読取手段を基準点の座標を把握しながら移動可能なC
CDカメラとしたため、移動する操作対象物の動きに追
従しながら円盤状指標を映しだすことができる。
According to a sixth aspect of the present invention, in the navigation device, the image reading means can be moved while grasping the coordinates of the reference point.
Since a CD camera is used, the disc-shaped index can be projected while following the movement of the moving operation target.

【0059】また、請求項7記載のナビゲーション装置
によると、発光体または色彩パターンからなる環状指標
部を円盤状指標に設けたことから、認識しやすい楕円像
をつくり出し、視点距離や姿勢の算出の精度を向上させ
ることが可能となる。
According to the seventh aspect of the present invention, since the circular index portion made of a luminous body or a color pattern is provided on the disc-shaped index, an easily recognizable elliptical image is created, and the viewpoint distance and the posture are calculated. Accuracy can be improved.

【0060】さらに請求項8記載のナビゲーション装置
は、円盤状指標の中心位置を示す中心位置指標部を備え
たため、中心位置に基づいて楕円の長軸長および短軸長
を求め、長軸と短軸の交点を確実にかつ容易に認識する
ことができる。
Further, since the navigation device according to the eighth aspect is provided with the center position index portion indicating the center position of the disc-shaped index, the major axis length and the minor axis length of the ellipse are obtained based on the center position, and the major axis and the minor axis are determined. The intersection of the axes can be recognized reliably and easily.

【0061】また請求項9記載のナビゲーション装置で
は、操作対象物の読取軸周り回転量を示す非対称の回転
角度指標部を円盤状指標の中心位置以外に備えたことか
ら、認識手段の周方向位置を検出することによって操作
対象物の回転量を容易に求めることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, since the asymmetric rotation angle index portion indicating the amount of rotation of the operation target object about the reading axis is provided at a position other than the center position of the disk-shaped index, the circumferential position of the recognition means is provided. Is detected, the rotation amount of the operation target can be easily obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】x軸周りにαだけ回転した平面内のリングを示
す図である。
FIG. 1 shows a ring in a plane rotated by α around the x-axis.

【図2】z軸周りにβだけ回転した楕円像を示す図であ
る。
FIG. 2 is a diagram showing an elliptical image rotated by β around the z axis.

【図3】円盤状指標上の環状指標部、中心位置指標部、
回転角度指標部の形状例を示す図である。
FIG. 3 shows an annular index portion, a center position index portion on a disc-shaped index,
It is a figure showing the example of shape of a rotation angle indicator.

【図4】図3に示した環状指標部を斜めから見た様子を
示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a state where the annular index portion shown in FIG. 3 is viewed obliquely.

【図5】円盤状指標を用いたナビゲーション装置のシス
テム構成例を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing an example of a system configuration of a navigation device using a disc-shaped index.

【図6】内視鏡用ナビゲーション装置のシステム構築例
を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a system construction of a navigation device for an endoscope.

【図7】テレセントリックな光学系という仮定の下での
観測画像を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an observed image under the assumption of a telecentric optical system.

【図8】通常光学系での観測画像の例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of an observation image in a normal optical system.

【図9】ナビゲーション装置による測定原理の概略を示
すフローである。
FIG. 9 is a flowchart showing an outline of a measurement principle by the navigation device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ナビゲーション装置 2 プローブ(操作対象物) 3 円盤状指標 3a 環状指標部 3b 中心位置指標部 3c 回転角度指標部 4 基準点 5 CCDカメラ(画像読取手段) 6 画像処理装置 7 画像表示部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Navigation apparatus 2 Probe (operation target) 3 Disc-shaped index 3a Ring-shaped index part 3b Center position index part 3c Rotation angle index part 4 Reference point 5 CCD camera (image reading means) 6 Image processing device 7 Image display part

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 常田 晴弘 長野県伊那市上の原6100番地 株式会社三 協精機製作所伊那工場内 (72)発明者 矢島 正男 長野県伊那市上の原6100番地 株式会社三 協精機製作所伊那工場内 (72)発明者 小杉 幸夫 東京都世田谷区東玉川1−2−16 (72)発明者 渡辺 英寿 東京都文京区本郷5−29−12−1001 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (72) Inventor Haruhiro Tsuneda 6100 Uehara, Ina-shi, Nagano Prefecture Sankyo Seiki Seisakusho Ina Plant (72) Inventor Masao Yajima 6100 Uehara, Ina-shi Nagano Prefecture Sankyo Seiki Seisakusho Co., Ltd. Inside the Ina Plant (72) Inventor Yukio Kosugi 1-2-16 Higashi Tamagawa, Setagaya-ku, Tokyo (72) Inventor Hidetoshi Watanabe 5-29-12-1001, Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 空間内に設定した3次元座標により操作
対象物の現在位置を認識し、この操作対象物を所望位置
へ誘導するのを支援するナビゲーション方法において、
前記操作対象物と一体に設けた円盤状指標を空間内のあ
る基準点から映し出し、読取角度に応じて偏平率の異な
る楕円または真円の平面画像とし、前記楕円の長軸長に
基づいて前記基準点から前記円盤状指標までの距離を求
め、かつ前記楕円の長軸長および短軸長に基づいて前記
円盤状指標の傾斜角を求めることを特徴とするナビゲー
ション方法。
1. A navigation method for recognizing a current position of an operation target based on three-dimensional coordinates set in a space and assisting in guiding the operation target to a desired position.
The disk-shaped index provided integrally with the operation target is projected from a certain reference point in space, and a flat image of an ellipse or a perfect circle having a different flattening rate depending on a reading angle, and based on a major axis length of the ellipse, A navigation method comprising: obtaining a distance from a reference point to the disc-shaped index; and obtaining an inclination angle of the disc-shaped index based on a major axis length and a minor axis length of the ellipse.
【請求項2】 前記基準点の座標の把握が可能な移動基
準点によって前記円盤状指標を映し出すことを特徴とす
る請求項1記載のナビゲーション方法。
2. The navigation method according to claim 1, wherein the disc-shaped index is displayed by a movement reference point at which coordinates of the reference point can be grasped.
【請求項3】 前記円盤状指標の中心を示す中心位置指
標部によって中心位置を求め、この中心位置に基づいて
前記楕円の長軸長および短軸長を求めることを特徴とす
る請求項1または2記載のナビゲーション方法。
3. The elliptical ellipse according to claim 1, wherein a center position is obtained by a center position index unit indicating a center of the disc-shaped index, and a long axis length and a short axis length of the ellipse are obtained based on the center position. 2. The navigation method according to 2.
【請求項4】 前記中心以外に設けた非対称の回転角度
指標部によって前記操作対象物の読取軸周りの回転量を
求めることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記
載のナビゲーション方法。
4. The navigation method according to claim 1, wherein an amount of rotation of the operation target object around the reading axis is obtained by an asymmetric rotation angle indicator provided at a position other than the center.
【請求項5】 空間内に設定した3次元座標により操作
対象物の現在位置を認識し、この操作対象物を所望位置
へ誘導するのを支援するナビゲーション装置において、
前記操作対象物と一体に設けた指標であって読取方向に
応じて偏平率の異なる楕円として画像認識される円盤状
指標と、空間内のある基準点から前記円盤状指標を映し
出して楕円または真円の平面画像とする画像読取手段
と、前記楕円の長軸長に基づいて前記基準点から前記円
盤状指標までの距離を求めるとともに前記楕円の長軸長
および短軸長に基づいて前記円盤状指標の傾斜角を求め
る画像処理装置とを備えたことを特徴とするナビゲーシ
ョン装置。
5. A navigation device for recognizing a current position of an operation target based on three-dimensional coordinates set in a space and assisting in guiding the operation target to a desired position.
A disc-shaped index which is an index provided integrally with the operation target and which is image-recognized as an ellipse having a different flatness according to a reading direction, and an ellipse or true which is obtained by projecting the disc-shaped index from a certain reference point in space. Image reading means for obtaining a plane image of a circle, and determining the distance from the reference point to the disc-shaped index based on the major axis length of the ellipse and the disc shape based on the major axis length and minor axis length of the ellipse A navigation device comprising: an image processing device that calculates an inclination angle of an index.
【請求項6】 前記画像読取手段は、前記基準点の座標
を把握しながら移動可能なCCDカメラであることを特
徴とする請求項5記載のナビゲーション装置。
6. The navigation apparatus according to claim 5, wherein said image reading means is a CCD camera movable while grasping the coordinates of said reference point.
【請求項7】 発光体または色彩パターンからなる環状
指標部を前記円盤状指標に設けたことを特徴とする請求
項5または6記載のナビゲーション装置。
7. The navigation device according to claim 5, wherein an annular index portion made of a luminous body or a color pattern is provided on the disc-shaped index.
【請求項8】 前記円盤状指標の中心位置を示す中心位
置指標を備えたことを特徴とする請求項5から7までの
いずれかに記載のナビゲーション装置。
8. The navigation device according to claim 5, further comprising a center position index indicating a center position of the disc-shaped index.
【請求項9】 前記操作対象物の読取軸周り回転量を示
す非対称の回転角度指標部を前記円盤状指標の中心位置
以外に備えたことを特徴とする請求項5から8までのい
ずれかに記載のナビゲーション装置。
9. The apparatus according to claim 5, further comprising an asymmetrical rotation angle indicator indicating an amount of rotation of the operation target object about the reading axis, provided at a position other than the center position of the disk-shaped indicator. A navigation device as described.
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