KR101506393B1 - 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의한 내시경 시스템은 검사대상의 제1 영역을 촬영하는 제1 카메라; 제1 영역과 인접하는 제2 영역을 촬영하는 제2 카메라; 제1 카메라 및 제2 카메라가 획득한 제1 영상 및 제2 영상이 표시 영역에서 배치되는 위치를 설정하는 영상 영역 설정부; 표시영역에서의 위치가 설정된 제1 영상 및 제2 영상을 결합하는 영상 결합부; 영상 결합부를 통해서 결합한 결합 영상에서 제1 영상 및 제2 영상이 중첩되는 중첩영역의 영상을 보정하는 영상 보정부; 및 영상 보정부를 통해서 보정된 영상을 표시하는 표시부;를 구비한다.

Description

내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법{Endoscope System and Method for Obtaining a Image}
본 발명은 멀티 카메라를 이용하여 시야각을 확대할 수 있는 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다.
내시경 시스템은 육안으로 직접 관찰하기 힘든 영역을 관찰하기 위한 것으로서, 환자의 식도나 내장을 관찰하기 위한 의료분야 및 육안 관찰이 힘들거나 위험한 배관검사와 같은 산업분야에서 널리 이용된다.
이러한 내시경 시스템은 케이블 끝단에 형성된 소형 카메라와 카메라의 영상을 처리하고 이를 표시하는 장치를 포함한다.
종래의 내시경 장치의 경우에는, 한대의 카메라만이 내시경의 전방에 장착되어 있어서 해당 소형 카메라가 제공할 수 있는 최대 시야각 범위 내에 대해서만 촬영대상에 대한 관찰이 가능하다. 소형 카메라의 시야각은 그리 큰 편이 아니기 때문에 내시경 장치를 이용하여 촬영 대상을 관찰할 수 있는 범위는 매우 한정되어 있다.
따라서, 촬영 대상을 정밀하게 관찰하기 위해서는 촬영 시간이 길어진다. 특히, 내시경 장치를 이용하여 환부를 관찰할 경우에 촬영 시간이 길어질 뿐만 아니라, 카메라의 방향을 트는 과정에서 환부의 접촉이 자주 발생하기 때문에 환자의 고통이 커진다.
따라서, 본 발명은 상기 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 촬영가능한 시야각을 넓힐 수 있는 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명에 의한 내시경 시스템은 검사대상의 제1 영역을 촬영하는 제1 카메라; 제1 영역과 인접하는 제2 영역을 촬영하는 제2 카메라; 제1 및 제2 카메라를 통해서 각각 획득한 제1 및 제2 영상을 결합하되, 제1 및 제2 영상의 경계면이 서로 맞닿도록 결합 영상을 생성하는 영상 결합부; 영상 결합부를 통해서 결합한 결합 영상에서 제1 영상 및 제2 영상이 중첩되는 중첩영역이 있을 경우에, 중첩영역의 영상을 보정하여 보정 영상을 생성하는 영상 보정부; 및 보정 영상을 표시하는 표시부;를 구비한다.
영상 보정부는 제1 영상에서 중첩 영상을 절단하여 보정하고, 보정된 제1 영상을 제2 영상의 경계면에 결합할 수 있다.
또한 영상 보정부는 제1 및 제2 카메라 각각의 렌즈 간의 간격 및 사잇각, 그리고 렌즈들의 초점거리를 이용하여 제1 및 제2 영역의 중첩영역을 산출하고, 제1 영상에서 중첩영역의 영상을 절단할 수 있다.
본 발명에 의한 내시경 시스템은 영상 보정부에서 생성한 보정 영상의 크기를 표시부에 대응하는 크기로 조절하는 크기 조절부를 더 구비할 수 있다.
본 발명에 의한 내시경 시스템을 이용한 영상 획득 방법은 제1 및 제2 카메라가 서로 인접한 제1 영역 및 제2 영역에 대한 제1 영상 및 제2 영상을 획득하는 단계; 영상 결합부가 영상 영역 설정부에서 설정한 제1 영상 및 제2 영상을 결합함으로써 결합 영상을 생성하는 단계; 영상 보정부가 결합 영상에서 제1 영상 및 제2 영상의 중첩영역의 영상을 보정함으로써 보정 영상을 생성하는 단계; 및 보정 영상을 표시부를 통해서 표시하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 의하면, 서로 다른 영역을 촬영하는 인접하는 제1 및 제2 카메라를 이용하여 영상을 촬영하고 이를 결합하여 표시함으로써, 시야각이 확대된 표시 영상을 획득할 수 있다.
따라서 본 발명에 의한 내시경 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 의하면, 촬영시간을 단축하면서도 넓은 촬영 대상 영역에 대한 영상을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 내시경 시스템을 나타내는 도면.
도 2는 내시경 시스템의 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 내시경 시스템이 촬영하는 영상 영역을 나타내는 모식도.
도 4는 내시경 시스템을 이용한 영상 획득 방법을 나타내는 순서도.
도 5 내지 도 8은 내시경 시스템이 영상을 표시하는 단계를 나타내는 모식도들.
이하 상기 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시 예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시 예들을 설명함에 있어서 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 부호가 사용되며, 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 내시경 시스템을 나타내는 도면이고, 도 2는 내시경 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 내시경 시스템은 내시경 모듈(100), 제어부(200) 및 표시부(300)를 포함한다.
내시경 모듈(100)은 환부 등의 검사 대상영역에 접근하여 피사체로부터 반사되는 광을 획득하기 위한 것으로서, 하우징(150)에 탑재되는 광원(120), 제1 및 제2 렌즈(111,112), 제1 및 제2 센서(131,132)를 포함한다. 이러한 내시경 모듈(100)은 케이블(153)을 통해서 제어부(200)와 연결될 수 있다.
광원(120)은 제1 및 제2 카메라(171,172)가 촬영할 피사체에 광을 조사하기 위한 것으로서, 내시경 모듈(100)의 전면부의 중심에 배치될 수 있다.
제1 렌즈(111)는 피사체로부터 반사되는 광을 수광하여 제1 센서(131)로 전달한다. 제1 센서(131)는 제1 렌즈(111)를 경유하는 광을 검출하기 위한 것으로, 전계결합소자(Charge Coupled Device : CCD) 또는 씨모스(Complementaly Metal Oxide Semiconductor ; CMOS)와 같은 촬상소자를 이용할 수 있다.
이와 유사하게, 제2 렌즈(112)는 수광하는 광을 제2 센서(132)로 전달하고, 제2 센서는 제2 렌즈(112)를 경유하는 광을 검출한다. 이때, 제2 렌즈(112)는 제1 렌즈(111)와는 다른 방향을 향해서 배치된다.
이러한 제1 및 제2 렌즈(111,112)의 배치를 도 3을 참조하여 좀 더 살펴보면 다음과 같다.
제1 및 제2 렌즈(111,112)는 소정 간격(d)을 두고 하우징(150)에 배치되며, 각각의 제1 렌즈축(ℓ1)과 제2 렌즈축(ℓ2)이 일정한 사잇각(θ)을 이루도록 형성된다. 제1 및 제2 렌즈(111,112)가 집광하는 피사체의 영역을 각각 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)이라고 할 때, 제1 및 제2 영역(A1,A2)의 크기는 제1 및 제2 렌즈(111,112)의 초점거리에 의해서 결정될 수 있다.
또한, 제1 및 제2 영역(A1,A3) 간의 간격으로 인한 중첩영역(A3)은 제1 및 제2 렌즈(111,112) 간의 간격(d)과 사잇각(θ), 그리고 제1 및 제2 영역(A1,A3)의 크기에 따라서 결정될 수 있다.
제어부(200)는 제1 및 제2 센서(131,132)가 검출하는 광을 바탕으로 제1 및 제2 영상을 획득하고, 제1 및 제2 영상을 결합하여 피사체의 표시 영상을 생성하기 위한 것으로, 제1 및 제2 영상획득부(211,212)와 영상 처리부(220)를 포함한다.
제1 영상획득부(211)는 제1 센서(131)가 검출하는 광을 바탕으로 제1 영상을 획득한다. 마찬가지로 제2 영상획득부(212)는 제2 센서(132)가 검출하는 광을 바탕으로 제2 영상을 획득한다. 즉, 제1 영상획득부(211)는 제1 렌즈(111) 및 제1 센서(131)와 더불어 제1 카메라(171)를 구성하고, 제2 영상획득부(212)는 제2 렌즈(112) 및 제2 센서(132)와 더불어 제2 카메라(172)를 구성한다.
영상처리부(220)는 제1 및 제2 영상획득부(211,212)에서 획득한 제1 및 제2 영상을 결합함으로써 피사체의 대상영역에 대한 표시 영상을 생성하고, 이를 표시부(300)를 통해서 표시한다. 영상처리부(220)는 영상 결합부(223), 영상 보정부(225) 및 크기 조절부(227)를 포함한다.
영상 결합부(223)는 영상 영역설정부(221)를 통해서 위치 설정이 된 제1 및 제2 영상을 결합한다. 즉, 영상 결합부(223)는 서로 다른 픽셀 영역을 갖는 제1 및 제2 영상을 결합함으로써, 내시경 모듈(100)을 이용한 전체 대상영역의 영상을 표시 영상으로서 결정한다. 이를 위해서 영상 결합부(223)는 제1 및 제2 영상 데이터를 합산함으로써, 두 영상을 결합한 표시 영상을 획득할 수 있다.
영상 보정부(225)는 영상 결합부(223)를 통해서 결합한 제1 및 제2 영상에서 중첩 영역의 영상을 보정한다.
제1 및 제2 렌즈(111,112)의 시야각이 중첩될 경우에 제1 및 제2 영상은 서로 중첩되는 영역이 발생한다. 영상 보정부(225)는 이와 같이 중첩 영역에서 제1 및 제2 영상의 화소 데이터가 모두 합산되어서 표시 영상의 왜곡이 발생하는 것을 방지한다.
크기 조절부(227)는 영상 보정부(225)에서 중첩 영역의 영상을 보정한 표시 영상의 크기를 표시부(300)의 크기에 대응하도록 조절하고, 조절된 표시 영상을 표시부(300)를 통해서 표시한다.
도 4는 본 발명에 의한 내시경 시스템을 이용한 영상 획득 방법을 나타내는 순서도이다. 도 4를 참조하여 피사체의 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)을 포함하는 영상 획득 방법을 살펴보면 다음과 같다.
< 제1 및 제2 영상 획득 : S401 >
도 5는 내시경 시스템에서 제1 및 제2 카메라(171,172)가 각각 촬영하는 제1 및 제2 영역(A1,A2)과 이에 대한 제1 및 제2 영상(A1,A2)을 나타내는 모식도이다.
제1 카메라(171)의 제1 영상 획득부(211)는 제1 센서(131)에 검출되는 광을 바탕으로 피사체의 제1 영역(A1)에 대한 도 5의 (a)와 같은 제1 영상(P1)을 획득한다. 이와 유사하게, 제2 카메라(172)의 제2 영상 획득부(212)는 피사체의 제2 영역(A2)에 대한 도 5의 (b)와 같은 제2 영상(P2)을 획득한다.
< 제1 및 제2 영상 결합 : S403 >
영상 결합부(223)는 제1 및 제2 영상(P1,P2)을 결합한다. 이때, 영상 결합부(223)는 제1 및 제2 영상(P1,P2)에서 서로 인접하는 경계선을 맞붙도록 결합함으로써, 도 6과 같이, 제1 및 제2 영상(P1,P2)이 연결된 결합 영상(P4)을 생성한다.
< 영상 보정 : S405 >
영상 보정부(225)는 도 6과 같은 결합 영상에서 중첩 영상(P12)을 보정한다.
도 5에서와 같이, 제1 및 제2 카메라(171,172)가 촬영하는 제1 및 제2 영역(A1,A2)은 중첩될 수 있다. 따라서 영상 결합부(223)가 단순히 제1 및 제2 영상(P1,P2)의 경계면을 잇도록 결합 영상을 생성하면, 결합 영상(P4)은 도 6에서와 같이, 동일한 대상에 대한 영상인 중첩 영상(P12)이 두 군데에 표시되는 오류가 발생한다.
영상 보정부(225)는 이와 같이, 결합 영상에서 중첩 영상(P1,P2)이 중복되어 표시되는 것을 보정한다.
이러한 중첩 영상(P1,P2)을 보정하기 위해서, 영상 보정부(225)는 내시경 모듈(100)의 설계값을 통해서 미리 알 수 있는 중첩 영역(A1,A2)에 대한 픽셀 영역 정보를 이용할 수 있다.
이를 좀 더 살펴보면 다음과 같다.
제1 및 제2 영역(A1,A2)이 서로 떨어진 정도는 제1 및 제2 렌즈축(ℓ1,ℓ2) 간의 사잇각(θ) 및 제1 및 제2 렌즈(111,112)의 간격(d)에 따라서 결정된다. 그리고 제1 및 제2 렌즈축(ℓ1,ℓ2) 간의 사잇각(θ) 및 제1 및 제2 렌즈(111,112)의 간격(d)은 최초 설계값으로 알 수 있다.
또한, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)의 크기는 제1 및 제2 렌즈(111,112)의 초점거리를 이용하여 알 수 있기 때문에, 제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)의 크기도 미리 알 수 있다.
다시 말해서 영상 보정부(223)는 이와 같이, 제1 및 제2 렌즈(111,112)의 초점거리, 제1 및 제2 렌츠축(ℓ1,ℓ2) 간의 사잇각(θ) 및 제1 및 제2 렌즈(111,112)의 간격(d)을 이용하여, 중첩 영역(A12)을 산출할 수 있다.
중첩 영상(A12)은 제1 영역(A1) 또는 제2 영역(A2)에 대비한 중첩 영역(A12)의 크기를 이용하여 제1 영상(A1)에 대한 중첩 영상(A12)의 크기 비율이 동일한 관계를 이용하여 구할 수 있다.
그리고 영상 보정부(225)는 이와 같이 중복되는 중첩 영상(A12)을 절단한다. 예컨대, 영상 보정부(225)는 제1 영상(A1)에서 중첩 영상(A12)을 절단하여, 도 7과 같은 보정된 제1 영상(P1')을 생성하고, 이를 제2 영상(A2)과 연결함으로써, 도 8과 같은 보정 영상(P4)을 생성할 수 있다.
< 영상 크기 조절 및 영상 표시 : S407, S409 >
크기 조절부(227)는 영상 결합부(223)에서 생성한 최종 영상의 크기를 표시부(300)의 크기에 대응하도록 조절한다. 그리고 크기 조절부(227)는 크기가 조절된 표시 영상을 표시부(300)를 통해서 표시한다.
이때 크기 조절부(227)는 도 8에서와 같이, 제1 영상(P1) 및 제2 영상(P2)을 모두 포함하는 표시 영상을 표시부(300)에 표시할 수 있다. 또는 크기 조절부(227)는 도 9에서와 같이, 표시 영상의 유효 데이터만을 포함하는 선택영역을 표시부(300)에 표시할 수 있다.
위에서 몇몇의 실시예가 예시적으로 설명되었음에도 불구하고, 본 발명이 이의 취지 및 범주에서 벗어남 없이 다른 여러 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 따라서, 상술한 실시 예는 제한적인 것이 아닌 예시적인 것으로 여겨져야 하며, 첨부된 청구항 및 이의 동등 범위 내의 모든 실시 예는 본 발명의 범주 내에 포함된다.

Claims (5)

  1. 검사대상의 제1 영역을 촬영하는 제1 카메라;
    상기 제1 영역과 인접하는 제2 영역을 촬영하는 제2 카메라;
    상기 제1 및 제2 카메라를 통해서 각각 획득한 제1 및 제2 영상을 결합하되, 상기 제1 및 제2 영상의 경계면이 서로 맞닿도록 결합 영상을 생성하는 영상 결합부;
    상기 영상 결합부를 통해서 결합한 결합 영상에서 상기 제1 영상 및 제2 영상이 중첩되는 중첩영역이 있을 경우에, 상기 중첩영역의 영상을 보정하여 보정 영상을 생성하는 영상 보정부; 및
    상기 보정 영상을 표시하는 표시부를 구비하고,
    상기 영상 보정부는,
    상기 제1 영상에서 중첩 영상을 절단하여 보정하고, 보정된 제1 영상을 상기 제2 영상의 경계면에 결합하되, 상기 제1 및 제2 카메라 각각의 렌즈 간의 간격 및 사잇각 및 상기 렌즈들의 초점거리를 이용하여 상기 제1 및 제2 영역의 중첩영역을 산출하고 상기 제1 영상에서 상기 중첩영역의 영상을 절단하는 것을 특징으로 하는 내시경 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영상 보정부에서 생성한 보정 영상의 크기를 상기 표시부에 대응하는 크기로 조절하는 크기 조절부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 내시경 시스템.
  5. 제1 및 제2 카메라가 서로 인접한 제1 영역 및 제2 영역에 대한 제1 영상 및 제2 영상을 획득하는 단계;
    영상 결합부가 상기 영상 영역 설정부에서 설정한 상기 제1 영상 및 제2 영상을 결합함으로써 결합 영상을 생성하는 단계;
    영상 보정부가 상기 결합 영상에서 상기 제1 영상 및 제2 영상의 중첩영역의 영상을 보정함으로써 보정 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 보정 영상을 표시부를 통해서 표시하는 단계를 포함하고,
    상기 보정 영상을 생성하는 단계는,
    상기 제1 영상에서 중첩 영상을 절단하여 보정하고, 보정된 제1 영상을 상기 제2 영상의 경계면에 결합하되, 상기 제1 및 제2 카메라 각각의 렌즈 간의 간격 및 사잇각 및 상기 렌즈들의 초점거리를 이용하여 상기 제1 및 제2 영역의 중첩영역을 산출하고 상기 제1 영상에서 상기 중첩영역의 영상을 절단하는 것을 특징으로 하는 내시경 시스템을 이용한 영상 획득 방법.
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