[发明专利]基于光栅投影的三维内窥测量装置和方法

说明书

技术领域

本专利涉及内窥镜，特别是一种基于光栅投影的三维内窥测量装置和方法。

背景技术

内窥镜是一种光机电结合的精密医疗仪器，用于观察体内组织和结构，为医学诊断，特别是微创手术提供科学的诊断信息。从最初的硬管内窥镜到现在的纤维内窥镜以及电子内窥镜，内窥镜的技术发展日臻成熟。

现有的内窥镜包括纤维内窥镜和电子内窥镜。内窥镜一般由照明系统和图像采集系统组成。照明系统主要是将光源(常用的如卤素冷光源)产生的照明光传导入体内，为待观察的组织提供成像照明。现行的照明系统多采用非结构光源照明，照明光场本身不能携带任何的编码信息。图像采集系统则是通过光纤导像束或者CCD采集组织图像，得到被测组织的二维图像信息。

这种内窥图像所包含的信息反映了被测组织的二维平面信息，图像处理工作集中在提高现有平面图像的质量(例如清晰度和彩色图像)和消除由于系统产生的各种像差。法国的J.F.Rey等将内窥镜输出的视频信号采集到计算机中进行图像分析和处理[参见在先技术1：J.F.Rey，etc，al.，Electronic Video Endoscopy：Preliminary Resultsof Imaging Modification，Endoscopy，Vol.20，1988：8-10]。意大利的S.Guadagni等以电子内窥镜和一台386计算机为核心，研制了电子内窥镜图像处理、分析系统[参见在先技术2：S.Guadagni，etc，al.，Imaging in Digestive Videoendoscopy，SPIE，Optic Fibersin Medicine，Vol.1420，1991：178-182]。近来，微型CCD的出现，极大的提高了平面图像所包含的信息质量。这些技术的发展为医学诊断创造了良好的条件。

但是，现有内窥镜系统由于光场所包含的信息非常少，只能得到被测组织的平面二维信息，而丢失了包含物体相对深度和横向尺寸的三维形貌信息，这种信息的丢失给科学诊断和医学研究造成了很大的限制。克服这种缺点的方法是采用光学三维测量技术，这种技术能有效的同内窥成像技术相结合，测量目标的三维面形分布，提供目标的三维形貌信息。

光学三维形貌测量技术是一类成熟的测量技术，广泛应用于各种测量领域，具有精度高、速度快和非接触性测量等优点。其中一种光学三维形貌测量技术采用主动光学三维测量原理，使照明光场结构化(点，线，光栅条纹等)，利用结构光照明被测物体，被测物体三维表面对照明的结构光进行调制，使光场携带被测物体表面的三维形貌信息。再通过CCD拍摄调制结构光场的图像，经计算机处理，通过三维形貌重构算法，得到被测目标的三维形貌信息。特别的，利用光栅条纹作为结构光的傅立叶变换轮廓术(FTP)，由Takeda等人于1983年提出[参见在先技术3：TakedaMitsuo，Mutoh Kazuhiro，“Fourier transform profilometry for the automaticmeasurement of 3-D object shapes”，Applied Optics，Vol.22，Issue.24，1983]。这种方法将光栅条纹光场作为结构光源，通过对图像强度分布进行傅立叶变换、滤波、傅立叶逆变换、位相展开等图像和信息解调算法处理，得到测量目标的三维形貌信息。

现有的内窥三维测量系统采用激光高度扫描技术。但是，这种激光扫描系统的控制结构复杂，所需时间较长，实施方案繁琐，技术尚不成熟。

发明内容

本发明要解决上述现有技术内窥镜输出图像三维信息的丢失问题等不足，提供一种基于光栅投影的三维内窥测量装置和方法，以获得内窥对象的三维形貌信息，并具有测量速度快、测量精度较和方法简单的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于光栅投影的三维内窥测量装置，其特点在于由光纤导像束、振幅型透射光栅、准直透镜、半导体激光器光源、微型面阵CCD探测器、传输线、图像采集卡和计算机构成，所述的计算机具有相应的图像处理和三维形貌计算重构软件，各部件的连接关系是：所述的半导体激光器光源发出的激光依次经准直透镜、振幅型透射光栅和光纤导像束照射在待测物体表面，由微型面阵CCD探测器拍摄被待测物体表面三维形貌所调制的振幅型透射光栅的投影条纹后经传输线、图像采集卡进入计算机。

利用上述光栅投影的三维内窥测量装置进行测量的方法，包括下列步骤：