显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置、系统
技术领域
[0001] 本
发明涉及外科手术设备领域，尤其涉及一种显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置、系统。
背景技术
[0002] 显微镜下外科手术最初是采用主刀及助手医生直视显微镜目镜下进行手术，手术时间长，要求步骤精细，手术
视野为强光环境，长时间注视该强光环境，造成医生眼睛疲劳视
力下降，并且只有手术医生能看到手术过程，难以实现远程教学，且手术医生在手术出现困难以及失误时手术助手难以发现和及时提供帮助。
[0003] 后来随着2D摄像技术的发展，将2D摄像系统应用于显微外科，虽然解决了图像外放的问题，但是2D过于平面化的致命
缺陷，造成手术区的景深立体感缺失，相反还增加了手术的难度，导致医生废弃观看2D摄像系统图像进行手术的方法，返回到原始的直视目镜手术的方式。
发明内容
[0004] 为了克服
现有技术的不足，本发明提出一种显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置、系统，通过
图像采集模
块采集显微镜视野中的图像，将该图像转换为左眼图像
信号和右眼图像信号，并利用控
制模块将左眼图像信号和右眼图像信号合称为3D图像，形成的3D图像与显微镜中的图像保持一致，没有平面化的缺陷，医生不需要长时间主视强光环境，不容易疲劳，并且能够3D图像呈现给其他助手医护人员实现了远程教学和辅助手术的目的，提高了显微外科手术效率，降低医疗事故发生的概率。
[0005] 为解决上述问题，本发明采用的一个技术方案为：一种显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置，所述显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置应用于显微镜，所述显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置包括控制单元、图像采集单元；所述控制单元与所述图像采集单元连接，所述控制单元包括
控制模块、电源模块，所述控制模块与所述电源模块连接，并获取所述图像采集单元传输的图像信号，将所述图像信号转换为3D图像信号并输出，其中，通过所述图像信号中的左眼图像信号、右眼图像信号合成所述3D图像信号；所述图像采集单元包括对称设置在所述显微镜的目镜两侧的左眼图像采集模块、右眼图像采集模块，所述左眼图像采集模块与所述右眼图像采集模块分别包括与所述控制模块连接的第一CMOS感应器、第二CMOS感应器，所述第一CMOS感应器、第二CMOS感应器获取所述目镜中的图像，将所述图像中的左眼图像、右眼图像分别转换为左眼图像信号、右眼图像信号，并传输给所述控制模块。
[0006] 进一步地，所述目镜内设置有两个直
角三棱镜，所述直角三棱镜的其中一条直角边垂直于所述目镜的光路，另外一条直角边分别与所述左眼图像采集模块的光线入口、右眼图像采集模块的光线入口相对，通过所述直角三棱镜将包含所述左眼图像、右眼图像的光线分别折射至左眼图像采集模块、右眼图像采集模块。
[0007] 进一步地，所述左眼图像采集模块、右眼图像采集模块分别设置有左光学接头、右光学接头，所述左光学接头、右光学接头内设置有反射镜片，所述反射镜片相对于所述光线倾斜设置，通过所述反射镜片将包含所述左眼图像、右眼图像的光线分别垂直射入所述第一CMOS感应器、第二CMOS感应器中。
[0008] 进一步地，所述图像采集单元还包括第一壳体、第二壳体，所述第一壳体与所述左光学接头
螺纹连接，所述第二壳体与所述右光学接头
螺纹连接，所述第一CMOS感应器、第二CMOS感应器分别设置在所述第一壳体、第二壳体内。
[0009] 进一步地，所述图像采集单元还包括第一控制组件、第二控制组件，所述第一控制组件、第二控制组件分别设置在所述第一壳体、第二壳体内，且分别与所述第一CMOS感应器、第二CMOS感应器连接；
[0010] 所述第一控制组件和第二控制组件上设置有程控按键，所述程控按键贯穿所述第一壳体、第二壳体，通过所述程控按键控制所述第一CMOS感应器、第二CMOS感应器。
[0011] 进一步地，所述控制模块包括
图像处理组件、控制面板，所述控制面板分别与所述图像处理组件、电源模块连接，通过所述控制面板控制所述图像处理组件和电源模块。
[0012] 进一步地，所述图像处理组件包括左眼图像
信号处理芯片、右眼图像信号处理芯片以及分别与所述左眼图像采集模块、右眼图像信号采集模块连接的第一端口、第二端口，所述左眼图像信号处理芯片通过所述第一端口获取左眼图像信号并对所述左眼图像信号进行计算处理，所述右眼图像信号处理芯片通过所述第二端口获取右眼图像信号，并对所述右眼图像信号进行计算处理。
[0013] 进一步地，所述电源模块包括
滤波器、
开关电源，所述
开关电源与所述滤波器连接，将所述滤波器传输的交流电转换为直流电，并将所述直流电传输给所述控制面板。
[0014] 基于相同的发明构思，本发明再提出一种显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统，所述显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统包括显示器、显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置；所述显示器与所述显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置连接，根据所述显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置传输的信息生成3D图像；所述显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置包括如上所述的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置。
[0015] 相比现有技术，本发明的有益效果在于：通过图像采集模块采集显微镜视野中的图像，将该图像转换为左眼图像信号和右眼图像信号，并利用控制模块将左眼图像信号和右眼图像信号合称为3D图像，形成的3D图像与显微镜中的图像保持一致，没有平面化的缺陷，医生不需要长时间主视强光环境，不容易疲劳，并且能够3D图像呈现给其他助手医护人员实现了远程教学和辅助手术的目的，提高了显微外科手术效率，降低医疗事故发生的概率。
附图说明
[0016] 图1为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置一
实施例的结构图；
[0017] 图2为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的图像采集单元一实施例的结构图；
[0018] 图3为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的控制面板一实施例的器件分布图；
[0019] 图4为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的电源模块和图像处理组件一实施例的结构图；
[0020] 图5为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的图像
信号传输方式一实施例的
流程图；
[0021] 图6为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统一实施例的结构图。
[0022] 图中：1、控制单元；2、图像采集单元；11、电源模块；12、控制模块；21、左眼图像采集模块；22、右眼图像采集模块；211、第一CMOS感应器；221、第二CMOS感应器；216、电源线；215、数据线；213、
镀膜镜片；214、程控按键；212、左光学接头；23、直角三棱镜；222、右光学接头；121、左眼图像信号输入
接口；122、右眼图像信号输入接口；123、程序菜单控制按键；
124、通讯处理芯片；125、
锁定
白平衡按键；126、中央处理芯片；127、电源开关按键；128、USB刻录及
软件升级接口；131、
通信接口；130、供电接口；129、图像处理组件供电接口；144、左眼图像信号处理芯片；145、右眼图像信号处理芯片；132、第一端口；133、第二端口；136、视频处理芯片；141、DVI接口；140、SDI接口；139、HDMI接口；137、第一接口；138、第二供电接口；135、信号输入接口；134、第二图像处理组件；111、滤波器；112、开关电源；142、USB接口；
143、WAN接口。
具体实施方式
[0023] 下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0024] 请参阅图1-5，其中，图1为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置一实施例的结构图；图2为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的图像采集单元一实施例的结构图；图3为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的控制面板一实施例的器件分布图；图4为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的电源模块和图像处理组件一实施例的结构图；图5为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的图像信号传输方式一实施例的流程图。结合附图1-5对本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置作详细说明。
[0025] 在本实施例中，显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置应用于显微镜，显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置包括控制单元1、图像采集单元2；图像采集单元2包括对称设置在显微镜的目镜两侧的左眼图像采集模块21、右眼图像采集模块22，左眼图像采集模块21与右眼图像采集模块22分别包括与控制模块12连接的第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221，第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221获取目镜中的图像，将该图像中的左眼图像、右眼图像分别转换为左眼图像信号、右眼图像信号，并传输给控制模块12；控制单元1与图像采集单元2连接，控制单元1包括控制模块12、电源模块11，控制模块12与电源模块11连接，控制单元1通过控制模块12向图像采集单元2供电，并获取图像采集单元2传输的图像信号，将图像信号转换为3D图像信号并输出，图像信号包括左眼图像信号、右眼图像信号，通过包括左眼图像信号、右眼图像信号合成3D图像信号。
[0026] 在本实施例中，左眼图像采集模块21、右眼图像采集模块22固定在目镜的两侧。对应左眼的目镜与左眼图像采集模块21连接，对应右眼的目镜与右眼图像采集模块22，通过左眼图像采集模块21、右眼图像采集模块22分别获取不同目镜放大后的图像。
[0027] 在一个具体的实施例中，左眼图像采集模块21、右眼图像采集模块22通过螺纹连接的方式固定在目镜两侧，通过旋转的方式调节左眼图像信号、右眼图像信号对应的图像的焦点。
[0028] 在本实施例中，左眼图像采集模块21和右眼图像采集模块22与目镜的连接处均设置有光线入口，通过该光线入口将经目镜放大后的图像分别传输至第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221。
[0029] 在本实施例中，目镜内设置有两个直角三棱镜23，这两个直角三棱镜23分别设置在对应不同眼镜的目镜一侧，直角三棱镜23的其中一条直角边垂直于目镜的光路，另外一条直角边分别与左眼图像采集模块21的光线入口、右眼图像采集模块22的光线入口相对，通过直角三棱镜23将经过目镜放大后包含左眼图像、右眼图像的光线分别折射至左眼图像采集模块21、右眼图像采集模块22。
[0030] 在本实施例中，左眼图像采集模块21、右眼图像采集模块22分别设置有左光学接头212、右光学接头222，左光学接头212、右光学接头222内设置有反射镜片，反射镜片相对于光线倾斜设置，通过反射镜片将包含左眼图像、右眼图像的光线反射后分别垂直射入第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221中。
[0031] 在本实施例中，左光学接头212、右光学接头222固定在目镜上，并沿直角三棱镜23折射后的光线延伸，光线入口设置在左光学接头212、右光学接头222与目镜连接的一端。反射镜片设置在左光学接头212、右光学接头222的另一端。第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221分别设置在与左光学接头212、右光学接头222中的反射镜片的反射镜面相对应的一侧。
[0032] 在本实施例中，在本实施例中，左光学接头212、右光学接头222中还设置有透镜，透镜设置在反射镜片与光线入口之间，通过透镜将折射后的光线汇聚到反射镜片上。其中，透镜相对于反射镜片的
位置可根据用户需求调节以保持左眼图像信号对应的图像的焦点与右眼图像信号对应的图像的焦点一致。
[0033] 在本实施例中，图像采集单元2还包括第一壳体、第二壳体，第一壳体与左光学接头212螺纹连接，第二壳体与右光学接头222螺纹连接，第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221分别设置在第一壳体、第二壳体内。
[0034] 在本实施例中，第一壳体、第二壳体分别垂直固定在左光学接头212、右光学接头222上。通过旋转第一壳体、第二壳体分别实现对第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221的调焦。
[0035] 在本实施例中，图像采集单元2还包括第一控制组件、第二控制组件，第一控制组件、第二控制组件分别设置在第一壳体、第二壳体内，且分别与第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221连接；第一控制组件和第二控制组件上设置有程控按键214，程控按键214贯穿第一壳体、第二壳体，通过程控按键214控制第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221。
[0036] 在一个具体的实施例中，通过程控按键214调节第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221
像素位移以调整图像在
水平方向的焦点。
[0037] 在本实施例中，第一壳体、第二壳体形状相同，均为筒状且远离程控按键214的一端收缩形成锥形。
[0038] 在本实施例中，第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221像分别固定在第一控制组件、第二控制组件靠近反射镜片的一侧。
[0039] 在本实施例中，第一控制组件、第二控制组件远离反射镜片一侧设置有数据线215和电源线216，通过该电源线216和数据线215分别向第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221供电和传输图像采集单元2采集的图像信号。
[0040] 在本实施例中，第一CMOS感应器211靠近左光学镜头的一侧、第二CMOS感应器221靠近右光学镜头的一侧还设置有镀膜镜片213，通过该镀膜镜片213将反射镜片反射的光学汇聚到第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221中以提高图像清晰度。
[0041] 在本实施例中，控制模块12包括图像处理组件、控制面板，控制面板分别与图像处理组件、电源模块11连接，通过控制面板控制所述图像处理组件和电源模块11。
[0042] 在本实施例中，控制面板上设置有左眼图像信号输入接口121、右眼图像信号输入接口122、程序菜单控制按键123、通讯处理芯片124、锁定白平衡按键125、中央处理芯片126、电源开关按键127、USB刻录及软件升级接口128、通信接口131、供电接口130以及图像处理组件供电接口129。
[0043] 其中，左眼图像信号输入接口121、右眼图像信号输入接口122分别与第一控制组件、第二控制组件上的数据线215、电源线216连接。通过锁定白平衡按键125向第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221分别输入锁定白平衡的指令。通讯处理芯片124和中央处理芯片126用于处理显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置与其他器件之间的通讯和向图像处理器组件、电源模块11、第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221发送指令。电源开关按键127用于控制显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置的通断电。控制面板通过通信接口131与图像处理组件连接，利用该通信接口131向图像处理组件传输指令。
[0044] 在本实施例中，图像处理组件包括左眼图像信号处理芯片144、右眼图像信号处理芯片145以及分别与左眼图像采集模块21、右眼图像信号采集模块连接的第一端口132、第二端口133，左眼图像信号处理芯片144通过第一端口132获取左眼图像信号并对左眼图像信号进行计算处理，右眼图像信号处理芯片145通过第二端口133获取右眼图像信号，并对右眼图像信号进行计算处理。
[0045] 在本实施例中，第一端口132、第二端口133分别与控制面板上的左眼图像信号输入接口121、右眼图像信号输入接口122连接，图像处理器组件通过第一端口132、第二端口133获取图像信号，并利用第一端口132、第二端口133与电源线216连接以分别向左眼图像采集模块21、右眼图像采集模块22供电。
[0046] 在本实施例中，左眼图像信号处理芯片144、右眼图像信号信号处理芯片以及视频处理芯片136可以为CPU，通过左眼图像信号处理芯片144、右眼图像信号信号处理芯片对采集到的左眼图像信号、右眼图像信号进行视图创建、布局计算、图片解码等计算处理。
[0047] 在本实施例中，图像处理组件还包括视频处理芯片136、视频传输接口，视频处理芯片136分别与左眼图像信号处理芯片144、右眼图像信号处理芯片145连接，视频处理芯片136根据左眼图像信号处理芯片144、右眼图像信号处理芯片145分别传输的左眼图像信号、右眼图像信号生成2D/3D视频信息。
[0048] 在本实施例中，图像处理组件还包括WAN接口143、USB接口142，视频处理芯片136通过WAN接口143、USB接口142分别与网络和具备USB接口142的设备连接，并通过WAN接口143、USB接口142将2D/3D视频信息传输给其他设备。
[0049] 在本实施例中，图像处理组件还包括第一接口137、第二供电接口138、信号输入接口135，第一接口137与控制面板上的USB刻录及软件升级接口128以及视频处理芯片136连接，通过第一接口137实现USB刻录和软件升级。第二供电接口138与控制面板上的图像处理组件供电接口129连接，通过该第二供电接口138接收控制面板传输的
电流。信号输入接口135与控制面板上的通信接口131连接，通过该信号输入接口135接收控制面板传输的指令以及实现控制面板与图像处理组件之间的信息传输。
[0050] 在一个具体的实施例中，通过该第二供电接口138接收的电流
电压为12V。
[0051] 在本实施例中，为了提高图像信号的处理效率，控制模块12还包括第二图像处理组件134，该第二图像处理组件134与图像处理组件连接，由该第二图像处理组件134对图像信息进行
渲染处理生成可供显示器显示的2D/3D图像或与图像处理组件协同产生2D/3D图像，产生的2D/3D图像通过视频传输接口传输给显示器。
[0052] 在本实施例中，第二图像处理组件134可以为GPU，通过该GPU对视频处理芯片处理后的视频信息进行渲染处理，生成显示器能够直接使用的2D/3D图像。
[0053] 在本实施例中，视频传输接口包括DVI接口141、SDI接口140以及HDMI接口139，第二图像处理组件134通过DVI接口141、SDI接口140传输2D图像，通过HDMI接口139传输3D图像。
[0054] 在本实施例中，电源模块11包括滤波器111、开关电源112，开关电源112与滤波器111连接，将滤波器111传输的交流电转换为直流电，并将直流电传输给控制面板。
[0055] 在一个具体的实施例中，开关电源112与控制面板上的供电接口130连接，将滤波器111传输的220V交流电转换为12V直流电，通过供电接口130传输给控制面板以实现对控制面板、图像处理组件和图像采集单元2的供电。
[0056] 本发明的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置将显微镜下高景深、高立体感的手术区域的图像实时、同步的以3D
视频信号(视频格式为左右格式)的方式传输到3D显示设备上(包含偏振光3D和裸眼3D显示设备)，解决主刀手术医生长时间直视显微镜目镜带来的眼部、颈部疲劳。解放双眼的同时也将该3D图像呈现给其他助手医护人员辅助手术，提高显微外科手术效率，降低可能发生的医疗事故概率。进而实现显微外科类似
腹腔镜手术的方式。
[0057] 本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置传输的3D实时图像，让其他正处在学习阶段的医生也能够同时直观的看到手术的真实过程，对于提高这些医生的学习效率、缩短学习曲线，使得越来越多的医生提高外科临床技能水平，同时本发明自带实时3D视频信号的录像功能，能够实时记录手术真实图像过程，有利于病例的分析及医生的学习，此外本发明自带实时3D视频信号网络传输功能，有利于
远程手术及专家会诊指导手术。
[0058] 本发明设备能够改善目前显微外科的手术习惯，极大的提高所有显微外科医生的临床技能水平，同时利于显微外科年轻医生的技能学习，增强医疗技术核心力，对于全国乃至全世界显微外科的医疗发展都有极大的推进作用。
[0059] 本发明的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置为外置独立系统，可以连接医院现有的显微镜设备，进行旧物改造，将传统的
光学显微镜升级为光-电一体3D视频显微镜，不需要重复购买新设备，节省了大笔的资金。
[0060] 独立外置的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置，能够完美接驳市场上绝大多数显微镜，对现有显微镜进行跨代升级，避免了重复购置显微镜，节省大量医疗资金。
[0061] 独立的左/右双摄像头，每一个摄像头都可以通过机械结构调节水平方向的上下和左右焦点的位置，也可以同轴转动，用来调节同轴方向的焦点位置。从而使采集的图像信号水平方向和同轴焦点对齐，提高形成的3D图像的视觉效果。
[0062] 本发明的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置具有以下优点：
[0063] (1)通过第一CMOS感应器211、第二CMOS感应器221的像素位移来调节水平方向的焦点；
[0064] (2)装置可以外置，方便系统本身的软
硬件升级，也更方便系统的维护保养。
[0065] (3)自带网络功能，远距离传输实时3D手术画面，在5G时代，有利于远程手术及专家会诊指导手术。
[0066] (4)自带USB刻录接口，有利于病例的分析及医生的学习。
[0067] 有益效果：本发明的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置通过图像采集模块采集显微镜视野中的图像，将该图像转换为左眼图像信号和右眼图像信号，并利用控制模块将左眼图像信号和右眼图像信号合称为3D图像，形成的3D图像与显微镜中的图像保持一致，没有平面化的缺陷，医生不需要长时间主视强光环境，不容易疲劳，并且能够3D图像呈现给其他助手医护人员实现了远程教学和辅助手术的目的，提高了显微外科手术效率，降低医疗事故发生的概率。
[0068] 基于相同的发明构思，本发明还提出一种显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统，请参阅图6，图6为本发明显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统一实施例的结构图。结合图6对本发明的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统作详细说明。
[0069] 在本实施例中，显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统包括显示器、显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置；显示器与显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置连接，根据显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置传输的信息生成3D图像。
[0070] 在本实施例中，显示器可以为裸眼3D图像显示器，还可以为偏振光
3D显示器。
[0071] 显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置包括如上述实施例所述的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集装置，在此不做详述。
[0072] 有益效果：本发明的显微镜外置双路同步平行光3D图像实时采集系统通过图像采集模块采集显微镜视野中的图像，将该图像转换为左眼图像信号和右眼图像信号，并利用控制模块将左眼图像信号和右眼图像信号合称为3D图像，形成的3D图像与显微镜中的图像保持一致，没有平面化的缺陷，医生不需要长时间主视强光环境，不容易疲劳，并且能够3D图像呈现给其他助手医护人员实现了远程教学和辅助手术的目的，提高了显微外科手术效率，降低医疗事故发生的概率。
[0073] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、模块和
电路，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述电路的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
[0074] 所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。
[0075] 上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的
基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
