專利名稱：三維電視內(nèi)窺鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維電視內(nèi)窺鏡，屬于光電醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
應(yīng)用于微創(chuàng)外科的電視內(nèi)窺鏡，即二維電視內(nèi)窺鏡的圖像是二維的，不能顯示立體圖像，存在的缺點(diǎn)主要是無立體感，醫(yī)生對(duì)于顯示在監(jiān)視器上的圖像無距離感，只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和習(xí)慣來判斷組織器官在觀察方向上的相對(duì)位置，在操作中往往會(huì)使操作落空，或者是醫(yī)生需要試探判斷器官的相對(duì)位置，延長(zhǎng)手術(shù)時(shí)間，不能做結(jié)扎或縫合等需要判斷立體相關(guān)位置的手術(shù)。在已知技術(shù)中已經(jīng)出現(xiàn)三維電視內(nèi)窺鏡，見圖1所示，它主要由雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、雙投影攝影系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成，但是，它仍存在一些不足，如立體感弱、存在一定程度的閃爍、立體感的產(chǎn)生方式為主動(dòng)式以及立體感受觀察角度的影響等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可用于醫(yī)學(xué)臨床的三維電視內(nèi)窺鏡，顯示終端上能夠?yàn)橛^察者提供具有視覺臨場(chǎng)感的電視圖像，這個(gè)電視圖像立體感適中且無閃爍，而且，立體感的產(chǎn)生是被動(dòng)式的，立體感不受觀察角度的影響。為此我們發(fā)明了本發(fā)明之三維電視內(nèi)窺鏡。
為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明之三維電視內(nèi)窺鏡采用如下技術(shù)方案，它仍由雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、雙投影攝影系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成，其特征是雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有一定的基線，對(duì)同一物體成像時(shí)，所成的雙像具有一定的視差，雙投影攝影系統(tǒng)把有視差的雙路光信號(hào)成像到雙CCD圖像傳感器上，生成彩色視頻模擬信號(hào)。接下來見圖2所示，所說的圖像處理系統(tǒng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號(hào)解碼模塊、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和幀存儲(chǔ)器組成，A/D轉(zhuǎn)換模塊將具有視差的彩色視頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由數(shù)字信號(hào)解碼模塊和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將該數(shù)字信號(hào)處理成一種時(shí)分顯示數(shù)字信號(hào)。顯示系統(tǒng)由D/A轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路、顯示器、液晶調(diào)制屏和偏振眼鏡組成，由D/A轉(zhuǎn)換模塊將該時(shí)分顯示數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并傳送到顯示器上顯示圖像，同時(shí)自D/A轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送給液晶調(diào)制屏一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后在液晶調(diào)制屏上形成正交圓偏振光學(xué)信號(hào)，該光學(xué)信號(hào)被一個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)控制，交替開關(guān)并在液晶調(diào)制屏上輪流顯示，人們通過與液晶調(diào)制屏對(duì)應(yīng)的正交圓偏振眼鏡觀察到具有視差的正交圓偏振信號(hào)，亦即觀看到時(shí)分立體電視圖像。
本發(fā)明的積極效果在于，1、可采用現(xiàn)有的腹腔鏡、關(guān)節(jié)鏡等普通硬管內(nèi)窺鏡的光路系統(tǒng)作為本發(fā)明的雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、調(diào)整方便；2、集現(xiàn)代光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體，所形成的視頻圖像幀頻高達(dá)100赫茲，超過人眼閃爍的極限頻率，感覺無閃爍；3、采用軟件控制圖像處理系統(tǒng)形成時(shí)分顯示數(shù)字信號(hào)，減少了相關(guān)的硬件，系統(tǒng)的成本降低；4、最終所形成的光學(xué)偏振信號(hào)為正交圓偏振信號(hào)，所以圖像的立體感不受觀察角度的限制；5、采用無源偏振眼鏡方案，被動(dòng)產(chǎn)生立體感。無源偏振眼鏡同顯示器前面的液晶調(diào)制屏相對(duì)，這樣使得觀察者更輕便、更容易和舒適地觀看屏幕及屏幕以外的景物。


圖1是已知技術(shù)及本發(fā)明系統(tǒng)組成示意圖。圖2是本發(fā)明的圖像處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式見圖1、圖2所示，三維電視內(nèi)窺鏡由雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、雙投影攝影系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成。該雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)包括雙光路物鏡系統(tǒng)和轉(zhuǎn)像透鏡系統(tǒng)，按照150mm的體視深度設(shè)計(jì)光路和照明。雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有一定的基線，對(duì)同一物體成像時(shí)，所成的雙像具有一定的視差，雙投影攝影系統(tǒng)把有視差的雙路光信號(hào)成像到雙CCD圖像傳感器上，生成彩色視頻模擬信號(hào)。所說的圖像處理系統(tǒng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號(hào)解碼模塊、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和幀存儲(chǔ)器組成。A/D轉(zhuǎn)換模塊由具有鉗位和自動(dòng)增益控制的運(yùn)算放大器和一個(gè)最高采樣頻率為32MHz的8位A/D轉(zhuǎn)換器組成，該模塊具有多個(gè)視頻輸入端，通過編程控制可選擇其中任意一個(gè)作為視頻輸入，在這里彩色視頻模擬信號(hào)先經(jīng)視頻放大之后，再轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號(hào)。由數(shù)字信號(hào)解碼模塊解出相對(duì)應(yīng)的YUV信號(hào)，再由數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字RGB信號(hào)。實(shí)際上數(shù)字信號(hào)解碼模塊、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊是由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字解碼器、數(shù)字視頻掃描器和一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器組成，可實(shí)現(xiàn)多制式輸入，標(biāo)準(zhǔn)的水平同步和垂直同步信號(hào)檢測(cè)，可將信號(hào)量化成16位的4∶2∶2 YUV輸出格式，具備每行1023主動(dòng)采樣的視頻窗口壓縮和隨機(jī)大小窗口中每幀1023采樣的兩種采樣方式。此時(shí)的數(shù)字RGB信號(hào)存儲(chǔ)在幀存儲(chǔ)器中。由于數(shù)字RGB信號(hào)是雙通道輸出，而顯示系統(tǒng)中的D/A轉(zhuǎn)換模塊是單通道傳輸，為了保證圖像信息不丟失和圖像無閃爍，這就需要選用一個(gè)讀出點(diǎn)頻比寫入點(diǎn)頻高的視頻圖像存儲(chǔ)器(RAM1-RAM4)作為幀存儲(chǔ)器，選用結(jié)果為DRAM。該幀存儲(chǔ)器具有32位VDRAM輸出端口，可以輸出壓縮過的視頻數(shù)據(jù)。同時(shí)將數(shù)字RGB信號(hào)通過專用的接口芯片傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的PCI總線上，并可以存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。其中總線接口電路為多媒體PCI總線接口電路，它使得大量的視頻、音頻集成電路能夠連接到PCI總線上。由PCI總線控制器控制亮度、對(duì)比度和狀態(tài)，信號(hào)處理最多每行4095個(gè)，每幀最多4095行，數(shù)據(jù)通過編程可轉(zhuǎn)存到硬盤，作為視頻獲取的結(jié)果，以便對(duì)圖像作打印或遠(yuǎn)程傳送等其他處理。顯示系統(tǒng)由D/A轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路、顯示器、液晶調(diào)制屏和偏振眼鏡組成。由D/A轉(zhuǎn)換模塊將該時(shí)分顯示數(shù)字信號(hào)即數(shù)字RGB信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并傳送到顯示器上顯示圖像。同時(shí)自D/A轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送給液晶調(diào)制屏一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后在液晶調(diào)制屏上形成正交圓偏振光學(xué)信號(hào)，該光學(xué)信號(hào)被一個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)控制，交替開關(guān)對(duì)應(yīng)于觀察者左眼或者右眼的圖像，并在液晶調(diào)制屏上輪流顯示，人們通過與液晶調(diào)制屏對(duì)應(yīng)的無源正交圓偏振眼鏡觀察到具有視差的正交圓偏振信號(hào)，即觀看到時(shí)分立體電視圖像。采用具有210M帶寬、場(chǎng)頻可達(dá)到160Hz的計(jì)算機(jī)顯示器，采用幀頻為100Hz的立體圖像顯示方式，左、右眼觀看圖像幀頻也就分別對(duì)應(yīng)50Hz，解決了圖像閃爍問題。
關(guān)于上文所述的主動(dòng)與被動(dòng)，在此加以說明。目前有兩種成熟的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)立體顯示功能，一種是主動(dòng)式，另一種是被動(dòng)式。其中主動(dòng)式多用在立體電視中，原理是采用液晶的電光效應(yīng)，在外加電壓的作用下液晶分子排列產(chǎn)生變化，從而使光學(xué)性能發(fā)生變化，控制液晶對(duì)光的吸收率的變化，使之成為光開關(guān)。電視屏幕依次輪流傳送左眼與右眼圖像，同時(shí)提供一個(gè)眼鏡同步驅(qū)動(dòng)信號(hào)，眼鏡上的接受裝置接收到該信號(hào)以后，經(jīng)過處理和放大，分別驅(qū)動(dòng)左右鏡片，使其輪流處于低吸收率與高吸收率狀態(tài)，使左右眼可以分別觀測(cè)到左右圖像。在本發(fā)明中則采用的是被動(dòng)式。為實(shí)現(xiàn)左右圖像的交替顯示和分離，我們?cè)O(shè)計(jì)的顯示系統(tǒng)實(shí)際上是由以下三部分組成(1)能夠交替、連續(xù)、快速地(幀頻應(yīng)在95Hz以上)顯示左右圖像的立體顯示器；(2)能夠在視頻同步信號(hào)的作用下改變偏振狀態(tài)的液晶調(diào)制屏；(3)圓偏振眼鏡(也被我們稱為無源眼鏡)。當(dāng)屏幕顯示左視圖時(shí)，液晶調(diào)制屏在同步信號(hào)的作用下其偏振狀態(tài)同圓偏振眼鏡的左眼相一致，因此，呈高透過率狀態(tài)。而圓偏振眼鏡的右眼則呈阻礙透過狀態(tài)，這樣左眼就看到了左視圖而右眼則看不到。當(dāng)屏幕顯示右視圖時(shí)，液晶調(diào)制屏在同步信號(hào)地作用下其偏振狀態(tài)同圓偏振眼鏡的右眼相一致，因此，呈高透過率狀態(tài)。而圓偏振眼鏡的左眼則呈阻礙透過狀態(tài)，這樣右眼就看到了右視圖而左眼則看不到。這樣觀察者只要佩帶這種圓偏振眼鏡觀看屏幕，即可作到圖像分離。而這兩幅圖像又是模擬人的左右眼從兩個(gè)角度分別攝取的，所以觀察者即可像平時(shí)用雙眼觀察景物一樣獲得“立體”感受。主動(dòng)式需要在眼鏡上加裝驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)，所以手術(shù)醫(yī)生要戴一副較為復(fù)雜的眼鏡，手術(shù)中行動(dòng)不便。而被動(dòng)式不需要在偏振眼鏡上驅(qū)動(dòng)電路，所以和普通眼鏡在外形和重量上沒什么兩樣。這樣不僅眼鏡攜帶方便，還可以供多名醫(yī)生同時(shí)操作和觀察，并且價(jià)格較低。
權(quán)利要求
1.一種三維電視內(nèi)窺鏡，由雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)、雙投影攝影系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)組成，其特征在于(1)雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)具有一定的基線，對(duì)同一物體成像時(shí)，所成的雙像具有一定的視差，雙投影攝影系統(tǒng)把有視差的雙路光信號(hào)成像到雙CCD圖像傳感器上，生成彩色視頻模擬信號(hào)；(2)圖像處理系統(tǒng)由A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號(hào)解碼模塊、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊和幀存儲(chǔ)器組成，A/D轉(zhuǎn)換模塊將具有視差的彩色視頻模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再由數(shù)字信號(hào)解碼模塊和數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊將該數(shù)字信號(hào)處理成一種時(shí)分顯示數(shù)字信號(hào)；(3)顯示系統(tǒng)由D/A轉(zhuǎn)換模塊、驅(qū)動(dòng)電路、顯示器、液晶調(diào)制屏和偏振眼鏡組成，由D/A轉(zhuǎn)換模塊將該時(shí)分顯示數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并傳送到顯示器上顯示圖像，同時(shí)自D/A轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路送給液晶調(diào)制屏一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)對(duì)其進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后在液晶調(diào)制屏上形成正交圓偏振光學(xué)信號(hào)，該光學(xué)信號(hào)被一個(gè)場(chǎng)同步信號(hào)控制，交替開關(guān)并在液晶調(diào)制屏上輪流顯示，通過與液晶調(diào)制屏對(duì)應(yīng)的正交圓偏振眼鏡觀察到具有視差的正交圓偏振信號(hào)，即觀看到時(shí)分立體電視圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電視內(nèi)窺鏡，其特征在于，雙光路內(nèi)窺鏡系統(tǒng)按照150mm的體視深度設(shè)計(jì)光路和照明。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電視內(nèi)窺鏡，其特征在于，A/D轉(zhuǎn)換模塊由具有鉗位和自動(dòng)增益控制的運(yùn)算放大器和一個(gè)最高采樣頻率為32MHz的8位A/D轉(zhuǎn)換器組成，該模塊具有多個(gè)視頻輸入端，通過編程控制可選擇其中任意一個(gè)作為視頻輸入，在這里彩色視頻模擬信號(hào)先經(jīng)視頻放大之后，再轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電視內(nèi)窺鏡，其特征在于，數(shù)字信號(hào)解碼模塊、數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊是由標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字解碼器、數(shù)字視頻掃描器和一個(gè)時(shí)鐘發(fā)生器組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電視內(nèi)窺鏡，其特征在于，選用一個(gè)讀出點(diǎn)頻比寫入點(diǎn)頻高的視頻圖像存儲(chǔ)器(RAM1-RAM4)作為幀存儲(chǔ)器。該幀存儲(chǔ)器具有32位VDRAM輸出端口，可以輸出壓縮過的視頻數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電視內(nèi)窺鏡，其特征在于，將數(shù)字RGB信號(hào)通過專用的接口芯片傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的PCI總線上，并可以存放在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；其中總線接口電路為多媒體PCI總線接口電路；由PCI總線控制器控制亮度、對(duì)比度和狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維電視內(nèi)窺鏡，其特征在于，采用具有210M帶寬、場(chǎng)頻可達(dá)到160Hz的計(jì)算機(jī)顯示器，采用幀頻為100Hz的立體圖像顯示方式。
全文摘要
三維電視內(nèi)窺鏡屬于光電醫(yī)療儀器技術(shù)領(lǐng)域。已知技術(shù)存在的一些不足，如立體感弱、存在一定程度的閃爍、立體感的產(chǎn)生方式為主動(dòng)式以及立體感受觀察角度的影響等。本發(fā)明按150mm的體視深度設(shè)計(jì)光學(xué)內(nèi)窺系統(tǒng)，采用100Hz的幀頻顯示圖象，在液晶調(diào)制屏上調(diào)制出正交圓偏振光學(xué)信號(hào)，采用無源偏振眼鏡觀看，基本上克服了已知技術(shù)的不足。本發(fā)明主要應(yīng)用于低創(chuàng)傷手術(shù)醫(yī)療領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A61B1/04GK1666705SQ20051001666
公開日2005年9月14日 申請(qǐng)日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者姜會(huì)林, 白聞喜, 向陽, 盧棟, 王愛國(guó), 劉廣利, 張光偉, 馮大偉 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)