[发明专利]一种基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统及方法

权利要求书

1.一种基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统，包括内窥镜装置和计算机，其中，内窥镜装置包括内窥镜镜身、手持部位、微型摄像头、直流稳压电源、冷光源、图像采集卡、导光光纤和标定板，其特征在于：所述的内窥镜装置还包括棱镜和棱镜固定装置，所述的棱镜固定装置设置在内窥镜镜身内部前端，该装置开有一个长方形孔，且该长方形孔的轴线与内窥镜轴线重合，该长方形孔尾端设有卡槽，所述棱镜置于该长方形孔内且由该卡槽固定。

2.根据权利要求1所述的基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统，其特征在于：在所述的长方形孔的对边两侧还分别开有圆柱孔，导光光纤穿过该圆柱孔到达内窥镜前端。

3.根据权利要求1所述的基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统，其特征在于：位于内窥镜镜身前端的棱镜与位于内窥镜镜身内部的微型摄像头之间的距离应满足：

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式中，t_b为从相机的图像传感器到棱镜的后平面所允许的最大距离，d_p为棱镜的宽度，f_c为微型摄像头的焦距，d_c为微型摄像头的图像传感器的长度。

4.根据权利要求1所述的基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统，其特征在于：所述的棱镜为三棱镜。

5.采用如权利要求1所述基于棱镜的具有测量功能的医用内窥镜系统，对图像进行测量的方法，包括以下步骤：

步骤1：采集标定板图像，确定微型摄像头的内外参数及棱镜的外参数，具体过程如下：

步骤1.1：首先在微型摄像头位置固定不变的情况下，拍摄标定板在不同位置及不同角度的图像；

步骤1.2：一帧一帧读取步骤1.1所拍摄的图像，并将图像转换成适合标定的图像格式；

步骤1.3：利用摄像机标定方法对步骤1.2截取的图像进行标定，确定微型摄像头的内外参数矩阵；所述的微型摄像头的内参数矩阵用于表示微型摄像头的焦距和光学中心的位置，外部参数矩阵用于表示世界坐标系与摄像机坐标系之间的关系；

步骤1.4：在标定板与微型摄像头之间放置好棱镜，保证在微型摄像头位置不变的情况下，利用步骤1.1的方法再次采集标定板图像，采集完图像后，根据光的折射原理和空间几何关系确定物点和像点位置关系，结合棱镜的内参数，求解计算棱镜的外参数；其中，棱镜的内参数是指棱镜的形状和制作棱镜的材质对空气的折射率，该值在选定棱镜时已经给出；棱镜的外参数是指棱镜在摄像机坐标系中的位置、棱镜垂直方向上三个侧平面的法向量以及每个侧平面上任意一个点在摄像机坐标系下的三维坐标； 

步骤2：将标定板撤掉，将内窥镜送入人体天然管腔，采集人体内部器官和组织的图像，并对采集到的图像进行立体匹配和三维重建操作，在一幅图像中同时获取多个视角情况下的二维平面图像，并能得到图像上任意一点在摄像机坐标系下的空间三维坐标；

步骤2.1：将内窥镜送入人体天然管腔，利用步骤1.1的方法，采集人体内部器官和组织的图像；

步骤2.2：根据步骤1.3计算出的棱镜位置，利用步骤2.1得到图像平面坐标系下的二维坐标，计算与实际点的误差；根据重投影确定对应点的极线，进行图像匹配操作；

步骤2.3：利用步骤2.1匹配的结果，按现有的光线追迹方法和光路可逆原理进行三维重建操作； 

步骤3：根据步骤2.3三维重建出的结果，利用病变体位置的三维坐标，对病变体实际的长度或大小进行测量。