[发明专利]3D-VR双目立体视觉影像构建方法及内镜操作教学装置

权利要求书

1.一种3D-VR双目立体视觉影像构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

设置两个内镜取像探头获取内镜检查三维原始图像信息；

确定显示的三维原始图像信息；

对显示的三维原始图像信息进行渲染和坐标变换，构建平行双目视觉的影像模型；

基于平行双目视觉的影像模型，将视觉影像在3D-VR显示设备显示；

利用3D-VR内镜操作平台操作内镜并在显示设备显示。

2.如权利要求1所述的3D-VR双目立体视觉影像构建方法，其特征在于，确定显示的三维原始图像信息的方法为：

获取三维原始图像，确定要显示的图像范围，所述图像范围包括内镜取像探头和内镜检测区域，且内镜取像探头在图像范围内不超过50％的面积。

3.如权利要求1所述的3D-VR双目立体视觉影像构建方法，其特征在于，对三维原始图像信息进行渲染的方法：

基于点对三维原始图像信息进行渲染，将点作为视频制作基元；

使用三个方向相互垂直的光源照射物体，记录每条光线上与物体模型交点上的法向量及颜色信息；

采用分层深度立方体结构，渲染时，设计面元概念，通过计算每个像素中的面元个数，确定分层深度立方体结构的八叉树中的层次可见性后再完成遮挡的判断，将被遮挡的数据剔除不渲染；

通过法向量计算光照，完成立体视频渲染。

4.如权利要求3所述的3D-VR双目立体视觉影像构建方法，其特征在于，计算光照完成立体视频渲染的方法为：

对镜体携带的光源，建立光照模型函数：

其中，I为图像像素的RGB值，I_a为环境光颜色，I_P为环境光的亮度，k_a、k_d和k_s分别为环境光、漫反射和镜面反射系数；S_P∈[0,1]为阴影；H_P为高光系数，为光源方向，为法向量；

根据光源光照方向，获取图像中的高光部分和阴影部分；

把高光部分和阴影部分对应的像素与图像进行融合渲染，输出最终渲染的图像。

5.如权利要求1所述的3D-VR双目立体视觉影像构建方法，其特征在于，利用3D-VR内镜操作平台操作内镜进行防碰撞检测，具体方法为：

获取所有内镜镜体的运动范围区域；

选取活动范围最大的内镜镜体为参考镜体；

确定其他内镜镜体与参考镜体的实时相对位置信息；

根据相对位置信息确定其他内镜镜体对应的安全区域，所述安全区域为相对位置信息中与参考镜体距离大于安全阈值的区域；

根据所述安全区域确定存在碰撞风险的镜体并达到碰撞阈值时暂停所述其他内镜镜体。

6.一种内镜操作教学装置，其特征在于，包括图像采集单元、处理单元和头盔显示器，所述图像采集单元用于采集原始图像，图像采集单元的输出端与处理单元的输入端连接，所述处理单元执行权利要求1-5之一所述方法构建立体视觉影像，处理单元的输出端与头盔显示器的输入端连接。

7.如权利要求6所述的内镜操作教学装置，其特征在于，所述头盔显示器的显示屏与人眼之间设置有凸透镜。

8.如权利要求6所述的内镜操作教学装置，其特征在于，所述头盔显示器上设有头部追踪单元，所述头部追踪单元设置头部为坐标，通过坐标设置确定追踪的视点的原点位置；

默认原点为人头部初始位置，梯形视锥体为追踪的范围，当头部的移动落在该范围内部，头部位置的转移会通过头部追踪单元在头盔显示器的显示屏屏幕上得到追踪点新的位置坐标；

得到头部位置后，通过基于原点的偏移计算，得到头部偏移位置，继而将偏移位移数据传输给显示系统，系统通过重新计算设置内部寻像器模型新视点，以达到与头部位置同步。