[发明专利]用于三维尺寸测量的双目光电式内窥镜及内窥系统

说明书

技术领域

本发明涉及内窥镜的技术领域，尤其涉及用于三维尺寸测量的双目光电式内窥镜以及包括该内窥镜的内窥系统。

背景技术

三维立体成像内窥镜是一种可以模拟人眼立体成像的光学仪器，按其使用的侧重点的不同，主要可应用于以下几个方面：

第一、腔内检测：内窥镜检测是指借助专用的光电仪器(工业内窥镜)对肉眼无法直接接近的区域进行检查，属于无损检测中的目视检查方法(RVI)，在航空、航天和航海，医学诊断、以及工业领域压力容器腔体制造业中，有着广泛的应用。内窥镜检查通常也称为“孔探”，是内腔及日常维护的五大工具之一，其目的是掌握腔体内壁内部的状况。据维护数据统计，大约90％的腔体内壁非例行更换都与内窥镜检查结果直接相关。在航空航天业，作为唯一一种在航运维护中能够不分解腔体内壁而了解其内部状况的检查手段，内窥镜检查对于安全和效益两方面均有重要意义和价值：其一是直观准确且简单易行，并能够尽早发现腔体内壁内部部件的损伤，极大地有利于将安全隐患排除在萌芽阶段，将恶性事故的发生消灭在萌芽状态；其二是内窥镜检查避免了分解腔体内壁和相应的腔体内壁拆换、运输等费用以及不必要的停工、停产及停飞等的损失，节省维修成本；

第二、机器人视觉技术：机器人视觉技术也称人工智能设备双目立体成像技术，是计算机自动控制人工智能机器人最重要的信息获取手段之一，是自动反馈系统中首先被用于实际的技术，也是主动测距方法中最重要的距离感知方法，它直接模拟了人类视觉处理景物的方式，可以在多种条件下灵活的测量景物的立体信息，用于反馈至智能机器人，使机器人做出实时反应动作，其作用是其它计算机视觉方法所不能取代的，对它的研究，无论是从视觉生理角度还是在工程应用中都具有十分重要的意义。立体视觉的开创性工作是从60年代中期开始的，美国MIT的Robert完成的三维景像重建，这标志着立体视觉的诞生，并在随后的20年中迅速发展成一门新的学科。特别是70年代末，Marr创立的视觉计算理论对立体视觉的发展产生了巨大影响，现已形成了从图像获取到最终的景物可视表面重建的完整体系，在整个计算机视觉中已占有越来越重要的地位。经过20多年的研究，立体视觉在机器人视觉的应用越来越广，研究方法从早期的以统计相关理论为基础的相关匹配，发展到具有很强生理学背景的特征匹配，从直接依赖于输入信号的低层处理到依赖于特征、结构、关系和知识的高层次处理，性能不断提高，其理论正处在不断发展与完善之中。从仿生的观点和实用的观点，双目视觉或立体视觉是最经济和科学的，因此在机器人视觉的研究领域里双目视觉的研究非常活跃；

第三、显微医学：基于显微立体视觉的三维重构就是通过对体视显微镜采集到的微观物体的图像对进行立体匹配，通过系统的成像模型，恢复出物体表面的三维信息。通过对微观物体表面的三维重构，人们不仅可以观察微观物体表面形貌，还可以方便的计算出微观物体表面的几何参数。显微立体视觉是一门新兴学科，尚未形成一套完整的理论体系，但其在现实生活中的应用已经显现出了这门学科的生命力和广泛的应用前景。

本发明侧重于设计一种具有双镜头、模拟人眼立体成像的光电式内窥镜，并通过计算机软件技术和图像处理技术，实现空间三维尺寸的测量。这种光学式内窥镜可以称之为双目立体成像内窥镜或3D测量内窥镜。

具有双目立体成像技术的生产商主要集中在美国和日本的公司，其产品特点是稳定、可靠性高，测量精度符合实际需求，但其产品售价高，采购成本决定了其应用范围有效，不能大面积加以推广，而国内产品又不具有双目立体成像的性能，而这是进行三维尺寸测量的必须。

尽管双目立体成像技术从理论上讲属于很成熟的技术，但由于产品在空间尺寸上的限制，尤其是插入腔内的工作部分的直径在10mm以内的测量内窥镜，其技术难度主要表现在加工和装配的工艺性方面，尤其以亚毫米级零件(包括光学零件)的装配工艺方面存在很大的难度，这也是到目前为止，国内没有那一家生产商能够拿出直径在10mm以内成熟的双目立体成像测量内窥镜的原因，而一些场合下超细孔道必须要求要小直径的内窥镜才可以进入。

现有技术中，用于三维尺寸测量的内窥镜都是内置有双物镜及双图像传感器，或者是双物镜加交互快门转换机构以及单图像传感器的技术结构特征，这样，使得整个内窥镜的结构较为复杂，其尺寸将难以实现小型化，并且，在双图像传感器的情况下，由于需要对内窥镜的尺寸进行限定，这样，对图像传感器的类型选择则必须限制在一些尺寸较小的高端图像传感器范围内，难以实现广范围选择，无形中增加内窥镜的成本。

发明内容