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THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASUREMENT DEVICE, DIAGNOSTIC SYSTEM, AND THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASUREMENT METHOD

Patent code P170013931
File No. (S2015-1675-N0)
Posted date Mar 29, 2017
Application number P2015-147244
Publication number P2017-023562A
Date of filing Jul 24, 2015
Date of publication of application Feb 2, 2017
Inventor
  • (In Japanese)古川 亮
  • (In Japanese)佐川 立昌
  • (In Japanese)川崎 洋
  • (In Japanese)マルコ ヴィゼンティーニ スカルツァネッラ
  • (In Japanese)吉田 成人
Applicant
  • (In Japanese)公立大学法人広島市立大学
  • (In Japanese)国立研究開発法人産業技術総合研究所
  • (In Japanese)国立大学法人鹿児島大学
  • (In Japanese)国立大学法人広島大学
Title THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASUREMENT DEVICE, DIAGNOSTIC SYSTEM, AND THREE-DIMENSIONAL SHAPE MEASUREMENT METHOD
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure the three-dimensional shape and the sizes of an observation portion, while reducing a load and risk on a patient.
SOLUTION: A pattern projector 20 comprises a tubular member inserted into the forceps hole of an endoscope 1 and having a mark formed on an outer surface projecting from the insertion end of the endoscope 1, and projects on the observation portion a projection image of a measurement pattern made of laser light from the open end of the member projecting from the insertion end of the endoscope 1. On the basis of positional information of the mark in imaging data captured by an imaging optical system 30 provided at the insertion end of the endoscope 1, a calibration part 51 calibrates relative positional information of the pattern projector 20 and the imaging optical system 30. Using the calibrated relative positional information, a calculation part 52 calculates the three-dimensional shape of the observation portion on the basis of a result of imaging the measurement pattern projected on the observation portion.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来より、体腔内の管腔に長尺状の内視鏡挿入部を挿入し、観察部位の診断や処理を行うことができる内視鏡が用いられている(例えば、特許文献1参照)。内視鏡による診断では、観察部位である腫瘍などの病変の形状や大きさを計測することが重要である。観察部位の形状と大きさを計測するために、アクティブステレオ法に基づいた3次元内視鏡システムが開発されている(例えば、非特許文献1参照)。この3次元内視鏡システムは、生体組織に計測用パターンの投影像を投影するパターンプロジェクタを有しており、パターンプロジェクタによって観察部位に投影された計測用パターンを撮像し、三角測量の原理に基づくアクティブステレオ法を用いて、観察部位の三次元形状を計測している。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、3次元形状計測装置、診断システム及び3次元形状計測方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
内視鏡の鉗子孔に挿通され、前記内視鏡の挿入端から突出した外側面にマークが形成された円筒状の部材を有し、前記部材の開口端からレーザ光による計測用パターンの投影像を観察部位に投影するパターンプロジェクタと、
前記内視鏡の挿入端に設けられたカメラによって撮像された撮像データにおける前記マークの位置情報に基づいて、前記パターンプロジェクタの前記カメラからの相対位置情報を校正するキャリブレーション部と、
前記キャリブレーション部で校正された前記相対位置情報を利用して、観察部位に投影された計測用パターンの撮像結果に基づいて、前記観察部位の3次元形状を算出する算出部と、
を備える3次元形状計測装置。

【請求項2】
 
前記キャリブレーション部は、
前記内視鏡が被検者の体内に挿入される前に、前記内視鏡のカメラによって撮像された撮像データに基づいて、前記パターンプロジェクタの前記カメラからの相対位置と、前記マークの位置情報を、前記パターンプロジェクタの基準位置の情報として算出し、
前記内視鏡が被検者の体内に挿入され前記計測用パターンの投影像が前記観察部位に投影された状態で前記内視鏡のカメラによって撮像された撮像データに基づいて、前記マークの位置情報の前記基準位置からの変化量を算出し、
前記算出部は、
前記パターンプロジェクタの基準位置の情報及び前記変化量に基づいて、前記パターンプロジェクタの校正された相対位置を利用して、前記観察部位の3次元形状を算出する、
請求項1に記載の3次元形状計測装置。

【請求項3】
 
前記キャリブレーション部は、
前記鉗子孔の軸心の方向への並進量及び前記軸心を中心とする回転角度に関する前記マークの位置情報を算出する、
請求項2に記載の3次元形状計測装置。

【請求項4】
 
前記キャリブレーション部は、
校正された前記相対位置に残る誤差を、前記計測用パターンと前記撮像データのエピポーラ拘束の誤差を補正することで修正する、
請求項2又は3のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項5】
 
前記パターンプロジェクタは、
前記内視鏡の鉗子孔に挿通され、前記レーザ光を導光する光ファイバと、
前記円筒状の部材に内包され、前記光ファイバで導光された前記レーザ光の光路上に配置された前記計測用パターンが形成されたパターンチップと、
前記円筒状の部材に内包され、前記パターンチップを介した前記レーザ光による前記計測用パターンの投影像を投影する投影レンズと、
を備える請求項1乃至4のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項6】
 
前記パターンプロジェクタは、
前記投影像に現れるスペックル雑音を軽減するために、前記光ファイバに前記鉗子孔の方向の振動を与える加振部を備える、
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項7】
 
前記レーザ光は、緑色のレーザ光である、
請求項1乃至6のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項8】
 
前記パターンプロジェクタでは、
前記外側面の円周方向に並ぶ複数の前記マークが形成されている、
請求項1乃至7のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置。

【請求項9】
 
前記マーク各々は、前記パターンプロジェクタの回転角度に応じて前記カメラで撮像される前記マークの特徴又は前記マークの組み合わせの特徴が異なるように前記パターンプロジェクタに形成されている、
請求項8に記載の3次元形状計測装置。

【請求項10】
 
請求項1乃至9のいずれか一項に記載の3次元形状計測装置と、
前記3次元形状計測装置を構成するパターンプロジェクタが挿通される鉗子孔を有する内視鏡と、
を備える診断システム。

【請求項11】
 
内視鏡の鉗子孔に挿通され、前記内視鏡の挿入端から突出した外側面にマークが形成された円筒状の部材の開口端から、レーザ光を用いて、計測用パターンの投影像を投影するパターン投影ステップと、
前記内視鏡の挿入端に設けられたカメラによって撮像された撮像データにおける前記マークの位置情報に基づいて、前記パターンプロジェクタと前記カメラの相対位置情報を校正するキャリブレーションステップと、
前記キャリブレーションステップで校正された前記相対位置情報を利用して、観察部位に投影された計測用パターンの撮像結果に基づいて、前記観察部位の3次元形状を算出する算出ステップと、
を含む3次元形状計測方法。

【請求項12】
 
前記パターンプロジェクタにより前記計測用パターンの投影像を観察部位に投影しつつ、前記内視鏡のカメラで前記観察部位を撮像する第1の撮像ステップと、
前記内視鏡の挿入端に設けられた照明光学系により前記観察部位を照明し、前記パターンプロジェクタにより前記計測用パターンの投影像を前記観察部位に投影しつつ、前記内視鏡のカメラで前記観察部位を撮像する第2の撮像ステップと、
前記第1の撮像ステップで撮像された撮像データと前記第2の撮像ステップで撮像された撮像データとに基づいて、前記内視鏡のカメラの非線形特性及び前記レーザ光の影響を考慮しつつ、計測用パターンの投影像が投影されていない前記観察部位の画像を生成する画像生成ステップと、
を含む、
請求項11に記載の3次元形状計測方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2015147244thum.jpg
State of application right Published
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