JPH0832960A - ビジュアルインフォメーションシステム並びに画像表示方法 - Google Patents

ビジュアルインフォメーションシステム並びに画像表示方法

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JPH0832960A
JPH0832960A JP6333236A JP33323694A JPH0832960A JP H0832960 A JPH0832960 A JP H0832960A JP 6333236 A JP6333236 A JP 6333236A JP 33323694 A JP33323694 A JP 33323694A JP H0832960 A JPH0832960 A JP H0832960A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 観察者に対して実際の対象物に重ね合わせ
て、コンピュータ処理された画像を同時に表示するため
の可視情報システムを提供することを目的とする。 【構成】 画像を入力するためのカメラと、その画像を
処理するための処理装置と、そして処理画像を表示する
ための表示装置とでシステムを構成する。処理装置に対
して観察者そして／または対象物の位置または動きを入
力するためのセンサを用意し、観察者そして／または対
象物が移動して視野が変化しても、実像と処理画像とが
重なるように処理装置で画像処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は画像処理システムの分野
に関わり、更に詳細には頭部に装着する方式の画像処理
並びに表示システムとその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】観察者が物体の特徴並びに空間的関係を
観察するのを支援する為に、写真や電子的に記憶された
画像を用いるのが有効な場合がしばしば存在する。観察
者が探し出したいと思ったり、または見たいと思う特徴
はしばしばぼんやりとしていたり、または肉眼では探し
出すのが困難であったりする。
【０００３】一例は外科手術を行う場合である。外科医
は手術の開始前に対象領域の写真または電子画像を撮
る。画像は事前の診断検査、例えば磁気共鳴画像（ＭＲ
Ｉ）またはコンピュータ断層画像（ＣＡＴ）から得られ
る。外科医はこの画像を手術中に処置のガイドとして参
照する。例えば、腫瘍の摘出処置の開始前に腫瘍の画像
が撮られる。手術中に外科医は、腫瘍を探し出す際の助
けとして、または腫瘍全部が除去されたことを確認する
ために画像を参照できる。
【０００４】
【発明の目的と要約】本発明は観察者に対し、観察者の
視界を妨げずまた観察者が対象物から目を離す必要もな
く、画像情報を提供するための方法並びに装置を提供す
る。本発明のひとつの実施例では、コンピュータで生成
した画像を使用者の視界内に使用者の視野を妨げること
なく表示する画像システムを提供する。これにより使用
者は対象物から目を離すことなく画像を見ることが可能
となる。更に、使用者が見る画像は正しい視角または視
点を有するように操作される。コンピュータで生成した
画像を、使用者が見ている実際の画像に重ね合わせて、
使用者がコンピュータ生成画像を、使用者が実際に見て
いる対象物の眺めに関連付けることの助けとできる。
【０００５】本発明の更に別の特長は使用者または対象
物の動きをシステムで監視し、表示画像を動きに合わせ
て補償して変更できることである。これにより、使用者
は対象物を、単に頭を動かすだけで異なる見方で見るこ
とができる。この三次元効果は画像が、使用者の見るこ
との出来ない内部の特徴を示している場合に重要であ
る。例えば、手術中に大動脈の位置に印を付けることが
出来て、外科医がそれらを避けることが可能である。
【０００６】
【実施例】記憶されている画像を観察者が視野の中の対
象物を識別する際の助けとして使用することに関して
は、いくつかの欠点が存在する。第一に観察者は記憶さ
れている画像を見るために、対象物から目を離さなけれ
ばならず、実行中の作業を中断し観察者の集中力を途切
れさせる。第二に、観察者に提供される画像は固定され
た視界を有し、従って観察者は画像の視点を容易に操作
することが出来ない。環境によっては、画像を観察者の
視界とを関連付けることが困難である。例えば、電子機
器組み立て部品の検査を行う際に、その構成部品が多数
の非常に類似しているかまたは更に悪い場合には同一の
構成部品で取り囲まれている場合には、検査または取り
外し対象の構成部品の画像は、それほど助けにならな
い。
【０００７】更に良い解決方法は、観察している対象物
の上に画像を重ね合わせて、実際上対象物の輪郭を強調
する事である。視力増強画像システムの多くの応用例が
開示されており、例えば先に説明した、手術をガイドす
る為に使用する、画像の三次元情報を利用して強調され
た画像を生成し、外科医の視線の中に投影して外科医が
患者から目を離すことなく画像を見ることを可能とする
ことができる。
【０００８】図１は開示された画像システムのひとつの
実施例の図式図を示す。ビデオカメラ２２は被検者、こ
の場合は外科手術される患者、を観察し、画像の電子的
描写をチャンネル３４経由で処理装置２８に転送する。
ビデオカメラのを何にするかは必要とされる情報によ
り、本発明ではクリティカルな問題ではない。例えば、
カメラは白黒またはカラー、ディジタル式またはアナロ
グであっても良く、可視光外の光に感受性を有するもの
であってもかまわない。アプリケーションによっては、
複数のカメラを使用して処理装置に付加的な視界を送り
三次元画像の生成の助けとすることが好適な場合もあ
る。
【０００９】オプションである患者位置センサ２４は情
報を処理装置２８に伝送し、患者の動きを補償するため
の画像処理並びに表示機能を可能とする。注意されたい
のは、対象物の位置並びに動き情報はカメラを経由して
得られた画像からビジョンアルゴリズム（ｖｉｓｉｏｎ
ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ）を使用して抽出できるという
点である。処理装置２８は患者の特徴を追尾するとによ
り、位置並びに動き情報を決定できる。患者に適当な特
徴が自然には存在しない場合は、コントラストの高い印
を処置が始まる前に患者の上に描き、患者が処理装置２
８によって光学的に追尾可能とする。
【００１０】観察者位置センサ２６は観察者の位置を追
尾し、観察者が動いたり振り向いたりして画像の異なる
視界を見ることを可能とする。位置センサ２６は処理装
置２８に対して視角を補償することを可能とするだけで
はなく、対象物から観察者への距離が変わると画像のス
ケールを変更し、観察者が対象物をスキャンすればスク
リーン上の画像を移動させることをも可能とする。観察
者と対象物の初期位置が既知の場合は、動きセンサが位
置センサの代わりに使用できる。動き補償は患者の動き
によって画像が歪んだりまたは塗りつぶされたりするこ
とを防止している。
【００１１】処理装置２８はカメラ２２またはその他の
画像源からの画像を操作するための画像処理アルゴリズ
ムを提供する。その他の画像源は図１には図示されてい
ない、が走査された写真、ＭＲＩまたはＣＡＴ走査、そ
の他の医療診断機器、事前の外科処置、または任意の画
像装置を含むことができる。適用例によっては画像処理
機能は、画像調整、特徴抽出、およびマッチングまたは
相関アルゴリズム（ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｌｇｏ
ｒｉｔｈｍｓ）が好ましい場合もある。コンピュータ生
成画像は線画表現または完全な三次元画像またはこれら
二つの組合せであっても良い。例えば、腫瘍は完全に描
写され着色されてしそれを取り囲む組織を線枠画モデル
で表現しても良い。処理装置はまた対象物のある種の特
徴を強調するために虚色（ｆａｌｓｅ ｃｏｌｏｒｉｎ
ｇ）を使用することも可能である。文字データもまた外
科医に対して、外科手術中に患者の生命徴候を通知する
ように表示することもできる。
【００１２】画像データの走査に加えて、処理装置２８
は外科医からの入力を受信し、外科医が興味を持つ領域
に印を付け、後で分析するためのグラフィカルデータベ
ースを構築することを可能とする。外科医からの入力は
また記憶されている情報と一緒に使用することも可能で
あり、特徴認識を助ける。外科医は処理装置へデータ入
力を行うための任意の装置を使用でき、これらはキーボ
ード、マウス、タッチスクリーン、トラックボール、ラ
イトペン、または音声認識を含む。
【００１３】処理装置２８としては任意型式の処理装
置、または処理装置のグループで、画像システムが要求
する、必要な画像処理および表示制御機能を行えるもの
であれば何でもかまわない。例えば、処理装置はテキサ
ス・インスツルメント・マルチメディア・ビデオ処理装
置（ＭＶＰ）画像処理チップを中心に設計することが可
能である。処理装置は画像、対象物移動、観察者位置、
そして観察者入力データを実時間で処理するための十分
なスループットを持たなければならない。要求されるフ
レーム量はアプリケーションによって変わるが、好適に
は毎秒６０から１００フレームなければならないが、毎
秒３０フレームまたはそれ以下でも、特に動きが非常に
少ない環境によっては許容可能である。フレーム量は動
的に変化し、これは画像の複雑さおよび画像処理アルゴ
リズムが処理能力への要求を変化させるためである。
【００１４】処理された画像は表示装置に制御バス４０
経由で送られる。表示装置は画像を観察されている対象
物の上に重ね合わすように表示できる空間光変調形式の
ものであれば何でもかまわない。光学系３３は画像の焦
点をあわせ投影するために使用されている。光源３２お
よび光学系３３は使用される空間光変調器の型式によっ
ては全てのアプリケーションで必要とされるわけではな
い。
【００１５】表示装置、光源および光学系を含む表示シ
ステム６８のひとつの実施例が図２に示されている。源
５４からの光は必要に応じてレンズ５８で集光され平行
化される。集光された光５６は空間光変調器で変調され
る、この場合はＤＭＤアレイ６０である。反射光６２は
集光され必要に応じてレンズ６４で増強される。次に光
はレンズ５０で反射される。同時に対象物４６からの光
４８はレンズ５０を透過することが可能である。対象物
およびＤＭＤアレイからの光５２は表示システム６８の
外に出、観察者によって見られる。
【００１６】レンズ５０は一対のゴーグル、または顔面
保護遮蔽の様に装着され、観察者がレンズ５０を通して
対象物４６およびレンズ上に投影された画像をも見るこ
とが出来るようにしている。レンズ５０は光を反射する
ように部分的に銀メッキされているか、または単に部分
的に反射する表面を具備した物質でかまわない。レンズ
５０は典型的には、対象物からの光の約９０％がレンズ
５０を透過し、一方でＤＭＤからの反射光６６の１０％
を反射するように設計されている。レンズ５０で反射お
よび透過される光の量は適用例および対象物並びにイメ
ージャーから得られる光の量に依存する。ＤＭＤ６０は
本適用例には特に有用であり、その理由は投影された画
像の明るさを広い範囲に渡って調整出来るためである。
この広範な調整は観察者が画像の明るさと対象物の見や
すさとの間で許容できるバランスを求めることを可能と
している。
【００１７】本発明に基づく表示システムの第二の実施
例は、単に対象物からの光を減衰させるものある。この
図３に図示されている第二の実施例は、ＤＭＤの代わり
に液晶表示（ＬＣＤ）を使用する。光源または投影光学
系を必要としないので、ＬＣＤ６７は観察者によって装
着されるゴーグル６９の実際のレンズでも良い。ケーブ
ル７１はＬＣＤを駆動するのに必要な信号を伝送する。
図２の反射レンズの代わりにＬＣＤを使用することは、
画像からの光を更に減衰させ、かつ観察者の可視性を減
少させる。関心の対象領域は関心対象領域からの光を減
衰することにより、またはこれらの関心対象を除く全て
の領域からの光を減衰さることにより印を付けることが
出来る。
【００１８】手術画像システムのひつの実施例が図４に
示されている。観察者７２は表示システム６８を通して
対象物４６を眺める。この実施例では表示システム並び
に観察者位置センサ２６は観察者７２の頭部に装着され
ている。対象物位置センサ２４は観察者７２またはカメ
ラ２２いずれの視界をも妨げることなく対象物４６に取
り付けられている。処理装置２８はカメラ２２、観察者
位置センサ２６、および対象物位置センサ２４からデー
タを受信し、データを表示システム６８に送る。
【００１９】図５は患者から異物を取り除くための手術
中における、画像システムを通した視界の一例を示す。
図５に於て、外科医は異物８０を患者の手８２から取り
除こうとしている。文字情報８４、例えば患者の生命徴
候、対象物との距離、および経過時間が表示される。関
心のある対象物、この場合は外科医が避けようとしてい
る神経８６、及び異物８０の侵入経路８８が強調されて
いる。理解されたいのは、外科医が患者に対して移動す
ると、表示画像並びに患者の手の視野が一致して変化
し、外科医が異物８０を除去する最善の方法を決定でき
るようにしていることである。
【００２０】従って、ここまで外科画像システムに関す
る特定の実施例を開示してきたが、この様な特定の参照
例を添付の特許請求の範囲に記載されている項目を除
き、本発明の範囲を制限するものとは考えていない。更
に、本発明を特定の実施例に関連して記述してきたが、
本技術分野に精通の者には更なる修正が考えられること
は理解されたい、全てのこの様な修正が添付の特許請求
の範囲に落ちるものと意図している。
【００２１】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）画像システムであって、シーン情報を電子信号に
変換し、前記信号を伝送するために、シーンをモニター
するためのカメラと、前記カメラから前記信号を受信
し、前記信号に対する画像処理ルーチンを実行し、前記
シーンに関する情報を表わす処理信号を生成するための
プロセッサと、前記処理信号を受信し、前記処理信号を
表示画像に変換するための表示装置で、観察者が前記表
示装置を通して前記シーンと前記表示画像の両方を見る
ことが可能な表示装置とを含む、画像システム。
【００２２】（２）第１項記載の画像システムに於て、
前記表示画像が前記観察者の視界からの前記シーンの上
に重ね合わされる、前記画像システム。
【００２３】（３）第１項記載の画像システムに於て、
前記表示画像が一対のゴーグルのレンズ上に投影され
る、前記画像システム。
【００２４】（４）第１項記載の画像システムに於て、
前記表示画像が顔面保護遮蔽上に投影される、前記画像
システム。
【００２５】（５）第１項記載の画像システムに於て前
記表示装置が空間光変調器を含み、前記観察者が前記空
間光変調器を通して眺める、前記画像システム。
【００２６】（６）第１項記載の画像システムに於て、
前記表示装置がディジタル式マイクロミラー装置を含
む、前記画像システム。
【００２７】（７）第１項記載の画像システムに於て、
前記表示装置が液晶表示器を含む、前記画像システム。
【００２８】（８）第１項記載の画像システムに於て、
前記表示装置が部分的に銀メッキされたレンズを含む、
前記画像システム。
【００２９】（９）第１項記載の画像システムに於て、
前記表示装置が前記システムの使用者の頭に装着され
る、前記画像システム。
【００３０】（１０）第１項記載の画像システムに於
て、前記処理装置が前記画像処理作業を実時間で実行す
る、前記画像システム。
【００３１】（１１）第１項記載の画像システムに於
て、前記処理装置が前記シーンの動きを補償するように
前記シーンの特徴を追尾する、前記画像システム。
【００３２】（１２）第１項記載の画像システムが更
に、前記シーン内の対象物に装着された位置センサを含
み、前記処理装置と通信を行って前記処理装置が前記シ
ーン内での前記対象物の位置をモニター出来るようにし
ている、前記画像システム。
【００３３】（１３）第１項記載の画像システムが更
に、前記場面内の対象物に装着された動きセンサを含
み、前記処理装置と通信を行って前記処理装置が前記シ
ーン内での前記対象物の動きを補償出来るようにしてい
る、前記画像システム。
【００３４】（１４）第１項記載の画像システムが更
に、前記使用者に装着された位置センサを含み、前記処
理装置と通信を行って前記処理装置が前記使用者の動き
を補償出来るようにしている、前記画像システム。
【００３５】（１５）第１項記載の画像システムが更
に、前記使用者に装着された動きセンサを含み、前記処
理装置と通信を行って前記処理装置が前記使用者の動き
を補償出来るようにしている、前記画像システム。
【００３６】（１６）第１項記載の画像システムに於
て、前記表示画像が前記シーンの高いコントライトの前
記シーン画像である、前記画像システム。
【００３７】（１７）第１項記載の画像システムに於
て、前記表示画像が前記場面の一部の虚色表現である、
前記画像システム。
【００３８】（１８）画像システムであって、連続的に
シーンをモニターし、シーン情報を電子信号に変換する
カメラと、前記電子信号を受信し、前記電子信号に対し
て画像処理を実行し、処理されたビデオ信号を出力する
ための処理装置と、前記シーン内の対象物に装着され、
前記対象物の位置に係わる情報を前記処理装置と通信す
るための位置センサと、前記システムの使用者に装着さ
れ、前記使用者の位置に係わる情報を前記処理装置と通
信するための位置センサと、前記ビデオ信号を受信し、
前記ビデオ信号を表示画像に変換する表示装置で、観察
者が前記表示装置を通して表示画像を前記場面に重ね合
わせて見ることの出来る、表示装置とを含む、前記画像
システム。
【００３９】（１９）対象物の画像を表示するための方
法であって、カメラを使用して対象物からの光を電子信
号に変換し、前記対象物の位置を追尾し、観察者の位置
を追尾し、前記対象物と観察者との相対位置を補償する
ために前記電子信号を処理し、前記処理された信号を画
像に変換し、前記観察者が前記画像を前記対象物に重ね
合わせて見れるように前記画像を表示する、前記方法。
【００４０】（２０）第１９項記載の方法に於て、位置
センサを使用した前記対象物の位置追尾を、動きセンサ
による前記対象物の動き追尾で置き換えた、前記方法。
【００４１】（２１）第１９項記載の方法に於て、位置
センサを使用した前記観察者の位置追尾を、運動センサ
による前記観察者の動き追尾で置き換えた、前記方法。
【００４２】（２２）カメラ２２を使用して入力画像を
捉え、その画像を処理装置２８で処理し、処理された画
像を光学系３３を使用して観察者によって観察されてい
る実際の対象物上に重ね合わせるように投影する、ビジ
ュアルインフォメーションシステムである。処理はリア
ルタイムで実行され、観察者が動いて視点を変更して
も、観察者が実像並びに処理画像を共に見ることを可能
としている。表示された画像内の注目領域は、強調され
て表示されるか、または観察者に対するグラフィック情
報を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビジュアルインフォメーションシステムのひと
つの実施例を示す図。
【図２】ビジュアルインフォメーションシステムの表示
機構の第一実施例を示す図。
【図３】ビジュアルインフォメーションシステムの表示
機構の第二実施例を示す図。
【図４】ビジュアルインフォメーションシステムのひと
つの実施例を示す図。
【図５】開示されたビジュアルインフオメーションシス
テムのひとつの実施例を通して見られた患者の手を示す
図。
【符号の説明】
２２・・・・・・・・カメラ ２４，２６・・・・・位置センサ ２８・・・・・・・・処理装置 ３０・・・・・・・・表示装置 ３２，５４・・・・・光源 ３３・・・・・・・・光学系 ４６・・・・・・・・対象物 ４０，５８，６４・・レンズ ６０・・・・・・・・空間光変調器 ６７・・・・・・・・液晶表示装置 ６８・・・・・・・・表示システム ６９・・・・・・・・ゴーグル ８０・・・・・・・・患者の手に入った異物 ８４・・・・・・・・文字情報 ８６・・・・・・・・神経 ８８・・・・・・・・異物侵入経路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像システムであって、 シーン情報を電子信号に変換し、前記信号を伝送するた
    めに、シーンをモニターするためのカメラと、 前記カメラから前記信号を受信し、前記信号に対する画
    像処理ルーチンを実行し、前記シーンに関する情報を表
    わす処理信号を生成するためのプロセッサと、 前記処理信号を受信し、前記処理信号を表示画像に変換
    するための表示装置で、観察者が前記表示装置を通して
    前記シーンと前記表示画像の両方を見ることが可能な表
    示装置とを含むことを特徴とする、画像システム。
  2. 【請求項２】 対象物の画像を表示するための方法であ
    って、 カメラを使用して対象物からの光を電子信号に変換し、 前記対象物の位置を追尾し、 観察者の位置を追尾し、 前記対象物と観察者との相対位置を補償するために前記
    電子信号を処理し、 前記処理された信号を画像に変換し、 前記観察者が前記画像を前記対象物に重ね合わせて見る
    ことが可能なように前記画像を表示することを特徴とす
    る、前記方法。
JP33323694A 1993-12-03 1994-12-05 ビジュアルインフォメーションシステム並びに画像表示方法 Expired - Fee Related JP3618381B2 (ja)

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