JP5441527B2 - Stereoscopic image forming apparatus for stereoscopic video display apparatus - Google Patents

Stereoscopic image forming apparatus for stereoscopic video display apparatus Download PDF

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Description

本発明は、立体撮像装置で取得する画像を表示する立体映像表示装置において、画像に表示された物体の実寸法を推定するために使用する立体スケール像を形成する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for forming a stereoscopic scale image used for estimating an actual size of an object displayed in an image in a stereoscopic video display apparatus that displays an image acquired by a stereoscopic imaging apparatus.

近年、立体映像表示装置は著しく発達してきている。立体映像表示装置では、たとえば、左右一対の撮像手段を視差を持つように配置し、撮像された左右一対の画像をモニターに表示して立体視化する。立体視には、左右画像を時分割で交互に表示し、液晶シャッターを備えたメガネで左右画像を交互に観察する時間分割立体表示方式や、左右画像をそれぞれ偏光軸が直交する偏光フィルタを通した上で、同一面に重ねて偏光表示し、左右で偏光軸が直交する偏光フィルタメガネを用いて左右画像に分離する偏光フィルタ眼鏡方式など、各種の原理に基づく装置が利用されている。なお、裸眼で立体映像を観察することができる方法も開発されている。   In recent years, stereoscopic image display devices have been remarkably developed. In the stereoscopic video display device, for example, a pair of left and right imaging units are arranged so as to have parallax, and the captured pair of left and right images are displayed on a monitor for stereoscopic viewing. For stereoscopic viewing, the left and right images are alternately displayed in a time-division manner, and the left and right images are alternately observed with glasses equipped with a liquid crystal shutter, and the left and right images are passed through a polarizing filter whose polarization axes are orthogonal to each other. In addition, devices based on various principles, such as a polarization filter glasses system that displays polarized light on the same plane and separates left and right images using polarization filter glasses whose polarization axes are orthogonal to each other, are used. A method for observing a stereoscopic image with the naked eye has also been developed.

映像の立体視化により、被写体に対する識別力が格段に向上する。この利点を使って、2次元画像では自動判定が難しかった侵入者の識別を試みた例が報告されている。また、特に立体内視鏡カメラが使用できれば、内蔵疾患の診断や手術を支援する上で大きな効果が期待される。
さらに、立体映像中の物体の寸法を簡単に知ることができれば、的確な診断や手術に大きく貢献することになる。
The ability to discriminate the subject is remarkably improved by making the video stereoscopic. An example of using this advantage to try to identify an intruder that is difficult to automatically determine in a two-dimensional image has been reported. In particular, if a stereoscopic endoscope camera can be used, a great effect is expected in supporting diagnosis and surgery for a built-in disease.
Furthermore, if the dimensions of an object in a stereoscopic image can be easily known, it will greatly contribute to accurate diagnosis and surgery.

しかし、立体内視鏡カメラから得られる映像は、形状と配置、色が主な情報で、映し出される映像の大きさに関する情報は、直接に得ることはできず、表示映像内に映し込まれた予め寸法を知っている鉗子など比較対象物に基づいて得ることになる。しかし、比較対象物との位置関係は必ずしも正確に求めることができないので、映像中の対象物についての大きさや距離に関する情報は確実性がない。   However, the video obtained from a stereoscopic endoscope camera is mainly information on the shape, layout, and color, and information on the size of the projected video cannot be obtained directly, but is reflected in the display video. It is obtained based on a comparison object such as forceps whose dimensions are known in advance. However, since the positional relationship with the comparison object cannot always be obtained accurately, there is no certainty about the size and distance of the object in the video.

立体カメラによる撮影方法には平行法と交叉法がある。特に立体内視鏡においては、立体視化する2台のカメラの間隔が小さいため、平行法による場合は視線交差角が小さくなって立体感に乏しくなる。一方、立体内視鏡を使う目的からすると、観察可能な領域が広く立体感が高いことが好ましい。そこで、立体内視鏡では、普通、交叉法を使った広角レンズにより撮像した映像を立体視化することで、視野を広げ、かつ奥行き方向の距離を大きく表示できるようにしている。
このような、交叉法により撮影した映像を対象として距離画像を生成する手法は、実現していない。また、立体映像表示装置において、立体表示された映像の距離や寸法を取得する簡便な手法は、未だ知られていない。
There are a parallel method and a crossover method for photographing with a stereoscopic camera. In particular, in a stereoscopic endoscope, since the interval between two cameras to be stereoscopically viewed is small, in the case of the parallel method, the line-of-sight intersection angle becomes small and the stereoscopic effect is poor. On the other hand, for the purpose of using the stereoscopic endoscope, it is preferable that the observable area is wide and the stereoscopic effect is high. Therefore, in a stereoscopic endoscope, an image picked up by a wide-angle lens using a crossover method is generally stereoscopically displayed so that the field of view can be expanded and the distance in the depth direction can be displayed large.
Such a method for generating a distance image for a video photographed by the crossover method has not been realized. In addition, a simple method for acquiring the distance and size of a stereoscopically displayed video in a stereoscopic video display device is not yet known.

立体内視鏡装置を用いた診断あるいは手術においては、術者が、立体内視鏡カメラにより撮影して表示された立体映像に映し出された患部を立体的に観察して、たとえば、患部の形状や周囲の状況、色などを診断の重要な判断材料とする。しかし、患部の奥行き寸法を正確に推定する手段がなく、立体映像として奥行きを感じさせる立体映像は得られるものの、その寸法は、過去の経験に基づいて類推するしか方法がなかった。また、患部の大きさも、鉗子など一緒に映像に写し込まれた比較対象物により推定するしかないが、位置関係が明確でなく正確に推定することができなかった。
なお、このような事情は、立体内視鏡装置に限らず、一般に用いられる交差法立体カメラを使用した立体映像表示装置においても、同様に、映像中の事物の寸法を正確に求めることが難しい。
In diagnosis or surgery using a stereoscopic endoscope device, an operator observes the affected area displayed in a stereoscopic image photographed and displayed by a stereoscopic endoscope camera, for example, the shape of the affected area. And surrounding conditions, color, etc. are important judgment materials for diagnosis. However, although there is no means for accurately estimating the depth dimension of the affected part and a stereoscopic image that makes the depth feel as a stereoscopic image is obtained, there is only a method for estimating the dimension based on past experience. In addition, the size of the affected area can only be estimated by a comparison object such as forceps, which has been imaged together, but the positional relationship is not clear and cannot be estimated accurately.
In addition, such a situation is not limited to a stereoscopic endoscope apparatus, but also in a stereoscopic video display apparatus using a commonly used cross-type stereoscopic camera, similarly, it is difficult to accurately determine the dimensions of things in the video. .

特許文献1には、計測用目盛発生回路により最適なサイズの計測用目盛をモニター上に描画するようにした立体撮像装置が記載されている。特許文献1に開示された計測用目盛発生回路は、平行法に従って配置された立体カメラを対象として、別途測定される被検物までの距離にしたがって映像の倍率を求め、倍率に対応する目盛を発生させる。
特許文献1に記載された立体撮像装置では、観察したい被検物を画像中心部に持ってくると、新しく提供された立体計測装置により被検物までの距離が自動的に測定され、測定された距離に従い被写体の撮影倍率に対応した計測用目盛が形成されて、形成された計測用目盛がモニター画面に自動的に表示されるようになっている。
Patent Document 1 describes a stereoscopic imaging device in which a measurement scale having an optimum size is drawn on a monitor by a measurement scale generation circuit. The scale generation circuit for measurement disclosed in Patent Document 1 calculates the magnification of an image according to the distance to a test object separately measured for a stereoscopic camera arranged according to the parallel method, and creates a scale corresponding to the magnification. generate.
In the stereoscopic imaging device described in Patent Document 1, when the specimen to be observed is brought to the center of the image, the distance to the specimen is automatically measured and measured by the newly provided stereoscopic measuring device. A measurement scale corresponding to the photographing magnification of the subject is formed according to the distance, and the formed measurement scale is automatically displayed on the monitor screen.

特開2007−187590号公報(特に、段落0027、0030等)JP 2007-187590 A (in particular, paragraphs 0027 and 0030)

しかし、特許文献1記載の目盛表示は、平行法に従って配置された立体カメラを対象として、画像中心部に持ってきた被検物のみに目盛が合うので、別の被検物について寸法を知ろうとすると、その度にカメラを移動して被検物が画像中心部に来るようにして測定する必要がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、立体カメラで撮影した立体映像の任意の位置に存在する対象物について、その奥行き(距離)、幅、高さなど長さに関する計測を容易にする立体スケールを形成して立体映像表示装置に表示させる立体スケール像形成装置を提供することである。
However, the scale display described in Patent Document 1 is intended for a stereoscopic camera arranged according to the parallel method, and the scale fits only on the test object brought to the center of the image. Then, it is necessary to move the camera each time so that the test object comes to the center of the image.
Therefore, the problem to be solved by the present invention is to make it easy to measure a depth such as a depth (distance), a width, and a height of an object existing at an arbitrary position of a stereoscopic image captured by a stereoscopic camera. It is an object of the present invention to provide a stereoscopic scale image forming apparatus that forms a scale and displays it on a stereoscopic video display apparatus.

特に、立体内視鏡装置において、画像表示装置に映し出される対象物の立体的な大きさを数値的に表現するための立体スケールを形成表示する立体スケール像形成装置を提供することである。術者は、立体スケールを利用して対象物の実際の大きさを知って、診断あるいは手術を行うことができる。   In particular, it is to provide a stereoscopic image forming apparatus that forms and displays a stereoscopic scale for numerically expressing the stereoscopic size of an object projected on an image display apparatus in a stereoscopic endoscope apparatus. An operator can perform diagnosis or surgery by knowing the actual size of an object using a three-dimensional scale.

上記課題を解決するため、第1の撮像装置と第2の撮像装置と、立体画像表示装置とを備えた立体映像表示装置における、本発明に係る立体スケール像形成装置は、第1の撮像装置と第2の撮像装置それぞれの映像の中に長さ目盛を付した立体スケールの画像を形成し、映像における立体スケールの位置と第1および第2の撮像装置の主点面との距離に従って、立体スケールの視線交差角と長さ目盛の大きさとを調整して立体画像表示装置に表示し、映像中の立体スケールを立体視させる立体スケール像形成装置と、表示された前記立体スケールの位置を前記映像中で移動させる操作端を設けた操作盤とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above problem, a stereoscopic image forming apparatus according to the present invention in a stereoscopic video display apparatus including a first imaging apparatus, a second imaging apparatus, and a stereoscopic image display apparatus is the first imaging apparatus. And a second scale image in the image of each of the second imaging devices, forming a three-dimensional scale image, and according to the distance between the position of the three-dimensional scale in the image and the principal point plane of the first and second imaging devices, A stereoscopic scale image forming apparatus that adjusts the viewing angle of the stereoscopic scale and the size of the length scale and displays the stereoscopic scale on the stereoscopic image display apparatus, and stereoscopically displays the stereoscopic scale in the video, and the position of the displayed stereoscopic scale. And an operation panel provided with an operation end to be moved in the video.

立体映像表示装置に用いられる立体カメラは、画角等を使用用途に合わせたレンズを使用し、種類も多い。また、同じ品番の部品を使用しても光学的特性が微妙に異なることも多く、調整により光学的特性が変化する場合もある。さらに、立体カメラの特性や使用用途に合った調整(コンバージェンスなど)を行う必要がある。そのため使用レンズ、撮影条件ごとに基準を設定する必要がある。本発明の立体撮像装置における第1の撮像装置と第2の撮像装置は、交差法を用いて、互いに光軸が交差するように配置したものであってもよい。
本発明の1態様に係る立体スケール像形成装置は、交差法を用いた立体カメラの光軸交差角である輻輳角に対応した映像深度に、実物に対応する大きさを持った長さ目盛を備えた立体スケールを画像中に表示するので、撮像装置から同じ距離にある被写体の奥行き(距離または長さ)、水平方向の長さ(幅)、垂直方向の高さ(長さ)を知ることができる。
また、立体スケールは適宜の位置に表示することができ、立体スケールの表示位置と第1および第2の撮像装置の主点面との距離に従って目盛を調整することにより、適宜の位置に撮像された被写体に適用することができる立体スケールを表示することができるので、被写体の実際の大きさを容易に推定することができる。
There are many types of stereoscopic cameras used in stereoscopic video display devices, using lenses that match the angle of view and the like. Further, even when parts of the same product number are used, the optical characteristics are often slightly different, and the optical characteristics may change due to adjustment. Furthermore, it is necessary to make adjustments (convergence, etc.) according to the characteristics of the stereoscopic camera and the intended use. Therefore, it is necessary to set a reference for each lens used and shooting conditions. The first imaging device and the second imaging device in the stereoscopic imaging device of the present invention may be arranged so that the optical axes intersect each other using an intersection method.
In the stereoscopic scale image forming apparatus according to one aspect of the present invention, a length scale having a size corresponding to a real object is provided at a video depth corresponding to a convergence angle that is an optical axis crossing angle of a stereoscopic camera using a crossing method. Since the provided 3D scale is displayed in the image, it is possible to know the depth (distance or length), horizontal length (width), and vertical height (length) of the subject at the same distance from the imaging device. Can do.
Further, the three-dimensional scale can be displayed at an appropriate position, and an image is picked up at an appropriate position by adjusting the scale according to the distance between the display position of the three-dimensional scale and the principal point planes of the first and second imaging devices. Since a three-dimensional scale that can be applied to a subject can be displayed, the actual size of the subject can be easily estimated.

さらに、看者は、操作盤を用いて、簡単に立体スケールの表示位置あるいは姿勢を調整することができる。看者は、対象とする被写体と立体スケールが表示された映像を観察しながら被写体の深度に立体スケールの深度を合わせて、表示された目盛を使って実物の大きさを測定する。操作盤には、直交座標系の3軸、あるいはさらに3個の回転軸を加えた6軸の運動を指定する操作端に加えて、1操作で直ちに基準位置に戻すことができる操作端を備えることが便利である。立体スケールの基準位置は、2つの撮影装置の光軸の交差点すなわちコンバージェンス点であることが好ましい。   Furthermore, the viewer can easily adjust the display position or posture of the three-dimensional scale using the operation panel. The observer adjusts the depth of the stereoscopic scale to the depth of the subject while observing the target subject and the video on which the stereoscopic scale is displayed, and measures the actual size using the displayed scale. The operation panel is provided with an operation end that can be immediately returned to the reference position by one operation in addition to an operation end that designates three axes in the Cartesian coordinate system or six axes including three rotation axes. Is convenient. The reference position of the three-dimensional scale is preferably the intersection of the optical axes of the two photographing devices, that is, the convergence point.

立体カメラが映し出す映像にオーバーライドされる立体スケールのマンマシンインターフェースとしての操作盤は、簡便に操作できるものであることが好ましい。たとえば、術者の指示で補助者が簡単に操作したり、収録された立体映像を後日分析する場合に簡便に操作したりできることが要求される。特に、観察対象物の形状や向きがあらかじめ特定できないことを考慮し、本発明における操作盤は、ローカル座標系に基づく操作により各軸ごとに指定することにより、立体スケールの目盛を移動・回転させることができることが好ましい。また、用途によっては各軸同士を拘束して使用することが必要な場合があるので、対象とする軸を操作することで各軸が連動するように構成してもよい。   It is preferable that an operation panel as a three-dimensional scale man-machine interface that is overridden by an image projected by the three-dimensional camera can be easily operated. For example, it is required that an assistant can easily operate according to an operator's instruction, or can be easily operated when analyzing a recorded stereoscopic video at a later date. In particular, considering that the shape and orientation of the observation object cannot be specified in advance, the operation panel according to the present invention moves and rotates the scale of the three-dimensional scale by designating each axis by an operation based on the local coordinate system. It is preferable that it is possible. Moreover, since it may be necessary to use each axis | shaft restraint depending on a use, you may comprise so that each axis may interlock | cooperate by operating the target axis | shaft.

立体画像表示装置の画像に表示する立体スケールは、対象位置に設置した基準立体スケールを立体撮像装置で撮影して得られた映像に基づいて、目盛を実際の寸法と対比して校正したデータを集積して校正マトリックスとして記憶装置に記憶し、記憶された校正マトリックスに基づいて形成して表示することができる。
なお、位置や姿勢の変更に伴い、立体スケールの目盛の大きさを計算で求めることができる。一方、立体スケールの使われる領域について、その領域をカバーする点位置について、予め計算あるいは基準パターン実写像との対比により、目盛に振り直すことができるデータを形成しておいて、校正マトリックスとして記憶装置に格納しておくことができる。
目盛パターンを実写して、目盛パターンの実写像と立体スケール像の目盛とを対比させて較正する場合は、校正マトリックスを用いて、実態に沿った立体スケールを簡単に形成することができる。校正マトリックスの値をそのまま利用できないときは、内挿法あるいは外挿法を使用して補完することができる。
The stereoscopic scale displayed on the image of the stereoscopic image display device is data obtained by calibrating the scale in comparison with the actual dimensions based on the image obtained by photographing the reference stereoscopic scale set at the target position with the stereoscopic imaging device. It can be accumulated and stored in a storage device as a calibration matrix, and can be formed and displayed based on the stored calibration matrix.
It should be noted that the scale of the three-dimensional scale can be obtained by calculation as the position and orientation change. On the other hand, for the area where the three-dimensional scale is used, the point position covering the area is preliminarily calculated or compared with the actual pattern of the reference pattern to form data that can be rescaled and stored as a calibration matrix. It can be stored in the device.
When the scale pattern is photographed and calibrated by contrasting the scale pattern real image with the scale of the three-dimensional scale image, it is possible to easily form a three-dimensional scale according to the actual situation using the calibration matrix. When the values of the calibration matrix cannot be used as they are, they can be supplemented by using an interpolation method or an extrapolation method.

本発明に係る立体映像表示装置の立体スケール像形成装置が被写体の位置に立体スケールを生成するので、看者は、立体スケールを参照して立体映像に表された被写体の寸法を正確に計測することができる。
特に、立体内視鏡装置を用いて患部の観察や手術を行うときには、本発明に係る立体スケール像形成装置を用いることにより、術者が画像中に表示された患部などの寸法を簡単に知ることができるので便利である。
Since the 3D scale image forming apparatus of the 3D image display apparatus according to the present invention generates a 3D scale at the position of the subject, the viewer accurately measures the size of the subject shown in the 3D image with reference to the 3D scale. be able to.
In particular, when performing observation or surgery of an affected area using a stereoscopic endoscope apparatus, the operator can easily know the dimensions of the affected area displayed in the image by using the stereoscopic image forming apparatus according to the present invention. It is convenient because it can.

本発明の1つの実施形態に係る立体スケール像形成装置を用いた立体映像表示装置の構成図である。1 is a configuration diagram of a stereoscopic video display apparatus using a stereoscopic scale image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. 人の目による立体視の原理を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the principle of the stereoscopic vision by a human eye. 立体画像表示装置の映像中における対象物の画像の表示位置を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the display position of the image of the target object in the image | video of a stereo image display apparatus. 本実施形態に係る立体スケールの配置と立体カメラの視線との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between arrangement | positioning of the three-dimensional scale which concerns on this embodiment, and the eyes | visual_axis of a three-dimensional camera. 本実施形態に係る立体スケールの位置と立体画像表示装置における表示位置の関係を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the relationship between the position of the three-dimensional scale which concerns on this embodiment, and the display position in a three-dimensional image display apparatus. 本実施形態に係る立体スケール像形成装置に用いる操作盤の1例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example of the operation panel used for the three-dimensional scale image forming apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る立体スケールの各軸の移動状況を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the movement condition of each axis | shaft of the solid scale which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る基準立体スケールの作成方法の1例を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows an example of the production method of the reference | standard solid scale which concerns on this embodiment. 本実施形態におけるレンズ系の幾何学歪みの補正方法を説明する概念図である。It is a conceptual diagram explaining the correction method of the geometric distortion of the lens system in this embodiment. 本実施形態におけるレンズ系の幾何学歪みの補正に使用する校正データマトリクスを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the calibration data matrix used for correction | amendment of the geometric distortion of the lens system in this embodiment. 本実施形態に係る立体スケール像形成装置を立体内視鏡装置に適用した場合の例を示す立体映像表示装置の構成図である。It is a lineblock diagram of a stereoscopic video display device showing an example at the time of applying a stereoscopic scale image forming device concerning this embodiment to a stereoscopic endoscope device.

以下、本発明に係る立体映像表示装置の立体スケール像形成装置について、図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図面においては、同じ機能を有する構成部材については同じ参照番号を付して説明を簡約にし、説明の重複を避けるようにした。   Hereinafter, a stereoscopic scale image forming apparatus of a stereoscopic video display apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, components having the same functions are denoted by the same reference numerals to simplify the description and avoid duplication.

図1は、本発明の1つの実施形態に係る立体スケール像形成装置を用いた立体映像表示装置の構成図である。第1の撮像装置1と第2の撮像装置2は、ほぼ同じ性能を有するカメラで、固定の光軸間距離をおいて結合され、光軸が前方の決められたコンバージェンスポイント8で交差するように配置されている。また、コンバージェンスポイント8を通り、2つの撮像装置の主点同士を結ぶ直線9と2本の光軸を含む面に垂直な面をコンバージェンス面18という。なお、対象物上の1点を見通す2個の撮像装置の視線が交差して形成される角度を視線交差角αという。また、コンバージェンスポイント8に対する視線交差角を特に輻輳角θとよぶ。   FIG. 1 is a configuration diagram of a stereoscopic video display apparatus using a stereoscopic scale image forming apparatus according to an embodiment of the present invention. The first imaging device 1 and the second imaging device 2 are cameras having substantially the same performance, and are coupled with a fixed distance between the optical axes so that the optical axes intersect at a predetermined convergence point 8 ahead. Is arranged. A surface that passes through the convergence point 8 and is perpendicular to the surface including the straight line 9 that connects the principal points of the two imaging devices and the two optical axes is referred to as a convergence surface 18. Note that an angle formed by intersecting the lines of sight of two imaging devices looking through one point on the object is called a line-of-sight angle α. The line-of-sight intersection angle with respect to the convergence point 8 is particularly called a convergence angle θ.

第1の撮像装置1と第2の撮像装置2が形成した映像信号は、画像処理装置3に入力される。画像処理装置3は、撮像装置1,2から入力された映像信号を立体画像表示装置4に右目用と左目用に分離して表示させる。図においては、第1の撮像装置1から供給される映像信号は左目で見る画像を表示するもの、第2の撮像装置2から供給される映像信号は右目で見る画像を表示するものである。   Video signals formed by the first imaging device 1 and the second imaging device 2 are input to the image processing device 3. The image processing device 3 displays the video signals input from the imaging devices 1 and 2 on the stereoscopic image display device 4 separately for the right eye and the left eye. In the figure, the video signal supplied from the first imaging device 1 displays an image viewed with the left eye, and the video signal supplied from the second imaging device 2 displays an image viewed with the right eye.

立体画像表示装置4は、右目用画像と左目用画像を交互に切り換え表示し、これと同期してオンオフする液晶シャッタメガネなど図示しない専用の立体メガネで観察する時間分割立体表示方式の立体画像表示装置であれば、色彩の再現性も確保できるので好ましい。また、左右の画像を偏光軸が直交する偏光フィルタを通してプロジェクタ投射したりして同一画面に重ねて表示し、偏光フィルタ眼鏡で左目用画像と右目用画像に分離する偏光フィルタ眼鏡方式や、立体画像表示装置と立体メガネの機能を共に備えたオーバーヘッドディスプレイ(OHD)などを使うこともできる。
なお、特に、術者が患部の観察や手術を行うために使用する立体映像表示装置では、患部の色彩も重要な情報であるため、立体視のために映像の色彩が変化する方式は好ましくない。
The stereoscopic image display device 4 alternately displays a right-eye image and a left-eye image, and displays a stereoscopic image display in a time-division stereoscopic display method in which observation is performed using dedicated stereoscopic glasses (not shown) such as liquid crystal shutter glasses that are turned on and off in synchronization therewith. An apparatus is preferable because color reproducibility can be secured. In addition, the left and right images are projected through a polarizing filter with orthogonal polarization axes and projected on the same screen, and displayed on the same screen. An overhead display (OHD) or the like having both a display device and stereoscopic glasses functions can also be used.
In particular, in a stereoscopic image display apparatus used by an operator for observing an affected area or performing surgery, the color of the affected area is also important information, and thus a method in which the color of the image changes due to stereoscopic viewing is not preferable. .

立体スケール像演算装置5は、立体スケールの左目用と右目用の画像信号を形成して、画像処理装置4に供給する。画像処理装置4で、立体スケール画像信号の左目用信号が第1の撮像装置1の映像信号と重畳され、右目用信号が第2の撮像装置2の映像信号に重畳されて、立体画像表示装置4に送信され表示される。
こうして、立体画像表示装置4に、対象とする物体7の立体映像10と立体スケール11が表示され、立体メガネを装着して観察するとこれらの映像を立体視することができる。
The stereoscopic scale image calculation device 5 forms image signals for the left and right eyes of the stereoscopic scale and supplies them to the image processing device 4. In the image processing device 4, the left-eye signal of the stereoscopic image signal is superimposed on the video signal of the first imaging device 1, and the right-eye signal is superimposed on the video signal of the second imaging device 2. 4 is transmitted and displayed.
In this way, the stereoscopic image 10 and the stereoscopic scale 11 of the target object 7 are displayed on the stereoscopic image display device 4, and these images can be stereoscopically viewed when wearing stereoscopic glasses.

立体スケール像演算装置5には、人が操作する操作盤6が付属して、画像中の立体スケール11の位置と姿勢を指定することができる。立体スケール像形成装置20は、立体スケール像演算装置5と操作盤6により、構成される。操作盤6を用いて、対象物7の立体映像10の位置に立体スケール11の像が重なるように調整すれば、立体スケール11の目盛を読み取ることにより、対象物7の寸法を測定することができる。
なお、対象物の映像10において垂直や水平の方向でない斜行した方向について寸法を知りたいときには、操作盤6により立体スケール11を適宜の軸について回転させて目盛を測定方向に沿うようにさせることにより、直接対象物の映像10に当てて寸法を測定できるようにすればよい。
The stereoscopic scale image calculation device 5 is provided with an operation panel 6 operated by a person, and can specify the position and orientation of the stereoscopic scale 11 in the image. The three-dimensional scale image forming apparatus 20 includes a three-dimensional scale image calculation device 5 and an operation panel 6. By adjusting the stereoscopic scale 11 so that the image of the stereoscopic scale 11 overlaps the position of the stereoscopic image 10 of the object 7 using the operation panel 6, the dimension of the object 7 can be measured by reading the scale of the stereoscopic scale 11. it can.
In addition, when it is desired to know the dimensions in the oblique direction which is not the vertical or horizontal direction in the image 10 of the object, the scale is adjusted to follow the measurement direction by rotating the three-dimensional scale 11 about an appropriate axis by the operation panel 6. Thus, the dimensions can be measured by directly hitting the image 10 of the object.

図2は、人の目による立体視の原理を説明する概念図である。図は、立体カメラで距離の異なる対象物を観察する場合を示している。図3は、立体画像表示装置4の映像中における対象物画像の表示位置を示す概念図である。右目で見る画像を実線で、左目で見る画像を点線で囲んで示している。
人の左目に擬せられる第1の撮像装置1と、右目に擬せられる第2の撮像装置2は、交差法を使って立体視を可能とする。
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating the principle of stereoscopic vision by human eyes. The figure shows a case where objects with different distances are observed with a stereoscopic camera. FIG. 3 is a conceptual diagram showing the display position of the object image in the video of the stereoscopic image display device 4. The image viewed with the right eye is indicated by a solid line and the image viewed with the left eye is surrounded by a dotted line.
The first imaging device 1 imitating the human left eye and the second imaging device 2 imitating the right eye enable stereoscopic viewing using the crossing method.

図2において、撮像装置の光軸が交差するコンバージェンスポイント8より撮像装置に近い位置に存在する対象物(猫)12は、第1の撮像装置1で生成された左目用の画像14が、図3に点線で示すように立体画像表示装置4の中心より右側に表示され、第2の撮像装置2で生成された右目用の画像15が、実線で示すように立体画像表示装置4の中心より左側に表示される。これらの画像を立体メガネにより立体視することにより、対象物12は、立体画像表示装置4の映像中に実際の空間における対象物12の位置にあるように観察される。   In FIG. 2, an object (cat) 12 that is closer to the imaging device than the convergence point 8 at which the optical axes of the imaging device intersect is an image 14 for the left eye generated by the first imaging device 1. 3 is displayed on the right side from the center of the stereoscopic image display device 4 as indicated by a dotted line, and the right-eye image 15 generated by the second imaging device 2 is from the center of the stereoscopic image display device 4 as indicated by a solid line. Displayed on the left side. By stereoscopically viewing these images with stereoscopic glasses, the object 12 is observed in the video of the stereoscopic image display device 4 so as to be at the position of the object 12 in the actual space.

一方、コンバージェンスポイント8より遠方にある対象物(教会)13は、近い位置にある対象物12とは逆に、左目用の画像16が点線で示されるように立体画像表示装置4の中心より左側に表示され、右目用の画像17が実線で示されるように立体画像表示装置4の中心より右側に表示されて、立体視することにより、2つの撮像装置の画像を見る視線の交点となる、実際の空間における対象物13の位置にあるように観察される。   On the other hand, the object (church) 13 far from the convergence point 8 is on the left side of the center of the stereoscopic image display device 4 so that the image 16 for the left eye is indicated by a dotted line, contrary to the object 12 at a close position. The right-eye image 17 is displayed on the right side of the center of the stereoscopic image display device 4 as indicated by a solid line, and becomes a point of intersection of the lines of sight when viewing the images of the two imaging devices by stereoscopic viewing. The object is observed to be at the position of the object 13 in the actual space.

このように、撮像装置1,2と対象物との距離がコンバージェンス面より近い場合は、立体画像表示装置4に表示される左目用画像14が右目用画像15より右に表示され、撮像装置1,2と対象物との距離がコンバージェンス面より遠い場合は、立体画像表示装置4に表示される左目用画像16が右目用画像17より左に表示される。さらに、対象物が近いほど視線交差角αが大きく、遠いほど視線交差角αが小さくなり、対象物の画像の大きさは距離に反比例する。   As described above, when the distance between the imaging devices 1 and 2 and the object is shorter than the convergence plane, the left-eye image 14 displayed on the stereoscopic image display device 4 is displayed to the right of the right-eye image 15, and the imaging device 1. , 2 and the object are far from the convergence plane, the left-eye image 16 displayed on the stereoscopic image display device 4 is displayed to the left of the right-eye image 17. Further, the closer the object is, the larger the line-of-sight intersection angle α is, and the farther the object is, the smaller the line-of-sight intersection angle α is. The size of the image of the object is inversely proportional to the distance.

立体スケールについても、映像空間内の立体スケールの位置に対応して同じことが言える。すなわち、立体画像表示装置4において立体スケール11を立体視する場合の立体スケール像の配置位置までの距離は、左目用画像と右目用画像の左右配置と視線交差角αを決めることにより確定されることになる。なお、視線交差角αは、立体スケール中のある1点を見通す時の第1の撮像装置1の視線と第2の撮像装置2の視線が交差する角であるため、立体画像表示装置4において、コンバージェンス面に投影された左目用画像と右目用画像の間の距離に関係する量となる。   The same can be said for the three-dimensional scale corresponding to the position of the three-dimensional scale in the video space. That is, the distance to the arrangement position of the stereoscopic image when the stereoscopic scale 11 is stereoscopically viewed in the stereoscopic image display device 4 is determined by determining the left-right arrangement of the left-eye image and the right-eye image and the line-of-sight intersection angle α. It will be. Note that the line-of-sight intersection angle α is an angle at which the line of sight of the first imaging device 1 and the line of sight of the second imaging device 2 intersect when looking through a certain point in the stereoscopic scale. The amount is related to the distance between the left-eye image and the right-eye image projected on the convergence plane.

図4は、本実施形態に係る立体スケールの配置と立体カメラの視線との関係を示す概念図、図5は、本実施形態に係る立体スケールの位置と立体画像表示装置における表示位置の関係を説明する概念図である。
図4は、立体画像表示装置に表示する立体スケールを立体的に表示した概念図である。図4では、立体スケールの中心に原点を置くローカル座標系について、水平軸をX軸、奥行き方向の軸をY軸、垂直軸をZ軸として表現し、位置の異なる立体スケール相互間の関係、特に奥行き関係を明確に示すようにした。このため、図4では、立体スケール21,22,23は、撮像装置の中間点とコンバージェンスポイント8を結ぶ絶対座標系のY軸上に置かれている。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between the arrangement of the stereoscopic scale according to the present embodiment and the line of sight of the stereoscopic camera, and FIG. 5 shows the relationship between the position of the stereoscopic scale according to the present embodiment and the display position in the stereoscopic image display device. It is a conceptual diagram to explain.
FIG. 4 is a conceptual diagram in which a stereoscopic scale displayed on the stereoscopic image display device is stereoscopically displayed. In FIG. 4, regarding the local coordinate system having the origin at the center of the three-dimensional scale, the horizontal axis is expressed as the X axis, the depth direction axis is expressed as the Y axis, and the vertical axis is expressed as the Z axis. In particular, the depth relationship was clearly shown. For this reason, in FIG. 4, the three-dimensional scales 21, 22, and 23 are placed on the Y axis of the absolute coordinate system that connects the intermediate point of the imaging device and the convergence point 8.

図4に示すように、第1の撮像装置1の光軸と第2の撮像装置2の光軸が交わって形成するコンバージェンスポイント8の位置に、2つの光軸を含む面に垂直なコンバージェンス面18が存在する。このコンバージェンス面18に基準立体スケール21が形成される。基準立体スケール21は、光軸の交差角と同じ輻輳角θ(α0)を有する。基準立体スケール21の目盛は、実寸、あるいは決まった縮尺で表示される。ここで、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2のたとえば主点同士を結ぶ基準線9からコンバージェンス面18までの距離をDcとする。
なお、立体スケールは、方眼を形成した面や、図4に示すような目盛棒を直交させた十字など、適宜のものであっても良い。
As shown in FIG. 4, the convergence plane perpendicular to the plane including the two optical axes at the position of the convergence point 8 formed by the optical axis of the first imaging device 1 and the optical axis of the second imaging device 2 intersecting each other. 18 exists. A reference three-dimensional scale 21 is formed on the convergence surface 18. The reference three-dimensional scale 21 has the same convergence angle θ (α0) as the crossing angle of the optical axes. The scale of the reference solid scale 21 is displayed at an actual size or a predetermined scale. Here, for example, the distance from the reference line 9 connecting the principal points of the first imaging device 1 and the second imaging device 2 to the convergence surface 18 is Dc.
The solid scale may be an appropriate one such as a plane on which a grid is formed or a cross in which scale bars are orthogonal to each other as shown in FIG.

立体スケール22は、コンバージェンス面18より立体カメラに近い位置に配置されたときの立体スケールである。ここで、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2を結ぶ基準線9から立体スケール22までの距離をDsとすると、立体スケール22の目盛の大きさは、基準立体スケール21の目盛のDc/Ds倍になる。
なお、基準線9から立体スケール22までの距離は、先に述べた通り、立体画像表示装置4において、立体スケール22の左目用画像と右目用画像の左右配置関係と視線交差角α1、あるいは、コンバージェンス面18に投影された左目用画像と右目用画像の間の距離L1に関係する量として、算出することができる。
The three-dimensional scale 22 is a three-dimensional scale when disposed at a position closer to the three-dimensional camera than the convergence surface 18. Here, when the distance from the reference line 9 connecting the first imaging device 1 and the second imaging device 2 to the three-dimensional scale 22 is Ds, the scale of the three-dimensional scale 22 is the scale of the reference three-dimensional scale 21. Dc / Ds times.
Note that the distance from the reference line 9 to the three-dimensional scale 22 is as described above, in the three-dimensional image display device 4, the left-right arrangement relationship between the left-eye image and the right-eye image of the three-dimensional scale 22, and the line-of-sight intersection angle α1, or It can be calculated as an amount related to the distance L1 between the left-eye image and the right-eye image projected on the convergence surface 18.

また、立体スケール23は、コンバージェンス面18より立体カメラから遠い位置に配置されたときの立体スケールである。ここで、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2を結ぶ基準線9から立体スケール23までの距離をDlとすると、立体スケール23の目盛の大きさは、基準立体スケール21の目盛のDc/Dl倍になる。
なお、基準線9から立体スケール23までの距離は、立体画像表示装置4において、立体スケール23の左目用画像と右目用画像の左右配置関係と視線交差角α2、あるいは、コンバージェンス面18に投影された左目用画像と右目用画像の間の距離L2に関係する量として、算出することができる。
The three-dimensional scale 23 is a three-dimensional scale when arranged at a position farther from the three-dimensional camera than the convergence surface 18. Here, if the distance from the reference line 9 connecting the first imaging device 1 and the second imaging device 2 to the three-dimensional scale 23 is D1, the scale of the three-dimensional scale 23 is the scale of the reference three-dimensional scale 21. Dc / Dl times.
The distance from the reference line 9 to the three-dimensional scale 23 is projected on the left-right arrangement relationship between the left-eye image and the right-eye image on the three-dimensional scale 23 and the line-of-sight intersection angle α2 or the convergence plane 18 in the three-dimensional image display device 4. It can be calculated as an amount related to the distance L2 between the left-eye image and the right-eye image.

図5には、図4に示した立体スケール21,22,23について、立体画像表示装置4における、左目用画像Lの表示位置と表示画像、右目用画像Rの表示位置と表示画像とを示している。図には、画面の中央位置が一点鎖線で示されており、画面の中央位置と立体スケールの中心位置との距離が示されている。   FIG. 5 shows the display position and display image of the left-eye image L and the display position and display image of the right-eye image R in the stereoscopic image display device 4 for the three-dimensional scales 21, 22, and 23 shown in FIG. ing. In the figure, the center position of the screen is shown by a one-dot chain line, and the distance between the center position of the screen and the center position of the three-dimensional scale is shown.

図5(a)は、立体カメラに最も近い立体スケール22について示す立体画像表示装置4の表示画面である。左側の図面が立体スケール22の左目用画像が表示された立体画像表示装置4の表示部を表し、右側の図面が立体スケール22の右目用画像が表示された表示部を表す。
立体スケール22は立体画像表示装置4の画像中央に立体表示されるにもかかわらず、左目用画像は右側に偏倚しており、右目用画像は左側に偏倚している。片目用画像の偏倚量はそれぞれL1/2で、両者の隔たりはL1になる。立体スケール22の目盛の大きさは、基準立体スケール21の目盛に対して、Dc/Ds倍になっている。
FIG. 5A is a display screen of the stereoscopic image display device 4 showing the stereoscopic scale 22 closest to the stereoscopic camera. The left drawing represents the display unit of the stereoscopic image display device 4 on which the left-eye image of the stereoscopic scale 22 is displayed, and the right drawing represents the display unit on which the right-eye image of the stereoscopic scale 22 is displayed.
Although the stereoscopic scale 22 is stereoscopically displayed at the center of the stereoscopic image display device 4, the left-eye image is biased to the right and the right-eye image is biased to the left. The deviation amount of the one-eye image is L1 / 2, and the distance between them is L1. The scale of the three-dimensional scale 22 is Dc / Ds times larger than the scale of the reference three-dimensional scale 21.

図5(b)は、コンバージェンス面に形成される基準立体スケール21について示す立体画像表示装置4の表示画面である。左側の図面が左目用画像を表示した立体画像表示装置4の表示部を表し、右側の図面が右目用画像を表示した表示部を表す。
基準立体スケール21は、左目用画像と右目用画像のいずれも画面中央位置に表されて、標準立体スケール21の画像の中心位置の偏倚はない。基準立体スケール21の目盛の大きさは、実体の立体スケールテンプレートと対照させて校正された値になっている。
FIG. 5B is a display screen of the stereoscopic image display device 4 showing the reference stereoscopic scale 21 formed on the convergence surface. The left drawing represents the display unit of the stereoscopic image display device 4 displaying the left eye image, and the right drawing represents the display unit displaying the right eye image.
In the reference stereoscopic scale 21, both the left-eye image and the right-eye image are represented at the screen center position, and there is no deviation in the center position of the standard stereoscopic scale 21 image. The scale size of the reference three-dimensional scale 21 is a value calibrated against the actual three-dimensional scale template.

図5(c)は、コンバージェンス面より遠い立体スケール23について示す立体画像表示装置4の表示画面である。左側の図面が立体スケール23の左目用画像が表示された立体画像表示装置4の表示部を表し、右側の図面が立体スケール23の右目用画像が表示された表示部を表す。
立体スケール23は立体画像表示装置4の画像中央に表示されるにもかかわらず、左目用画像は左側に偏倚しており、右目用画像は右側に偏倚している。片目用画像の偏倚量はそれぞれL2/2で、両者の隔たりはL2になる。立体スケール23の目盛の大きさは、基準立体スケール21の目盛に対して、Dc/Dl倍になっている。
FIG. 5C is a display screen of the stereoscopic image display device 4 showing the stereoscopic scale 23 far from the convergence plane. The left drawing represents the display unit of the stereoscopic image display device 4 on which the left-eye image on the stereoscopic scale 23 is displayed, and the right drawing represents the display unit on which the right-eye image on the stereoscopic scale 23 is displayed.
Although the stereoscopic scale 23 is displayed at the center of the image of the stereoscopic image display device 4, the left-eye image is biased to the left, and the right-eye image is biased to the right. The deviation amount of the one-eye image is L2 / 2, and the distance between them is L2. The scale of the three-dimensional scale 23 is Dc / Dl times that of the reference three-dimensional scale 21.

立体スケールは、看者がたとえば操作盤を通じて指示する表示位置にしたがって、立体スケールの形状と大きさ、および表示位置を決め、これに適合する立体スケールの左目用画像と右目用画像を生成し、立体画像表示装置4に表示させる。
図6は、本実施形態の立体画像表示装置に係る立体スケール像形成装置に用いる操作盤6の1例を示す斜視図である。
The three-dimensional scale determines the shape and size of the three-dimensional scale, and the display position according to the display position designated by the viewer through the operation panel, for example, and generates a left-eye image and a right-eye image that conform to the three-dimensional scale. The image is displayed on the stereoscopic image display device 4.
FIG. 6 is a perspective view showing an example of the operation panel 6 used in the stereoscopic scale image forming apparatus according to the stereoscopic image display apparatus of the present embodiment.

図6に示すように、操作盤6には、2方向にスイングする十字キー31と、トラッキングボール32と、前後方向にスイングするシーソーキー33と、2個の押しボタンスイッチ34,35とが設けられている。
十字キー31は、X軸方向とZ軸方向の移動を指示するスイッチである。十字キー31の横方向の腕はX軸方向の制御を行い、腕の右側を押し込めば、立体スケールは横方向右側(X軸正方向)に移動し、左側を押し込めば立体スケールは横方向左側(X軸負方向)に移動する。また、縦方向の腕はZ軸方向の制御を行い、腕の上側を押し込めば、立体スケールは上の方向(Z軸正方向)に移動し、下側を押し込めば、下の方向(Z軸負方向)に移動する。なお、十字キー31は、長押しにより上の通り決められた方向に高速移動するように構成しても良い。
As shown in FIG. 6, the operation panel 6 includes a cross key 31 that swings in two directions, a tracking ball 32, a seesaw key 33 that swings in the front-rear direction, and two push button switches 34 and 35. It has been.
The cross key 31 is a switch for instructing movement in the X-axis direction and the Z-axis direction. The horizontal arm of the cross key 31 performs control in the X-axis direction. If the right side of the arm is pushed in, the three-dimensional scale moves to the right in the horizontal direction (X-axis positive direction). Move in (X-axis negative direction). The vertical arm controls the Z-axis direction, and if the upper side of the arm is pushed in, the three-dimensional scale moves upward (Z-axis positive direction), and if the lower side is pushed in, the lower direction (Z-axis) Move in the negative direction. Note that the cross key 31 may be configured to move at a high speed in the direction determined as above by long press.

シーソーキー33は、Y軸方向の移動を指示するスイッチである。シーソーキー33は、操作盤6の側面に設けられ、シーソーキー33の向側の端部を押し込めば立体スケールが遠方に(Y軸負方向に)表示されるようになり、手前側の端部を押し込めば立体スケールが手前に近づくようになる(Y軸正方向に移動する)。シーソーキー33は押し込み深さによって立体スケールの運動方向と速度を指定するものであっても良い。   The seesaw key 33 is a switch for instructing movement in the Y-axis direction. The seesaw key 33 is provided on the side surface of the operation panel 6, and when the end of the seesaw key 33 on the opposite side is pushed in, the three-dimensional scale is displayed far away (in the negative Y-axis direction). If the is pushed in, the three-dimensional scale comes closer to the front (moves in the positive direction of the Y axis). The seesaw key 33 may designate the movement direction and speed of the three-dimensional scale according to the pressing depth.

操作盤6は、十字キー31とシーソーキー33により、立体スケールの中心位置を映像中の任意の位置に決めることができる。立体スケールの目盛は、Y軸方向の座標に基づいて大きさが決められる。したがって、映像中の任意の対象物について、操作盤6の十字キー31とシーソーキー33を操作して、立体スケールの表示位置が対象物の位置に来るように調整することにより、対象物の位置における実寸測定を行うことができる。   The operation panel 6 can determine the center position of the three-dimensional scale at an arbitrary position in the video by using the cross key 31 and the seesaw key 33. The scale of the three-dimensional scale is determined based on the coordinates in the Y-axis direction. Therefore, by operating the cross key 31 and the seesaw key 33 on the operation panel 6 for an arbitrary object in the video and adjusting the display position of the three-dimensional scale to the position of the object, the position of the object Actual size measurement can be performed.

ただし、十字キー31とシーソーキー33だけでは、立体スケールは平行移動するだけなので、対象物について測定したい方向が鉛直方向や水平方向でないときは、立体スケールを対象物の像の寸法を知りたい向きに当てて直接に寸法を知ることができない。
トラックボール32は、3軸回転方向の運動を指示する操作端で、トラックボールの垂直軸周りの回転に立体スケールのZ軸周りのヨー運動、左右方向の回転にY軸周りのピッチ運動、前後方向の回転にX軸周りのロール運動をそれぞれ割り当てて、立体スケールの回転運動を制御できるようになっている。
However, since only the cross key 31 and the seesaw key 33 move in parallel, the three-dimensional scale moves in parallel. If the direction to be measured for the object is not the vertical direction or the horizontal direction, the three-dimensional scale is used to know the size of the image of the object. I can not know the dimensions directly by hitting.
The trackball 32 is an operation end for instructing a movement in the three-axis rotation direction, and the yaw movement around the Z axis of the three-dimensional scale for the rotation around the vertical axis of the trackball, the pitch movement around the Y axis for the rotation in the left-right direction, The roll motion around the X axis is assigned to the rotation in the direction, and the rotational motion of the three-dimensional scale can be controlled.

たとえば、立体スケールを映像画面中で右に傾けたいときは、トラックボール32を右に回せばよい。立体スケールをZ軸周りに回転させたいときは、トラックボール32を水平面内で回転させればよい。さらに、立体スケールを手前に傾けたいときは、トラックボール32を手前に回せばよい。いずれも、トラックボールの運動方向と、立体スケールの運動方向が直感的な関係を有するので、操作する人が立体スケールを制御するときに迷うことがない。
このように、トラックボール32を操作端として追加すれば、立体スケールの回転を含めた6軸を簡単に制御することができるようになる。
For example, when it is desired to tilt the three-dimensional scale to the right in the video screen, the trackball 32 may be turned to the right. When it is desired to rotate the three-dimensional scale around the Z axis, the trackball 32 may be rotated in the horizontal plane. Furthermore, when it is desired to tilt the three-dimensional scale forward, the trackball 32 may be rotated forward. In any case, since the movement direction of the trackball and the movement direction of the three-dimensional scale have an intuitive relationship, an operator does not get lost when controlling the three-dimensional scale.
Thus, if the trackball 32 is added as an operation end, the six axes including the rotation of the three-dimensional scale can be easily controlled.

図7は、本実施形態に係る立体スケールの各軸の移動状況を説明する概念図で、十字キー31とシーソーキー33とトラックボール32を操作端として、立体スケールの位置や姿勢を調整する関係を示す。
十字キー31により、立体スケールのX軸方向の平行移動とZ軸方向の平行移動を制御する。また、シーソーキー33により、立体スケールのY軸方向の平行移動を制御する。
FIG. 7 is a conceptual diagram for explaining the movement state of each axis of the three-dimensional scale according to the present embodiment. The relationship for adjusting the position and posture of the three-dimensional scale using the cross key 31, the seesaw key 33, and the trackball 32 as operation ends. Indicates.
The cross key 31 controls parallel movement of the three-dimensional scale in the X-axis direction and parallel movement in the Z-axis direction. The seesaw key 33 controls the parallel movement of the three-dimensional scale in the Y-axis direction.

また、トラックボール32により、立体スケールの回転を制御する。トラックボール32が支配する回転運動は、Z軸周りのヨー運動、Y軸周りのピッチ運動、X軸周りのロール運動の、3軸の回転運動である。
このように、立体スケールは、6軸の自由度を持っていて、それぞれが単独に変化することができるが、変化した立体スケールは、その位置に応じた目盛を持っていなければならない。すなわち、Y軸方向に移動した場合は、撮像装置の基準線9から立体スケールまでの距離Dyが変化するので、基準線からの距離Dcの位置にある基準立体スケール21の目盛を基準として、そのDc/Dy倍の大きさの目盛を備えるようにしなければならない。
Further, the rotation of the three-dimensional scale is controlled by the trackball 32. The rotational motion governed by the trackball 32 is a three-axis rotational motion including a yaw motion about the Z axis, a pitch motion about the Y axis, and a roll motion about the X axis.
Thus, the three-dimensional scale has six axes of freedom and each can change independently, but the changed three-dimensional scale must have a scale corresponding to its position. That is, when moving in the Y-axis direction, since the distance Dy from the reference line 9 of the imaging device to the three-dimensional scale changes, the scale of the reference three-dimensional scale 21 located at the distance Dc from the reference line is used as a reference. A scale of Dc / Dy times must be provided.

なお、6自由度の装置は制御が容易でないので、むしろ拘束をして自由度を減少させることにより、制御の簡易化を図ることができる。本実施形態の操作盤6では、X軸とロール軸、Y軸とピッチ軸、Z軸とヨー軸の2軸毎にグループ化して、同時にはそれぞれ組み合わされた2軸のみが操作できるようにするモードを採用している。なお、X,Y,Zの3軸の内のいずれか一つの操作を選んだときに、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸を同時に操作できるモードも準備することができる。操作盤6の押しボタンスイッチ34は、これら軸拘束機能の作動と解除を選択するスイッチである。これら軸拘束機能を備えることにより、更に一段の操作性向上が可能になった。   In addition, since control with a 6-degree-of-freedom apparatus is not easy, control can be simplified by constraining and reducing the degree of freedom. In the operation panel 6 of this embodiment, the X axis and the roll axis, the Y axis and the pitch axis, the Z axis and the yaw axis are grouped into two axes so that only two combined axes can be operated at the same time. The mode is adopted. In addition, when any one of the three axes X, Y, and Z is selected, a mode in which the roll axis, the pitch axis, and the yaw axis can be simultaneously operated can be prepared. The push button switch 34 of the operation panel 6 is a switch for selecting activation and cancellation of these shaft constraint functions. By providing these shaft restraint functions, the operability can be further improved.

撮影における映像の拡大縮小や、対象の切り換えなどがあると、対象物に沿わせて表示した立体スケールの位置や目盛の大きさを急速に変更する必要がある。こうした場合に、トラックボール32やシーソーキー33などの操作端を操作して追従することが困難である場合がある。このため、操作盤6には、基準立体スケール21の位置に直接回帰する指示をだせるリセットキーとして押しボタンスイッチ35が用意されている。リセットキーを押すことで、立体スケールが一挙に基準位置における基準立体スケールに変化する。
このリセットキーが使えるため、映像が変化するときや映像中の測定対象を変更するときにおける立体スケールの追従性が向上する。
When there is an enlargement / reduction of an image during shooting or switching of an object, it is necessary to rapidly change the position of the three-dimensional scale and the scale size displayed along the object. In such a case, it may be difficult to follow by operating the operation ends such as the trackball 32 and the seesaw key 33. For this reason, the operation panel 6 is provided with a push button switch 35 as a reset key for giving an instruction to return directly to the position of the reference solid scale 21. By pressing the reset key, the three-dimensional scale is changed to the reference three-dimensional scale at the reference position all at once.
Since this reset key can be used, the followability of the three-dimensional scale is improved when the image changes or the measurement object in the image is changed.

図8は、本実施形態に係る基準立体スケールの作成方法の1例を示す概念図である。
立体画像表示装置4に表示する立体スケールの目盛の大きさは、コンバージェンス面18を基準として光学的配置関係に基づく演算により求めることができる。しかし、部品の光学性能のばらつきや、組立誤差、あるいは光学調整や使用による変動などにより、光学パラメータが設計値と異なる場合には、演算により得た立体スケールの目盛は信頼性が低下する。
これに対して、図8に示すように、実体の立体スケールテンプレートに基づいて、映像中に表示する立体スケールの目盛を校正する方法を用いることができる。
FIG. 8 is a conceptual diagram showing an example of a method for creating a reference solid scale according to the present embodiment.
The scale of the three-dimensional scale displayed on the three-dimensional image display device 4 can be obtained by calculation based on the optical arrangement relationship with the convergence surface 18 as a reference. However, if the optical parameters differ from the design values due to variations in the optical performance of the parts, assembly errors, fluctuations due to optical adjustment or use, etc., the reliability of the scale of the three-dimensional scale obtained by the calculation decreases.
On the other hand, as shown in FIG. 8, a method of calibrating the scale of the three-dimensional scale displayed in the video can be used based on the real three-dimensional scale template.

図4に示したコンバージェンス面18に対応して生成される基準立体スケール21においては、原寸大の目盛が記載された実体を有する立体スケールテンプレート29を立体カメラのコンバージェンス面18に置いて第1の撮像装置1と第2の撮像装置2で撮影し、立体画像表示装置4に表示した画像中の基準立体スケール21の像と実体の立体スケールテンプレート29の像を近接させ、基準立体スケール21の像を伸縮して目盛を実体の立体スケールテンプレート29に刻まれた単位長の目盛30と合わせることにより目盛合わせを行うことができる。   In the reference three-dimensional scale 21 generated corresponding to the convergence surface 18 shown in FIG. 4, a first three-dimensional scale template 29 having an actual scale scale is placed on the convergence surface 18 of the three-dimensional camera. The image of the reference stereoscopic scale 21 is brought close to the image of the reference stereoscopic scale template 29 and the image of the actual stereoscopic scale template 29 in the image captured by the imaging device 1 and the second imaging device 2 and displayed on the stereoscopic image display device 4. The scales can be adjusted by expanding and contracting and aligning the scales with the unit length scales 30 carved in the solid scale template 29.

なお、コンバージェンス面18を規定するコンバージェンスポイント8は、光学系により定まる点であって、幾何的な配置から容易に決めることができる。たとえば、実体の立体スケールテンプレートを2つの撮像装置で撮影して立体画像表示装置4に表示したときに、裸眼で観察して立体スケールの左目用画像と右目用画像が重なる位置がコンバージェンス面18に当たるので、比較的簡単に正確な位置を定めることができる。   Note that the convergence point 8 that defines the convergence surface 18 is a point determined by the optical system, and can be easily determined from a geometrical arrangement. For example, when an actual three-dimensional scale template is photographed by two imaging devices and displayed on the three-dimensional image display device 4, the position where the three-dimensional left-eye image and right-eye image overlap with each other corresponds to the convergence plane 18. Therefore, an accurate position can be determined relatively easily.

基準立体スケール21はコンバージェンス面18に配置されるので、立体画像表示装置4に表示された左目用画像の中心位置と右目用画像の中心位置は、一致してずれがない。
なお、画像処理技術を用いて自動的に実体の立体スケールテンプレート29の目盛を検出して大きさを算定し、目盛合わせに使うこともできる。
さらに、実体の立体スケールテンプレート29の単位長目盛30の寸法と、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2のたとえば主点同士を結ぶ基準線9からコンバージェンス面18までの距離Dcを検出してシステムに記録し、その後にそれらのデータを使用して基準立体スケール21の像を形成するようにしてもよい。
Since the reference stereoscopic scale 21 is disposed on the convergence plane 18, the center position of the left-eye image displayed on the stereoscopic image display device 4 and the center position of the right-eye image match and do not shift.
It is also possible to automatically detect the scale of the actual three-dimensional scale template 29 using an image processing technique, calculate the size, and use the scale for alignment.
Further, the dimension of the unit length scale 30 of the actual three-dimensional scale template 29 and the distance Dc from the reference line 9 connecting the principal points of the first imaging device 1 and the second imaging device 2 to the convergence surface 18 are detected. Then, the data may be recorded in the system, and then the data of the reference stereoscopic scale 21 may be formed using the data.

つぎに、コンバージェンス面18より近い位置にある対象物について適用する立体スケール22を形成する場合は、対象物の位置に実体の立体スケールテンプレートを置いて、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2で撮影し、立体画像表示装置4に表示した画像中の立体スケール22の像を伸縮して目盛を実体の立体スケールテンプレート29に刻まれた単位長の目盛30と合わせることにより目盛合わせを行う。
なお、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2を結ぶ基準線9から対象物の位置までの距離Dsに基づいて目盛の大きさを決めた立体スケールの像を形成し、対象物の像の位置に立体表示するようにしてもよい。目盛の大きさは、基準立体スケール21の目盛に対して、Dc/Ds倍になる。
Next, when forming the three-dimensional scale 22 to be applied to an object located closer to the convergence surface 18, an actual three-dimensional scale template is placed at the position of the object, and the first and second imaging devices 1 and 2 are imaged. Scale adjustment is performed by expanding and contracting the image of the three-dimensional scale 22 in the image captured by the apparatus 2 and displayed on the three-dimensional image display apparatus 4 and aligning the scale with the unit length scale 30 engraved in the actual three-dimensional scale template 29. Do.
A three-dimensional scale image in which the scale size is determined based on the distance Ds from the reference line 9 connecting the first imaging device 1 and the second imaging device 2 to the position of the object is formed. A stereoscopic display may be performed at the position of the image. The scale is Dc / Ds times larger than the scale of the reference solid scale 21.

また、コンバージェンス面18より遠い位置にある対象物について適用する立体スケール23を形成する場合も同様に、対象物の位置に実体の立体スケールテンプレートを置いて、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2で撮影し、立体画像表示装置4に表示した画像中の立体スケール23の像を伸縮して目盛を実体の立体スケールテンプレート29に刻まれた単位長の目盛30と合わせることにより目盛合わせを行う。
なお、第1の撮像装置1と第2の撮像装置2を結ぶ基準線9から対象物の位置までの距離Dlに基づいて、基準立体スケール21の目盛のDc/Dl倍の大きさの目盛を持った立体スケールの像を、対象物の像の位置に立体表示するようにしてもよい。
Similarly, when forming a three-dimensional scale 23 to be applied to an object located far from the convergence surface 18, an actual three-dimensional scale template is placed at the position of the object, and the first imaging device 1 and the second imaging device 1 are arranged. Scale adjustment by expanding and contracting the image of the three-dimensional scale 23 in the image captured by the imaging device 2 and displayed on the three-dimensional image display device 4 to match the scale with the unit length scale 30 engraved in the actual three-dimensional scale template 29. I do.
In addition, based on the distance Dl from the reference line 9 connecting the first imaging device 1 and the second imaging device 2 to the position of the object, a scale having a size Dc / Dl times the scale of the reference three-dimensional scale 21 is provided. The held three-dimensional scale image may be three-dimensionally displayed at the position of the object image.

このように、コンバージェンス面以外に配置される立体スケールについては、コンバージェンス面に配置された立体スケールの目盛に係るデータを利用することにより、実体の立体スケールテンプレートを用いず、幾何学的な配置関係に基づいて演算によって決めることもできる。
一旦各位置における目盛の校正を行った後では、そのデータを校正データマトリクスとしてシステムのメモリに格納しておいて、測定の必要に応じて校正データマトリクスのデータを選択して立体スケールを表示すればよい。校正を行っていない位置に関する立体スケールは、校正を行った位置のデータを使って内挿法または外挿法により適切な立体スケールを形成して表示すればよい。
In this way, with respect to the three-dimensional scales arranged other than the convergence plane, the geometric arrangement relationship can be obtained without using the actual three-dimensional scale template by using the data related to the scale of the three-dimensional scale arranged on the convergence plane. It can also be determined by calculation based on the above.
Once the calibration at each position has been calibrated, store the data in the system memory as a calibration data matrix, and select the calibration data matrix data as necessary to display the 3D scale. That's fine. The three-dimensional scale relating to the position that has not been calibrated may be displayed by forming an appropriate three-dimensional scale by interpolation or extrapolation using the position data that has been calibrated.

図9は、本実施形態におけるレンズ系の幾何学歪みの補正方法を説明する概念図である。光学系が理想的な薄レンズで構成されている場合は、立体スケールの目盛は正方形の格子で形成すれば済む。しかし、立体内視鏡などでは、視野範囲を広くする目的で広角レンズを使用するため、図9に示すように、広角レンズ36の中心を通る光路と広角レンズ36の周辺を通る光路の間に、光路差が生じる。この光路差が画像歪みを引き起こす。   FIG. 9 is a conceptual diagram illustrating a correction method for the geometric distortion of the lens system in the present embodiment. When the optical system is composed of an ideal thin lens, the scale of the three-dimensional scale may be formed by a square lattice. However, in a stereoscopic endoscope or the like, a wide-angle lens is used for the purpose of widening the visual field range, and therefore, as shown in FIG. 9, between the optical path passing through the center of the wide-angle lens 36 and the optical path passing through the periphery of the wide-angle lens 36. An optical path difference occurs. This optical path difference causes image distortion.

理想的なレンズを用いれば、実体の立体スケールテンプレートの像が平坦なスクリーン39に歪みのない格子からなる理想の目盛37を表示するが、広角レンズを使用するときは、光路差のために、歪みを有する目盛38を形成する。歪みを有する目盛38を較正して歪みを持たない目盛37とするためには、歪んだスクリーン40を形成する必要がある。
本実施形態における立体スケールは、特に立体内視鏡装置に適用するため、歪んだスクリーンを使わずに、歪みのある立体映像の中に、歪みに適合する立体スケールを形成することで対処することができる。
If an ideal lens is used, an image of an actual three-dimensional scale template displays an ideal scale 37 consisting of an undistorted grid on a flat screen 39, but when using a wide-angle lens, due to the optical path difference, A scale 38 having distortion is formed. In order to calibrate the scale 38 having distortion to make the scale 37 without distortion, it is necessary to form a distorted screen 40.
Since the stereoscopic scale in the present embodiment is applied to a stereoscopic endoscope apparatus in particular, it can be dealt with by forming a stereoscopic scale suitable for distortion in a distorted stereoscopic image without using a distorted screen. Can do.

図10は、本実施形態におけるレンズ系の幾何学歪みの補正に使用する校正データマトリクスを示す概念図で、光学系歪みがある場合に形成する校正データマトリクスの概念を説明する。
校正データマトリクスは、Y座標上の平面における目盛の大きさについての数値情報によりマトリクスを構成したもので、このマトリクス上に立体スケールの各軸目盛の情報が存在する。したがって、任意の座標位置における立体スケールが、校正データマトリクスに集積された情報を用いることで形成することができる。たとえば、立体スケールの回転に対しても、校正データマトリクス上からスケール作成情報を取得して、斜行する腕に刻む目盛の大きさを確定することができる。また、必要な情報がない位置についても、内挿法あるいは外挿法などにより、欲しい情報を形成することができる。
FIG. 10 is a conceptual diagram showing a calibration data matrix used for correcting the geometric distortion of the lens system in this embodiment. The concept of the calibration data matrix formed when there is optical system distortion will be described.
The calibration data matrix is a matrix composed of numerical information about the scale size on the plane on the Y coordinate, and information on each axis scale of the three-dimensional scale exists on this matrix. Therefore, a three-dimensional scale at an arbitrary coordinate position can be formed by using information accumulated in the calibration data matrix. For example, even when the three-dimensional scale is rotated, scale creation information can be acquired from the calibration data matrix to determine the size of the scale to be engraved on the skewed arm. In addition, the desired information can be formed by using an interpolation method or an extrapolation method even at a position where there is no necessary information.

システムを構成する時点で、光学系歪みがあると判明している場合は、光学系歪みを前提として立体スケールの目盛を実体目盛に対応させるための光学系歪み補正用の校正データマトリクスを作成して、立体スケールの形成に利用すればよい。
光学系歪み補正用の校正データマトリクス41は、実体の立体スケールテンプレートを適宜の位置に配置して、立体カメラ(第1の撮像装置と第2の撮像装置)で取得する立体画像信号に基づいて形成する。不足のデータは、内挿法や外挿法により補填することができる。校正データマトリクス41は、立体スケール像演算装置に内蔵もしくは付属する記憶装置に格納することが好ましい。
If it is known that there is optical system distortion at the time of configuring the system, create a calibration data matrix for correcting the optical system distortion so that the scale of the three-dimensional scale corresponds to the actual scale on the assumption of optical system distortion. And may be used for forming a three-dimensional scale.
The calibration data matrix 41 for optical system distortion correction is based on a stereoscopic image signal acquired by a stereoscopic camera (first imaging device and second imaging device) by placing an actual stereoscopic scale template at an appropriate position. Form. Insufficient data can be compensated by interpolation or extrapolation. The calibration data matrix 41 is preferably stored in a storage device built in or attached to the three-dimensional scale image calculation device.

たとえば、コンバージェンス面に対応して生成される基準立体スケール43においては、原寸大の目盛を持つ実体の立体スケールテンプレートを立体カメラのコンバージェンス面に置いて第1の撮像装置と第2の撮像装置で撮影し、立体画像表示装置に表示した画像中の実体の立体スケールテンプレートの像を基準として、基準立体スケール43の像を伸縮して目盛を実体の立体スケールテンプレートの目盛と合わせることにより目盛合わせを行う。こうして得られたスケール像を、校正データマトリクスを構成するデータとしてメモリに記憶させる。実際には、目盛板の格子点における座標を使うことができる。   For example, in the reference 3D scale 43 generated corresponding to the convergence plane, the actual 3D scale template having the full scale is placed on the convergence plane of the 3D camera, and the first imaging apparatus and the second imaging apparatus. The scale is adjusted by expanding and contracting the image of the reference stereoscopic scale 43 and aligning the scale with the scale of the actual stereoscopic scale template, based on the image of the actual stereoscopic scale template in the image captured and displayed on the stereoscopic image display device. Do. The scale image thus obtained is stored in the memory as data constituting the calibration data matrix. In practice, the coordinates at the grid points of the scale plate can be used.

遠地点における立体スケール42についても、同様に実体の立体スケールテンプレートを遠地点の立体スケール42の位置に置いて、画像中の実体の立体スケールテンプレート像と比較しながら遠地点の立体スケール42の目盛調整を行う。得られた目盛のデータを、校正データマトリクス41を構成するデータとして記憶させる。
さらに、近地点における立体スケール44について、同様にして目盛のデータを形成しする。近地点における立体スケール44では、広角レンズの影響で光学系歪みが現れるため、特に枠の周辺部分における格子がゆがむ現象が見られる。こうした実態を反映した測定データを、校正データマトリクス41を構成するデータとして記憶させる。
Similarly, for the stereoscopic scale 42 at the far point, the scale of the stereoscopic scale 42 at the far point is adjusted while placing the stereoscopic scale template of the entity at the position of the stereoscopic scale 42 at the far point and comparing it with the stereoscopic scale template image of the entity in the image. . The obtained scale data is stored as data constituting the calibration data matrix 41.
Further, scale data is formed in the same manner for the three-dimensional scale 44 at the near point. In the three-dimensional scale 44 at the near point, an optical system distortion appears due to the influence of the wide-angle lens. Measurement data reflecting such actual conditions is stored as data constituting the calibration data matrix 41.

校正データマトリクス41を形成するためのデータ数は、立体スケールに要求される精度と構成における作業量を勘案して決める。実測しなかった領域では、実測で得たデータについて内挿法あるいは外挿法を用いてデータを補充することができる。
こうして得られた校正データマトリクス41に、立体スケールの各軸方向の目盛の情報が存在する。立体スケールの6軸を変更したときにも、立体スケールの位置と姿勢に基づき、この校正データマトリクス41のデータを用いて、寸法測定に対して適正な目盛を有する立体スケールを形成することができる。
なお、校正データマトリクス41は、光学系歪みがない場合についても同様に作成して利用することにより、立体スケールの形成における効率を向上させることができる。
The number of data for forming the calibration data matrix 41 is determined in consideration of the accuracy required for the three-dimensional scale and the amount of work in the configuration. In a region that has not been actually measured, the data obtained by actual measurement can be supplemented using interpolation or extrapolation.
In the calibration data matrix 41 obtained in this way, there is scale information in each axial direction of the three-dimensional scale. Even when the six axes of the three-dimensional scale are changed, a three-dimensional scale having an appropriate scale for dimension measurement can be formed using the data of the calibration data matrix 41 based on the position and orientation of the three-dimensional scale. .
Note that the calibration data matrix 41 can be created and used in the same way even when there is no optical system distortion, thereby improving the efficiency in forming a three-dimensional scale.

図11は、本実施形態に係る立体スケール像形成装置を立体内視鏡装置に適用した場合の例を示す立体映像表示装置の構成図である。
立体内視鏡51は、光軸が前方の決められたコンバージェンスポイント57で交差するように配置されたほぼ同じ性能を有する2個のカメラ55,56を備えている。
2個のカメラ55,56で構成される立体カメラが形成した映像信号は、立体表示コントロールユニット52に入力される。立体表示コントロールユニット52は、画像処理装置と立体スケール像演算装置を内蔵する。立体表示コントロールユニット52は、内蔵した画像処理装置により、立体カメラ55,56から入力された映像信号を立体液晶モニター53に右目用と左目用に分離して表示させる。
FIG. 11 is a configuration diagram of a stereoscopic video display apparatus showing an example in which the stereoscopic scale image forming apparatus according to the present embodiment is applied to a stereoscopic endoscope apparatus.
The stereoscopic endoscope 51 includes two cameras 55 and 56 having substantially the same performance, which are arranged so that the optical axes intersect at a predetermined convergence point 57 ahead.
A video signal formed by a stereoscopic camera composed of two cameras 55 and 56 is input to the stereoscopic display control unit 52. The stereoscopic display control unit 52 includes an image processing device and a stereoscopic scale image calculation device. The stereoscopic display control unit 52 causes the image signal input from the stereoscopic cameras 55 and 56 to be displayed separately on the stereoscopic liquid crystal monitor 53 for the right eye and the left eye by the built-in image processing device.

立体液晶モニター53は、右目用画像と左目用画像を交互に切り換え表示し、これと同期してオンオフする専用の立体メガネ(図示しない)で観察することにより、立体内視鏡51で撮影した患部を立体的に観察することができる。
立体表示コントロールユニット52は、内蔵する立体スケール像演算装置により、立体スケールの左目用と右目用の画像信号を形成して、内蔵する画像処理装置に供給する。画像処理装置で、立体スケール画像信号の左目用信号が左目用の立体カメラの映像信号と重畳され、右目用信号が右目用の立体カメラの映像信号に重畳されて、立体液晶モニター53に送信され表示される。
こうして、立体液晶モニター53に、患部の立体映像と立体スケール58が立体的に表示される。
The stereoscopic liquid crystal monitor 53 alternately displays the image for the right eye and the image for the left eye, and observes it with dedicated stereoscopic glasses (not shown) that are turned on and off in synchronization with this, so that the affected part imaged with the stereoscopic endoscope 51 is displayed. Can be observed three-dimensionally.
The stereoscopic display control unit 52 forms image signals for the left and right eyes of the stereoscopic scale by the built-in stereoscopic scale image calculation device, and supplies the image signals to the built-in image processing device. In the image processing device, the left-eye signal of the stereoscopic image signal is superimposed on the video signal of the left-eye stereoscopic camera, and the right-eye signal is superimposed on the video signal of the right-eye stereoscopic camera and transmitted to the stereoscopic liquid crystal monitor 53. Is displayed.
In this way, the stereoscopic image of the affected area and the stereoscopic scale 58 are displayed stereoscopically on the stereoscopic liquid crystal monitor 53.

立体表示コントロールユニット52には、人が操作する操作盤44が付属していて、立体表示コントロールユニット52に内蔵する立体スケール像演算装置を介して、術者あるいは補助者が、画像中の立体スケール58の位置と姿勢を指定することができる。
したがって、立体映像中の患部の位置に立体スケール58の像が重なるように調整すれば、立体スケール58の目盛を読み取ることにより、患部の寸法を測定することができ、的確な診断および手術が可能になる。
The stereoscopic display control unit 52 is provided with an operation panel 44 that is operated by a person, and an operator or an assistant can perform a stereoscopic scale in the image via a stereoscopic scale image calculation device built in the stereoscopic display control unit 52. 58 positions and postures can be designated.
Therefore, if the image of the three-dimensional scale 58 is adjusted so that it overlaps the position of the affected part in the stereoscopic image, the dimension of the affected part can be measured by reading the scale of the three-dimensional scale 58, and accurate diagnosis and surgery are possible. become.

なお、本明細書に記載の実施形態では、立体スケール像形成装置の適用先として、交差法配置された立体撮像装置を挙げているが、平行法配置の立体撮像装置においても、立体スケールの位置と姿勢を適宜に調整することができ、立体スケールの目盛を立体スケールの位置姿勢に適合する寸法に合わせることができ、さらに、立体スケールの表示位置に適合する位置に立体スケールテンプレートを配することにより、立体スケールの目盛合わせを行う立体スケール像形成装置を適用することができる。
なお、校正データマトリクスは、撮像装置の分解掃除、再調整、特性変化などがあれば、適宜に再校正して更新するものであることはいうまでもない。
In the embodiment described in this specification, a stereoscopic imaging device arranged in an intersecting manner is cited as an application destination of the stereoscopic scale image forming device. However, even in a stereoscopic imaging device arranged in a parallel manner, the position of the stereoscopic scale is used. The scale of the 3D scale can be adjusted to a size that matches the position and orientation of the 3D scale, and a 3D scale template is placed at a position that matches the display position of the 3D scale. Therefore, it is possible to apply a three-dimensional scale image forming apparatus that performs calibration of a three-dimensional scale.
Needless to say, the calibration data matrix is appropriately recalibrated and updated if there is disassembly cleaning, readjustment, or characteristic change of the imaging apparatus.

立体スケール像形成装置の操作盤は、十字キーとシーソーキー、トラッキングボール、押しボタンスイッチなどで構成されているが、3次元の位置、更に高度には3次元の姿勢をも、指定できるのであれば、操縦桿やゲーム機のコントローラなど、適宜のスイッチ操作機と同じ機構を利用することができる。   The operation panel of the three-dimensional scale image forming apparatus is composed of a cross key, seesaw key, tracking ball, push button switch, etc., but it can also specify a three-dimensional position and even a three-dimensional posture at a high level. For example, the same mechanism as an appropriate switch operating device such as a control stick or a controller of a game machine can be used.

本発明の立体スケール像形成装置を用いることにより、立体映像装置に表示される物体のサイズを立体的に測定することができるようになるので、特に立体内視鏡装置を用いた診断や手術などにおいて、有効である。   By using the stereoscopic image forming apparatus of the present invention, it becomes possible to measure the size of an object displayed on a stereoscopic video apparatus in a stereoscopic manner, and in particular, diagnosis and surgery using a stereoscopic endoscope apparatus, etc. Is effective.

1 第1の撮像装置
2 第2の撮像装置
3 画像処理装置
4 立体画像表示装置
5 立体スケール像演算装置
6 操作盤
7 対象物
8 コンバージェンスポイント
9 撮像装置の主点を結ぶ基準線
10 対象物の像
11 立体スケール像
12 対象物(猫)
13 対象物(教会)
14 左目用の画像
15 右目用の画像
16 左目用の画像
17 右目用の画像
18 コンバージェンス面
20 立体スケール像形成装置
21 基準立体スケール像
22 立体スケール像
23 立体スケール像
29 実体の立体スケールテンプレート
30 単位長の目盛
31 十字キー
32 トラッキングボール
33 シーソーキー
34,35 押しボタンスイッチ
36 広角レンズ
37 理想の目盛
38 広角レンズで得られる目盛
39 歪みのない表示位置
40 広角レンズによる表示位置
41 校正データマトリクス
42 遠地点データ
43 コンバージェンスポイントのデータ
44 近地点データ
51 立体内視鏡
52 立体表示コントロールユニット
53 立体液晶モニター
54 操作盤
55,56 立体カメラ
57 コンバージェンスポイント
58 立体スケール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st imaging device 2 2nd imaging device 3 Image processing device 4 Stereoscopic image display device 5 Stereoscopic scale image calculating device 6 Operation panel 7 Object 8 Convergence point 9 Reference line 10 which connects the main points of the imaging device Image 11 Three-dimensional scale image 12 Object (cat)
13 Object (Church)
14 Image for left eye 15 Image for right eye 16 Image for left eye 17 Image for right eye 18 Convergence surface 20 3D scale image forming device 21 3D scale image 22 3D scale image 23 3D scale image 29 Real 3D scale template 30 Unit Long scale 31 Cross key 32 Tracking ball 33 Seesaw keys 34, 35 Push button switch 36 Wide angle lens 37 Ideal scale 38 Scale obtained with wide angle lens 39 Display position without distortion 40 Display position with wide angle lens 41 Calibration data matrix 42 Far point Data 43 Convergence point data 44 Peripheral data 51 3D endoscope 52 3D display control unit 53 3D LCD monitor 54 Operation panel 55, 56 3D camera 57 Convergence point 58 3D scale

Claims (9)

互いに光軸が交差するように配置された第1の撮像装置と第2の撮像装置と、立体画像処理装置と、画像表示装置とを備えた立体映像表示装置において、前記第1の撮像装置と前記第2の撮像装置それぞれの映像の中に長さ目盛を付した立体スケールの画像であって前記第1および第2の撮像装置の光軸の交差点を含み該光軸に挟まれた角を2分する線に垂直なコンバージェンス面に該立体スケールの右目用画像と左目用画像を投影したときの距離差を基準として大きさを調整した立体スケールの画像を形成し、前記立体スケールの視線交差角と前記長さ目盛の大きさとを該立体スケールの位置に合わせて調整して前記画像表示装置に表示し、前記立体スケールを立体視させる立体スケール像演算装置と、表示される前記立体スケールの位置を前記映像中で移動させる操作端を設けた操作盤とを備える、立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。 In a stereoscopic video display device comprising a first imaging device, a second imaging device, a stereoscopic image processing device, and an image display device arranged so that their optical axes intersect with each other , the first imaging device and wherein in the second respective imaging device images, sandwiched optical axis includes the intersection of the optical axis of the a stereoscopic scale image marked with length scales first and second imaging devices corner Forming a three-dimensional scale image adjusted in size based on the distance difference when the right-eye image and the left-eye image of the three-dimensional scale are projected on a convergence plane perpendicular to a line that bisects the line. A three-dimensional scale image calculation device that adjusts an intersection angle and the size of the length scale according to the position of the three-dimensional scale and displays them on the image display device, and stereoscopically displays the three-dimensional scale, and the displayed three-dimensional scale Place of The includes an operation panel and having a handling end to move in the image, the stereoscopic scale image forming apparatus of the stereoscopic image display device. 前記立体スケールの目盛は、前記立体スケールの表示位置と前記第1および第2の撮像装置の主点面との実体上の距離に従って、大きさを調整する、請求項1記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。   The stereoscopic image display device according to claim 1, wherein the scale of the stereoscopic scale is adjusted in size according to a substantial distance between a display position of the stereoscopic scale and a principal point plane of the first and second imaging devices. 3D scale image forming apparatus. 前記立体スケールの画像は、寸法の一定したパターンを前記立体スケールの表示位置に配置して撮影した実写画像と対比して立体スケールの目盛の大きさを較正したデータを集積して形成した校正データマトリクスに基づいて形成した、請求項1記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。   The three-dimensional scale image is a calibration data formed by accumulating data in which the scale of the three-dimensional scale is calibrated in comparison with a photographed image obtained by arranging a pattern having a constant dimension at the display position of the three-dimensional scale. The three-dimensional image forming apparatus of the three-dimensional image display apparatus according to claim 1, which is formed based on a matrix. 前記操作盤は、映像中の該立体スケールの位置を前記光軸の交差点の位置に移動させる操作端を備える、請求項記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。 The control panel is the position of the stereo scale in the video and an operation end for moving the position of intersection of the optical axis, the three-dimensional scale image forming apparatus of the stereoscopic image display apparatus according to claim 1. 前記操作盤は、映像中の該立体スケールの姿勢を調整する操作端を備える、請求項1からのいずれか一項に記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。 The control panel includes an operation end for adjusting the position of the stereo scale in the video, stereoscopic scale image forming apparatus of the stereoscopic image display device according to any one of claims 1 to 4. 前記操作盤は、映像中の該立体スケールの位置を直交座標系のX軸方向、Y軸方向、Z軸方向に独立に移動させる操作端と、映像中の該立体スケールの回転をロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の周りに独立に調整して該立体スケールの姿勢を調整する操作端とを備え、前記立体スケール像形成装置は、ロール軸とピッチ軸とヨー軸の各軸をそれぞれ直交座標系の1軸と組み合わせて、同時にはそれぞれ組み合わされた2軸のみが操作できるようにするモードを有し、前記操作盤が該モードの指定と解除を行う操作端を備える、請求項1からのいずれか一項に記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。 The operation panel includes an operation end that independently moves the position of the three-dimensional scale in the image in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the orthogonal coordinate system, and a roll axis that rotates the three-dimensional scale in the image. An operation end for adjusting the attitude of the three-dimensional scale by independently adjusting around the pitch axis and the yaw axis, and the three-dimensional scale image forming apparatus is configured such that the roll axis, the pitch axis, and the yaw axis are orthogonal coordinates. in combination with one axis of the system, at the same time only 2 shafts in combination each having a mode that allows operation, the control panel comprises an operating end for designating the cancellation of the mode claims 1 to 3 The three-dimensional image forming apparatus of the three-dimensional image display apparatus as described in any one of these. 立体スケールの目盛を実体目盛に対応させる数値情報を集積した校正データマトリクスを記憶装置に格納して、前記立体スケールの位置と姿勢に従って得た該校正データマトリックスの数値情報に基づいて立体スケールの画像を形成し、前記画像表示装置に表示する、請求項1からのいずれか一項に記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。 A calibration data matrix in which numerical information for correlating the scale of the three-dimensional scale with the physical scale is stored in a storage device, and an image of the three-dimensional scale is obtained based on the numerical information of the calibration data matrix obtained according to the position and orientation of the three-dimensional scale. The stereoscopic scale image forming device of the stereoscopic video display device according to any one of claims 1 to 6 , wherein the stereoscopic image forming device is displayed and displayed on the image display device. 前記第1の撮像装置と第2の撮像装置は、立体内視鏡のカメラである、請求項1からのいずれか一項に記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置。 The stereoscopic image forming apparatus for a stereoscopic video display apparatus according to any one of claims 1 to 7 , wherein the first imaging device and the second imaging device are cameras of a stereoscopic endoscope. 請求項記載の立体映像表示装置の立体スケール像形成装置を備えた立体内視鏡装置。 A stereoscopic endoscope apparatus comprising the stereoscopic scale image forming apparatus of the stereoscopic video display apparatus according to claim 8 .
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