一種三目立體內窺鏡的制作方法

技術特征：

1.一種三目立體內窺鏡，其特征在于，包括：固定在同一筒狀裝置的三個獨立電子內鏡和均勻環繞在三個獨立電子內鏡周圍的多個LED組成的光源，以及一個用于將三目立體內窺鏡與電腦相連的USB接口；

所述的三個獨立電子內鏡的位置相對固定，均勻分布在筒狀裝置內，三個獨立電子內鏡的鏡頭位于筒狀裝置前端，與多個LED組成的光源共同構成成像單元，三個獨立電子內鏡的尾部位于筒狀裝置后端，且每個獨立電子內鏡的尾部擁有一個獨立調節焦距的旋鈕，當某一個電子內鏡進行縮放或聚焦操作時，則三目立體內窺鏡參數發生改變，那么當三目立體內窺鏡完成初始標定后，另外兩個未調節的電子內鏡能夠獲取圖像進行自標定；

當患者需要進行內窺檢查時，先放入三目立體內窺鏡，再通過尾部的旋鈕進行聚焦，然后在光源的配合下通過三個電子內鏡成像，最后通過連接在USB接口上的信號線傳送至電腦。

2.根據權利要求1所述的一種三目立體內窺鏡，其特征在于，所述的電子內鏡進行自標定的方法為：

(1)、三目立體內窺鏡初始化

使用前，利用標定模板對三目立體內窺鏡進行標定，獲取各內鏡的初始標定參數矩陣A_a、A_b、A_c和畸變系數向量K₁、K₂、K₃，以及各內鏡相機坐標系之間的轉換關系[R_ab T_ab]、[R_acT_ac]、[R_bc T_bc]；

其中，參數矩陣的通用形式即為：α，β分別為相機在x和y方向上的焦距，γ為傾斜因子，(u₀ v₀)為相機光心在像平面投影點在像素坐標系下的像素坐標；K＝[k₁k₂ k₃ k₄]，k₁，k₂為徑向畸變系數，k₃，k₄為離心畸變系數；R為右側相機坐標系到左側相機坐標系的旋轉矩陣，T為右側相機坐標系到左側相機坐標系的平移向量；

(2)、當某一電子內鏡進行縮放或聚焦操作時，先獲取參數已知的電子內鏡與待標定電子內鏡在同一時刻的圖像，再利用步驟(2)中所得各電子內鏡的畸變系數k₁，k₂，k₃，k₄對所得圖像進行畸變校正，然后對校正后的圖像進行特征提取，獲取各圖像中的特征點，再進行特征點匹配，最后從三張圖像中均成功匹配的特征點中選取n組特征點；

(3)、根據步驟(1)中各坐標系間轉換關系和步驟(2)中選取的n組特征點構造解線性方程組；

設A電子內鏡為待標定電子內鏡，則構造的解線性方程組為：

$\left\{\begin{array}{cc}{Z}_b\left[\begin{array}{c}{u}_b\\ v_b\\ 1\end{array}\right]=A_b\left[\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\end{array}\right],& Z_c\left[\begin{array}{c}{u}_c\\ v_c\\ 1\end{array}\right]=A_c\left[\begin{array}{c}{X}_c\\ Y_c\\ Z_c\end{array}\right]\\ \left[\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{R}_{bc}& T_{bc}\\ 0^T& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_c\\ Y_c\\ Z_c\\ 1\end{array}\right],& \left[\begin{array}{c}{X}_a\\ Y_a\\ Z_a\\ 1\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{R}_{ab}& T_{ab}\\ 0^T& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{X}_b\\ Y_b\\ Z_b\\ 1\end{array}\right]\end{array}\right.$

其中，[u_b v_b 1]^T和[u_c v_c 1]^T分別為特征點對應已進行初始標定電子內鏡B和C對應圖像中點的像素點的齊次坐標；R_bc、T_bc和R_ab、T_ab分別為電子內鏡C的相機坐標系到B相機坐標系的旋旋轉矩陣、平移量和B相機坐標系到A相機坐標系的旋轉矩陣、平移量；[X_b Y_b Z_b]^T和[X_c Y_c Z_c]^T分別為特征點對應B、C相機坐標系中三維坐標；[X_a Y_a Z_a 1]^T、[X_b Y_b Z_b 1]^T和[X_c Y_c Z_c 1]^T分別為A、B、C相機坐標系的點的齊次坐標；

最后再求解該方程組，獲取n組特征點在待標定內鏡相機坐標系中的三維坐標[X_a1 Y_a1Z_a1]^T......[X_an Y_an Z_an]^T；

(4)、利用n個待標定電子內鏡對應圖像中特征點的像素坐標[u_a1 v_a1]^T......[u_an v_an]^T和n組特征點在待標定內鏡相機坐標系中的三維坐標[X_a1 Y_a1 Z_a1]^T......[X_an Y_an Z_an]^T，結合這兩者間的關系構建如下線性方程：

$\left[\begin{array}{ccccc}{X}_{a1}& Y_{a1}& Z_{a1}& 0& 0\\ 0& 0& 0& Y_{a1}& Z_{a1}\\ .& .& .& .& .\\ .& .& .& .& .\\ X_{an}& Y_{an}& Z_{an}& 0& 0\\ 0& 0& 0& Y_{an}& Z_{an}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\α}\\ \mathrm{\γ}\\ u_0\\ \mathrm{\β}\\ v_0\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{u}_{a1}/Z_{a1}\\ v_{a1}/Z_{a1}\\ .\\ .\\ u_{an}/Z_{an}\\ v_{an}/Z_{an}\end{array}\right]$

利用最小二乘法求解該線性方程，獲取待標定電子內鏡的內部參數矩陣，然后利用非線性優化算法，引入畸變系數，對內部參數矩陣進行修正，得到待標定電子內鏡的新畸變系數，從而完成待標定電子內鏡的自標定。

3.根據權利要求2所述的一種三目立體內窺鏡，其特征在于，所述的步驟(2)中，n的取值滿足n≥3。

4.根據權利要求2所述的一種三目立體內窺鏡，其特征在于，所述的步驟(4)中，非線性優化算法采用的模型為：

$\underset{K,A}{min}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\left|\right|m_i-m(K,A,M_i)|{|}^2$

其中，K為畸變系數，A為內部參數矩陣，m_i表示n組特征點中第i個特征點對應待標定電子內鏡對應圖像的實際像素坐標，M_i為第i個特征點在待匹配內鏡相機坐標系中的三維坐標，m(K,A,M_i)為點M_i在待標定相機對應圖像中的投影點的像素坐標。