用于立体内窥镜摄像机的动态孔径定位的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年4月18日提交的题为“dynamicaperturepositioningforstereoendoscopiccameras(用于立体内窥镜摄像机的动态孔径定位)”的申请号15/956,655的美国申请的权益，其要求于2018年4月4日提交的题为“dynamicaperturepositioningforstereoendoscopiccameras(用于立体内窥镜摄像机的动态孔径定位)”的申请号62/652,826的美国临时申请的权益。上述两个申请的公开内容均以全文引用方式并入本文。
本公开涉及可以在外科手术系统中使用的三维(3d)内窥镜。
背景技术：
正在开发微创外科手术系统以减少接受外科手术干预的患者遭受的创伤。这些系统只需要很小的切口，外科医生使用像摄像机的棍状物和器械来进行手术。除了减少创伤之外，这种类型的远程操作系统增加了外科医生的灵活性，并且允许外科医生从远程位置对患者进行手术。远程外科手术是外科手术系统的通用术语，其中外科医生使用某种形式的远程控制(例如，伺服机构等)来操纵外科手术器械的运动，而不是直接用手握住和移动器械。在这样的远程外科手术系统中，通过显示设备向外科医生提供外科手术部位的图像。基于通过显示设备接收到的视觉反馈，外科医生通过操纵主控输入设备对患者执行外科手术，主控输入设备进而控制远程机器人器械的运动。
技术实现要素：
本文所述的技术描述了具有可控瞳孔位置的立体视觉摄像机。可控瞳孔位置允许适于具有成角度视图的内窥镜的轴向旋转的立体视觉视图。描述了如何控制瞳孔的位置，以在观察镜旋转或观察者头部运动期间创建自然立体视图的方法。该设备是电子设备，并且可以通过软件进行控制。
在一个方面，本文档的特征在于一种用于生成场景的视图的方法，该方法包括通过一个或多个处理设备确定由连接立体视觉内窥镜的第一孔径位置和第二孔径位置的线相对于参考取向限定的取向角。该方法还包括调节第一孔径位置和第二孔径位置中的至少一个，同时维持在第一孔径位置和第二孔径位置之间的间隔，以维持跨多个内窥镜取向的取向角。该方法还包括在第一孔径位置和第二孔径位置的每一个位置处创建孔径，以及使用基于通过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径捕获的光的信号生成视图的表示，以用于呈现在与立体视觉内窥镜相关联的显示设备上。
在另一方面，本文档描述了一种系统，该系统包括立体视觉内窥镜、显示设备以及一个或多个处理设备。立体视觉内窥镜包括用于感测一对立体图像的第一图像和第二图像的至少一个图像传感器。第一图像和第二图像是基于穿过分别电子地限定在内窥镜内的液晶层上的第一孔径位置和第二孔径位置处的孔径的光来感测。一个或多个处理设备被配置为确定由连接立体视觉内窥镜的第一孔径位置和第二孔径位置的线相对于参考取向限定的取向角，调节第一孔径位置和第二孔径位置中的至少一个，同时维持在第一孔径位置和第二孔径位置之间的间隔，以维持跨多个内窥镜取向的取向角，以及在第一孔径位置和第二孔径位置的每一个位置处创建孔径。一个或多个处理设备还被配置为使用通过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径捕获的一对立体图像来生成外科手术场景的视图的表示。显示设备被配置为呈现视图的表示。
在另一方面，本文档描述了一种或多种机器可读存储设备，其上编码有用于使一个或多个处理设备执行各种操作的计算机可读指令。该操作包括确定由连接立体视觉内窥镜的第一孔径位置和第二孔径位置的线相对于参考取向限定的取向角；以及调节第一孔径位置和第二孔径位置中的至少一个，同时维持在第一孔径位置和第二孔径位置之间的间隔，以维持跨多个内窥镜取向的取向角。该操作还包括在第一孔径位置和第二孔径位置中的每一个位置处创建孔径，并使用基于通过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径捕获的光的信号生成视图的表示，以用于呈现在与立体视觉内窥镜相关联的显示设备上。
以上各方面的实施方式可以包括以下特征中的一个或多个。参考取向可以垂直于地球重力方向。可以接收到指示操作立体视觉内窥镜的用户的头部的取向的信息，并且可以根据指示用户的头部的取向的信息来确定参考取向。调节第一孔径位置和第二孔径位置中的至少一个可以包括从在立体视觉内窥镜的光路中以基本上环形的配置设置的一组液晶显示器(lcd)段中选择一对lcd段的位置。在第一孔径位置和第二孔径位置中的每一个处创建孔径可以包括控制一对lcd段中的第一lcd段，使得与不同的、相对深色状态相比，第一lcd段变为其中第一lcd段允许更多的光穿过的状态，以及控制一对lcd段中的第二lcd段，使得与不同的、相对深色状态相比，第二lcd段变为其中第二lcd段允许更多的光穿过的状态。可以控制第一lcd段和第二lcd段以分别基本上同时获取第一图像和第二图像。穿过第一lcd段的光可以穿过第一偏振器，并且穿过第二lcd段的光可以穿过第二偏振器，第二偏振器与第一偏振器不同地偏振光。第一偏振器可以相对于第二偏振器正交。可以使用第一传感器和第二传感器分别感测穿过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径的光，第一传感器和第二传感器被设置在偏振分束器的两个相对(opposing)侧上。可以以顺序的图案在第一孔径位置和第二孔径位置处创建孔径。可以使用单个传感器感测穿过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径的光。视图的表示可以呈现在显示设备上。响应于在显示设备上呈现视图的表示，可以接收与在外科手术场景处操作外科手术设备有关的用户输入。
在另一方面，本文档的特征在于一种立体视觉内窥镜，该立体视觉内窥镜包括用于感测一对立体图像的第一图像和第二图像的至少一个图像传感器。基于穿过内窥镜内的第一孔径的光感测第一图像，并且基于穿过内窥镜内的第二孔径的光感测第二图像。设置在两层玻璃之间的液晶层包括第一电极布置，使得使用第一电极布置的一部分在液晶层中创建第一孔径和第二孔径中的每一个。
实施方式可以包括以下特征的一个或多个。与穿过第二孔径的光相比，穿过第一孔径的光可以被不同地偏振。立体视觉内窥镜可以包括第一图像传感器、第二图像传感器和光学元件，该光学元件基于入射光的偏振状态将入射光引导至第一图像传感器或第二图像传感器。响应于通过第一电极布置提供的相应控制信号，可以将第一孔径和第二孔径中的每一个控制为位于液晶层上的各个位置。第一孔径和第二孔径的位置可以根据内窥镜相对于参考取向的取向来控制。立体视觉内窥镜可以包括第一图像传感器和第二图像传感器，其中第一图像和第二图像分别基本上同时被第一图像传感器和第二图像传感器感测。可以通过单个图像传感器顺序地感测第一图像和第二图像。立体视觉内窥镜可以包括容纳前端透镜组件的第一部分和包括容纳液晶层和至少一个图像传感器的细长轴的第二部分。第二部分可以相对于第一部分成一定角度设置。角度可以是以下之一：0°、30°和45°。可以使用第一电极布置电子地调节第一孔径和第二孔径中的至少一个的位置，以维持在(i)连接第一孔径和第二孔径的线与(ii)参考取向之间的角度。可以维持在(i)连接第一孔径和第二孔径的线与(ii)参考取向之间的角度，同时也维持在第一孔径和第二孔径之间的间隔。可以使用基于一个或多个先前捕获的图像计算的一个或多个控制信号维持在(i)连接第一孔径和第二孔径的线与(ii)参考取向之间的角度。
本文描述的一些或所有实施例可以提供以下优点中的一个或多个。通过提供分裂瞳孔内窥镜摄像机，其中使用液晶显示元件控制瞳孔位置，可以在空间受限和/或资源受限的内窥镜环境中实现具有很少(如果有的话)机械运动部件的电子可控成像装置。可以基于与外科医生的头部的取向相关联的信息控制瞳孔位置。也可以使用其他控制输入，并且其他控制输入可以促进某些图像处理要求。这样，即使在内窥镜的操作期间使摄像机旋转，也能够保持两个瞳孔沿着参考方向隔开预定距离。例如，可以随意控制瞳孔相对于重力的分离方向。在立体视觉瞳孔之间维持这样的预定距离可以允许针对内窥镜的不同取向显示准确的3d表示。在某些情况下，这样的表示可能与外科医生观看相应外科手术场景的自然方式一致，并且因此可能有助于改善外科医生的用户体验。如果需要，也可以控制瞳孔的分离距离(或瞳孔间距离)。
附图说明
图1是计算机辅助的远程操作外科手术系统的示例性患者侧推车的透视图。
图2是计算机辅助的远程操作外科手术系统的示例性外科医生控制台的前视图。
图3是计算机辅助的远程操作外科手术系统的示例性机器人操纵器臂组件的侧视图。
图4是通过30°立体视觉内窥镜的示例说明光路的示意图。
图5a和图5b是可与本文描述的技术一起使用的偏振器的示例的示意图。
图6a和图6b是可与本文描述的技术一起使用的光学掩模的示例。
图7a和图7b是根据本文描述的技术的一种实施方式的可在多瞳孔设备的第一部分中使用的电极的示例性布置。
图8a是可在图7a的多瞳孔设备的第二部分中使用的电极的示例性布置。
图8b是利用图7a、图7b和图8a的电极布置的组合创建的旋转器段的示例。
图8c是与图8a中的那些电极结合使用以创建如图8b所示的偏振控制图案的电极的示例。
图9a是可在图7a的多瞳孔设备的第二部分中使用的电极的另一示例性布置。
图9b是利用图7a、图7b和图9a的电极布置的组合创建的旋转器段的示例。
图9c是与9a中的那些电极结合使用以创建如图9b所示的偏振控制图案的电极的示例。
图10a和图10b分别是用于立体视觉内窥镜的两个不同取向的瞳孔位置的示例。
图10c和图10d说明了瞳孔的不同配置和位置的示例。
图11是通过具有两个传感器的0°立体视觉内窥镜的示例说明光路的示意图。
图12a是通过0°立体视觉内窥镜的示例说明光路的示意图，该0°立体视觉内窥镜使用一个传感器以用于基本上同时感测两个立体视觉图像。
图12b是通过30°立体视觉内窥镜的示例说明光路的示意图，该30°立体视觉内窥镜使用一个传感器以用于感测两个立体视觉图像。
图13是说明使用具有滚动快门的单个传感器感测两个立体视觉图像的过程的示意图。
图14是用于使用本文描述的技术生成3d表示的示例性过程的流程图。
具体实施方式
该文档描述了有助于自动校正立体视觉内窥镜中的摄像机孔径位置，使得即使在外科手术期间内窥镜以不同角度定向时，孔径位置相对于参考框架仍基本上固定的技术。在一些实施方式中，这可以允许更自然地感知外科医生控制台上通过立体图像呈现的外科手术场景的3d表示。例如，即使当内窥镜以任意角度定向时，外科医生也可以更自然地可视化外科手术场景(例如，而不必倾斜或重新定向她的头部)。在某些情况下，这可以改善外科手术期间外科医生的整体用户体验。通过允许以可能很少或没有运动的机械部件的方式电子地控制孔径位置，本文描述的技术促进了适合于立体视觉内窥镜的空间受限和/或资源受限的环境的实施方式。本文中的内窥镜可以是刚性设备，其结合了创建摄像机系统的光学器件和一个或多个图像传感器；具有腕部的柔性设备；在远端带有摄像机的柔性设备；带有摄像机的光学内窥镜(有时称为霍普金斯内窥镜)或类似设备。
主要在使用由加利福尼亚州桑尼维尔市的直观外科手术操作公司开发的da
参照图1和图2，用于微创计算机辅助远程外科手术的系统(也称为mis)可以包括患者侧推车100和外科医生控制台50。远程外科手术是外科手术系统的通用术语，其中外科医生使用某种形式的远程控制，例如，伺服机构等来操纵外科手术器械的运动，而不是用手直接握住和移动器械。可以将机器人可操纵的外科手术器械插入小的、微创的外科手术孔径中，以治疗患者体内外科手术部位处的组织，从而避免了与开放外科手术所需的较大切口相关联的创伤。这些机器人系统可以足够灵活性移动外科手术器械的工作端，以执行相当复杂的外科手术任务，这通常是通过使器械的轴在微创孔径处枢转，使轴轴向穿过孔径滑动，使轴在孔径内旋转等来实现。
在描述的实施例中，患者侧推车100包括基座110、第一机器人操纵器臂组件120、第二机器人操纵器臂组件130、第三机器人操纵器臂组件140和第四机器人操纵器臂组件150。每个机器人操纵器臂组件120、130、140和150可枢转地耦接到基座110。在一些实施例中，作为患者侧推车100的一部分，可以包括少于四个或多于四个的机器人操纵器臂组件。尽管在描绘的实施例中，基座110包括允许容易移动的脚轮，但是在一些实施例中，患者侧推车100固定地安装到地板、天花板、手术台、结构框架等上。
在典型的应用中，机器人操纵器臂组件120、130、140或150中的两个握持外科手术器械，而第三个握持立体内窥镜。剩余的机器人操纵器臂组件可用，使得可以在工作现场引入第三器械。可替代地，剩余的机器人操纵器臂组件可以用于将第二内窥镜或另一图像捕获设备(诸如超声换能器)引入到工作现场。
每个机器人操纵器臂组件120、130、140和150通常由耦接在一起的连杆形成并且通过可致动的关节进行操纵。每个机器人操纵器臂组件120、130、140和150都包括安装臂和设备操纵器。安装臂定位其握持的设备，使得在其进入患者的入口孔径处出现枢轴点。然后设备操纵器可以操纵其握持的设备，使得握持的设备可以绕枢轴点枢转，插入到入口孔径中和从入口孔径中缩回，以及绕其轴的轴线旋转。
在描绘的实施例中，外科医生控制台50包括立体视觉对等显示器45，使得用户可以从结合患者侧推车100使用的立体视觉摄像机捕获的图像中以立体视觉观看外科手术工作现场。左目镜46和右目镜47设置在立体视觉对等显示器45中，使得用户可以用用户的左眼和右眼分别观看显示器45内的左显示屏和右显示屏。当通常在合适的观察器或显示器上观看外科手术部位的图像时，外科医生通过操纵主控制输入设备对患者执行外科手术，该主控制输入设备继而控制机器人器械的运动。
外科医生控制台50还包括左输入设备41、右输入设备42，用户可以用他/她的左手和右手分别抓握两个输入设备，以优选地以六个或更多个自由度(“dof”)操纵由患者侧推车100的机器人操纵器臂组件120、130、140和150握持的设备(例如，外科手术器械)。具有脚趾和脚跟控件的脚踏板44设置在外科医生控制台50上，因此用户可以控制与脚踏板相关联的设备的运动和/或致动。
为了控制和其他目的，在外科医生控制台50中设置了处理设备43。处理设备43在医疗机器人系统中执行各种功能。处理设备43执行的一项功能是平移和传递输入设备41、42的机械运动，以在它们相关联的机器人操纵器臂组件120、130、140和150中致动其相应的关节，使得外科医生可以有效地操纵设备，例如外科手术器械。处理设备43的另一功能是实现本文描述的方法、交叉耦合控制逻辑和控制器。
处理设备43可以包括一个或多个处理器、数字信号处理器(dsp)、现场可编程门阵列(fpga)和/或微控制器，并且可以被实现为硬件、软件和/或固件的组合。而且，本文描述的其功能可以由一个单元执行或在多个子单元中划分，每个子单元可以依次由硬件、软件和固件的任何组合来实现。此外，尽管被示出为外科医生控制台50的一部分或在物理上与之相邻，但是处理设备43也可以作为子单元分布在整个远程外科手术系统中。子单元中的一个或多个可以物理上远离远程外科手术系统(例如，位于远程服务器上)。
还参考图3，机器人操纵器臂组件120、130、140和150可以操纵诸如内窥镜立体摄像机和外科手术器械之类的设备以执行微创手术。例如，在描绘的布置中，机器人操纵器臂组件120可枢转地耦接到器械保持器122。套管180和外科手术器械200依次可释放地耦接到器械保持器122。套管180为在外科手术期间位于患者接口部位的空心管状构件。套管180限定管腔，内窥镜摄像机(或内窥镜)或外科手术器械200的细长轴220可滑动地设置在该管腔中。如以下进一步描述的，在一些实施例中，套管180包括具有主体壁牵引器构件的远端部分。器械保持器122可枢转地耦接到机器人操纵器臂组件120的远端。在一些实施例中，在器械保持器122与机器人操纵器臂组件120的远端之间的可枢转耦接是使用处理设备43从外科医生控制台50可致动的机动关节。
器械保持器122包括器械保持器框架124、套管夹具126和器械保持器托架128。在描绘的实施例中，套管夹具126被固定到器械保持器框架124的远端。套管夹具126可以被致动以与套管180耦接或从套管180去耦接(uncouple)。器械保持器托架128可移动地耦接到器械保持器框架124。更具体地，器械保持器托架128可沿着器械保持器框架124线性地平移。在一些实施例中，器械保持器托架128沿着器械保持器框架124的运动是由处理设备43可致动/可控制的机动平移运动。外科手术器械200包括传动组件210、细长轴220和端部执行器230。传动组件210可以与器械保持器托架128可释放地耦接。轴220从传动组件210向远侧延伸。端部执行器230设置在轴220的远端处。
轴220限定了与套管180的纵轴线一致的纵轴线222。当器械保持器托架128沿器械保持器框架124平移时，外科手术器械200的细长轴220沿纵轴线222移动。以这种方式，可以将端部执行器230从患者体内的外科手术工作空间插入和/或缩回。
腹腔镜外科手术可能要求外科医生用内窥镜观察外科手术部位并用腹腔镜器械进行精细的运动操纵以进行探查、解剖、缝合和其他外科手术任务。这些任务通常需要与组织进行精细的双手交互。在某些情况下，当为外科医生呈现外科手术场景的3d视图时，通常可以更容易执行这种双手运动任务。通过立体视觉显示器45可以将患者体内的外科手术工作空间(外科手术场景)呈现为外科医生的3d可视化。虽然本文所述的技术主要使用对等立体视觉显示器的示例，但是其他类型的立体视觉显示器和非立体视觉显示器也在该技术的范围内。对等立体视觉显示器是指允许用户观看显示器而不必佩戴它或与另一用户同时共享它的显示器。立体显微镜可以是对等立体视觉设备的示例。如图2所示，立体视觉显示器45是对等立体视觉显示器的另一示例。
在一些实施方式中，对等立体视觉显示器45可以包括两个显示屏(每只眼睛一个)，每个显示屏显示与使用立体视觉内窥镜捕获的立体对图像相对应的两个图像之一。当显示这些立体对图像时，这些立体对图像使用户感知所显示的图像中的深度。可以通过各种方式捕获立体对图像，这些方式包括：例如，在“双摄像机”方法中使用两个空间分离的摄像机，在全光摄像机方法中收集光场，或者如本文所述，使用双瞳孔型设备，其中两个空间上分离的孔径(aperture)(也称为光瞳/瞳孔(pupil))使从两个略有不同的角度捕获两个略有不同的图像。
在双摄像机方法中，可以定向两个单独的摄像机和相关联的光学器件，使得它们从被“瞳孔间距离”隔开的两个位置捕获基本上相同的场景。这种方法模仿了人类的视觉，其中使用了两只在空间上分开的眼睛来捕捉世界的3d视图。在获取时的摄像机对的取向确定可以再现图像的取向。例如，摄像机可以沿水平轴线分离，使得可以捕获与笔直(或“正常”)头或倒立头相对应的视图。但是，对于两个摄像机的任意取向角度，摄像机之间的水平距离发生变化，从而使3d呈现具有挑战性。带有面向水平线、在垂直于重力的平面中分开的摄像机的摄像机对具有固定的瞳孔，并且当旋转90度时，它从另一个上方捕获一个图像；这并不总是期望的行为。
在另一种方法中，可以通过采样光场来捕获3d场景，例如，使用捕获穿过光学系统的许多射线中某些部分的强度和方向两者的全光摄像机。全光摄像机可以包括例如摄像机阵列、可移动摄像机或包含用于以某些空间和角度分辨率对光场进行采样的透镜阵列的摄像机。在这种方法中，可以重建采集后的合成摄像机视图，其中可以操纵景深以控制场景不同部分的焦点。也可以创建多视图图像，其中摄像机似乎相对于场景移动了少量，从而显示了在所获取场景中的深度。这些全光系统可以通过选择适当的射线笔来模拟立体对的两个视图。然而，通常在这样的系统中分辨率大大降低，这是不希望的，因为没有使用来自大多数像素的信息，从而浪费了这些像素。
在双瞳孔型设备的一些实施方式中，单个光学系统可以用于两只眼睛。在某些情况下，机械孔径可以从一个位置移动到另一位置(例如，从右到左)，以允许光顺序地穿过两个位置。如果以足够高的速率(例如120hz)完成此操作，则可以使用合适的高速摄像机获取平滑的立体图像序列。但是在立体视觉内窥镜中，空间和动力资源的限制可以限制机械运动，因此实现这样的机械孔径可能是具有挑战性的。本文描述的技术提供了电子可控制的孔径，其基本上避免了机械孔径的缺点，以实现适合于结合在内窥镜中的摄像机系统。此外，通过基于内窥镜的取向来调节孔径的位置，该技术促进了可以被视感知为自然的3d可视化，从而在外科手术过程期间大大改善了外科医生的用户体验。使用本文描述的技术，使用可以与显示器同步的电子快门(例如，基于激活/去激活液晶显示器(lcd)段以通过/阻挡光路中的光)来获取图像序列。这可能导致左眼通过一个瞳孔观察视图，而右眼通过另一瞳孔观察视图。因此，这样的分裂瞳孔摄像机可以代表简单的光场摄像机，其中仅采样两个视图，并且每个视图均处于全分辨率且没有浪费的像素。
在一些实施方式中，立体内窥镜可以包括光学器件，该光学器件被配置为直视容纳内窥镜的一部分的管或轴的端部。这样的内窥镜可以被称为0°内窥镜。但是，在某些情况下，外科医生可能还需要在其工作区域“向下”看的内窥镜。例如，在腹腔镜外科手术中，该视图通常相对于内窥镜的轴以30°定向。具有其他取向的内窥镜(例如，在关节镜检查中使用的内窥镜)也是可能的；视角(例如45度和70度)也很常见。
图4和图11分别说明了30°内窥镜和0°内窥镜的示例。具体而言，图4是通过示意性简化的30°立体视觉内窥镜400说明本发明的光路的示意图，图11是通过0°立体视觉内窥镜1100的示例说明光路的示意图。参考图4，内窥镜400包括多个透镜和其他光学元件的光学布置401，多个透镜和其他光学元件将来自目标成像区域403的光引导到两个图像传感器402和404上，两个图像传感器402和404被配置为分别感测右视图和左视图。在一些实施方式中，光学布置401包括分束器406，分束器406允许一组射线408穿过表面410，而将一组射线412朝着图像传感器404反射。表面410可以被配置为反射一种偏振态的射线，而允许不同偏振态的射线穿过。例如，表面410可以包括线栅层(例如，由美国犹他州的moxtekinc.开发的线栅层，或美国科罗拉多州的meadowlarkoptics开发的线栅层)，该线栅层通过反射和透射来分离不同的线性偏振态。在一些实施方式中，这有助于以紧凑的形式因数基本上同时获取立体内窥镜的左图像和右图像，紧凑的形式因数避免了使用较大直径的光学器件，较大直径的光学器件对于左图像和右图像的单独的物理光学通道可能是需要的。本文描述的技术的有利方面之一是左眼和右眼在性能上匹配，因为它们使用相同的光路。例如，如果光学器件450纵向移动以将图像聚焦在传感器402和404上，则左眼和右眼将固有地在它们各自的聚焦曲线方面匹配。另外，由于光学系统中的公差引起的像差也将在两个传感器上的图像之间匹配。这对于维持立体视觉图像质量是有益的。
在一些实施方式中，光学布置401的前端可以包括蓝宝石窗口414、前负透镜416、30°棱镜的第一部分418和30°棱镜的第二部分420。30°棱镜可以包括在第一部分418和第二部分420之间的界面处的气隙，使得从第二部分420的表面反射的光在第一部分418和第二部分420之间的界面处被全内反射，如图4中使用的射线路径所示。一些实施方式可以不包括被设置为保护光学布置401的其他部分的蓝宝石窗口414。
在一些实施方式中，光学布置401包括限定的两个分开的瞳孔或孔径，以使分别对应于右视图和左视图的光通过。可以通过多个光学元件(例如液晶层、电极和偏振器)的组合来限定两个孔径，使得可以电子地产生和阻挡孔径，从而允许对孔径的位置进行动态控制。在一些实施方式中，可以使用第一偏振器422、第一液晶层424、与第一偏振器422正交的第二偏振器426以及第二液晶层428来限定孔径。第一液晶层424可以使用设置在与液晶层424相邻的玻璃层430中的透明电极和设置在与玻璃层430相比位于液晶层424的相反(opposite)侧上的玻璃层431中的互补电极来激励。类似地，第二液晶层428可以使用设置在与液晶层428相邻的玻璃层432中的透明电极和设置在与玻璃层432相比位于液晶层428的相反侧上的玻璃层433中的互补电极来激励。可以激励形成在液晶层424中的段(如下文更详细描述)，以形成允许与右视图相对应的光穿过的右瞳孔或孔径434。可以激励形成在液晶层428中的段，以限定另一区域436，该区域436以将光透射通过作为光408到达偏振分束器406的表面410的方式将其从瞳孔434偏振。还可以激励形成在液晶层424中的段，以形成允许与左视图相对应的光穿过的左瞳孔或孔径438。相应地，可以激励形成在液晶层428中的段，以限定另一区域440，该区域440以将光作为光412从偏振分束器406的表面410朝着图像传感器404反射的方式将其从瞳孔438偏振。不需要的光(例如，不穿过期望的孔径的光)可以由掩模或第二偏振器426吸收。
在一些实施方式中，液晶元件428旋转穿过瞳孔434和438的光，使得穿过旋转器瞳孔436的光相对于穿过旋转器瞳孔440的光正交地偏振。在一些实施方式中，液晶层424可以围绕环形区域径向地分段，并且一个或多个段可以用于限定瞳孔区域。从限定在液晶层424上的两个瞳孔发出的光具有相同的偏振并且将通过偏振器426。不在瞳孔区域中的光没有旋转，因此受到两个交叉的偏振器422和426的消光率的影响。这种偏振器的示例性示意图(或符号)表示在图5a和图5b中分别示出。在某些情况下，可以使它们反转(可能以改变对比度为代价)，并使偏振器422和426彼此平行，并使不希望的光旋转。
参照图5a，在一些实施方式中，可以根据照明外科手术场景的光源来配置偏振器422的取向。例如，如果照明外科手术场景的光源是偏振的，则偏振器422的偏振方向和取向可以被配置为与光源的偏振方向和取向正交，例如，以减少来自组织表面的镜面反射的显著性。在一些实施方式中，偏振器422可以将四分之一波片与对应的四分之一波片一起结合在照明源上，以在照明和成像路径之间提供圆偏振的正交性。在某些情况下，偏振器422和/或426可以包括补偿膜或用补偿膜增强，其补偿方式与lcd显示器上使用的补偿膜类似，以改善角度性能，从而通过改善液晶瞳孔形成组件的透射率和消光率来改善系统的对比度。
参照图5b，偏振器426可以被配置为透射适当偏振并且对应于使用液晶层限定的瞳孔区域的光。例如，偏振器426可以被配置为透射穿过使用玻璃层430和432上的电极适当地激励的区域的光。可以吸收穿过非激励区域的光，例如，通过偏振器422和426的组合以及被设置为吸收光的一层或多层掩模层。在一些实施方式中，偏振器422的偏振取向可以与偏振器426的偏振取向正交。然而，两个偏振器的其他相对偏振取向也是可能的——例如，“透射”和“阻挡”区域可以反转并且/或偏振器平行而不是交叉，但是这些配置通常不是最佳的。在一些实施方式中，取向可以取决于液晶层424赋予的延迟程度。
在一些实施方式中并且优选地，可以在光学布置401内设置黑色掩模，以限制光穿过不会通过设备的使用情况限定瞳孔的区域。这样的掩模600的示例在图6a中做了说明。在一些实施方式中，掩模600可以通过金属沉积、薄的金属掩模来形成，通过类似半导体工艺、移印来形成，或者以其他方式形成在玻璃表面或偏振器422上。在一些实施方式中，掩模600可以实现为单独的薄膜(例如金属或聚酯薄膜)或玻璃板。在图6a所示的示例中，区域605是透明区域，并且区域603是不透明的或最小透射的。在该示例中，根据瞳孔的性质，区域607也是不透明的或最小透射的。在一些实施方式中，区域607的直径可以基于瞳孔设计而变化，并且在一些情况下可以为零。在一些实施方式中，区域603可以实施在一层上(例如，在偏振器422上，或作为独立层)，并且区域607可以实施在随后的层上(例如，玻璃层430)。这些掩模区域可以以不透明的薄箔或通过沉积铬或类似材料或通过在薄层中移印油墨或其他或基本上黑色的材料来实现。
在一些实施方式中，掩模还可以位于邻近旋转器瞳孔436和440的位置。在一些实施方式中，可以将与旋转器瞳孔邻近的第二掩模与掩模600结合使用。这种掩模620的示例在图6b中示出。因为在限定液晶快门的瞳孔434、438与随后的旋转器瞳孔436、440之间可能存在玻璃层432，所以可以使旋转器瞳孔436、440的面积更大(与瞳孔434、438相比)，以说明穿过瞳孔的光的角度。因此，掩模620(图6b)可以具有大于区域605的透明区域(图6a)的透明区域625，以说明在两个液晶层424和428之间扩散的光。透明区域625通过深色区域623和627来限定。在一些实施方式中，区域627可能不存在或具有消失的直径。在一些实施方式中，补偿膜可以用于增加所得图像中的对比度。
在一些实施方式中，代替具有两个液晶层，单个层中的两个孔径或瞳孔可以被不同地偏振。例如，可以将偏振元件设置在光路中的每个孔径之前、每个孔径处或每个孔径之后，使得用于两个瞳孔的两个偏振元件彼此正交。在一些实施方式中，两个偏振元件可以是彼此正交的线性偏振器。在一些实施方式中，偏振元件可以包括圆偏振器或彩色陷波滤光器。
图7a和图7b是可用于控制液晶层424中的瞳孔位置的透明电极的示例性布置。具体来说，图7a说明了设置在玻璃层430上的透明导电电极的示例性布置。电极可以设置在与液晶层424接合的玻璃层430的表面上，并且可以被配置为控制形成快门瞳孔434和438的lcd段。图7a的示例示出了电极的径向图案；相邻电极711和713是控制限定在液晶层424中的相应lcd段的多个电极中的两个。相邻电极是独立的并且彼此电隔离。可以使用例如设置在玻璃层430的边缘附近的电触点将电极与电子电路(未示出)耦合。电子电路可以被配置为驱动电极以激活/去激活(deactivate)或激励/去激励(deenergize)相应的lcd段。
图7b说明了设置在玻璃层431中的透明导电电极的示例性布置。该电极可以设置在与液晶层424接合的玻璃层431的表面上，并且可以与图7a所示的电极结合使用，可以被配置为控制形成快门瞳孔434和438的lcd段。在图7b所示的示例中，电极717连接到与液晶层424中的lcd段接合的中心区域719。电极717可以连接到被配置为控制lcd段的激活/去激活的电子电路。在一些实施方式中，可以将电子电路的至少一部分设置在玻璃层431上。可以例如根据设计约束和分段电极处的边缘效应的影响来反转电极的顺序。而且，在所示的特定示例中，层430和431的八边形形状在正交方向上拉长，以便于将驱动电子器件附接到透明电极。在图4和图11中，未示出层430和431的八边形和差分尺寸(示出了对称的圆形部分)，因为电子要求不影响这些图中强调的光学相关特征。
图8a是可用于控制旋转器区域436、440的电极的示例性布置。透明电极可以设置在玻璃层432上，以对穿过形成在液晶层424中的两个瞳孔434和438的光赋予适当的偏振。穿过玻璃层432的光由第二偏振器426偏振。在一些实施方式中，玻璃层432包括诸如电极805和810的电极的径向图案。相邻的电极是独立的、彼此电隔离并耦合到被配置为控制电子瞳孔的操作的电子电路。电极由导电地附接在玻璃周边的电子器件驱动。在一些实施方式中，与设置在玻璃层430中的电极段(如图7a所示)相比，设置在玻璃层432上的电极段的外半径较大，而内半径较小，以说明以一定角度穿过玻璃层430的光。在一些实施方式中，设置在玻璃层432中的电极的配置可以与设置在玻璃层430中的电极的配置基本上相同，以在环形孔径段的内边缘和外边缘上引入渐晕为潜在代价。例如，这可以通过使用相对于电极阵列在径向上尺寸过小的掩模600(图6a)和使用径向增大的掩模620(图6b)来缓解。
图8b是在液晶层428中利用图7a、图7b和图8a、图8c的电极布置的组合创建的候选旋转器段的示例。液晶单元或段853和855的合并以及介入的液晶层形成了一种设备，该设备可以将入射光的偏振分别旋转到两个正交偏振态。在一些实施方式中，段853可以使来自一个瞳孔的光偏振，使得光相对于穿过段855的来自另一瞳孔的光正交偏振。例如，图8b中所示的两组段(如由两个不同的阴影所描绘的)可以分别表示使光的偏振旋转90°的段以及使光有效地不旋转地通过的段。
图8c是可以与图8a中所示的段结合使用的透明电极的示例。液晶材料428(例如典型的扭曲向列(tn)型)可以设置在图8a和图8c所示的电极之间。透明电极864的一部分可以被配置成面对图8a中所示的段，使得该部分面对电极区域805、810以形成液晶单元或段(诸如可以在数字手表的lcd显示器中找到的那些)。虽然图8c的示例(和其他图中的那些)将电极显示为深色阴影部分，但是实际上，电极层可以是基本上透明的，并且由诸如铟锡氧化物(ito)的透明导电材料构成。有源电极区域864可以由例如在位置862和/或863处附接到电极的电子器件驱动。可以使用各种技术在位置862、863处接合电子器件，例如使用导电粘合剂、金属夹或斑马型连接器。通过电子地控制在电极区域864上的电压和在图8a的电极上的电压，并且在电极区域864和图8a的选定段之间产生受控的电压差，可以在穿越液晶单元的光上赋予偏振旋转的图案。支持图案的段的示例在图8b中示出。
再次参考图8a，设置在玻璃层432上的电极段具有与设置在层430(如图7a所示)中的形成电极的瞳孔的径向角相似的径向角。但是，其他配置也是可能的。在一些实施方式中，设置在玻璃层432中的电极段可以具有较粗的分辨率。例如，可以使用玻璃层432中的仅四个电极段来实现先验地已知相对于彼此基本上成180°设置的瞳孔。这利用图9a、图9b和图9c的示例示出。具体地，图9a是形成四个段902、904、906和908的电极的另一示例性布置。图9c示出了完成液晶单元的透明电极的示例。液晶材料428介于图9a和图9c所示的电极之间。透明电极区域964设置在玻璃层433上。电极由通过位置962、963中的一个或两个连接来驱动，位置962、963连接到驱动电子器件。因此，当段902、904、906和908与电极区域964一起被电子地控制时，可以产生图9b中所示的图案。在一些实施方式中，穿过旋转器段910的光与穿过旋转器段912的光正交偏振。因此，通过第一lcd层424和第二lcd层428的电操纵来实现偏振控制。图9c中所示的电极与图9a中的那些电极结合使用，以产生图9b中说明的旋转器段。在图9b的示例中，旋转器段910施加一种类型的偏振，而旋转器段912施加不同类型的偏振(例如，相对于由旋转器段910所施加的偏振正交的偏振)。在一些实施方式中，图9b中说明的四个旋转器段可以足以维持在瞳孔434和438之间的180°分离。自然地，其他数量的段也是可能的，并且所示的示例是说明性的。
再次参考图4，外科医生可能希望能够旋转30°内窥镜400的轴以观察腔的侧面。在这种情况下，一对静态限定的瞳孔最终将被定位为一个在另一个之上，或者处于某个其他任意位置，在该位置失去了相应立体图像所需的水平间隔。本文所述的技术允许使用lcd段动态地限定瞳孔，使得瞳孔位置适应内窥镜摄像机400的旋转。在旋转或滚动运动期间，内窥镜看到相对于重力不同的视图，瞳孔可以按照所述进行逐步调节，以保持摄像机的左右眼相对于水平线正确地分开。相应地，来自图像传感器的图像可以被电子地旋转以保持从传感器显示的图像的取向在显示屏上按期望的定向。在一些实施方式中，可以将圆形图像呈现给外科医生。
图10a和图10b分别是立体视觉内窥镜的两个不同取向的瞳孔位置的示例。在这些图的示例中，通过使用限定在玻璃层430上的相应电极(图7a)与设置在玻璃层431上的电极717结合来激励六个lcd段，从而在液晶层424中形成两个瞳孔434和438。具体来说，段1010a、1010b和1010c(总体上1010)被激励以限定瞳孔438，并且段1015a、1015b和1015c(总体上1015)被激励以限定瞳孔434。请注意，虽然被激励的段以深色阴影显示，而其他段为白色，但这仅出于说明目的；如本领域技术人员所知，液晶在两种状态下都看起来是透明的，并且仅在适当取向的偏振器之间变成“深色”。在实践中，阴影段将被激励使得它们变得基本上透明并允许光穿过，而其余的段保持在另一状态以阻止光穿过偏振器426。另外，虽然图10a的示例示出了每个瞳孔三个段，但是每个瞳孔可以使用更多或更少数量的段。为每个瞳孔使用更多的段会增加相应孔径的有效直径(可能会提高光通量)，但会减小有效的瞳孔间距离；如通过两个区域1010和1015的质心之间的距离所测量的。
在图10a的示例中，立体视觉内窥镜相对于参考取向成特定角度定向，例如由连接lcd段1010b和1015b的轴线1020限定。在一些实施方式中，轴线1020可以代表“水平线”；即垂直于地球重力方向的取向。但是，其他参考取向也是可能的。例如，可以测量外科医生的眼睛相对于安装在墙壁或吊杆上的大型显示器的取向，并且可以基本上类似地调节内窥镜的瞳孔的位置，使得外科医生的立体感保持准确，即使外科医生的头相对于显示器倾斜。在某些情况下，使瞳孔位置适应外科医生的头部取向可能会特别改善外科医生的用户体验；例如，在腹腔镜外科手术情况下，其中外科医生的手的位置可能会决定相对于显示器的不理想的身体姿势。
如果内窥镜旋转到另一个角度，例如在图10b中所示的示例中，内窥镜的轴取向相对于由轴线1020表示的参考取向改变。在这种情况下，为了维持瞳孔434、438相对于重力的取向角相同(如图10a的情况)，可能需要激励不同组的lcd段。在图10b的示例中，lcd段1025a、1025b和1025c(总体上1025)被激励以限定瞳孔438，并且段1030a、1030b和1030c(总体上1030)被激励以限定瞳孔434。因此，为了维持跨多个内窥镜取向的取向角，确定与瞳孔相对应的孔径位置以在第一孔径位置和第二孔径位置之间维持预定间隔，然后通过激励相应的lcd段在新位置处创建孔径。虽然在10a和图10b中的示例示出具有径向lcd段的液晶层，但是这种段的其他布置也是可能的。另外，预定距离要求在通常情况下在某种程度上是任意的，并且可以在使用图7a、图7b和图8a、图8c所示的图案的系统中改变。图9a和图9c中所示的图案说明了180度的分离。
在一些实施方式中，可能希望能够改变瞳孔之间的距离并改变它们的相对取向。图10c说明了通过控制两个lcd层中的段而形成的两个瞳孔。在这种情况下，瞳孔没有分开180度。在这种情况下，段1040a、1040b、1040c形成一个瞳孔，而段1050a、1050b、1050c形成第二瞳孔。在图4的配置中，通过lcd层的描述的操作，这些瞳孔被正交偏振并且将在传感器402和404上形成图像。可以控制瞳孔的间隔和大小，图10d示出了瞳孔的移动和大小的改变。图10d示出了瞳孔1070和1080正交地偏振并且处于与图10c所示的相比不同的配置。基于来自内窥镜获取的图像计算出的控制信号(例如物理的或在软件中)或某个其他来源的控制信号，可以对瞳孔在取向和/或相对位置上移动。例如，基于例如从内窥镜到外科手术部位的距离，可以动态地控制瞳孔间距。
尽管以上描述主要使用图4中所示的30°内窥镜400的示例，但是该技术还可以用于其他内窥镜，例如0°内窥镜。图11是0°内窥镜摄像机1100的示例的示意图，其包括两个传感器1102和1104。内窥镜1100可以基本上类似于参照图4描述的内窥镜400，除了0°内窥镜包括透镜布置1105而不是内窥镜400的30°棱镜。可以将以上参照30°内窥镜400描述的技术扩展用于内窥镜1100以控制瞳孔1112和1114的位置，使得可以使用偏振分束器1106分离相应的捕获光，在表面1110上具有分离两个正交偏振的适当的涂层或线栅偏振层，从而分别使用传感器1104和1102捕获立体图像。选择使用哪个瞳孔允许0度内窥镜在没有移动部件的情况下进行电子旋转-可以根据描述旋转瞳孔，并且还可以电子(或在软件中)旋转图像。从用户的角度来看，这可能有似乎旋转立体摄像机系统的效果。机器视觉算法也可以使用此能力来计算被观察表面的特性，例如计算距离和表面法线。
在一些实施方式中，本文中所描述的电子瞳孔控制还可以用于使用单个图像传感器来顺序地捕获立体图像。例如，可以顺序地创建对应于左图像和右图像的两个瞳孔，并且可以使用时分复用布置中的单个传感器来捕获对应的图像。图12a是说明使用一个传感器来感测两个立体视觉图像的0°立体视觉内窥镜摄像机1200的示例的示意图。在这种方法中，来自外科手术场景1202的光通过透镜布置1105进入内窥镜1200。在一些实施方式中，透镜布置1105可以包括第一偏振器以使入射光偏振。穿过内窥镜1200的光的光路由穿过右瞳孔1207的示例性样本射线1206和穿过左瞳孔1209的示例性射线1208表示。在一些实施方式中，与在内窥镜400(图4)中的相应的层430相比，玻璃层1210可以更厚，以支持铁电液晶材料的更薄的单元几何形状，其可以用于限定瞳孔的lcd段的快速切换。在一些情况下，厚玻璃层1210提供了更高的稳定性和更坚硬的机械支撑，使得为这种材料创建和维持薄的单元潜在地更容易。在一些实施方式中，可以选择铁电液晶材料以促进快速切换(例如，每5ms、2ms；100μs或更短一次)。
铁电晶体材料可以作为薄层(例如，宽度为几μm)设置在有源电极之间，有源电极设置在玻璃(或其他透明衬底)层上。在一些实施方式中，铁电液晶层可经配置以使线性偏振光有效地不变地穿过，或响应于电子控制而旋转90°。在一些实施方式中，穿过第一瞳孔的光可以与穿过第二瞳孔的光不同地偏振，例如，如上面参考图4所述。在一些实施方式中，来自左瞳孔和右瞳孔两者的光以相同的方式偏振并且由第二偏振器透射。然后穿过第二偏振器的光穿过光学器件1212，光学器件1212与内窥镜1100(图11)不同，不包括分束器1106。相反，来自右瞳孔的光(由射线1214表示)以及来自左瞳孔的光(由射线1216表示)穿过光学器件1212到达图像传感器1218。在一些实施方式中，可以将移印的黑色掩模或某些其他挡光元件合并到光路中，例如，以帮助改善由图像传感器感测的图像的对比度。
在由同一传感器感测来自右像素和左像素两者的光的实施方式中，可以以不同的方式感测两个对应的图像。图12a示出了一种实施方式，其中来自两个瞳孔的光以不同方式偏振，并且可以在图像传感器1218中使用对应的偏振器以在对应图像之间进行区分。图12a示出了示例性图像传感器1218的部分1220的扩展版本。部分1220包括多个像素，其中偏振器覆盖在每个像素上。用于第一组中的像素的偏振器与用于第二组中的像素的偏振器不同，使得第一组和第二组中的像素可以选择性地感测具有相应偏振态的光。在图12a所示的示例中，用于像素1224的偏振器相对于用于像素1226的偏振器正交。因此，如果来自瞳孔的光被适当地偏振并且与图像传感器1218处的像素化偏振器相匹配，则图像传感器可以被配置为同时感测来自两个瞳孔的光。
在图12a的示例中，传感器1218的像素的子集感测来自右瞳孔的光，并且像素的不同的子集感测来自左瞳孔的光。因此，每只眼睛图像的空间分辨率小于由传感器1218所提供的分辨率(是其一半)。在一些实施方式中，图像传感器1218的完整空间分辨率可以用于通过在时分复用的基础上对每个瞳孔顺序使用传感器来感测两个图像。这在图12b中使用具有一个图像传感器1260的30°内窥镜的示例做了说明。在该示例中，控制瞳孔1252和1254的状态的电子电路与例如控制传感器1260的帧速率的定时信号同步。在带有全局快门的传感器的情况下，在每个帧边界处交替激活哪个瞳孔。因此，当获取左图像时，左瞳孔1252打开(并且右瞳孔1254是深色的)。类似地，当获取右图像时，右瞳孔1254打开(并且左瞳孔1252是深色的)。可以重复该序列以通过传感器1260提供的空间分辨率来获取立体图像，但是以降低立体图像的帧速率为代价。例如，如果成像器的帧速率为60hz，则尽管以60hz的速率获取了“新”图像，但仍以30hz的速率获取了立体对。在另一个示例中，如果成像器以120hz的帧速率运行，则可以生成60hz的立体图像流。
在一些实施方式中，如果传感器1260采用滚动快门，则两个瞳孔的曝光时间和读出可能重叠，因此需要加以考虑。这种情况的示例在图13中做了说明。在所示示例中，每个瞳孔在与帧边界同步的两个连续时间单位中处于“打开”状态。在那两个时间单位的第二个(每个时间单位也可以称为帧时间)期间，获取与具有打开快门的瞳孔相对应的数据。图13中标记为“不完美”的读出是其中传感器上的照明不正确的图像，因此对应于该读出的数据被丢弃。因此，在这种布置中的立体对的获取速率是基础帧速率的四分之一。例如，如果帧速率为240hz，则以60hz获取立体对。在一些实施方式中，因为一个瞳孔的数据获取先于另一瞳孔的数据获取完成，所以可以使用顺序显示布置来减少系统的端到端延迟。在一些实施方式中，如果外科医生的头部在移动，则对于240hz帧速率，瞳孔位置可以以120hz而不是60hz进行更新，以潜在地改善快速头部运动下的系统响应。例如，可以在随后的时刻及时获取左瞳孔和右瞳孔的图像，这样，可以将瞳孔置于每只眼睛的理想位置。在一些实施方式中，由于帧是顺序处理而不是同时处理的，因此图13中说明的布置的流水线性质提供了减少的延迟和与资源有关的优点。
图14是使用本文描述的技术来生成3d表示的示例性过程1400的流程图。在一些实施方式中，过程1400的操作可以至少部分地由以上参考图2描述的处理设备43执行。在一些实施方式中，过程1400的操作可以由诸如上述内窥镜400、1100、1200或1250的内窥镜的一个或多个处理设备执行。过程1400的操作包括确定由连接立体视觉内窥镜的第一孔径位置和第二孔径位置的线相对于参考取向限定的取向角(1410)。在一些实施方式中，参考取向可以被限定为垂直于地球重力方向的“水平线”。在一些实施方式中，连接第一孔径位置和第二孔径位置的线可以基本类似于图10a所示的轴线1020，轴线1020穿过对应于lcd段1010b和1015b的位置。在一些实施方式中，确定参考取向可以包括接收指示操作立体视觉内窥镜的用户的头部的取向的信息，以及根据指示用户的头部的取向的信息确定参考取向；和/或相对于墙壁或吊杆上的显示器确定参考取向。
过程1400的操作还包括调节第一孔径位置和第二孔径位置中的至少一个，同时维持在第一孔径位置和第二孔径位置之间的间隔，以维持跨多个内窥镜取向的取向角(1420)。这可以包括例如从在立体视觉内窥镜的光路中以基本上环形的配置设置的一组液晶显示器(lcd)段中选择一对lcd段的位置。在一些实施方式中，lcd段的环形配置可以基本上如图8b的示例所示。
过程1400的操作进一步包括在第一孔径位置和第二孔径位置中的每一个位置处创建孔径(1430)。在一些实施方式中，这可以例如使用以上参考图7a、图7b和图8a描述的电极阵列的组合来完成。例如，创建孔径可以包括控制成对的lcd段中的第一lcd段，使得与不同的、相对最小的透射或深色状态相比，第一lcd段变为其中第一lcd段允许更多的光穿过的状态，以及控制成对的lcd段中的第二lcd段，使得与不同的、相对最小的透射或深色状态相比，第二lcd段变为其中第二lcd段允许更多的光穿过的状态。在一些实施方式中，可以以连续的图案来创建孔径，例如如图13中说明的那样。
过程1400的操作还包括：使用基于通过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径捕获的光的信号生成3d表示，以用于呈现在与立体视觉内窥镜相关联的显示设备上(1440)。在一些实施方式中，显示设备可以基本上类似于与外科医生控制台50相关联的显示设备，如上面参考图2所描述的。在一些情况下，过程1400还可以包括响应于在显示设备上呈现外科手术场景的视觉表示来接收用户输入。例如，用户输入可以涉及在外科手术场景处操作外科手术设备(例如参考图3描述的机器人操纵器臂组件120)。在一些实施方式中，信号可以对应于基本上同时获取的第一图像和第二图像。在这样的同时获取中，穿过第一lcd段的光可以被配置为穿过第一偏振器，并且穿过第二lcd段的光可以被配置为穿过第二偏振器，第二偏振器与第一偏振器不同地偏振光。在一些实施方式中，第一偏振器可以与第二偏振器基本上正交。
在一些实施方式中，分别使用第一传感器和第二传感器感测穿过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径的光。第一传感器和第二传感器可以设置在偏振分束器的两个相反侧上，例如在以上参考图4所述的布置中。在一些实施方式中，使用单个传感器感测穿过在第一孔径位置和第二孔径位置处创建的孔径的光，例如在以上参考图12a和图12b所述的布置中。
本文所述的远程操作外科手术系统或其部分以及其各种修改的功能(以下称为“功能”)可以至少部分地通过计算机程序产品(例如有形地包含在信息载体中的计算机程序)来实现，例如由一个或多个数据处理装置(例如，可编程处理器、dsp、微控制器、计算机、多台计算机和/或可编程逻辑部件)执行或控制其操作的一个或多个非暂时性机器可读介质或存储设备。
计算机程序可以以任何形式的编程语言(包括编译或解释语言)编写并且可以以任何形式进行部署(包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适用于计算环境的其他单元)。可以将计算机程序部署为在一个站点处的一个或多个处理设备上执行，或者分布在多个站点上并通过网络互连。
与实现全部或部分功能相关联的动作可以由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器或处理设备来执行以执行本文所述过程的功能。全部或部分功能可以被实现为专用逻辑电路，例如，fpga和/或asic(专用集成电路)。
举例来说，适合于执行计算机程序的处理器包括通用和专用微处理器以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的部件包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。
尽管本说明书包含许多具体的实施方式细节，但是这些不应被解释为对可以要求保护的内容的限制，而应被解释为特定实施例的可能特定的特征的描述。其他实施例也可以在本文描述的技术的范围内。例如，尽管已经参考双镜和单镜反射描述了该技术，但是在不脱离本公开的范围的情况下，该技术可以扩展到任何奇数个镜反射。在本说明书中在单独的实施例的上下文中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施例中或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管在本文中可以将特征描述为在某些组合中起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在某些情况下可以将来自所要求保护的组合中的一个或多个特征从组合中切除，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变体。
本文所述的不同实施方式的元素可以组合以形成以上未具体阐述的其他实施例。可以将元素排除在本文所述的结构之外，而不会不利地影响它们的操作。此外，各种分开的元素可以组合成一个或多个单独的元素以执行本文描述的功能。
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