專利名稱：3d 表面的激光增強重建的制作方法
3D表面的激光增強重建本發(fā)明大體涉及在微創(chuàng)內(nèi)窺鏡手術(shù)期間對象的三維(“3D”)表面的重建。本發(fā)明具體涉及生成、檢測和使用對象表面上的激光光斑圖案的可再現(xiàn)并且準(zhǔn)確的特征，以用于操作中內(nèi)窺鏡的相機校準(zhǔn)和對象表面的3D重建。微創(chuàng)內(nèi)窺鏡手術(shù)是一種手術(shù)程序，其中，通過自然開口或皮膚上的小切口(S卩，端口)，在患者體內(nèi)引入剛性或柔性內(nèi)窺鏡。通過類似的端口在患者體內(nèi)引入額外的手術(shù)工具，并且所述內(nèi)窺鏡用于為外科醫(yī)生提供與手術(shù)部位有關(guān)的手術(shù)工具的視覺反饋。微創(chuàng)內(nèi)窺鏡手術(shù)的范例包括但不限于，內(nèi)窺鏡心臟手術(shù)(例如，心臟搭橋或二尖瓣置換)、腹部的腹腔鏡檢查、關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡檢查和肺部的支氣管鏡檢查。內(nèi)窺鏡檢查中的激光計量是提供可能的內(nèi)窺鏡圖像中對象尺寸測量的一類方法。其通常用于工業(yè)內(nèi)窺鏡，但是它也用于醫(yī)學(xué)中。在激光測量中，準(zhǔn)直激光束置于與內(nèi)窺鏡相機的光軸平行。激光束將激光點投影到所考慮的對象上或?qū)ο蟮母浇?。由于激光的光束?zhǔn)直，對象上或?qū)ο蟾浇狞c的尺寸獨立于到對象的距離而保持不變。因而，該點的尺寸用作圖像的尺寸標(biāo)定器?，F(xiàn)有技術(shù)中已知的一種方法將激光發(fā)生設(shè)備置于內(nèi)窺鏡的遠(yuǎn)端以針對激光計量生成校準(zhǔn)激光點。基本上，該激光計量方法向?qū)ο?例如組織)投影一個(I)準(zhǔn)直激光點并且通過激光點的直徑獲取對象的尺度。作為對比，現(xiàn)有技術(shù)中已知的另一方法使用具有與內(nèi)窺鏡相機的光軸平行的四組激光束的內(nèi)窺鏡向?qū)ο?例如，組織)投影四個(4)準(zhǔn)直激光點，以得到圖像中對象的尺寸。針對這種方法，使用棋盤式校準(zhǔn)網(wǎng)格獲得扭曲參數(shù)來執(zhí)行徑向扭曲補償。然后，使用透鏡幾何位置通過各點之間的幾何位置關(guān)系計算激光點的3D位置。最后，在內(nèi)窺鏡圖象上顯示校準(zhǔn)標(biāo)尺。如本文中前面針對微創(chuàng)內(nèi)窺鏡手術(shù)的敘述，內(nèi)窺鏡提供手術(shù)位置的僅有的視覺反饋。然而，內(nèi)窺鏡圖像通常是二維的(“2D”)，這給獲得視圖中對象的深度信息以及相對位置和尺寸帶來困難。通過一系列2D圖象重建3D表面的已知算法依賴于尋找兩個或多個幀中點之間的對應(yīng)關(guān)系。這種算法得到的3D重建的質(zhì)量嚴(yán)重依賴于匹配特征的準(zhǔn)確性。特別地，為了從2D+t系列重建3D表面，使用隨機采樣一致性(“RANSAC”)優(yōu)化，必須找到八個
(8)或者更多個特征匹配。然而，在外科手術(shù)中，內(nèi)窺鏡視圖中的對象通常是平滑并且沒有特征的(例如，心臟內(nèi)窺鏡中的心臟組織或關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡中的骨表面)，這使得特征檢測和匹配成為困難的任務(wù)。前面提及的激光計量方法通過使用平行于內(nèi)窺鏡的光軸定位的單一準(zhǔn)直激光點或多個激光束來解決尺度問題(即，對象尺寸)。然而，這些方法并未解決3D重建的質(zhì)量問題。這些方法的另一不足是，它們需要激光束平行于內(nèi)窺鏡的光軸。因而，激光源和內(nèi)窺鏡光纖必須集成到內(nèi)窺鏡本身中，其增加了內(nèi)窺鏡的直徑，這增加了手術(shù)程序的創(chuàng)傷。本發(fā)明使用激光器用于在3D對象(例如感興趣器官或組織)的表面上投影激光光斑圖案(例如，圓點矩陣)，以便于對象表面的準(zhǔn)確重建和相機的操作中校準(zhǔn)，這克服了從2D內(nèi)窺鏡視圖獲得對象的表面的深度信息以及相對位置和尺寸的困難。、
本發(fā)明的一種形式是采用激光器、內(nèi)窺鏡和圖像重建設(shè)備的系統(tǒng)。在操作中，激光器在3D對象(例如，感興趣器官或組織)的表面上投影激光光斑圖案(例如，圓點矩陣)。內(nèi)窺鏡在當(dāng)其相對于3D對象被平移和/或被旋轉(zhuǎn)時生成一系列內(nèi)窺鏡圖像，其中每幅內(nèi)窺鏡圖像圖示了當(dāng)被激光器投影到所述3D對象的表面上時的激光光斑圖案內(nèi)激光光斑陣列的不同視圖。圖像重建設(shè)備根據(jù)如所述內(nèi)窺鏡圖像中圖示的激光光斑陣列的不同視圖的對應(yīng)關(guān)系,重建3D對象的表面。為了本發(fā)明的目的，術(shù)語“激光光斑圖案”在本文中被廣泛地定義為針對內(nèi)窺鏡應(yīng)用的任何幾何形狀的、任何顏色的和任何實際尺寸的兩個或更多個激光光斑的任何空間排列，并且術(shù)語“激光光斑陣列”在本文中被廣泛地定義為具有相關(guān)聯(lián)的激光光斑圖案或它的任意子集的激光光斑的空間排列。在激光光斑圖案和激光光斑陣列內(nèi)，每個斑點的幾何形狀、顏色和維度可以是相同的或者在一些或所有激光光斑中是有變化的。額外地，激光光斑陣列可以操作前或操作中在激光光斑圖案內(nèi)被定義。此外，術(shù)語“內(nèi)窺鏡”在本文中被廣泛地定義為具有從體內(nèi)成像的能力的任何設(shè) 備。用于本發(fā)明目的的內(nèi)窺鏡的范例包括但不限于，任何種類的觀測儀器，柔性的或剛性的，(例如，內(nèi)窺鏡、關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡、支氣管鏡、膽管鏡、結(jié)腸鏡、膀胱鏡、十二指腸鏡、胃窺鏡、子宮鏡、腹腔鏡、喉鏡、神經(jīng)鏡、耳鏡、推入腸窺鏡、鼻喉鏡、乙狀結(jié)腸鏡、竇腔鏡、胸腔鏡等)和與配備有成像系統(tǒng)的觀測儀器類似的任何設(shè)備(例如，帶成像的嵌套插管)。成像是局部的，并且表面圖像可以用光纖、透鏡、或小型化(例如，基于CXD的)成像系統(tǒng)來光學(xué)地獲得。通過結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的各實施例的以下述具體描述，本發(fā)明的上述和其他的形式以及本發(fā)明的各特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。詳細(xì)的描述和附圖僅為本發(fā)明的圖解而非限制，本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求及其等價物中定義。圖I圖示了根據(jù)本發(fā)明的3D圖像重建系統(tǒng)的示例性實施例；圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的激光光斑陣列的不同視圖的示范性系列；圖3圖示了圖2中所示出的根據(jù)本發(fā)明的激光光斑陣列的不同視圖的另一示范性系列；圖4圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)窺鏡手術(shù)方法的示范性實施例的流程圖；圖5圖示了圖I中所示系統(tǒng)采用的圖4中所示方法的示范性內(nèi)窺鏡應(yīng)用；圖6圖示了表示根據(jù)本發(fā)明的3D表面重建方法的示范性實施例的流程圖。本發(fā)明的3D表面重建算法的實施是通過投影激光光斑圖案到3D對象上的激光器和生成激光光斑圖案內(nèi)的激光光斑陣列的一系列2D內(nèi)窺鏡圖像的內(nèi)窺鏡實現(xiàn)的。當(dāng)被投影到3D對象上，激光光斑圖案被用作可再現(xiàn)并且準(zhǔn)確的特征，以便在內(nèi)窺鏡圖像中建立激光光斑陣列的對應(yīng)關(guān)系。例如，如圖I中所示，由激光源10供電的激光器11投影出具有7x7圓點矩陣排列的激光光斑圖案12。在激光光斑圖案12內(nèi)是具有3x3圓點矩陣排列的激光光斑陣列13。在微創(chuàng)內(nèi)窺鏡手術(shù)中，內(nèi)窺鏡21聚焦于激光光斑圖案12的全部或者一部分,其中，內(nèi)窺鏡21的視場22包圍激光光斑陣列13。更具體地，圖2圖示了當(dāng)內(nèi)窺鏡21在3D對象的一方向上平移時由內(nèi)窺鏡21生成的內(nèi)窺鏡視圖序列23a-23c。這樣,激光光斑圖案12在不同內(nèi)窺鏡視圖23a_23c中放大，并且在每個內(nèi)窺鏡視圖23a-23c中激光光斑陣列13能夠被識別。激光光斑圖案在不同內(nèi)窺鏡視圖23a-23c中的放大用作激光光斑陣列13的運動以達(dá)到實施3D表面重建算法的目的，如在此將進(jìn)一步描述的。圖3圖示了當(dāng)內(nèi)窺鏡21在3D對象的一方向上進(jìn)一步平移時內(nèi)窺鏡21生成的另外的內(nèi)窺鏡視圖序列23d-23f。再次，激光光斑圖案12在不同內(nèi)窺鏡視圖23d-23f中放大，并且在每個內(nèi)窺鏡視圖23d-23f中能夠識別激光光斑陣列13，且激光光斑圖案在不同內(nèi)窺鏡視圖23d-23f中的放大用作激光光斑陣列13的運動以達(dá)到實施3D表面重建算法的目的，如在此將進(jìn)一步描述的。提供圖2和圖3以強調(diào)將本發(fā)明的激光光斑圖案原理，為投影到3D對象上的可再現(xiàn)并且準(zhǔn)確的特征，以便于內(nèi)窺鏡圖像中激光光斑陣列的對應(yīng)關(guān)系。在實踐中，優(yōu)選地，激光光斑圖案包括九個(9)或更多個激光光斑，內(nèi)窺鏡圖像的數(shù)量為兩(2)幅或更多，并且內(nèi)窺鏡相機和激光光斑圖案之間的距離便于遍及所有內(nèi)窺鏡圖像識別整個激光光斑圖案，其中激光光斑圖案本身用作激光光斑陣列。不過，圖2和3突出了，激光光斑陣列，不管是整個或部分激光光斑圖案，必須在所有內(nèi)窺鏡圖像中是能夠識別的。 回來參考

圖1，圖像重建設(shè)備20處理所生成的激光光斑陣列的圖像以重建對象表面的3D圖像。為了本發(fā)明的目的，圖像重建設(shè)備在這里被廣泛地定義為被結(jié)構(gòu)性配置為通過根據(jù)3D重建算法(例如，編程計算機)處理內(nèi)窺鏡圖像以生成對象表面的3D重建的設(shè)備，而這里使用的術(shù)語“生成”被廣泛地定義為包括現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)前或之后所知的任何用于以下的技術(shù)創(chuàng)建、計算、提供、修飾、獲取、產(chǎn)生、形成、發(fā)展、演化、修改、變換、轉(zhuǎn)化、或另外使信息(例如，數(shù)據(jù)、文本、圖像、語音和視頻)可用于計算機處理和存儲器存儲/檢索的目的，特別是，圖像數(shù)據(jù)集和視頻幀。圖4圖示了表示本發(fā)明的內(nèi)窺鏡手術(shù)方法的流程圖30。流程圖30包括操作前階段S32和S33，和操作中階段S34-S37。在這里使用的術(shù)語“操作前”被廣泛地定義為描述發(fā)生在或涉及內(nèi)窺鏡應(yīng)用之前的時段或準(zhǔn)備的任意活動，并且在這里使用的術(shù)語“操作中”被廣泛地定義為描述在內(nèi)窺鏡應(yīng)用(例如，操作內(nèi)窺鏡)的過程中發(fā)生、實施或遇到的任何活動。內(nèi)窺鏡應(yīng)用的范例包括但不限于，關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡、支氣管鏡、結(jié)腸鏡、腹腔鏡、大腦內(nèi)窺鏡、和內(nèi)窺鏡心臟手術(shù)。內(nèi)窺鏡心臟手術(shù)的范例包括但不限于，內(nèi)窺鏡冠狀動脈搭橋手術(shù)、內(nèi)窺鏡二尖瓣和主動脈瓣修復(fù)和替換。操作前階段S31包括選擇激光器以向3D對象上投影激光光斑圖案。在實踐中，在內(nèi)窺鏡應(yīng)用中可以使用Lasiris SNF激光器，其中激光器的波長約為600nm并且功率小于IOOmff0此外，激光器優(yōu)選地投影綠色或藍(lán)色的7x7圓點矩陣的激光光斑圖案，其中八個(8)或更多個圓點可作為激光光斑陣列。此外，圓點可具有0. 5mm的直徑并且圓點之間的間隔為4mm。為了確定九十(90)度或更小角度的扇形角(FA),根據(jù)以下公式[I]必須知道對象尺寸(L)和操作距離(D):FA=2*arcsin(L/(2*D))[I]圖5圖示了包括與具有對象尺寸L的膝蓋40的組織41距離為D的激光器11的關(guān)節(jié)內(nèi)窺鏡應(yīng)用的范例。再次參考圖4，操作前階段S32包括已知的內(nèi)窺鏡的相機校準(zhǔn)。在一個實施例中，激光器將激光光斑圖案投影到對比平面表面(例如，白色平面表面)，并且激光光斑圖案具有均一矩陣(例如，7x7圓點矩陣)或者在兩個維度上具有不同激光光斑數(shù)量的矩陣(例如，6x7圓點矩陣)。校準(zhǔn)參數(shù)及徑向扭曲通過在內(nèi)窺鏡相對于平面表面的兩個(2)或更多個不同取向上采集激光光斑圖案在平面表面上的圖像以及通過檢測圖像中激光點來估計。操作中階段S33包括在3D對象的表面上生成激光光斑圖案。例如，如圖5中所示，將激光器11插入到膝蓋40的手術(shù)儀器端口 43中，從而將5x5圓點矩陣的激光光斑圖案14投影到組織41上。操作中階段S34的執(zhí)行取決于在操作前階段期間是否未執(zhí)行階段S32，或內(nèi)窺鏡是否需要重校準(zhǔn)。如果被執(zhí)行，那么操作前階段S32包括在內(nèi)窺鏡相對于激光光斑圖案的兩個(2)或更多個不同取向上拍攝激光光斑圖案投影到3D對象上的圖像的內(nèi)窺鏡。例如，如圖5中所示,將內(nèi)窺鏡21插入到膝蓋40的視覺端口 42中，從而生成激光光斑圖案14的圖像(例如，圖像24)。內(nèi)窺鏡24可以以任意方向和旋轉(zhuǎn)繞端口 42 (即，支點)運動以從不同視角和方向生成同一激光光斑陣列的圖像。之后，在圖像內(nèi)檢測作為激光光斑陣列的激光光斑圖案14或在圖像內(nèi)檢測激光光斑陣列15將使得能夠估計相機參數(shù)。檢測激光光斑可以用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何算法，例如顏色閾值來執(zhí)行。檢測的結(jié)果是每幅圖像的坐標(biāo)系中光斑的x=[x，y]T位置。操作中階段S35包括當(dāng)內(nèi)窺鏡相對于端口 42和3D對象被平移和/或被旋轉(zhuǎn)時生成3D對象上的激光光斑圖案的一系列兩(2)個或更多個圖像。例如，如圖5中所示，將內(nèi)窺鏡21插入到膝蓋40的端口 42中，以因而在當(dāng)內(nèi)窺鏡21沿箭頭示出的組織41的方向平移時，生成激光光斑圖案14的圖像(例如，圖像24)。操作中階段S36包含根據(jù)階段S35期間采集的內(nèi)窺鏡圖像對對象表面的3D重建和對操作前階段S32或操作中階段S34期間獲得的內(nèi)窺鏡的校準(zhǔn)。在實踐中，在階段S36期間可以實施任意3D重建算法以達(dá)到所述對象的3D重建。在一個實施例中，如圖6中所示，可以在階段S36期間實施代表3D表面重建的流程圖50。參考圖6，流程圖50的階段S51包括生成基礎(chǔ)矩陣(F)用于使遍及內(nèi)窺鏡圖像的激光光斑陣列的不同視圖相關(guān)。在一個實施例中，對于兩個不同視圖(X)和(x’)下的同一激光光斑，基礎(chǔ)矩陣(F)是3x3矩陣并且根據(jù)如下已知公式[2]定義xt*F*x，=0[2]對于兩個不同視圖下的N個激光光斑，N個公式集定義為=0...[3]xnt*F*xn，=0如果激光光斑陣列具有八個(8)激光光斑(N=8)，那么公式[3]的未知量(F)可以使用八點算法來計算，或者如果激光光斑陣列包括九個(9)或更多個激光光斑，那么可以使用迭代方法(例如，RANSAC)來計算。階段S52包括生成本質(zhì)矩陣(E)或使遍及內(nèi)窺鏡圖像的激光光斑陣列的不同視圖相關(guān)。在一個實施例中，從如下已知公式[4]計算本質(zhì)矩陣(E)E=Kt*F*K=0[4]校準(zhǔn)矩陣(K)是代表內(nèi)窺鏡的操作前或操作中校準(zhǔn)的3x3矩陣。階段S53包括根據(jù)本質(zhì)矩陣(E)生成平移向量(T)和旋轉(zhuǎn)矩陣(R)(如果內(nèi)窺鏡被旋轉(zhuǎn))。在一個實施例中，平移向量(T)和旋轉(zhuǎn)矩陣(R)從如下已知公式[5]中導(dǎo)出
E=U* E *VT=0[5]階段S54包括為激光光斑陣列的每個視圖生成投影矩陣。在一個實施例中，針對所述激光光斑陣列的兩個(2)視圖，通過如下已知公式[6]和[7]計算針對與光斑(X)相關(guān)聯(lián)的視圖的投影矩陣P1和針對與光斑(X’ )相關(guān)聯(lián)的視圖的投影矩陣P1 P1=K^tI 10][6]P2=Kt* [RI T] *K[7]階段S55包括根據(jù)內(nèi)窺鏡圖像中的激光光斑陣列或?qū)ο蟮娘@著特征(例如，邊緣)的3D對象點重建。在一個實施例中，使用針對兩個(2)視圖的針孔相機模型，從如下已知公式[8]和[9]計算3D對象點X
X=P1^X[8]x，=P2*X [9]計算的3D對象點X可以使用三角測量和公式[8]和[9]重建。對于點X和x’，可以為階段S55使用兩個集合。在第一個實施例中，激光光斑X和X’可以被用作特征。這些是強的特征，因為它們非常準(zhǔn)確并且可靠。這個實施例將導(dǎo)致具有與相關(guān)聯(lián)的激光光斑陣列一樣多的點的非常稀疏的3D模型。在第二個實施例中，可以與從點X和X’計算的投影矩陣P1和P2 —起使用利用現(xiàn)有技術(shù)中已知的特征檢測方法(例如,SIFT方法)檢測到的弱的對象表面特征(例如，邊緣)。該方法將導(dǎo)致具有點X和X’的較低精度的稠密表面，但保持了投影矩陣P1和P2的高精度。盡管圖示和描述了本發(fā)明的各種實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，此處所描述的本發(fā)明的實施例是圖解性的，且在不偏離本發(fā)明的真正范圍的情況下可以進(jìn)行各種變形和修改，并且其中的元件可以被等價物替換。另外，在不偏離本發(fā)明的核心作用范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改以適應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，宗旨是，本發(fā)明不應(yīng)被限制到此處所公開的預(yù)期為實施本發(fā)明的最佳模式的具體實施例，而是本發(fā)明包括落在所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 激光器(11)，其用于將激光光斑圖案(12，14)投影到三維對象(41)的表面上； 內(nèi)窺鏡(21)，其用于當(dāng)所述內(nèi)窺鏡(21)相對于所述三維對象(41)被平移和被旋轉(zhuǎn)中的至少ー項時生成一系列內(nèi)窺鏡圖像(24), 其中，每幅內(nèi)窺鏡圖像(24)圖示當(dāng)被所述激光器(11)投影到所述三維對象(41)的所述表面上時的所述激光光斑圖案(12，14)內(nèi)的激光光斑陣列(13，15)的不同視圖(23)；圖像重建設(shè)備(20)，其與所述內(nèi)窺鏡(21)通信，用于根據(jù)如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)的對應(yīng)關(guān)系而重建所述三維對象(41)的所述表面。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述激光光斑圖案(12，14)和所述激光光斑陣列 (13，15)是相同的。
3.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述激光光斑陣列(13，15)是所述激光光斑圖案(12，14)的子集。
4.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建包括 生成基礎(chǔ)矩陣(F)，所述基礎(chǔ)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)；以及 根據(jù)所述基礎(chǔ)矩陣(F)和所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)重建三維對象點。
5.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建包括 生成基礎(chǔ)矩陣(F)，所述基礎(chǔ)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)； 檢測如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述對象(41)的表面特征；以及根據(jù)所述基礎(chǔ)矩陣(F)和所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中檢測到的所述對象(41)的所述表面特征重建三維對象點。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建包括 生成基礎(chǔ)矩陣(F)，所述基礎(chǔ)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建還包括 生成本質(zhì)矩陣(E)，所述本質(zhì)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)，所述本質(zhì)矩陣(E)是所述基礎(chǔ)矩陣(F)和與所述內(nèi)窺鏡(21)的相機校準(zhǔn)相關(guān)聯(lián)的相機校準(zhǔn)矩陣(K)的函數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建還包括 根據(jù)所述本質(zhì)矩陣(E)生成平移向量(T)和旋轉(zhuǎn)矩陣(R)。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建還包括 根據(jù)所述平移向量(T)和所述旋轉(zhuǎn)矩陣(R)生成針對所述激光光斑陣列(13，15)的每個視圖(23)的投影矩陣(P)，每個投影矩陣(P)是所述激光光斑陣列(13，15)的相關(guān)聯(lián)的視圖(23)的線性變換。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建還包括 根據(jù)每個投影矩陣(P)和所述激光光斑陣列(13，15)的相關(guān)聯(lián)的視圖(23)重建三維對象點。
11.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建還包括 針對所述激光光斑陣列(13，15)的每個視圖(23)檢測如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述對象(41)的表面特征；以及 根據(jù)每個投影矩陣(P)和所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中檢測到的所述對象(41)的每個表面特征重建三維對象點。
12.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中，根據(jù)所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中的至少兩幅在操作中校準(zhǔn)所述內(nèi)窺鏡(21)。
13.—種系統(tǒng),包括 內(nèi)窺鏡(21)，其用于當(dāng)所述內(nèi)窺鏡(21)相對于所述三維對象(41)被平移和被旋轉(zhuǎn)中的至少ー項時生成一系列內(nèi)窺鏡圖像(24), 其中，每幅內(nèi)窺鏡圖像(24)圖示當(dāng)投影到所述三維對象(41)的表面上時的所述激光光斑圖案(12，14)內(nèi)的激光光斑陣列(13，15)的不同視圖(23);以及 圖像重建設(shè)備(20)，其與所述內(nèi)窺鏡(21)通信，用于根據(jù)如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)的對應(yīng)關(guān)系而重建所述三維對象(41)的所述表面。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建包括 生成基礎(chǔ)矩陣(F)，所述基礎(chǔ)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)；以及 根據(jù)所述基礎(chǔ)矩陣(F)和所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)重建三維對象點。
15.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建包括 生成基礎(chǔ)矩陣(F)，所述基礎(chǔ)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)； 檢測如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述對象(41)的表面特征；以及根據(jù)所述基礎(chǔ)矩陣(F)和所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中檢測到的所述對象(41)的所述表面特征重建三維對象點。
16.一種用于重建三維對象(41)的表面的方法，所述方法包括 將激光光斑圖案(12，14)投影到所述三維對象(41)的所述表面上； 當(dāng)內(nèi)窺鏡(21)相對于所述三維對象(41)被平移和被旋轉(zhuǎn)中的至少ー項時生成一系列內(nèi)窺鏡圖像(24)； 其中，每幅內(nèi)窺鏡圖像(24)圖示當(dāng)被投影到所述三維對象(41)的所述表面上時的所述激光光斑圖案(12，14)內(nèi)的激光光斑陣列的不同視圖(23);以及 根據(jù)如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)的對應(yīng)關(guān)系而重建所述三維對象(41)的所述表面。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述激光光斑陣列(13，15)是所述激光光斑圖案(12，14)的子集。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，根據(jù)所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中的至少兩幅在操作中校準(zhǔn)所述內(nèi)窺鏡(21)。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建包括 生成基礎(chǔ)矩陣(F)，所述基礎(chǔ)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)；以及 根據(jù)所述基礎(chǔ)矩陣(F)和所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)重建三維對象點。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述三維對象(41)的所述表面的所述重建包括 生成基礎(chǔ)矩陣(F)，所述基礎(chǔ)矩陣用于使如所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的所述激光光斑陣列(13，15)的所述不同視圖(23)相關(guān)； 檢測如所述內(nèi)窺鏡圖像中圖示的所述對象(41)的表面特征；以及根據(jù)所述基礎(chǔ)矩陣(F)和所述內(nèi)窺鏡圖像(24)中檢測到的所述對象(41)的所述表面特征重建三維對象點。
全文摘要
一種用于重建三維對象(41)的表面的方法，包括通過激光器(11)將激光光斑圖案(12，14)投影到三維對象(41)的表面上，并且當(dāng)內(nèi)窺鏡(21)相對于三維對象(41)被平移和/或旋轉(zhuǎn)時生成一系列內(nèi)窺鏡圖像(24)。每幅內(nèi)窺鏡圖像(24)圖示當(dāng)被激光器(11)投影到三維對象(41)的表面上時的激光光斑圖案(12，14)內(nèi)的激光光斑陣列(13，15)的不同視圖(23)。激光光斑陣列(13，15)可以與激光光斑圖案(12，14)相同或是其子集。所述方法還包括根據(jù)如內(nèi)窺鏡圖像(24)中圖示的激光光斑陣列(13，15)的不同視圖(23)的對應(yīng)關(guān)系而重建三維對象(41)的表面。
文檔編號A61B1/04GK102762142SQ201180008838
公開日2012年10月31日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月12日
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