[发明专利]基于3D摄像头的医用内窥镜三维成像系统

权利要求书

1.一种基于3D摄像头的医用内窥镜三维成像系统，其特征在于，包括：红外光源模块、白光光源模块、红外成像模块、可见光成像模块和图像处理模块；

所述白光光源模块发出可见光照射到被测物上，通过所述可见光成像模块获取所述被测物的二维图像；

所述红外光源模块发出红外结构光照射到所述被测物上，所述被测物反射的红外光由所述红外成像模块接收，获取所述被测物的深度信息；

所述图像处理模块将得到的所述被测物的二维图像和深度信息进行信息融合，重建得到所述被测物的三维图像；

所述图像处理模块进行信息融合，实现三维图像重建的方法包括以下步骤：

1)二维图像采集：所述白光光源模块工作对被测物进行照射，所述可见光成像模块采集所述被测物的二维彩色图像；

2)红外图像采集：所述红外光源模块工作，发出红外结构光对所述被测物进行红外光照射，该红外结构光为特定视野角、特定时长的激光，在采集时采用多点测距方式，同时利用所述红外CCD图像探测器的光响应积分特性进行计算，具体为：所述红外CCD图像探测器中的每个像素利用两个同步触发开关S₁和S₂来控制每个像素的电荷保持元件采集与反射光的时段，得到响应c₁、c₂；则所述被测物距离所述红外CCD图像探测器中的每个像素的距离为：

其中c为光速；

从而获得所述被测物的深度信息；

3)中值滤波：对所述步骤1)得到的二维彩色图像进行通道分离，三通道分别进行中值滤波，去除椒盐噪声；设f(i,j)、g(i,j)分别为原图像和滤波后图像，滤波窗口大小为(2n+1)*(2n+1)，n为滤波半径，则：

g(i,j) ＝ Mid{f(i-k,j-k),k ∈ (-n,n)} ；

4)高斯滤波：对所述步骤3)得到图像进行高斯滤波，去除高频噪声，具体为：根据滤波窗口半径确定卷积核，假设一幅图像中像素点表示为p(i，j),则滤波窗口内的高斯卷积核表示为：

其中，σ高斯函数的标准差；

5)三维坐标计算：利用所述步骤2)得到的所述被测物的深度信息，将所述被测物不同位置处的坐标转换为三维坐标，形成3D点云数据；

6)三维图像生成：采用Delaunay三角剖分法实现三维图像重建，将二维图像在深度方向完成重建，滤波后生成三维图像，Delaunay三角剖分法包括以下步骤：

6-1)首先将所述步骤5)得到的点云数据投射到XOY平面上，对投射后的二维数据建立一个三角形，将所有数据点都包围在内；

6-2)向三角形内插入一点，该点与包围他的三角形的3个顶点相连，形成3个新三角形；

6-3)对得到的新三角形逐个进行空外接圆的检测，同时用LOP局部优化方法去掉不符合要求的边；

6-4)重复所述步骤6-2)、6-3)，直至所有点都插入完成；

6-5)计算每个三角形的三边中最长边，并把最长边大于预先设定的阈值的三角形去掉；

6-6)输出三维空间中的物体表面的网格图；

7)完成三维图像重建，输出三维图像。

2.根据权利要求1所述的基于3D摄像头的医用内窥镜三维成像系统，其特征在于，还包括用于显示获得的三维图像的上位机。

3.根据权利要求1所述的基于3D摄像头的医用内窥镜三维成像系统，其特征在于，所述红外光源模块包括红外光发射器、光束整型单元、光束衍射单元和光束投射单元；

所述光束整型单元包括沿入射光路依次设置的扩束元件和准直元件，所述光束衍射单元包括衍射元件，所述光束投射单元包括投射透镜组。

4.根据权利要求3所述的基于3D摄像头的医用内窥镜三维成像系统，其特征在于，所述红外光发射器产生单路红外激光，经所述扩束元件完成激光扩束，进入所述准直元件进行准直，准直后的光束再经所述衍射元件衍射，最后经过所述投射透镜组，输出调制后的红外结构光。

5.根据权利要求4所述的基于3D摄像头的医用内窥镜三维成像系统，其特征在于，所述红外光源模块还包括第一电源、与所述红外光发射器连接的第一驱动电路以及与所述第一驱动电路连接的第一控制器。