[发明专利]立体成象自动聚焦、测距以及影象测量

说明书

本发明涉及立体成象光学系统。发明也涉及图象系统中的测距和影象测量。

立体成象光学系统用于很多领域。立体(即三维的)观察很有用的一个环境是内窥镜手术。在这种手术中，内窥镜通过一个小的穿刺孔插入人体，使使用者可以看到手术位置，而不需要完全打开伤处。内窥镜将光线通过一组沿着内窥镜长度延伸的光纤导入手术位置。图象拾取设备(例如固态传感器，如电荷耦合器件或CCD)从光学装置接收手术部位中物体的光学图象，并将图象转换为电信号，以供电子显示器上显示。图象拾取设备可以处于内窥镜的末梢、在其附近内窥镜的手持端、或者在它们中间的任何位置。立体成象光学系统通过从两个不同的观察角度获得物体独立的左右图象，从而产生物体的可视图象。系统将右图象显示到观察者的右眼，并独立地将左图象显示到观察者的左眼，以便提供物体的三维视图。

在内窥过程中，立体成象光学系统的聚焦快速或经常地改变，需要使用者例如外科大夫手动地将系统重新聚焦。这个额外过程在手术过程中是不希望的。

本发明的一个目的是克服、或至少减轻上述问题。

因此，提供了一种将物体的立体图象聚焦在图象拾取设备上的方法，包括：

使用与所述图象拾取设备分开的光学元件，将物体的左图象和右图象提供给所述图象拾取设备，以便所述图象拾取设备产生表示所述左图象的信号和表示所述右图象的信号，比较表示所述右图象的信号，确定所述左图象和所述右图象在所述图象拾取设备上的重合程序，以及

改变所述光学元件和所述图象拾取设备之间的间距，以增加所述左图象和所述右图象在所述图象拾取设备上的重合程度。

这个发明的特点是根据左右图象在图象拾取设备上的重合程度自动对立体成象光学系统聚焦。本发明在内窥镜的立体成象光学系统中特别有用，但决不是其唯一的用途。

在发明的一个总的方面，一个光学装置将物体的左右图象提供给图象拾取设备。作为响应，图象拾取设备产生代表左右图象的信号。一个处理器将信号相互比较，确定左右图象在图象拾取设备上的重合程度，并改变光学装置和图象拾取设备之间的间距以增加重合。

优选实施例包括如下特性。

可以进行两种不同的比较。每种比较表明左右图象在图象拾取设备上的重合程度——以及因此得到的聚焦质量。

在一种方法中，在图象拾取设备上左图象和右图象之间的相关程度是根据图象拾取设备产生的信号来确定的。改变光学装置和图象拾取设备之间的间距以便使该相关性最大化。

左图象在图象拾取设备表面上的归一化密度分布，与右图象在表面上的归一化密度分布之间的互相关量度由下式给出： K ( s ~ ′ ) = ∫ A ∫ u ( x , y , s ~ ′ ) v ( x , y , s ~ ′ ) dxdy ]]>

x和y是表面的笛卡儿坐标(原点位于光学装置的光轴上)，A是在图象拾取设备上进行的积分区域，而是定义光学装置和图象拾取设备之间沿着光轴距离的参数。距离从第二主平面(光学装置的焦距从该平面测量)测量至图象拾取设备表面。