JP2005287900A - Endoscope - Google Patents
Endoscope Download PDFInfo
- Publication number
- JP2005287900A JP2005287900A JP2004109306A JP2004109306A JP2005287900A JP 2005287900 A JP2005287900 A JP 2005287900A JP 2004109306 A JP2004109306 A JP 2004109306A JP 2004109306 A JP2004109306 A JP 2004109306A JP 2005287900 A JP2005287900 A JP 2005287900A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- projection
- endoscope
- light
- observation target
- position coordinates
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
- A61B1/0605—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements for spatially modulated illumination
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Instruments For Viewing The Inside Of Hollow Bodies (AREA)
- Endoscopes (AREA)
Abstract
Description
本発明は内視鏡に係り、特に、観察対象の立体形状(3次元形状)を計測することができる医療用または工業用として利用可能な内視鏡に関する。 The present invention relates to an endoscope, and more particularly, to an endoscope that can be used for medical use or industrial use that can measure a three-dimensional shape (three-dimensional shape) of an observation target.
内視鏡としては、身体内の胃、腸、気管支、肺、膀胱、及び腎臓等の器官を観察、診断、または治療する医療用内視鏡、及び各種の機械装置や設備における間隙やパイプの内側、自然界における洞窟内の割れ目や隙間等の狭い場所や観察困難な場所を観察、または操作する工業用内視鏡が知られている。 Endoscopes include medical endoscopes that observe, diagnose, or treat organs such as the stomach, intestines, bronchi, lungs, bladder, and kidneys in the body, and gaps and pipes in various mechanical devices and equipment. 2. Description of the Related Art Industrial endoscopes are known that observe or manipulate narrow places such as cracks and gaps in caves in nature and places that are difficult to observe.
このような内視鏡は、一般に単眼鏡であるため、観察対象を立体的に観察することができないだけでなく、観察対象の立体形状を計測することもできない。従来の内視鏡では、内視鏡の撮影視野の大きさ及び内視鏡と観察対象との間の距離を推測すると共に、内視鏡のピントのぼけ具合や内視鏡を移動した際の画像の動き等を考慮することで、観察対象のおおよその立体形状を推測できるに過ぎない。 Since such an endoscope is generally a monocular, it cannot not only observe the observation object in three dimensions but also cannot measure the three-dimensional shape of the observation object. In a conventional endoscope, the size of the field of view of the endoscope and the distance between the endoscope and the observation target are estimated, and the degree of focus blur of the endoscope and the movement of the endoscope are estimated. By considering the movement of the image and the like, it is only possible to estimate the approximate three-dimensional shape of the observation target.
また、内視鏡とし、2台のカメラ及びイメージファイバ等が適度な間隔で配置されて観察対象の立体視が可能とされた立体内視鏡、または3次元内視鏡等と呼ばれる内視鏡が開発されている。 An endoscope called a three-dimensional endoscope or a three-dimensional endoscope or the like in which two cameras, image fibers, and the like are arranged at an appropriate interval to enable stereoscopic viewing of an observation target. Has been developed.
しかしながら、この立体内視鏡では、観察対象の立体視により観察対象表面の凹凸を捉えることは可能であるが、内視鏡と観察対象との間の距離を計測することができないため、観察対象の立体形状を計測することができない。この問題を解決するために、観察対象との間の距離を計測することができる内視鏡が開発されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。
However, with this stereoscopic endoscope, although it is possible to capture the unevenness of the surface of the observation target by stereoscopic viewing of the observation target, it is impossible to measure the distance between the endoscope and the observation target. The three-dimensional shape cannot be measured. In order to solve this problem, endoscopes that can measure the distance to the observation target have been developed (see, for example,
特許文献1の内視鏡では、1つの測定光(スポット光)を対象物上に投影し、この測定光を2台のカメラで撮影することで、三角測量の原理を応用して、内視鏡先端と対象物上の測定光との距離を演算している。
In the endoscope of
また、特許文献2の内視鏡では、細いスコープの先端に投影系及び撮影系を設置し、投影系から細かい縞模様を観察個所上に投影すると共に、この縞模様を1台の撮影系で撮影することで、縞模様のずれから、三角測量の原理を応用して、観察個所の立体形状を計測するようにしている。
しかしながら、特許文献1の内視鏡では、カメラが撮影する全画面における対象物の立体形状を計測するためには、測定光を全画面にわたって走査する必要があり、この走査によって計測に時間を要する、という問題がある。したがって、計測中に動いたり変形する対象物の立体形状を正確に計測するのは困難である。特に、医療用内視鏡では、体動、呼吸、及び心臓の鼓動等の振動による影響を計測中に受けるので、対象物の立体形状を正確に計測することは困難である。
However, in the endoscope of
また、特許文献2の内視鏡では、細いスコープの先端に投影系及び撮影系を設置しているため、三角測量を実施するために重要な基線長(投影系と撮影系との間の距離)を長くすることは困難である。このため、実用的なスコープ先端と観察個所との間の間隔は、2.5cm程度に留まると記載されており、スコープ先端と観察個所との間の間隔が大きくなると、観察個所の立体形状を高精度に計測できない、という問題が生じる。
In the endoscope of
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、観察対象の立体形状を高速かつ高精度に計測できる内視鏡を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an endoscope capable of measuring a three-dimensional shape of an observation target with high speed and high accuracy.
上記目的を達成するために、本発明の内視鏡は、複数の計測点を有するパターン像を観察対象に投影する投影手段と、前記観察対象に投影されたパターン像を異なる位置から撮影するように、所定間隔隔てて配置された複数の撮影手段と、前記撮影手段の各々で撮影された画像に基づいて、前記計測点各々の位置座標を演算する演算手段と、を含んで構成されている。 In order to achieve the above object, an endoscope of the present invention is configured to project a pattern image having a plurality of measurement points onto an observation target and to capture the pattern image projected onto the observation target from different positions. And a plurality of photographing means arranged at predetermined intervals, and a computing means for computing the position coordinates of each of the measurement points based on images photographed by each of the photographing means. .
本発明では、投影手段によって複数の計測点を有するパターン像が観察対象に投影され、所定間隔隔てて配置された複数の撮影手段によって、観察対象に投影されたパターン像が異なる位置から撮影される。複数の撮影手段は、所定間隔隔てて配置されているため、撮影手段で撮影された画像間には視差が生じることになる。さらに、撮影手段の各々で撮影された画像に基づいて、演算手段によって観察対象に投影されたパターン像の計測点各々の位置座標が演算される。この演算された位置座標から3次元情報が得られので、観察対象の立体形状を計測することができる。 In the present invention, a pattern image having a plurality of measurement points is projected onto the observation target by the projection means, and the pattern image projected on the observation target is photographed from different positions by the plurality of photographing means arranged at predetermined intervals. . Since the plurality of photographing means are arranged at a predetermined interval, parallax occurs between images photographed by the photographing means. Further, the position coordinates of each measurement point of the pattern image projected onto the observation target are calculated by the calculation means based on the images shot by each of the shooting means. Since the three-dimensional information is obtained from the calculated position coordinates, the three-dimensional shape of the observation target can be measured.
本発明では、複数の計測点を有するパターン像を観察対象に投影し、投影されたパターン像の計測点の各々の位置座標が演算されるため、走査を行なうことなく、観察対象の立体形状を計測することができる。このため、観察対象の立体形状を高速で計測することができる。 In the present invention, a pattern image having a plurality of measurement points is projected onto an observation object, and the position coordinates of each measurement point of the projected pattern image are calculated, so that the three-dimensional shape of the observation object can be obtained without scanning. It can be measured. For this reason, the three-dimensional shape of the observation object can be measured at high speed.
さらに、撮影手段の各々で撮影された画像に基づいて、計測点の各々の位置座標を演算するため、撮影手段の立体分解能以下の長さでも計測することができる。このため、観察対象の立体形状を高精度に計測することができる。 Furthermore, since the position coordinates of each measurement point are calculated based on the images photographed by each photographing means, it is possible to measure even with a length less than the stereoscopic resolution of the photographing means. For this reason, the three-dimensional shape of the observation target can be measured with high accuracy.
また、本発明の内視鏡は、観察対象に投影される計測点各々の投影態様を、計測点の各々が区別できるように互いに異ならせるのが好ましい。これにより、各撮影手段の撮影画像間で同一の計測点を容易に対応させることができ、これによって計測点の位置座標を容易に演算することができる。 In the endoscope of the present invention, it is preferable that the projection modes of the measurement points projected on the observation target are different from each other so that the measurement points can be distinguished from each other. Thereby, the same measurement point can be easily made to correspond between the captured images of the respective imaging means, and thereby the position coordinates of the measurement point can be easily calculated.
計測点の各々が区別できるようにするには、計測点の各々を、光量が各々一定でかつ色(波長又はスペクトル)が各々異なる光を照射することによって形成するのが効果的である。これによって、輝度が一定でかつ色が異なる複数の計測点が投影されるので、単一色の光の強度を変調して計測点の各々を区別できるようにする場合と比較して、撮影手段のダイナミックレンジが狭くても容易に撮影することができる。 In order to be able to distinguish each measurement point, it is effective to form each measurement point by irradiating light having a constant light amount and different colors (wavelengths or spectra). As a result, a plurality of measurement points having a constant luminance and different colors are projected, so that it is possible to distinguish each of the measurement points by modulating the intensity of light of a single color. It is possible to easily shoot even if the dynamic range is narrow.
さらに、本発明の内視鏡は、演算された位置座標に基づいて、該位置座標に対応する点の分布を表示する表示手段を更に設けるのが好ましい。これにより、観察対象の立体形状を容易に把握することができる。 Furthermore, it is preferable that the endoscope of the present invention further includes display means for displaying a distribution of points corresponding to the position coordinates based on the calculated position coordinates. Thereby, the three-dimensional shape of the observation target can be easily grasped.
以上説明したように本発明の内視鏡によれば、観察対象の立体形状を高速かつ高精度に計測できる、という効果が得られる。 As described above, according to the endoscope of the present invention, there is an effect that the three-dimensional shape of the observation target can be measured at high speed and with high accuracy.
[第1の実施の形態]
次に、本発明を電子内視鏡に適用した第1の実施の形態について説明する。図1には、本発明の第1の実施の形態の内視鏡10の内部構成が断面図にて示されている。
[First Embodiment]
Next, a first embodiment in which the present invention is applied to an electronic endoscope will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the internal configuration of the
内視鏡10は、長尺筒状の挿入部12、及びこの挿入部12の基端12Bに接続された処理部14を備えている。また、内視鏡10の挿入部12の先端側には、所定間隔隔てて配置された2つの撮影装置16、及び複数の計測点Pを有するパターンを観察対象42に投影する投影装置18が設けられている。
The
各撮影装置16は、撮影レンズ22及びカラーCCDのような異なった波長帯域の画像を撮影できる撮影素子24を備えたCCDカメラ20で構成されており、撮影レンズ22は挿入部12の先端12A側に配置され、撮影素子24は撮影レンズ22の画像結像位置に配置されている。各撮影装置16は、所定間隔隔てて配置されているため、各CCDカメラ20で撮影された画像間には視差が生じることになる。本実施の形態では、CCDカメラ20は、撮影レンズ22の光軸が平行になるように配置されているが、撮影レンズ22の光軸が交差するように配置してもよい。
Each
投影装置18には、挿入部12の先端側の各撮影レンズ22とは異なる位置に配置された投影レンズ系26が設けられている。図2に示す如く、投影レンズ系26は、2つの凸レンズ28と凸レンズ28間に配置された1つの凹レンズ30とで構成されたトリプレット型又はガウス型等の広画角で低収差なレンズ系で構成されている。
The
挿入部12内における投影レンズ系26の光入射側には、集光レンズ32が配置され、集光レンズ32の光入射側には、光源34が配置されている。光源34は、半導体レーザ、スーパールミネッセントダイオード、または発光ダイオード等の高輝度で低コヒーレントな光を発光する光源で構成することができる。
A
投影レンズ系26と集光レンズ32との間には、投影パターン板36が配置されている。図3に示すように、投影パターン板36には、格子状に配列された正方形状の複数の特定範囲毎に、2次元状の透過パターン36Aが形成されている。透過パターン36Aには、図4に示すように、中心が特定範囲の中心に一致させて配置された光が透過可能な十字状の透過部37Aと、十字状の透過部37Aで区画された4つの領域に設けられた光が透過可能な点状の複数の透過部37Bとが設けられている。十字状の透過部37Aは、複数の点状透過部37Bに変更することもできる。
A
投影パターン板36は、カバースライドのように、各特定範囲内の複数の透過部37B毎に、透過する光の色を変化させて透過する光をスペクトル変調させる透過パターン36Aが、格子状に形成されたガラス板やプラスチック板等で構成されている。透過部37Bは、所定個数、例えば10個×10個等間隔の細かいピッチで格子状に配置され、各透過部37Bから透過する光量が一定でかつ透過する光の色が異なるように構成されている。すなわち、各透過部37Bは、赤光、緑光、及び青光の各々が異なる割合で透過すると共に、各透過部37Bで透過した光量が同じになるように、カラーフィルターを蒸着する等によって構成されている。例えば、赤光、緑光、及び青光の相対強度の最小値を0、最大値を228とすると、図5の表に示すように、各透過部37Bにおいて赤光、緑光、及び青光の各々の相対強度の組合せが異なり、各透過部37Bにおいて赤光、緑光、及び青光の相対強度の合計が一定(図5の例では、228)になるように構成されている。
On the
これにより、投影レンズ系26から照射された投影光44は、投影パターン板36の特定範囲毎に設けられた透過パターン36Aに対応して観察対象に照射され、正方形状の特定範囲毎に各測定点(点状の投影光44)の明るさが等しいパターンで投影される。また、各測定点は、投影パターン板36によってスペクトル変調され、投影パターンの各計測点Pの色が異なるように投影されるので各々識別可能である。なお、観察対象42上に投影される投影光44は、観察対象42(特に医療用内視鏡10である場合には血液)に吸収されない光を使用するのが好ましい。投影光44が観察の妨害になる場合は、赤外光や紫外光と、これらの光に感度のある撮影素子24を用いることができる。
Thereby, the
処理部14内には、挿入部12内に配置されたリード線40を介して、上記各撮影素子24及び光源34に接続されると共に、CCDカメラで撮影された各画像に基づいて、計測点各々の三次元位置座標を演算するマイクロコンピュータで構成された制御部38が設けられている。制御部38には、立体形状計測時に操作されるスイッチ46、及び立体形状を表示するモニタ48が接続されている。
The
次に、制御部38によって実行される計測点各々の三次元位置座標の演算について説明する。まず、図6に示すように、各撮影レンズ22の光軸を含むようにXY平面を定めると共に、2つの撮影レンズ22の中心を通る直線がY軸となり、撮影レンズ22間の中心が原点になるようにXY座標を定める。また、各撮影レンズ22の中心を(0,Yd1)、(0,Yd2)、観察対象42上に投影された計測点Pの位置座標を(Xa,Yb)、計測点Pの各撮影素子24上の像点の位置座標を(Xp1,Yp1)、(Xp2,Yp2)とし、Yd1=−Yd2とする。
Next, calculation of the three-dimensional position coordinates of each measurement point executed by the
ここで、各CCDカメラ20における撮影レンズ22の中心と計測点Pの撮影素子24上の像点の位置とを結ぶ直線の交点の座標が、観察対象42上のXY平面に含まれる計測点Pの位置座標となる。計測点Pの二次元位置座標は、
Here, the coordinates of the intersection of a straight line connecting the center of the
同様にして、XY平面をZ軸方向に平行移動させることにより、移動させた位置での計測点Pの二次元位置座標が求まるので、移動させたZ軸方向で表されるZ座標と上記のようにして求めた二次元位置座標を用いることにより、計測点Pの三次元位置座標が求まる。求めた三次元位置座標は、制御部に設けられているメモリに記憶される。 Similarly, by translating the XY plane in the Z-axis direction, the two-dimensional position coordinates of the measurement point P at the moved position can be obtained, so the Z-coordinate represented by the moved Z-axis direction and the above-mentioned By using the two-dimensional position coordinates obtained in this way, the three-dimensional position coordinates of the measurement point P are obtained. The obtained three-dimensional position coordinates are stored in a memory provided in the control unit.
ここで、投影パターン板の配置位置に応じて、CCDカメラから観察対象までの距離を所定距離(例えば、25mm〜250mm)変化させた場合における撮影素子24の像面24A上に結像される像点の移動範囲について考察する。
Here, the image formed on the
XY平面上において、投影レンズの中心の座標を(0,0)、各撮影レンズ22の中心の座標を(0,3mm)、(0,−3mm)とし、投影レンズ系26及び各撮影レンズ22の焦点距離を各々2.56mm、Y軸方向(水平方法)の画角を±30°、Z軸方向(垂直方向)の画角を±22.5°とし、各撮影素子24の像面24Aの水平方向のサイズを2.56mm、垂直方向のサイズを1.92mmとし、撮像素子の画素数を水平方向に640画素、垂直方向に480画素とし、各画素サイズを4×4μmとする。
On the XY plane, the coordinates of the center of the projection lens are (0, 0), the coordinates of the center of each photographing
この条件で、各撮影レンズから観察対象までの距離Xaを−25mmから−250mmまで変化させた際には、図8の投影パターン板の点状透過部37Bが原点に位置している場合(Yp0=0.00mmの場合)、図9の投影パターン板の点状透過部37BがYp0=0.64mmに位置している場合、図10の投影パターン板の点状透過部37BがYp0=1.28mmに位置している場合の各々において、一方の撮影素子24における像点の位置Yp1は図8〜図10の(A)のグラフのように変化し、他方の撮影素子24における像点の位置Yp2は図8〜図10の(B)のグラフのように変化する。
Under these conditions, when the distance Xa from each photographic lens to the observation target is changed from −25 mm to −250 mm, the point-
以上のことから、観察対象上の1つの計測点Pに注目すると、各撮影レンズから観察対象までの距離Xaが変化しても、各撮影素子の像面上での計測点Pの像点の位置Yp1、Yp2はある範囲内で移動する。 From the above, when attention is paid to one measurement point P on the observation object, even if the distance Xa from each imaging lens to the observation object changes, the image point of the measurement point P on the image plane of each imaging element is changed. The positions Yp1 and Yp2 move within a certain range.
従って、この像面上での範囲に対応する観察対象上での範囲(1つの投影パターンが配置される所定範囲)内で観察対象上に投影される各計測点を変調させれば、各計測点を各CCDカメラの撮影画像間で容易に対応させることができ、観察対象の立体形状を容易に計測できることになる。 Therefore, if each measurement point projected on the observation target is modulated within a range on the observation target corresponding to the range on the image plane (a predetermined range where one projection pattern is arranged), each measurement is performed. A point can be easily associated between the captured images of the CCD cameras, and the three-dimensional shape of the observation target can be easily measured.
このため、像面のサイズが1.92mm×2.56mmの撮影素子では、像面上で0.27648mm×0.27648mmの各範囲内で観察対象上に投影される各計測点を変調すれば、観察対象の立体形状を容易に計測できることになる。一般的なCCDカメラの有効画素数を上記のように480画素×640画素とすると、像面上で80画素×80画素の各範囲内で観察対象上に投影される各点状の投影光を変調させればよい。例えば、像面上で4画素×4画素当たりに1つの計測点を観察対象上に投影したとすると、観察対象上の各所定範囲内で20個×20個の計測点が必要になるが、計測点を400種類に識別可能に変調させることは容易である。なお、観察対象上に投影される点状の投影光は、像面上で1画素×1画素以上3画素×3画素以下に相当するサイズにするのがより好ましい。 For this reason, in an imaging device having an image plane size of 1.92 mm × 2.56 mm, if each measurement point projected on the observation target is modulated within a range of 0.27648 mm × 0.276648 mm on the image plane, Thus, the three-dimensional shape of the observation target can be easily measured. Assuming that the number of effective pixels of a general CCD camera is 480 pixels × 640 pixels as described above, each point-like projection light projected on the observation object within each range of 80 pixels × 80 pixels on the image plane is obtained. What is necessary is just to modulate. For example, if one measurement point is projected onto the observation target per 4 pixels × 4 pixels on the image plane, 20 × 20 measurement points are required within each predetermined range on the observation target. It is easy to modulate the measurement points so that they can be distinguished into 400 types. In addition, it is more preferable that the dot-like projection light projected on the observation target has a size corresponding to 1 pixel × 1 pixel or more and 3 pixels × 3 pixels or less on the image plane.
以上の構成の内視鏡10では、内視鏡10が作動されると共に挿入部12の先端12A側が観察対象42側へ挿入されて観察対象42に向けられ、スイッチ46が押されると、制御部38により光源34が点灯される。光源34から発光された光は、集光レンズ32、及び投影パターン板36を介して、投影レンズ系26から観察対象42の挿入部12側の面に投影され、投影パターンに応じたパターン像が投影される。
In the
また、制御部38により各CCDカメラ20が作動されることで、各CCDカメラ20によって、観察対象42と観察対象42上のパターン像が撮影される。
Further, each
制御部38では、上記(1)式に従って計測点の三次元位置座標を演算する。この際、各々の計測点は変調により容易に対応させることができるため、計算は簡単である。一方、制御部38は、各CCDカメラ20による撮影画像の十字状の投影光44の中心を特徴点とし、特徴点を基準として撮影画像内の特徴点以外の計測点の三次元位置座標を順次演算することも、計測点数が少ないので容易である。なお、特徴点は複数個設けるようにしてもよい。これにより、観察対象42上の計測点各々の三次元位置座標が得られ、観察対象42の立体形状を非接触で計測することができる。
The
また、モニタ48には、制御部38によって演算された各計測点の三次元位置座標に基づいて、この三次元位置座標に対応する点の分布が表示される。これにより、観察対象42の立体形状を目視で把握することができる。
The
本実施の形態では、観察対象上に二次元のパターン像が投影されるため、観察対象上に投影する投影光を走査しなくても、観察対象の立体形状を計測することができる。このため、観察対象の立体形状を高速で計測することができ、観察対象が動いたり変形する場合でも、観察対象の立体形状を正確に計測することができる。 In the present embodiment, since a two-dimensional pattern image is projected onto the observation target, the three-dimensional shape of the observation target can be measured without scanning the projection light projected onto the observation target. For this reason, the three-dimensional shape of the observation target can be measured at high speed, and the three-dimensional shape of the observation target can be accurately measured even when the observation target moves or deforms.
さらに、観察対象上の計測点の位置座標を、投影された計測点の重心位置又はピーク位置で検出すれば、撮影素子の画素数以上の数の細かい位置座標を計測することができる。このため、三角測量における基線長(撮影レンズ間の距離)を大きく取ることができなくても、観察対象の立体形状を高精度に計測することができる。 Furthermore, if the position coordinates of the measurement points on the observation target are detected from the center of gravity or the peak position of the projected measurement points, it is possible to measure fine position coordinates that are more than the number of pixels of the imaging element. For this reason, even if the base line length (distance between photographing lenses) in triangulation cannot be increased, the three-dimensional shape of the observation target can be measured with high accuracy.
さらに、観察対象上の計測点の色を異ならせているので、観察対象上の計測点を各CCDカメラの撮影画像間で容易に対応させることができ、計測点の三次元位置座標を容易に演算することができる。また、各計測点の輝度は一定であるため、CCDカメラのダイナミックレンジを大きくしたり、位置座標を演算するときに各計測点の輝度を規格化処理する等の付加的な演算処理を行なう必要も無くなる。 Furthermore, since the colors of the measurement points on the observation target are different, the measurement points on the observation target can be easily matched between the captured images of the CCD cameras, and the three-dimensional position coordinates of the measurement points can be easily set. It can be calculated. In addition, since the brightness at each measurement point is constant, it is necessary to perform additional calculation processing such as increasing the dynamic range of the CCD camera or normalizing the brightness at each measurement point when calculating the position coordinates. Will also disappear.
以上説明したように本実施の形態を特に医療用内視鏡として使用する場合には、胃ガンや大腸ガン等の病変部の立体形状(表面の形状、凹凸、テクスチャ)や大きさ(広がり)が、診断とその後の治療方針とに重要な意味を持つ疾患に対して、診断や治療に重要な手がかりをもたらすことができる。 As described above, particularly when this embodiment is used as a medical endoscope, the three-dimensional shape (surface shape, unevenness, texture) and size (spread) of a lesion such as stomach cancer or colon cancer However, it can provide important clues for diagnosis and treatment for diseases that have important implications for diagnosis and subsequent treatment strategies.
なお、上記の実施の形態では、投影パターン板を集光レンズと投影レンズ系との間に設けた例について説明したが、投影パターン板を光源と集光レンズ系との間に設けてもよい。 In the above embodiment, the example in which the projection pattern plate is provided between the condenser lens and the projection lens system has been described. However, the projection pattern plate may be provided between the light source and the condenser lens system. .
[第2の実施の形態]
図7には、本発明の第2の実施の形態に係る内視鏡50の内部構成が断面図にて示されている。なお、本実施の形態において上記第1の実施の形態と同一の部品については、同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 is a sectional view showing the internal configuration of the
本実施の形態に係る内視鏡50は、挿入部12及び処理部14を備えている。また、内視鏡50には、2つの撮影装置52、及び複数の計測点Pを有するパターンを観察対象に投影する投影装置54が設けられている。
The
各撮影装置52は、各々挿入部12の先端12A内に所定間隔隔てて配置された撮影レンズ22を有しており、各撮影レンズ22の光入射側には、複数の光ファイバをバンドルして挿入部12内に挿通したイメージファイバ56の出射端56Aが対向するように配置されている。
Each photographing
処理部14内には、結像レンズ60及び撮影素子24を有する2つのCCDカメラ58が配置されている。結像レンズ60はイメージファイバ56の基端56B側に対向し、撮影素子24は結像レンズ60の画像結像位置に配置されている。
Two
投影装置54は、挿入部12の先端12A内において各撮影レンズ22とは異なる位置に配置された投影レンズ系26を有している。投影レンズ系26の光入射側には、挿入部12内に挿通されたイメージファイバ62の出射端62Aが対向するように配置されている。
The projection device 54 includes a
処理部14内には、イメージファイバ62の入射端62Bに対向する結像レンズ64が配置されている。結像レンズ64の光入射側には集光レンズ32が配置され、集光レンズ32の光入射側には光源34が配置されている。結像レンズ64と集光レンズ32との間には、第1の実施の形態で説明した投影パターン板36が配置されている。
An imaging lens 64 is disposed in the
処理部14内には、上記各撮影素子24及び光源34に電気的に接続されると共に、スイッチ46及びモニタ48が接続された制御部38が設けられている。
In the
以上の構成の内視鏡50では、内視鏡50が作動されると共に挿入部12の先端12A側が観察対象42側へ挿入されて観察対象42に向けられ、スイッチ46が押されると、光源34が点灯される。光源34から発光された光は、集光レンズ32、投影パターン板36、結像レンズ64、及びイメージファイバ62を介して、投影レンズ系26から観察対象42の挿入部12側の面に照射され、パターン像が投影される。
In the
また、観察対象42と観察対象42上のパターン像が、各CCDカメラ58によって撮影される。
Further, the
各イメージファイバは、画像を伝送するだけであるので、結像レンズ60が撮影レンズ22の位置に一致するように各CCDカメラ58を移動させた場合と等価であるので、第1の実施の形態と同様に上記(1)式に従って三次元位置座標を演算することができる。
Since each image fiber only transmits an image, it is equivalent to the case where each
従って、本実施の形態に係る内視鏡においても、上記第1の実施の形態で説明したのと同様の効果を奏することができる。 Therefore, the endoscope according to the present embodiment can achieve the same effects as those described in the first embodiment.
さらに、本実施の形態では光源及び投影パターン板等が挿入部外に設けられているので、光源及び投影パターン板等を手動で容易に交換することができ、観察対象上に投影される投影光のパターンや変調方式を目的に応じて容易に選択することができる。 Furthermore, in this embodiment, since the light source and the projection pattern plate are provided outside the insertion portion, the light source and the projection pattern plate can be easily replaced manually, and the projection light projected onto the observation target The pattern and modulation method can be easily selected according to the purpose.
なお、本実施の形態では、結像レンズと集光レンズとの間に投影パターン板を設けたが、投影パターン板を光源と集光レンズとの間に設けてもよい。 In this embodiment, the projection pattern plate is provided between the imaging lens and the condenser lens. However, the projection pattern plate may be provided between the light source and the condenser lens.
また、上記各実施の形態では、撮影装置を2個設けた例について説明したが、撮影装置を3個以上設けてもよい。この場合、撮影装置の数をn個とすると、1つの計測点に対して三次元位置座標の解が、nC2個求まる。このため、3個以上の撮影装置を設けた場合には、三次元位置座標の解の平均値や最適値を求めることができ、撮影装置の数を増加するに従い、三次元位置座標をより高精度に演算できて、観察対象の立体形状をより高精度に計測することができる。 In each of the above embodiments, an example in which two imaging devices are provided has been described. However, three or more imaging devices may be provided. In this case, if the number of imaging devices is n, n C 2 solutions of three-dimensional position coordinates are obtained for one measurement point. For this reason, when three or more imaging devices are provided, the average value or optimum value of the solution of the three-dimensional position coordinates can be obtained, and the three-dimensional position coordinates are increased as the number of imaging devices is increased. The calculation can be performed with high accuracy, and the three-dimensional shape of the observation target can be measured with higher accuracy.
さらに、上記各実施の形態では、撮影画像に所定数の特徴点を設け特徴点以外の計測点の三次元位置座標を順次演算するようにしたが、計測点の数が少ない場合等には計測点の三次元位置座標を同時に演算するようにしてもよい。これにより、観察対象の立体形状を一層高速で計測することができる。 Furthermore, in each of the above embodiments, a predetermined number of feature points are provided in the captured image, and the three-dimensional position coordinates of measurement points other than the feature points are sequentially calculated. However, measurement is performed when the number of measurement points is small. You may make it calculate the three-dimensional position coordinate of a point simultaneously. As a result, the three-dimensional shape of the observation target can be measured at a higher speed.
また、上記各実施の形態では、投影光をスペクトル変調する例について説明したが、投影光の輝度を変化させる強度変調、またはビーム径を変化させたりビーム形状を変化させて投影光の形状を変化させる形状変調を行なってもよく、スペクトル変調、強度変調、及び形状変調を2つ以上組み合わせた変調を行なっても良い。 In each of the above-described embodiments, the example in which the projection light is spectrally modulated has been described. However, the intensity modulation that changes the brightness of the projection light, or the shape of the projection light is changed by changing the beam diameter or the beam shape. Shape modulation to be performed may be performed, or modulation in which two or more of spectrum modulation, intensity modulation, and shape modulation are combined may be performed.
さらに、上記各実施の形態では、投影パターン板の透過部毎に透過する光の色を変化させる例について説明したが、投影パターン板は、透過部としての貫通孔が穿設された穴開き金属板、穴開き不透明プラスチック板、または、無色透明ガラス板や無色透明プラスチック板等の基盤上に金属蒸着膜や不透明インク等を付着して特定範囲毎に無色透明な透過部が透過パターン状に形成された投影パターン板で構成してもよい。この場合、複数の光源を設けることなどによって、光源からスペクトル変調または強度変調された光が複数の貫通孔の各々、または無色透明な複数の透過部の各々へ照射される。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, the example in which the color of light transmitted through each transmission portion of the projection pattern plate is changed has been described. However, the projection pattern plate is a perforated metal in which a through hole is formed as a transmission portion. A transparent, transparent part is formed in a transparent pattern for each specific area by depositing a metal vapor deposition film or opaque ink on a base plate such as a plate, a perforated opaque plastic plate, or a colorless transparent glass plate or a colorless transparent plastic plate. You may comprise with the projected pattern board made. In this case, for example, by providing a plurality of light sources, the spectrum-modulated or intensity-modulated light is emitted from the light sources to each of the plurality of through holes or each of the plurality of colorless and transparent transmitting portions.
また、上記各実施の形態では、投影パターン板に十字状の透過部点状の透過部を形成したが、投影パターン板の透過パターンは、点状の透過部、直線状の透過部、円弧及び円などの曲線状の透過部のいずれかで構成してもよく、これらを2つ以上の組み合わせて構成してもよい。 Further, in each of the above embodiments, the cross-shaped transmissive portion and the point-shaped transmissive portion are formed on the projection pattern plate, but the transmissive pattern of the projection pattern plate includes the point-shaped transmissive portion, the linear transmissive portion, the arc, It may be configured by any one of curved transmission parts such as a circle, or may be configured by combining two or more thereof.
さらに、上記各実施の形態では、投影パターン板によってパターン像を投影する例について説明したが、投影パターン板を用いずに、ホログラフィックレンズを利用してパターン像を投影してもよく、複数の光ファイバの出射端面を投影パターン状に配置して束ねた光ファイバ束を用いてもよい。 Furthermore, in each of the above-described embodiments, an example in which a pattern image is projected by a projection pattern plate has been described. However, a pattern image may be projected using a holographic lens without using a projection pattern plate, and a plurality of pattern images may be projected. An optical fiber bundle in which the emission end faces of the optical fibers are arranged in a projection pattern and bundled may be used.
10 内視鏡
12 挿入部
16 撮影装置
18 投影装置
38 制御部
42 観察対象
48 モニタ
50 内視鏡
52 撮影装置
54 投影装置
P 計測点
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記観察対象に投影されたパターン像を異なる位置から撮影するように、所定間隔隔てて配置された複数の撮影手段と、
前記撮影手段の各々で撮影された画像に基づいて、前記計測点各々の位置座標を演算する演算手段と、
を含む内視鏡。 Projection means for projecting a pattern image having a plurality of measurement points onto an observation target;
A plurality of photographing means arranged at predetermined intervals so as to photograph the pattern image projected on the observation object from different positions;
Based on the images photographed by each of the photographing means, computing means for computing the position coordinates of each of the measurement points;
Including endoscope.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004109306A JP2005287900A (en) | 2004-04-01 | 2004-04-01 | Endoscope |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004109306A JP2005287900A (en) | 2004-04-01 | 2004-04-01 | Endoscope |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005287900A true JP2005287900A (en) | 2005-10-20 |
Family
ID=35321499
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004109306A Pending JP2005287900A (en) | 2004-04-01 | 2004-04-01 | Endoscope |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005287900A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007283090A (en) * | 2006-03-24 | 2007-11-01 | Olympus Corp | Image measurement system |
JP2009078133A (en) * | 2007-08-16 | 2009-04-16 | Steinbichler Optotechnik Gmbh | Device for determining 3d coordinates of object, in particular of tooth |
JP2013506861A (en) * | 2009-09-30 | 2013-02-28 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Endoscope |
JP2013240590A (en) * | 2012-04-26 | 2013-12-05 | Yamaguchi Univ | Three-dimensional shape acquisition device from stereoscopic endoscopic image |
JP2016191888A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | オリンパス株式会社 | Pattern projection optical system for stereo measurement and stereo measurement endoscope device including the same |
JP2017185225A (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-12 | コヴィディエン リミテッド パートナーシップ | Thoracic endoscope for surface scanning |
US11071591B2 (en) | 2018-07-26 | 2021-07-27 | Covidien Lp | Modeling a collapsed lung using CT data |
JP2021535407A (en) * | 2018-08-24 | 2021-12-16 | トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Measuring head that determines the position of at least one object |
US11705238B2 (en) | 2018-07-26 | 2023-07-18 | Covidien Lp | Systems and methods for providing assistance during surgery |
US12089902B2 (en) | 2019-07-30 | 2024-09-17 | Coviden Lp | Cone beam and 3D fluoroscope lung navigation |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03197806A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-29 | Olympus Optical Co Ltd | Measurement light projector |
-
2004
- 2004-04-01 JP JP2004109306A patent/JP2005287900A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03197806A (en) * | 1989-12-26 | 1991-08-29 | Olympus Optical Co Ltd | Measurement light projector |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007283090A (en) * | 2006-03-24 | 2007-11-01 | Olympus Corp | Image measurement system |
US8619125B2 (en) | 2006-03-24 | 2013-12-31 | Olympus Corporation | Image measuring apparatus and method |
JP2009078133A (en) * | 2007-08-16 | 2009-04-16 | Steinbichler Optotechnik Gmbh | Device for determining 3d coordinates of object, in particular of tooth |
JP2013506861A (en) * | 2009-09-30 | 2013-02-28 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | Endoscope |
JP2013240590A (en) * | 2012-04-26 | 2013-12-05 | Yamaguchi Univ | Three-dimensional shape acquisition device from stereoscopic endoscopic image |
JP2016191888A (en) * | 2015-03-31 | 2016-11-10 | オリンパス株式会社 | Pattern projection optical system for stereo measurement and stereo measurement endoscope device including the same |
JP2017185225A (en) * | 2016-03-31 | 2017-10-12 | コヴィディエン リミテッド パートナーシップ | Thoracic endoscope for surface scanning |
JP2019042551A (en) * | 2016-03-31 | 2019-03-22 | コヴィディエン リミテッド パートナーシップ | Thoracic endoscope for surface scanning |
CN109998450A (en) * | 2016-03-31 | 2019-07-12 | 柯惠有限合伙公司 | Chest endoscope for surface scan |
US11071591B2 (en) | 2018-07-26 | 2021-07-27 | Covidien Lp | Modeling a collapsed lung using CT data |
US11701179B2 (en) | 2018-07-26 | 2023-07-18 | Covidien Lp | Modeling a collapsed lung using CT data |
US11705238B2 (en) | 2018-07-26 | 2023-07-18 | Covidien Lp | Systems and methods for providing assistance during surgery |
US12004815B2 (en) | 2018-07-26 | 2024-06-11 | Covidien Lp | Modeling a collapsed lung using CT data |
JP2021535407A (en) * | 2018-08-24 | 2021-12-16 | トリナミクス ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | Measuring head that determines the position of at least one object |
US12089902B2 (en) | 2019-07-30 | 2024-09-17 | Coviden Lp | Cone beam and 3D fluoroscope lung navigation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11019327B2 (en) | Endoscope employing structured light providing physiological feature size measurement | |
US11190752B2 (en) | Optical imaging system and methods thereof | |
JP6454489B2 (en) | Observation system | |
JP5530456B2 (en) | Cameras that record surface structures such as dental use | |
CN102402799B (en) | Object classification for measured three-dimensional object scenes | |
KR101734094B1 (en) | Augmented Reality Image Projection System | |
WO2018051679A1 (en) | Measurement assistance device, endoscope system, processor for endoscope system, and measurement assistance method | |
JP6891345B2 (en) | An endoscope that uses structured light to measure the size of physiological features | |
BR112014028811B1 (en) | imaging system, method for registering an image of an object in a spectral band of terahertz radiation through radiography and visualization of the image in visible light, and storage medium | |
US20130023732A1 (en) | Endoscope and endoscope system | |
WO2018229832A1 (en) | Endoscope system | |
JP2005287900A (en) | Endoscope | |
KR20210035831A (en) | System and method for multi-modal detection of depth in a vision system for an automated surgical robot | |
CN109328319B (en) | Lens alignment method and apparatus for capsule camera | |
JP6738465B2 (en) | Endoscope system | |
CN103561627B (en) | Image processing apparatus | |
JP2005279028A (en) | Endoscope | |
CN118105060A (en) | Measuring system providing shape according to shadows | |
JP2016106867A (en) | Electronic scope, and electronic endoscope system | |
JP6549021B2 (en) | Endoscope system and operation method of measurement apparatus | |
JP7451679B2 (en) | Endoscope system, endoscope and distance calculation method | |
Geng | Three-dimensional endoscopic surface imaging techniques | |
JP2018141681A (en) | Distance measurement device | |
JPH07104491B2 (en) | Endoscope with measuring function | |
US20200281698A1 (en) | Dental image acquisition apparatus and dental image acquisition method |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070313 |
|
RD03 | Notification of appointment of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423 Effective date: 20070327 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100202 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100615 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101019 |