三维内窥镜立体图像处理技术研究
|
摘要
随着成像技术和计算机处理技术的发展，二维图像远不能满足人们追求立体视觉的要求。尤其在医学领域，对手术用的显示系统要求日益提高，从而推动了立体摄像显示技术的研究与发展。本文正是针对这种需求借助立体电视技术的成果，结合计算机立体显示技术，设计了一整套立体摄像显示系统。
本文简要地介绍了立体视觉的基本原理和模拟实现手段，着重论述了采用双CCD摄像系统和立体图像形成及处理系统的硬件实现方法，在微处理器CPU的控制下，通过I~2C总线完成对视频信号处理的技术，并应用场存储器，低速存入高速取出的方法，将视频信号场周期20ms压缩为10ms。应用时分制的原理读取一路信号的奇数场信号和另一路信号的偶数场信号合成立体信号。合成后的立体视频信号再经过D／A数模转换和后级视频信号处理，图像将达到三维立体的效果。而后通过液晶调制屏与无源偏振眼镜相结合使观察者获得立体感受。
本项技术已达到了实用的程度，目前已用于医疗器械方面。不仅可以用于立体观察而且还可以进行工程检测，在视频娱乐和教育领域本技术也有很大的应用前景。
With the development of the imaging technology and computerprocessing technology, the two-dimensional picture can not be satisfied bypeople who pursue the stereoscopic vision. Especially in the field of medicine,the request of display system which is used in operation is enhancedincreasingly. So the research and development of stereo picking up imagesand display technology is impelled. This paper is designed to be a whole setof stereo picking up images and display system precisely in view of this kindof demand with the aid of stereo television technology achievement andcombining the computer stereo display technology.
In this paper, the fundamental of stereoscopic vision and the realizationmeans is introduced briefly. It is discussed in detail that using of the doubleCCD picking up images system and the hardware realization method ofstereo images forming and processing system.Under the microprocessor CPUcontrol, it completed video signal processing technology through the I~2C mainline. And though the method of memory and the low speed stores and highspeed takes out,it compressed the video signal field cycle 20ms into10ms.Two groups video signals will separately pass through the D/Aconverter and the latter level video signal processing again,and applicatetime-system principle synthesising three-dimensional signal,the picture willachieve the three dimensional effect. Then the stereo feeling is gained by theobserver through combining the LCD modulation screen with the passivepolarized glasses.
This technology has reached to the applied degree and been used inmedical appliance at present. It can be used not only in the stereo observationbut also in the project detection. And it has the much application foregroundin the field of video entertainment and education.
本文简要地介绍了立体视觉的基本原理和模拟实现手段，着重论述了采用双CCD摄像系统和立体图像形成及处理系统的硬件实现方法，在微处理器CPU的控制下，通过I~2C总线完成对视频信号处理的技术，并应用场存储器，低速存入高速取出的方法，将视频信号场周期20ms压缩为10ms。应用时分制的原理读取一路信号的奇数场信号和另一路信号的偶数场信号合成立体信号。合成后的立体视频信号再经过D／A数模转换和后级视频信号处理，图像将达到三维立体的效果。而后通过液晶调制屏与无源偏振眼镜相结合使观察者获得立体感受。
本项技术已达到了实用的程度，目前已用于医疗器械方面。不仅可以用于立体观察而且还可以进行工程检测，在视频娱乐和教育领域本技术也有很大的应用前景。
With the development of the imaging technology and computerprocessing technology, the two-dimensional picture can not be satisfied bypeople who pursue the stereoscopic vision. Especially in the field of medicine,the request of display system which is used in operation is enhancedincreasingly. So the research and development of stereo picking up imagesand display technology is impelled. This paper is designed to be a whole setof stereo picking up images and display system precisely in view of this kindof demand with the aid of stereo television technology achievement andcombining the computer stereo display technology.
In this paper, the fundamental of stereoscopic vision and the realizationmeans is introduced briefly. It is discussed in detail that using of the doubleCCD picking up images system and the hardware realization method ofstereo images forming and processing system.Under the microprocessor CPUcontrol, it completed video signal processing technology through the I~2C mainline. And though the method of memory and the low speed stores and highspeed takes out,it compressed the video signal field cycle 20ms into10ms.Two groups video signals will separately pass through the D/Aconverter and the latter level video signal processing again,and applicatetime-system principle synthesising three-dimensional signal,the picture willachieve the three dimensional effect. Then the stereo feeling is gained by theobserver through combining the LCD modulation screen with the passivepolarized glasses.
This technology has reached to the applied degree and been used inmedical appliance at present. It can be used not only in the stereo observationbut also in the project detection. And it has the much application foregroundin the field of video entertainment and education.
引文
1 李克彬 李世其．3D显示技术的最新研究进展．计算机工程．2003，29(12)：3～4
2 章毓晋．图像理解与计算机视觉．清华人学出版社，2000： 39～44
3 沈为民 王晓燕．部分像素全息屏实现三维显示．光子学报2001，31：467～470
4 沙济彭．电视最新技术及其未来，西安电子科技大学出版社，1996年
5 Troscianko T, Montagnon R, Leclerc J, et al. The role of colouras a monocular depth cue. Vision Research, 1991, 31(11):1923～1930.
6 ToshioMotoki, Harou Isono, Ichiro Yuyama. Present status of three dimensional television research. Proceedings of the IEEE, 1995, 83(7):1009～1020.
7 王国良 杜吉，医用电子内窥镜光学镜头图像畸变数字校正方法．光电子学报．2000，11(6)
8 章毓晋．图像理解与计算机视觉．清华大学出版社，2000．8
9 Pastoor S, Liu Jin, Renault S. An Experimental Multimedia System Allowing 3-D Visualization and Eye-controlled Interaction Without User-worn Device. IEEE Ansaction on Multimedia, 1999,1(1)
10 N. Nithiyanandam, K.P. Rajappan, "Stereo TV System with Stereo Sound", IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol. CE-23, No. 4, pp461-465, Nov. 1997.
11 Noah J. CCD Camera Testing. B.E. 1993,35(7)
12 袁启明．内窥镜的现状及发展趋势—电子内窥镜．中国医疗器械信息．1997年，第3卷，第5期
13 江洁 郁道银 张汉奇 王金刚 刘俊英．医用电子内窥镜图像采集与视频显示系统的设计与实现．中国生物医学工程学报，第20卷，第3期，2001年6月
14 赵辉 尹志勇 王正国．基于立体显示器的立体视觉实现．医疗卫生装备．2005，26(5)：12～14
15 郁道银 陈冬青 张汉奇．医用电子内窥镜彩色成像系统．激光与光电子学进展(增刊)，1999年，第9期
16 Bradley Bargen Peter Donnely．DirectX从入门到精通．北京：希望电脑公司，1999
17 赵仕健．Visual C++6.0编程实例解析．北京：科学出版社，2000
18 汪明霓．视差立体图像．杭州电子工业学院院报．2000，20(4)
19 孙水发．软件视频会议系统的设计与实现：[硕士学位论文]．浙江：浙江工业大学通信工程系，2003
20 Jerry Whitaker．高清晰度数字视频原理与应用．北京：电子工业出版社，2002．
21 于波．双目立体成像技术在微操作系统中的应用研究：[博士学位论文]：长春：中科院长春光学精密机械研究所，1998
22 张平 李隽 吴俊等．视频内窥镜图像采集与处理．应用光学．1995，16(4)
23 Dodgson N A. Autostereo Displays: 3D Without Glasses Invited Paper. Presented at EID 97(Electronic Information Display),Esher, Surrey, 1997
24 Kleinberger. Systems for Three-dimensional Viewing and Projection US Patent 6,252,707,2001
25 Ballard D.H Datasheet of Pentium Processor with MMX Technology. Intelcorp, 1996
26 乔林 杨志刚Visual C++高级编程技术MFC与多线程篇．北京：中国铁道出版社，2000
27 王庆有．CCD应用技术．天津：天津大学出版社，2000
28 阮秋琦．数字图像处理学．北京：电子工业出版社，2001
29 Crober ED, Hamslra SJ. Validalion of novel and objective measures of microsurgical skill: Hand-motion analysis and stereoscopic visual. Microsurgery, 2003, 23(4): 317～322
30 张惠 罗立民 舒华忠．医学图像中的立体视觉．中国医疗器械杂志，2003，27(4)：240～243，256
31 刘洋 邓小林 李冰．内窥镜立体视觉的实现．北京生物医学工程，2003，22(3)：187～190
32 周玲 张晓兵 尹涵春．虚拟现实中关于视觉深度感知的讨论．电子器件，2000，23(2)：117～123
33 何海英 张海燕．电视原理与数字视频技术．合肥：合肥工业大学出版社，2003
34 D Taubman, A Zakhor. Multirate 3-D subband coding of video. IEEE Trans Image Processing, 1998, 9( 3): 572～588.
35 吴家铸 党岗 刘华峰等．视景仿真技术及应用．西安：西安电子科技大学出版社，2001．
36 汪明霓．视差立体图像．杭州电子工业学院学报，2000，20(4)： 56～61
37 尹乐 立体摄像显示技术研究2005，
37 高稚允高岳．光电检测技术国防工业出版社 1995：33～43
38 孙士华．100Hz彩电的核心处理技术电视技术 1999：78～86
39 边兆明．数字电视与高清晰度电视人民邮电 1997：55～65
40 高稚先 高岳．光电检测技术 国防工业出版社 1995：14～23
41 马为华． 微型计算机及接口技术科学出版社 2000：31～37
2 章毓晋．图像理解与计算机视觉．清华人学出版社，2000： 39～44
3 沈为民 王晓燕．部分像素全息屏实现三维显示．光子学报2001，31：467～470
4 沙济彭．电视最新技术及其未来，西安电子科技大学出版社，1996年
5 Troscianko T, Montagnon R, Leclerc J, et al. The role of colouras a monocular depth cue. Vision Research, 1991, 31(11):1923～1930.
6 ToshioMotoki, Harou Isono, Ichiro Yuyama. Present status of three dimensional television research. Proceedings of the IEEE, 1995, 83(7):1009～1020.
7 王国良 杜吉，医用电子内窥镜光学镜头图像畸变数字校正方法．光电子学报．2000，11(6)
8 章毓晋．图像理解与计算机视觉．清华大学出版社，2000．8
9 Pastoor S, Liu Jin, Renault S. An Experimental Multimedia System Allowing 3-D Visualization and Eye-controlled Interaction Without User-worn Device. IEEE Ansaction on Multimedia, 1999,1(1)
10 N. Nithiyanandam, K.P. Rajappan, "Stereo TV System with Stereo Sound", IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol. CE-23, No. 4, pp461-465, Nov. 1997.
11 Noah J. CCD Camera Testing. B.E. 1993,35(7)
12 袁启明．内窥镜的现状及发展趋势—电子内窥镜．中国医疗器械信息．1997年，第3卷，第5期
13 江洁 郁道银 张汉奇 王金刚 刘俊英．医用电子内窥镜图像采集与视频显示系统的设计与实现．中国生物医学工程学报，第20卷，第3期，2001年6月
14 赵辉 尹志勇 王正国．基于立体显示器的立体视觉实现．医疗卫生装备．2005，26(5)：12～14
15 郁道银 陈冬青 张汉奇．医用电子内窥镜彩色成像系统．激光与光电子学进展(增刊)，1999年，第9期
16 Bradley Bargen Peter Donnely．DirectX从入门到精通．北京：希望电脑公司，1999
17 赵仕健．Visual C++6.0编程实例解析．北京：科学出版社，2000
18 汪明霓．视差立体图像．杭州电子工业学院院报．2000，20(4)
19 孙水发．软件视频会议系统的设计与实现：[硕士学位论文]．浙江：浙江工业大学通信工程系，2003
20 Jerry Whitaker．高清晰度数字视频原理与应用．北京：电子工业出版社，2002．
21 于波．双目立体成像技术在微操作系统中的应用研究：[博士学位论文]：长春：中科院长春光学精密机械研究所，1998
22 张平 李隽 吴俊等．视频内窥镜图像采集与处理．应用光学．1995，16(4)
23 Dodgson N A. Autostereo Displays: 3D Without Glasses Invited Paper. Presented at EID 97(Electronic Information Display),Esher, Surrey, 1997
24 Kleinberger. Systems for Three-dimensional Viewing and Projection US Patent 6,252,707,2001
25 Ballard D.H Datasheet of Pentium Processor with MMX Technology. Intelcorp, 1996
26 乔林 杨志刚Visual C++高级编程技术MFC与多线程篇．北京：中国铁道出版社，2000
27 王庆有．CCD应用技术．天津：天津大学出版社，2000
28 阮秋琦．数字图像处理学．北京：电子工业出版社，2001
29 Crober ED, Hamslra SJ. Validalion of novel and objective measures of microsurgical skill: Hand-motion analysis and stereoscopic visual. Microsurgery, 2003, 23(4): 317～322
30 张惠 罗立民 舒华忠．医学图像中的立体视觉．中国医疗器械杂志，2003，27(4)：240～243，256
31 刘洋 邓小林 李冰．内窥镜立体视觉的实现．北京生物医学工程，2003，22(3)：187～190
32 周玲 张晓兵 尹涵春．虚拟现实中关于视觉深度感知的讨论．电子器件，2000，23(2)：117～123
33 何海英 张海燕．电视原理与数字视频技术．合肥：合肥工业大学出版社，2003
34 D Taubman, A Zakhor. Multirate 3-D subband coding of video. IEEE Trans Image Processing, 1998, 9( 3): 572～588.
35 吴家铸 党岗 刘华峰等．视景仿真技术及应用．西安：西安电子科技大学出版社，2001．
36 汪明霓．视差立体图像．杭州电子工业学院学报，2000，20(4)： 56～61
37 尹乐 立体摄像显示技术研究2005，
37 高稚允高岳．光电检测技术国防工业出版社 1995：33～43
38 孙士华．100Hz彩电的核心处理技术电视技术 1999：78～86
39 边兆明．数字电视与高清晰度电视人民邮电 1997：55～65
40 高稚先 高岳．光电检测技术 国防工业出版社 1995：14～23
41 马为华． 微型计算机及接口技术科学出版社 2000：31～37