JP3041420B1 - Endoscope system and recording medium storing control program for detecting depth information of endoscope image - Google Patents

Endoscope system and recording medium storing control program for detecting depth information of endoscope image

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JP3041420B1
JP3041420B1 JP11017921A JP1792199A JP3041420B1 JP 3041420 B1 JP3041420 B1 JP 3041420B1 JP 11017921 A JP11017921 A JP 11017921A JP 1792199 A JP1792199 A JP 1792199A JP 3041420 B1 JP3041420 B1 JP 3041420B1
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幸男 福井
正明 持丸
樹里 山下
和則 横山
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Abstract

【要約】 【課題】 単眼光学系の場合でも奥行き情報を的確に得
られる内視鏡システムを提供する。 【解決手段】 運動視差の原理を用い、内視鏡の奥行き
方向の動きと、それに伴って変化する内視鏡像の対応位
置の変化から、運動視差に相当する情報を演算処理によ
り得ることにより、単眼でも奥行き情報を得られるよう
にした内視鏡システムである。このシステムは、内視鏡
1と、内視鏡自身の空間位置及び方向を実時間で計測す
る内視鏡位置・方向検出センサ8と、内視鏡が移動した
ときに得られる連続した複数の光学像から対応する像平
面内の各点における像の動きを算出する移動情報抽出装
置6と、内視鏡自身の空間位置および方向の変化と画像
の各点の移動量から画像に見える各点の空間内3次元位
置を算出する奥行き情報演算装置7と、上記画像各点の
3次元位置を内視鏡画像内に重畳させて表示するモニタ
ー装置9とを有する。
Abstract: PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an endoscope system capable of accurately obtaining depth information even in the case of a monocular optical system. SOLUTION: By using the principle of motion parallax, information corresponding to motion parallax is obtained by arithmetic processing from a movement of an endoscope in a depth direction and a change in a corresponding position of an endoscope image that changes with the movement, This is an endoscope system that enables depth information to be obtained with a single eye. This system includes an endoscope 1, an endoscope position / direction detection sensor 8 that measures the spatial position and direction of the endoscope itself in real time, and a plurality of continuous plurality obtained when the endoscope moves. A movement information extraction device 6 for calculating the movement of the image at each point in the corresponding image plane from the optical image, and each point visible in the image from the change in the spatial position and direction of the endoscope itself and the movement amount of each point in the image. And a monitor device 9 for superimposing and displaying the three-dimensional position of each point of the image in the endoscopic image.

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、工業用内視鏡や医
療用内視鏡に好適な内視鏡システムおよび内視鏡画像の
奥行き情報検出用制御プログラムを記録した記録媒体に
関する。
The present invention relates to relates to a recording medium which records depth information detection control program suitable endoscopic system and endoscope images industrial endoscope and medical endoscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の内視鏡は、細い筒状であるために
単眼光学系の場合が多く、そのため操作時に奥行き距離
が把握しづらい。このため、どの程度の奥行き方向まで
内視鏡を入れることが可能であるかを判断することが困
難である。このため、内視鏡下での操作が困難で、操作
者が細心の注意を向けないと、内視鏡および対象物の双
方に傷をつけたり、破損させたりする危険性が高いのが
現状である。
2. Description of the Related Art A conventional endoscope is often a monocular optical system due to its thin cylindrical shape, so that it is difficult to grasp the depth distance during operation. For this reason, it is difficult to determine to what depth the endoscope can be inserted. For this reason, operation under the endoscope is difficult, and if the operator does not pay close attention, there is a high risk that both the endoscope and the target object may be damaged or damaged. is there.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の点に
鑑みてなされたもので、その目的は、単眼光学系の場合
でも奥行き情報を的確に得られる内視鏡システムおよ
視鏡画像の奥行き情報検出用制御プログラムを記録し
た記録媒体を提供することにある。
[0008] The present invention has been made in view of the above, and its object is an endoscope system and obtained accurately depth information even in the case of monocular optical system
It is to provide a recording medium which records the depth information detection control program endoscope image.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の内視鏡システムの発明は、内視鏡と、該
内視鏡自身の空間位置および方向を実時間で計測する内
視鏡位置・方向検出手段と、前記内視鏡が移動したとき
に得られる連続した複数の光学像から対応する像平面内
の各点または領域における像の動きを算出する移動情報
抽出手段と、前記内視鏡位置・方向検出手段から得られ
る前記内視鏡自身の空間位置および方向の変化と、前記
移動情報抽出手段から得られる画像の各点または領域の
移動量とから、画像に見える各点または領域の空間内3
次元位置を算出する奥行き情報演算手段と、前記奥行き
情報演算手段で得られた前記画像の各点または領域の3
次元位置を内視鏡画像内に重畳させて表示する画像・距
離情報表示手段とを具備することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention of an endoscope system according to a first aspect of the present invention is directed to an endoscope and an endoscope that measures the spatial position and direction of the endoscope itself in real time. Endoscope position / direction detection means, and movement information extraction means for calculating the movement of an image at each point or region in the corresponding image plane from a plurality of continuous optical images obtained when the endoscope moves, From the change in the spatial position and direction of the endoscope itself obtained from the endoscope position / direction detection means, and the amount of movement of each point or region of the image obtained from the movement information extraction means, In the space of a point or area 3
Depth information calculating means for calculating a three-dimensional position, and three points of each point or region of the image obtained by the depth information calculating means.
Image / distance information display means for displaying the dimensional position superimposed on the endoscopic image.

【0005】ここで、好ましくは、前記内視鏡は、光フ
ァイバーまたはリレーレンズ系または撮像素子をその内
部に用いた管体の先端に結像光学系を備えた内視鏡であ
る。
[0005] Preferably, the endoscope is an endoscope provided with an imaging optical system at the tip of a tube using an optical fiber or a relay lens system or an image pickup device therein.

【0006】また、好ましくは、前記移動情報抽出手段
は、像面内方向と移動量、いわゆるオプティカルフロー
を算出する。
Preferably, the movement information extracting means calculates an in-image direction and a movement amount, so-called optical flow.

【0007】また、好ましくは、前記奥行き情報演算手
段で得られた前記画像の各点または領域の3次元位置の
値と所定の値とを比較することにより、前記内視鏡の先
端と対象物間の距離が予め定めた距離の限界を超えて接
近したことを検知する比較手段と、該比較手段の比較結
果に応じて音声や光あるいはメッセージ表示等により自
動的に警告を発生する警告手段を更に有する。
Preferably, the value of the three-dimensional position of each point or area of the image obtained by the depth information calculation means is compared with a predetermined value, so that the end of the endoscope and the object are compared. Comparing means for detecting that the distance between them has approached beyond a predetermined distance limit, and warning means for automatically generating a warning by voice, light, message display, or the like according to the comparison result of the comparing means. Have more.

【0008】また、好ましくは、前記内視鏡は工業用内
視鏡または医療用内視鏡である。
Preferably, the endoscope is an industrial endoscope or a medical endoscope.

【0009】[0009]

【0010】上記目的を達成するため、請求項の記録
媒体の発明は、コンピュータを用いて内視鏡画像の奥行
き情報を検出するための制御プログラムを記録した記録
媒体であって、該制御プログラムはコンピュータに対し
て、内視鏡自身の空間位置および方向を実時間で計測さ
せ、内視鏡が移動したときに得られる連続した複数の光
学像から対応する像平面内の各点または領域における像
の動きを算出させ、前記内視鏡自身の空間位置および方
向の変化と、前記画像の各点または領域の移動量とか
ら、画像に見える各点または領域の空間内3次元位置を
算出させ、前記画像の各点または領域の3次元位置を内
視鏡画像内に重畳させて表示させることを特徴とする。
[0010] To achieve the above object, the present invention provides a recording medium according to claim 6, there is provided a recording medium recording a control program for detecting the depth information of the endoscopic image using a computer, the control program Allows the computer to measure the spatial position and direction of the endoscope itself in real time, and from a plurality of continuous optical images obtained when the endoscope moves, at each point or area in the corresponding image plane The motion of the image is calculated, and the three-dimensional position in space of each point or region seen in the image is calculated from the change in the spatial position and direction of the endoscope itself and the movement amount of each point or region in the image. The three-dimensional position of each point or area of the image is superimposed and displayed in the endoscope image.

【0011】(作用)人間の眼の運動視差と呼ばれる機
能は単眼でも立体感覚を得ている。本発明は、この原理
を応用して、上記構成により、内視鏡の奥行き方向の動
きと、それに伴って変化する内視鏡像の対応位置の変化
とから、運動視差に相当する情報を演算処理により得
る。そして、この運動視差に相当する情報を内視鏡画像
内に重畳することにより、単眼でも奥行き情報を的確に
得られるようにしている。
(Function) A function called motion parallax of the human eye can obtain a stereoscopic effect even with a single eye. By applying this principle, the present invention calculates information corresponding to motion parallax from the movement of the endoscope in the depth direction and the change of the corresponding position of the endoscope image that changes with the above configuration. Obtained by By superimposing the information corresponding to the motion parallax in the endoscope image, depth information can be accurately obtained even with a single eye.

【0012】従って、本発明を用いれば、内視鏡の操作
時に奥行き距離が把握し易くなり、どの程度の奥行き方
向まで内視鏡を入れることが可能であるかを容易に判断
でき、このため、内視鏡下での操作が容易となって、内
視鏡および対象物の双方に傷をつけたり、破損させたり
する危険性を容易にさけることが可能となる。
Therefore, when the present invention is used, it is easy to grasp the depth distance when operating the endoscope, and it is possible to easily determine the depth direction in which the endoscope can be inserted. In addition, the operation under the endoscope becomes easy, and the risk of damaging or damaging both the endoscope and the object can be easily reduced.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0014】本発明の一実施形態における内視鏡システ
ムの概略システム構成を図1に示す。図1に示すよう
に、内視鏡1は光ファイバー、またはリレーレンズ系を
用いた管体1aの先端に結合光学系1bを備えている。
この内視鏡1の画像出力を移動情報抽出装置(オプティ
カルフロー抽出装置)6に入力する。移動情報抽出装置
6は、内視鏡1が移動した時に得られる連続した複数の
光学像から、対応する像平面内の各点(領域)における
像の動き(像面内方向と移動量、いわゆるオプティカル
フロー)を算出する。
FIG. 1 shows a schematic system configuration of an endoscope system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the endoscope 1 includes a coupling optical system 1b at a distal end of a tube 1a using an optical fiber or a relay lens system.
The image output of the endoscope 1 is input to a movement information extraction device (optical flow extraction device) 6. The movement information extracting device 6 calculates the image movement (direction and movement amount in the image plane, at each point (region) in a corresponding image plane) from a plurality of continuous optical images obtained when the endoscope 1 moves. Optical flow) is calculated.

【0015】移動情報抽出装置6の演算出力をさらに奥
行き情報演算装置7に入力する。奥行き情報演算装置7
には別途、内視鏡1に装着した内視鏡位置・方向検出セ
ンサ(空間位置・方向検出センサーともいう)8からの
出力も入力している。内視鏡位置・方向検出センサ8
は、内視鏡自身の空間位置および方向を実時間で計測す
る。
The calculation output of the movement information extraction device 6 is further input to a depth information calculation device 7. Depth information calculation device 7
, An output from an endoscope position / direction detection sensor (also referred to as a spatial position / direction detection sensor) 8 attached to the endoscope 1 is also input. Endoscope position / direction detection sensor 8
Measures the spatial position and direction of the endoscope itself in real time.

【0016】奥行き情報演算装置7は、これら移動情報
抽出装置6からの出力情報と内視鏡位置・方向検出セン
サ8からの出力情報とから、内視鏡1に見えている領域
が内視鏡先端から実際どの程度離れているかの距離情報
に変換する。すなわち、奥行き情報演算装置7は、内視
鏡自身の空間位置および方向の変化と画像の各点の移動
量から、画像に見える各点(領域)の空間内3次元位置
を算出する。
Based on the output information from the movement information extracting device 6 and the output information from the endoscope position / direction detection sensor 8, the depth information calculation device 7 determines an area visible to the endoscope 1 from the endoscope. It is converted into distance information indicating how far away from the tip is actually. That is, the depth information calculation device 7 calculates the three-dimensional position in space of each point (region) visible in the image from the change in the spatial position and direction of the endoscope itself and the movement amount of each point in the image.

【0017】奥行き情報演算装置7はこの画像各点の3
次元位置の距離情報を出力し、この距離情報をモニター
装置9に入力し、操作者が必要な時に指示ボタン(図示
しない)からの指示に応じて、内視鏡画像内にその距離
情報(画像各点の3次元位置の距離情報)を重畳させて
表示する。これにより、画像に見える各位置までの距離
を同時に操作者に見せることを可能としている。
The depth information calculation device 7 calculates the 3
The distance information of the three-dimensional position is output, and the distance information is input to the monitor device 9, and when the operator needs it, the distance information (the image The distance information of the three-dimensional position of each point is superimposed and displayed. This makes it possible for the operator to simultaneously show the distance to each position visible in the image.

【0018】なお、10は内視鏡1の管体1aを介して
観察対象物(例えば、食道や胃の内部等)を照射するた
めの光源である。また、モニター装置9の上記指示ボタ
ンを含む操作手段、例えばキーボードや赤外線式リモー
ト・コントローラ等は周知技術なので、その説明は省略
する。
Reference numeral 10 denotes a light source for irradiating an object to be observed (for example, the inside of the esophagus or stomach) through the tube 1a of the endoscope 1. The operation means of the monitor device 9 including the above-mentioned instruction buttons, such as a keyboard and an infrared remote controller, are well known in the art, and a description thereof will be omitted.

【0019】以上、本実施形態の全体の構成と動作の概
略を説明したが、更に本実施形態を構成要素別に、以下
に詳細に説明する。
While the overall configuration and operation of the present embodiment have been outlined above, the present embodiment will be described in detail below for each component.

【0020】内視鏡自身の空間位置および方向を実時間
で計測するための内視鏡位置・方向検出センサ8は、磁
気式、光学式のものがすでに市販されている。
As the endoscope position / direction detection sensor 8 for measuring the spatial position and direction of the endoscope itself in real time, a magnetic type and an optical type are already commercially available.

【0021】移動情報抽出装置6に利用可能な手法、す
なわち連続的に得られた複数の画像間から画像内の対応
する点がどのように動いたか、すなわちオプティカルフ
ローを推定する手法は様々に提案されている。これらの
文献としては、例えば、佐藤誠、佐々木宏「動画像に
おける動きベクトルの階層的推定法」電子情報通信学会
論文誌’86/5 Vol.J69-D No.5,P771-776;志沢雅彦、
間瀬健二「多重オプティカルフロー、基本拘束方程式と
運動透明視・運動境界検出の統一計算理論」電子情報通
信学会論文誌’93/5 Vol.J76-D-II No.5 ,P987-1005 ;
武川直樹「分散による解像度制御を用いたベクトル場
再構成とオプティカルフロー推定への応用」電子情報通
信学会論文誌’95/7 Vol.J78-D-II No.7, P1028-1038等
がある。従って、移動情報抽出装置6はこれら開示され
た公知技術を用いて提供することができる。
Various methods that can be used for the movement information extracting device 6, that is, methods for estimating how a corresponding point in an image has moved from among a plurality of images obtained continuously, that is, an optical flow, have been proposed. Have been. These documents include, for example, Makoto Sato and Hiroshi Sasaki, "Hierarchical Estimation of Motion Vectors in Moving Images" Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers '86 / 5 Vol.J69-D No.5, P771-776; Shizawa Masahiko,
Kenji Mase, "Multiple Optical Flows, Basic Constraint Equations and Unified Computational Theory of Motion Transparency and Motion Boundary Detection" Transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, '93 / 5 Vol.J76-D-II No.5, P987-1005;
Takeki Naoki, "Vector Field Reconstruction Using Resolution Control with Dispersion and Its Application to Optical Flow Estimation", IEICE Transactions on Information and Communication, '95 / 7 Vol.J78-D-II No.7, P1028-1038. Therefore, the movement information extracting device 6 can be provided by using the disclosed known technology.

【0022】奥行き情報演算装置7は、オプティカルフ
ローから奥行き情報を推定するものであるが、この基本
的な原理を図2から図7を参照して説明する。
The depth information calculator 7 estimates depth information from an optical flow. The basic principle will be described with reference to FIGS.

【0023】まず、図2は内視鏡1を用いて観察対象物
または、検査対象物の筒状形状4の内部を見ている状態
を示す。ここで筒状形状4の特定の物体5a、5bは、
内視鏡1のレンズ2を経由してビデオカメラの撮像面3
に投影される。レンズ2としては、ロッドレンズ等の結
像レンズを使用する。撮像面3にはRGB フィルタを備え
たCCD (電荷結合素子)等の固体撮像素子を使用する。
ここでは、説明が容易になるように撮像面3がレンズ2
のごく近傍に描かれているが、撮像面3は実際は周知の
リレーレンズ系を通して離れた位置にある場合が多い。
また、このリレーレンズ系の代わりに、例えば、セルフ
ォック(商標)として一般に知られている屈折率分布型
光ファイバを使用することも可能である。
First, FIG. 2 shows a state in which the endoscope 1 is used to look inside the cylindrical shape 4 of the observation object or the inspection object. Here, the specific objects 5a and 5b of the cylindrical shape 4 are
The imaging surface 3 of the video camera via the lens 2 of the endoscope 1
Projected to An imaging lens such as a rod lens is used as the lens 2. For the imaging surface 3, a solid-state imaging device such as a CCD (charge coupled device) having an RGB filter is used.
Here, in order to facilitate the explanation, the imaging surface 3 is
Although depicted very close, the imaging surface 3 is often at a remote location through a well-known relay lens system.
Instead of this relay lens system, for example, a gradient index optical fiber generally known as Selfoc (trademark) can be used.

【0024】図3は内視鏡1が図2の位置から前方に、
すなわち、物体5a、5bに近づく方向に移動した場合
を示す。図2と同様に物体5a、5bは内視鏡1の撮像
面3に投影されるが、内視鏡1に近づいた距離に比例し
て撮像面上の位置がややずれる。
FIG. 3 shows that the endoscope 1 is moved forward from the position shown in FIG.
That is, a case is shown in which the object moves in a direction approaching the objects 5a and 5b. Although the objects 5a and 5b are projected on the imaging surface 3 of the endoscope 1 as in FIG. 2, the positions on the imaging surface slightly shift in proportion to the distance approaching the endoscope 1.

【0025】これを撮像面3上でみた図が図4である。
図4には、図2の状態での物体5a、5bの像5a’,
5b’と、図3の状態での像5a’’,5b’’が図示
されている。これら物体の像の移動距離から、図5に示
すように、また後で詳述するように逆算して、内視鏡1
からの物体5a、5bまでの相対位置を幾何光学的に求
めることができる。図5において、3’は図2の撮像面
3の位置、3’’は図3の撮像面の位置、dは撮像面3
の移動距離を表わす。このときに内視鏡1自体の位置、
方向を図1の内視鏡位置・方向検出センサ8で検出して
おけば、以下に詳述するように、この検出値を用いて対
象物体5a、5bの絶対位置を演算で求めることができ
る。
FIG. 4 shows this as viewed on the image pickup surface 3.
FIG. 4 shows images 5a ′ and 5a ′ of the objects 5a and 5b in the state of FIG.
5b ′ and images 5a ″ and 5b ″ in the state of FIG. 3 are illustrated. From the moving distances of the images of these objects, the endoscope 1 is calculated back as shown in FIG.
The relative positions of the objects 5a and 5b from the object can be obtained by geometrical optics. In FIG. 5, 3 ′ is the position of the imaging surface 3 in FIG. 2, 3 ″ is the position of the imaging surface in FIG.
Represents the moving distance of At this time, the position of the endoscope 1 itself,
If the direction is detected by the endoscope position / direction detection sensor 8 in FIG. 1, the absolute positions of the target objects 5a and 5b can be calculated by using the detected values, as described in detail below. .

【0026】図6は、奥行き情報演算装置7の基本原理
を説明するにあたり、内視鏡1と物体との座標系と位置
関係を定義するものである。図2における内視鏡1のレ
ンズ中心をOとし、このOを座標原点とした座標系Σを
定義する。ΣのX軸の向きは内視鏡画面における水平方
向(右が正)であり、Y軸の向きは同じく垂直方向(上
が正)であり、Z軸の向きは光軸方向(前方が正)であ
る。同様にして、図3に示された移動後の内視鏡のレン
ズ中心をO’としO’を原点とする座標系Σ’を定義す
る。
FIG. 6 defines the coordinate system and the positional relationship between the endoscope 1 and the object in explaining the basic principle of the depth information calculation device 7. A coordinate system と し た is defined with O being the center of the lens of the endoscope 1 in FIG. The direction of the X axis of Σ is the horizontal direction (right is positive) on the endoscope screen, the direction of the Y axis is also the vertical direction (top is positive), and the direction of the Z axis is the optical axis direction (the front is positive). ). Similarly, a coordinate system Σ ′ is defined in which the center of the lens of the endoscope after the movement shown in FIG. 3 is O ′ and the origin is O ′.

【0027】図6では、図2における物体5aの位置を
Pとする。座標系ΣからみたPの座標べクトルを→p
(なお、ベクトル記号の→は本来pの上部に添えられて
記述されるものであるが、図面および下記の演算式を除
く明細書本文では、便宜上pの左側に並列して記載する
こととする。以下、他のベクトルも同様にして記載す
る。)、座標系Σ’からみたPの座標べクトルを→p’
とすると、→pと→p’の間には次の式1のような関係
が成立する。
In FIG. 6, the position of the object 5a in FIG. The coordinate vector of P viewed from the coordinate system Σ is → p
(Note that the symbol → in the vector symbol is originally described above p, but in the text of the specification except the drawings and the following arithmetic expressions, it is described in parallel on the left side of p for convenience. Hereinafter, the other vectors are similarly described.), And the coordinate vector of P viewed from the coordinate system Σ ′ is denoted by → p ′.
Then, the following equation 1 holds between → p and → p ′.

【0028】[0028]

【数1】 (Equation 1)

【0029】ここで、→d=(dx、dy、dz)は座
標系ΣからみたO’の位置、すなわち内視鏡1の移動量
であり、Mは3行3列の回転行列、すなわち内視鏡1の
姿勢変化量である。従って、dとMは共に、内視鏡位置
・方向検出センサ8によって得られる既知の値である。
物体5aの絶対位置を求めることは、この式1を解くこ
とにあたる。
Here, → d = (dx, dy, dz) is the position of O ′ as viewed from the coordinate system Σ, that is, the amount of movement of the endoscope 1, and M is a rotation matrix of 3 rows and 3 columns, that is, This is the amount of change in the posture of the endoscope 1. Therefore, both d and M are known values obtained by the endoscope position / direction detection sensor 8.
Obtaining the absolute position of the object 5a is equivalent to solving the equation (1).

【0030】図7は、図2、すなわち内視鏡1が移動す
る前の内視鏡画像内の物体位置の定義を示す。説明のた
め、一例として内視鏡1は直視鏡、その視野は円形とす
る。図6に示すX軸、Y軸、原点Oは、図7に示す内視
鏡画像面上ではそれぞれ、Xi 軸、Yi 軸、Oi に対応
する(同一位置ではない)。物体5aの内視鏡視野内の
位置5a’は、内視鏡視野中心Oi からの距離rとXi
軸からの角度α(反時計回りが正)により定められる。
ここで,内視鏡画像中の内視鏡視野の半径をr0、内視
鏡の視野角を2ω、座標系ΣにおけるPの座標べクトル
→pは奥行きkを未知数として次式2のように示され
る。
FIG. 7 shows the definition of the object position in the endoscope image shown in FIG. 2, that is, before the endoscope 1 moves. For the sake of explanation, as an example, the endoscope 1 is a direct endoscope, and its field of view is circular. X-axis shown in FIG. 6, Y-axis, the origin O, respectively in the endoscopic image plane shown in FIG. 7, X i axis, Y i axis, corresponding to O i (not the same position). Position 5a 'is in the endoscope visual field of the object 5a, the distance from the endoscope visual field center O i r and X i
It is determined by the angle α from the axis (positive counterclockwise).
Here, the radius of the field of view of the endoscope in the endoscope image is r 0 , the viewing angle of the endoscope is 2ω, the coordinate vector of P in the coordinate system →→ p is the depth k as an unknown number, and Is shown in

【0031】[0031]

【数2】 (Equation 2)

【0032】同様にして、座標系Σ’から見たPの座標
べクトル→p’は次式3のように示される。ここでr’
は、物体の内視鏡視野中心からの距離であり、α’はX
i 軸からの角度、k’は座標原点O’からの奥行き量で
ある。
Similarly, the coordinate vector of P as viewed from the coordinate system Σ ′ → p ′ is expressed by the following equation (3). Where r '
Is the distance of the object from the center of the endoscope field of view, and α ′ is X
The angle from the i- axis, k ', is the depth from the coordinate origin O'.

【0033】[0033]

【数3】 (Equation 3)

【0034】上記の式1、式2、式3から、以下の式4
が導き出せる。
From the above equations 1, 2 and 3, the following equation 4
Can be derived.

【0035】[0035]

【数4】 (Equation 4)

【0036】式4は2つの未知数k、k’を有する連立
方程式であり、この連立方程式を解くことにより、kお
よびk’が得られる。この得られたkを上記式2に代入
することにより、座標系Σから見た物体の絶対座標→p
を得ることができる。
Equation 4 is a simultaneous equation having two unknowns k and k '. By solving this simultaneous equation, k and k' are obtained. By substituting the obtained k into Equation 2, the absolute coordinates of the object viewed from the coordinate system →→ p
Can be obtained.

【0037】また、上述のように、内視鏡1を穴4の内
部に挿入していき、奥行き情報が必要な場合になったと
きに、前後に内視鏡1を動かして、奥行き情報演算装置
7により座標系Σから見た各物体の絶対座標→pを演算
し、これら絶対座標の演算値を奥行き情報として用い
て、そのときの奥行き情報マップを例えば、図8に示す
ように、内視鏡画像に等高線などで重畳させて表示させ
ることにより、内視鏡1で見えている画面のどの位置に
どの程度凹凸があるかを内視鏡画面、またはモニター装
置9を介して直ち理解できる形で操作者に提示する。
Further, as described above, the endoscope 1 is inserted into the hole 4, and when the depth information becomes necessary, the endoscope 1 is moved back and forth to calculate the depth information. The device 7 calculates the absolute coordinates → p of each object viewed from the coordinate system Σ, and uses the calculated values of the absolute coordinates as depth information. For example, as shown in FIG. By superimposing and displaying contour lines and the like on the endoscope image, it is possible to immediately understand, via the endoscope screen or the monitor device 9, which position of the screen viewed by the endoscope 1 and how much unevenness is present. Present it to the operator in a form that can be done.

【0038】図8の(A)は元の内視鏡画像を示し、図
8の(B)は奥行き情報を等高線としてマッピングした
内視鏡画像を示す。
FIG. 8A shows an original endoscope image, and FIG. 8B shows an endoscope image obtained by mapping depth information as contour lines.

【0039】(その他の実施形態)また、奥行き情報演
算装置7内に比較回路を設けて、上記奥行き情報を基
に、内視鏡1の先端と対象物間の距離が予め定めた距離
の限界を超えて接近したような場合には,音声や光ある
いはメッセージ表示等により自動的に警告を発生するこ
ともできる。
(Other Embodiments) In addition, a comparison circuit is provided in the depth information calculation device 7, and based on the depth information, the distance between the end of the endoscope 1 and the object is limited to a predetermined distance. When approaching beyond the limit, a warning can be automatically generated by voice, light, message display, or the like.

【0040】また、本発明の目的は、前述した実施の形
態の機能を実現するソフトウエアのプログラムコードを
記録した記録媒体(記憶媒体)を、システムあるいは装
置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ
(またはCPUやMPU)が記録媒体に格納されたプロ
グラムコードを読み出し、実行することによっても、達
成されることは言うまでもない。この場合、記録媒体か
ら読み出されたプログラムコード自体が前述した実施の
形態の機能を実現することになり、そのプログラムコー
ドを記録した記録媒体は本発明を構成することになる。
そのプログラムコードを記録し、またテーブル等の変数
データを記録する記録媒体としては、例えばフロッピデ
ィスク(FD)、ハードディスク、光ディスク、光磁気
ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮
発性のメモリカード(ICメモリカード)、ROMなど
を用いことができる。
Another object of the present invention is to supply a recording medium (storage medium) recording a program code of software for realizing the functions of the above-described embodiments to a system or an apparatus, and to provide a computer of the system or the apparatus. Needless to say, the present invention is also achieved when the CPU (or the CPU or the MPU) reads out and executes the program code stored in the recording medium. In this case, the program code itself read from the recording medium realizes the function of the above-described embodiment, and the recording medium on which the program code is recorded constitutes the present invention.
As a recording medium for recording the program code and for recording variable data such as a table, for example, a floppy disk (FD), hard disk, optical disk, magneto-optical disk, CD-ROM, CD-R, magnetic tape, non-volatile A memory card (IC memory card), a ROM, and the like can be used.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
操作者が必要な場合に対象物までの距離情報を等高線等
を用いて内視鏡画面、または、外部モニターに表示させ
るようにしたので、その後の操作の安全な可動範囲を確
認できる。従って、本発明によれば、単眼光学系の場合
でも安全性を確保できるばかりでなく、空間位置情報を
正確に把握できるのでので、物体の実際の大きさまでも
推定することもでき、操作者にとって内視鏡から得られ
る有用な情報量が著しく向上する。
As described above, according to the present invention,
When the operator needs to display the distance information to the object on the endoscope screen or the external monitor using contour lines or the like, a safe movable range of the subsequent operation can be confirmed. Therefore, according to the present invention, not only safety can be ensured even in the case of a monocular optical system, but also spatial position information can be accurately grasped, so that it is possible to estimate even the actual size of an object, and for an operator. The amount of useful information obtained from the endoscope is significantly improved.

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

【図1】本発明の一実施形態の内視鏡システムの構成を
示す構成図である。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an endoscope system according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施形態において、対象物の穴内部
に内視鏡を挿入したときに、内視鏡と撮像される物体と
の光学的な位置関係を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an optical positional relationship between the endoscope and an object to be imaged when the endoscope is inserted into a hole of an object in one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施形態において、内視鏡を移動さ
せたときに、同様に内視鏡と物休との光学的な位置関係
の変化を示す模式図である。
FIG. 3 is a schematic diagram similarly showing a change in an optical positional relationship between the endoscope and a rest when the endoscope is moved in one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施形態において、撮像面からみた
物体のみかけの位置の変化を示す概念図である。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a change in an apparent position of an object as viewed from an imaging surface in one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施形態において、内視鏡の位置の
変化および、そのときの撮像面の物体の位置の変化から
物体の空間位置を推定する原理を示す模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram showing a principle of estimating a spatial position of an object from a change in the position of the endoscope and a change in the position of the object on the imaging surface at that time in the embodiment of the present invention.

【図6】図1の奥行き情報演算装置の基本原理を説明す
るにあたり、内視鏡と物体との座標系と位置関係を定義
する模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram for defining a coordinate system and a positional relationship between an endoscope and an object in explaining a basic principle of the depth information calculation device in FIG. 1;

【図7】図2の内視鏡が移動する前の内視鏡視野内の物
体位置の定義を示す模式図である。
FIG. 7 is a schematic diagram showing a definition of an object position in an endoscope visual field before the endoscope of FIG. 2 moves.

【図8】本発明の一実施形態において、(A)は元の内
視鏡画像(生物の形態、即ち人体の内部)を示す写真で
あり、(B)は奥行き情報を等高線としてマッピングし
た内視鏡画像(生物の形態、即ち人体の内部)を示す写
真である。
FIG. 8A is a photograph showing an original endoscopic image (the form of a living body, that is, the inside of a human body), and FIG. 8B is an image in which depth information is mapped as contour lines. It is a photograph which shows an endoscope image (form of a living thing, ie, the inside of a human body).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 内視鏡 2 レンズ 3 撮像面 4 対象物の内部 5a、5b 物体 6 移動情報抽出装置 7 奥行き情報演算装置 8 内視鏡位置・方向検出センサ 9 モニター装置 10 光源 Reference Signs List 1 endoscope 2 lens 3 imaging surface 4 inside of object 5a, 5b object 6 movement information extraction device 7 depth information calculation device 8 endoscope position / direction detection sensor 9 monitor device 10 light source

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 樹里 茨城県つくば市東1丁目1番3 工業技 術院 生命工学工業技術研究所内 (72)発明者 横山 和則 茨城県土浦市真鍋新町11−7 総合病院 土浦協同病院内 (56)参考文献 特開 平10−243936(JP,A) 特開 平8−275206(JP,A) 特開 平1−145619(JP,A) 特開 昭63−160634(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A61B 1/00 - 1/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Juri Yamashita 1-3-1 Higashi, Tsukuba, Ibaraki Pref. Industrial Technology Institute Within Biotechnology Research Institute (72) Inventor Kazunori Yokoyama 11-7 Manabe Shinmachi, Tsuchiura City, Ibaraki Prefecture Hospital Tsuchiura Kyodo Hospital (56) References JP-A-10-243936 (JP, A) JP-A-8-275206 (JP, A) JP-A 1-145619 (JP, A) JP-A-63-160634 ( JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) A61B 1/00-1/32

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 内視鏡と、 該内視鏡自身の空間位置および方向を実時間で計測する
内視鏡位置・方向検出手段と、 前記内視鏡が移動したときに得られる連続した複数の光
学像から対応する像平面内の各点または領域における像
の動きを算出する移動情報抽出手段と、 前記内視鏡位置・方向検出手段から得られる前記内視鏡
自身の空間位置および方向の変化と、前記移動情報抽出
手段から得られる画像の各点または領域の移動量とか
ら、画像に見える各点または領域の空間内3次元位置を
算出する奥行き情報演算手段と、 前記奥行き情報演算手段で得られた前記画像の各点また
は領域の3次元位置を内視鏡画像内に重畳させて表示す
る画像・距離情報表示手段とを具備することを特徴とす
る内視鏡システム。
1. An endoscope, endoscope position / direction detection means for measuring a spatial position and direction of the endoscope itself in real time, and a plurality of continuous endoscopes obtained when the endoscope moves Movement information extraction means for calculating the movement of the image at each point or region in the corresponding image plane from the optical image of the endoscope, the spatial position and direction of the endoscope itself obtained from the endoscope position / direction detection means Depth information calculation means for calculating a three-dimensional position in space of each point or area visible in the image from the change and the movement amount of each point or area of the image obtained from the movement information extraction means; and the depth information calculation means And an image / distance information display means for displaying the three-dimensional position of each point or region of the image obtained in step (1) superimposed on the endoscope image.
【請求項2】 前記内視鏡は、光ファイバーまたはリレ
ーレンズ系または撮像素子をその内部に用いた管体の先
端に結像光学系を備えた内視鏡であることを特徴とする
請求項1に記載の内視鏡システム。
2. The endoscope according to claim 1, wherein the endoscope includes an optical fiber, a relay lens system, or an imaging device, and an imaging optical system at an end of a tube body. An endoscope system according to item 1.
【請求項3】 前記移動情報抽出手段は、像面内方向と
移動量、いわゆるオプティカルフローを算出することを
特徴とする請求項1または2に記載の内視鏡システム。
3. The endoscope system according to claim 1, wherein the movement information extracting unit calculates an in-image direction and a movement amount, that is, an optical flow.
【請求項4】 前記奥行き情報演算手段で得られた前記
画像の各点または領域の3次元位置の値と所定の値とを
比較することにより、前記内視鏡の先端と対象物間の距
離が予め定めた距離の限界を超えて接近したことを検知
する比較手段と、 該比較手段の比較結果に応じて音声や光あるいはメッセ
ージ表示等により自動的に警告を発生する警告手段を更
に有することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか
に記載の内視鏡システム。
4. The distance between the tip of the endoscope and an object by comparing a value of a three-dimensional position of each point or area of the image obtained by the depth information calculating means with a predetermined value. And a warning means for automatically generating a warning by voice, light, message display, or the like according to the comparison result of the comparison means. The endoscope system according to any one of claims 1 to 3, wherein
【請求項5】 前記内視鏡は工業用内視鏡または医療用
内視鏡であることを特徴とする請求項1ないし4のいず
れかに記載の内視鏡システム。
5. The endoscope system according to claim 1, wherein the endoscope is an industrial endoscope or a medical endoscope.
【請求項6】 コンピュータを用いて内視鏡画像の奥行
き情報を検出するための制御プログラムを記録した記録
媒体であって、該制御プログラムはコンピュータに対し
て、 内視鏡自身の空間位置および方向を実時間で計測させ、 内視鏡が移動したときに得られる連続した複数の光学像
から対応する像平面内の各点または領域における像の動
きを算出させ、 前記内視鏡自身の空間位置および方向の変化と、前記画
像の各点または領域の移動量とから、画像に見える各点
または領域の空間内3次元位置を算出させ、 前記画像の各点または領域の3次元位置を内視鏡画像内
に重畳させて表示させることを特徴とする内視鏡画像の
奥行き情報検出用制御プログラムを記録した記録媒体。
6. A recording medium recording a control program for detecting depth information of an endoscope image using a computer, the control program instructing the computer to execute a spatial position and a direction of the endoscope itself. Is measured in real time, the movement of the image at each point or region in the corresponding image plane is calculated from a plurality of continuous optical images obtained when the endoscope moves, and the spatial position of the endoscope itself And calculating the three-dimensional position of each point or region in the image in space from the change in direction and the amount of movement of each point or region in the image, and endoscopically viewing the three-dimensional position of each point or region in the image A recording medium storing a control program for detecting depth information of an endoscope image, wherein the control program is displayed by being superimposed on a mirror image.
【請求項7】 前記制御プログラムはコンピュータに対
し、像面内方向と移動量、いわゆるオプティカルフロー
を算出させることを特徴とする請求項に記載の内視鏡
画像の奥行き情報検出用制御プログラムを記録した記録
媒体。
7. The control program for detecting depth information of an endoscope image according to claim 6 , wherein the control program causes a computer to calculate an in-image direction and an amount of movement, that is, an optical flow. The recording medium on which it was recorded.
【請求項8】 前記制御プログラムはコンピュータに対
し、 前記画像の各点または領域の3次元位置の値と所定の値
とを比較させることにより、前記内視鏡の先端と対象物
間の距離が予め定めた距離の限界を超えて接近したこと
を検知させ、 該検知結果に応じて音声や光あるいはメッセージ表示等
により自動的に警告を発生させることを特徴とする請求
6または7に記載の内視鏡画像の奥行き情報検出用制
御プログラムを記録した記録媒体。
8. The control program causes a computer to compare a value of a three-dimensional position of each point or area of the image with a predetermined value, thereby reducing a distance between the tip of the endoscope and an object. 8. The method according to claim 6 , wherein a detection is made that the vehicle has approached beyond a predetermined distance limit, and a warning is automatically generated by voice, light, message display, or the like according to the detection result. A recording medium on which a control program for detecting depth information of an endoscope image is recorded.
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