CN107767347A - 一种电子内窥镜图像增强方法、装置及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子内窥镜图像增强方法、装置及***，其中：根据采集的图像判断摄像模组是否对焦，摄像模组调整机构可调整摄像模组移动以使摄像模组对焦，让采集的图像更加清晰；根据采集的图像计算图像亮度区域分布特征，根据图像亮度区域分布特征判断内窥镜***成像视场照明是否均匀，当内窥镜***成像视场照明不均匀时，内窥镜的辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出，配合摄像模组的曝光采集时序，形成照明亮度不同的曝光图像，微处理器将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像，实现内窥镜图像的增强，提升图像质量，方便医生观看。
Description
技术领域
本发明涉及内窥镜技术领域，尤其是涉及一种电子内窥镜图像增强方法、装置及***。
背景技术
在医疗领域，检查脏器内部病变时使用电子内窥镜***，内窥镜***的组成包括出射照明光的光源装置、前端装配有摄像单元、导光光缆的挠性***镜体、对摄像单元驱动控制及对拍摄到的图像进行处理增强的图像处理装置、显示处理后图像的显示器。在内窥镜的成像过程中，由于摄像装置和被检器官的相对运动、电子噪声、干扰等因素的影响，获取的内镜图像不可避免的出现降质和退化，为了改善图像的视觉效果，抑制噪声，突出图像中的有用信息，同时削弱或去除某些不需要的信息，使处理后的图像更适合医生的观察和诊断，在内镜图像处理器中加入图像增强算法，以改善内镜图像的成像质量，如轮廓增强、对比度增强、亮度补偿、色彩增强等方法，这些方法在图像照明亮度比较均匀时有较好的增强效果。
但是，内窥镜检查对象不是光滑平面，而是大肠等内壁有突起的管腔状被摄体，而且受内镜***部管径不能过大的限制，内镜照明的结构方案受到空间限制，无法针对不同观测对象特征提供亮度一致的均匀全视场照明，在这种照明条件下，内窥镜获取的图像整幅画面往往明暗不均，内窥镜***根据图像明亮区域调整照明光亮度，则较暗区域会被摄成全黑，反之，内窥镜***根据图像较暗区域调整照明光亮度，则图像较亮区域过度曝光，图像亮度饱和发白。以上两种图像均会因失去部分图像区域细节信息而影响内窥镜观察效果。在内窥镜取像的过程中，对内部图像的清晰度要求比较高，需要很高的对焦精准度，现有的内窥镜对图片进行成像一般都不能很好的聚焦。内窥镜***成像视场照明不均匀以及聚焦不准会严重影响成像质量，影响内窥镜观察效果。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种电子内窥镜图像增强方法、装置及***，解决现有技术中的上述技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种电子内窥镜图像增强方法，包括：
S1、利用内窥镜的摄像模组采集图像；
S2、根据采集的图像判断摄像模组是否对焦并调整摄像模组移动以使摄像模组对焦；
S3、摄像模组对焦后，再次采集图像，并根据对焦后采集的图像计算图像亮度区域分布特征；
S4、根据图像亮度区域分布特征判断内窥镜***成像视场照明是否均匀；
S5、如果内窥镜***成像视场照明不均匀，则将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像。
本发明还提供一种电子内窥镜图像增强***，包括：
采集模块：用于利用内窥镜的摄像模组采集图像；
对焦模块：用于根据采集的图像判断摄像模组是否对焦并调整摄像模组移动以使摄像模组对焦；
亮度分布计算模块：用于在摄像模组对焦后，再次采集图像，并根据对焦后采集的图像计算图像亮度区域分布特征；
照明均匀判断模块：用于根据图像亮度区域分布特征判断内窥镜***成像视场照明是否均匀；
增强模块：用于在内窥镜***成像视场照明不均匀时，将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像。
本发明还提供一种电子内窥镜图像增强装置，包括：
内窥镜镜体、光源装置、微处理器和显示器；内窥镜镜体包括摄像模组、导光光缆部件、摄像模组调整机构；光源装置包括主照明灯、辅助照明灯、光阑、光源控制器、输出光调制模组；光阑安装于主照明灯、辅助照明灯附近调节主照明灯、辅助照明灯的输出光亮度，输出光调制模组调节辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出；微处理器和光源控制器电性连接，光源控制器控制主照明灯、辅助照明灯的启停，光源控制器控制光阑的开合度；摄像模组、摄像模组调整机构位于内窥镜镜体前端，摄像模组调整机构驱动摄像模组伸缩运动，摄像模组调整机构与微处理器电性连接；导光光缆部件位于内窥镜镜体内部；光源装置连接内窥镜镜体的导光光缆部件向导光光缆部件中输入照明光，导光光缆部件的前端输出照明光照亮脏器内腔；摄像模组和微处理器电性连接，摄像模组采集脏器内腔图像并将图像数据传输给微处理器，微处理器和显示器电性连接，微处理器处理图像后在显示器显示。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：根据采集的图像判断摄像模组是否对焦，摄像模组调整机构可调整摄像模组移动以使摄像模组对焦，让采集的图像更加清晰；内窥镜的辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出，配合摄像模组的曝光采集时序，形成照明亮度不同的曝光图像，微处理器将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像，实现内窥镜图像的增强；通过光阑改变照明灯亮度，避免通过改变驱动电路电流或电压来改变照明灯亮度导致的电磁辐射干扰，提高照明灯寿命。
附图说明
图1是本发明提供的一种电子内窥镜图像增强方法流程图；
图2是电子内窥镜图像增强装置示意图；
图3是光源装置结构示意图；
图4是输出光调制模组结构示意图；
图5是光源装置照明输出与摄像模组曝光成像时序示意图。
附图中：1、内窥镜镜体，2、光源装置，3、微处理器，4、显示器，11、摄像模组，12、导光光缆部件，21、主照明灯，22、辅助照明灯，23、光阑，24、输出光调制模组，25、反光镜，26、聚光镜，241、调制模板，242、驱动电机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供了一种电子内窥镜图像增强方法，包括：
S1、利用内窥镜的摄像模组采集图像；
S2、根据采集的图像判断摄像模组是否对焦并调整摄像模组移动以使摄像模组对焦；
S3、摄像模组对焦后，再次采集图像，并根据对焦后采集的图像计算图像亮度区域分布特征；
S4、根据图像亮度区域分布特征判断内窥镜***成像视场照明是否均匀；
S5、如果内窥镜***成像视场照明不均匀，则将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像。
本发明所述的电子内窥镜图像增强方法，步骤S5中：
如果内窥镜***成像视场照明均匀，计算采集图像的平均亮度，判断平均亮度是否在预设范围，并利用光阑调整内窥镜光源的亮度到预设范围。
本发明所述的电子内窥镜图像增强方法，步骤S5中：
内窥镜的辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出，配合摄像模组的曝光采集时序，形成照明亮度不同的曝光图像。
本发明还提供一种电子内窥镜图像增强***，包括：
采集模块：用于利用内窥镜的摄像模组采集图像；
对焦模块：用于根据采集的图像判断摄像模组是否对焦并调整摄像模组移动以使摄像模组对焦；
亮度分布计算模块：用于在摄像模组对焦后，再次采集图像，并根据对焦后采集的图像计算图像亮度区域分布特征；
照明均匀判断模块：用于根据图像亮度区域分布特征判断内窥镜***成像视场照明是否均匀；
增强模块：用于在内窥镜***成像视场照明不均匀时，将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像。
本发明所述的电子内窥镜图像增强***，增强模块中：
如果内窥镜***成像视场照明均匀，计算采集图像的平均亮度，判断平均亮度是否在预设范围，并利用光阑调整内窥镜光源的亮度到预设范围。
本发明所述的电子内窥镜图像增强***，增强模块中：
内窥镜的辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出，配合摄像模组的曝光采集时序，形成照明亮度不同的曝光图像。
本发明还提供一种电子内窥镜图像增强装置，包括：内窥镜镜体1、光源装置2、微处理器3和显示器4；内窥镜镜体1包括摄像模组11、导光光缆部件12、摄像模组调整机构；光源装置2包括主照明灯21、辅助照明灯22、光阑23、光源控制器、输出光调制模组24；光阑23安装于主照明灯21、辅助照明灯22附近调节主照明灯21、辅助照明灯22的输出光亮度，输出光调制模组24调节辅助照明灯22以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出；微处理器3和光源控制器电性连接，光源控制器控制主照明灯21、辅助照明灯22的启停，光源控制器控制光阑23的开合度；摄像模组11、摄像模组调整机构位于内窥镜镜体1前端，摄像模组调整机构驱动摄像模组11伸缩运动，摄像模组调整机构与微处理器3电性连接；导光光缆部件12位于内窥镜镜体1内部；光源装置2连接内窥镜镜体1的导光光缆部件12向导光光缆部件12中输入照明光，导光光缆部件12的前端输出照明光照亮脏器内腔；摄像模组11和微处理器3电性连接，摄像模组11采集脏器内腔图像并将图像数据传输给微处理器3，微处理器3和显示器4电性连接，微处理器3处理图像后在显示器4显示。
本发明所述的电子内窥镜图像增强装置，输出光调制模组24包括：调制模板241、驱动电机242；调制模板241为与主照明灯21的光轴垂直的圆形遮光板，调制模板241上开有用于使主照明灯21的光通过的第一透光孔与使辅助照明灯22的光通过的第二透光孔，第一透光孔有两个，对称分布在调制模板241上；第二透光孔有一个，位于两个第一透光孔中心线上偏离圆心的位置；调制模板241安装在驱动电机242的输出轴上，驱动电机242带动调制模板241与摄像模组11曝光时序同步旋转；光源控制器与驱动电机242电性连接并控制驱动电机242的运转。
本发明所述的电子内窥镜图像增强装置，光源装置2还包括反光镜25、聚光镜26，辅助照明灯22的光线经反光镜25反射并通过聚光镜26聚集后射在调制模板241上；主照明灯21的光线经过聚光镜26聚集后射在调制模板241上。
本发明所述的电子内窥镜图像增强装置，主照明灯21、辅助照明灯22为氙灯或LED灯。
上述技术方案中，如图3所示，光源装置2有两种工作模式，如果内窥镜***成像视场照明不均匀，采用增加动态范围模式，此时，开启辅助照明灯22和主照明灯21；辅助照明灯22的光线射出光阑23后经过反射镜，反射镜将辅助照明光反射转向，然后辅助照明光经过聚光镜26汇聚射在调制模板241上，主照明灯21的光线经过聚光镜26聚集后射在调制模板241上；调制模板241上面开C、D两种孔，C孔两个，为C1、C2孔，对称分布在模板圆盘上，D孔一个，位于两C1、C2孔中心线上，开孔布局如图4所示；驱动电机242带动调制模板241与摄像模组11曝光时序同步旋转，当调制模板241旋转至A位置时，C2孔位于底部，主照明灯21从C2孔以脉冲形式输出，辅助照明灯22无输出，当调制模板241旋转至B位置时，C1孔位于底部，主照明灯21从C1孔以脉冲形式输出，辅助照明灯22以脉冲光形式从D孔输出并叠加在主照明光上，从调制模板241射出的光线汇聚到导光光缆部件12的入口；调制模板241旋转一周，辅助照明灯22向导光光缆部件12输出一个脉冲照明光，主照明灯21向导光光缆部件12输出二个脉冲照明光；由此，光源装置2输出亮度间隔变化的脉冲照明光。如果内窥镜***成像视场照明均匀，采用普通观察模式，此时，关闭辅助照明灯22，只开启主照明灯21；由此，光源装置2输出亮度稳定的脉冲照明光；通过光阑23可以调节主照明灯21的亮度。
如图5所示，a视图表示辅助照明灯22关闭时，主照明光脉冲输出与摄像模组11曝光采集时序关系。此时，光源装置2采用普通观察模式，图像采集视场内照明较均匀，不需通过增加图像动态范围也能全视场清晰成像，根据摄像模组11曝光采集时序，同步控制驱动电机242匀速旋转，驱动电机242每秒钟转动圈数是摄像模组11曝光采集频率的二分之一，同时严格控制C1、C2脉冲光与摄像模组11曝光时序的相位差，使光脉冲能够在摄像模组11曝光时输出，保障摄像模组11每一帧的照明曝光成像。此时辅助照明光无照明脉冲光输出。
b视图表示辅助照明灯22点亮时，主、辅助照明光脉冲输出与摄像模组11曝光采集时序关系。此时，光源装置2采用增加动态范围模式，图像采集视场内照明不均匀，需通过增加图像动态范围实现全视场清晰成像，根据摄像模组11曝光采集时序，同步控制驱动电机242匀速旋转，驱动电机242每秒钟转动圈数是摄像模组11曝光采集频率的二分之一，每转动一圈，主照明光输出间隔180°的两个照明光脉冲，辅助照明光输出一个照明光脉冲，同时严格控制C1、C2脉冲光与摄像模组11曝光时序的相位差，使光脉冲能够在摄像模组11曝光时输出，保障摄像模组11每一帧的照明曝光成像。此时，在奇数曝光周期，主照明光有照明脉冲光输出，辅助照明光无照明脉冲光输出，摄像模组11在弱光照明下成像，在偶数曝光周期，主、辅助照明光同时有照明脉冲光输出，摄像模组11在强光照明下成像，将奇、偶曝光图像合成，实现图像动态范围增加。
上述技术方案中，摄像模组11采集图像后将图像数据传送到微处理器3，微处理器3对图像进行分析，判断摄像模组11是否对焦，图像的平均亮度、图像亮度区域分布特征也由微处理器3计算；微处理器3接收摄像模组11的图像数据并进行去噪、增强、分析处理，将处理后的图像合成视频信号，传输至显示器4显示内窥镜检查图像。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：根据采集的图像判断摄像模组是否对焦，摄像模组调整机构可调整摄像模组移动以使摄像模组对焦，让采集的图像更加清晰；内窥镜的辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出，配合摄像模组的曝光采集时序，形成照明亮度不同的曝光图像，微处理器将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像，实现内窥镜图像的增强；通过光阑改变照明灯亮度，避免通过改变驱动电路电流或电压来改变照明灯亮度导致的电磁辐射干扰，提高照明灯寿命。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种电子内窥镜图像增强方法，其特征在于，包括：
S1、利用内窥镜的摄像模组采集图像；
S2、根据采集的图像判断所述摄像模组是否对焦并调整摄像模组移动以使所述摄像模组对焦；
S3、所述摄像模组对焦后，再次采集图像，并根据对焦后采集的图像计算图像亮度区域分布特征；
S4、根据所述图像亮度区域分布特征判断内窥镜***成像视场照明是否均匀；
S5、如果内窥镜***成像视场照明不均匀，则将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像。
2.根据权利要求1所述的电子内窥镜图像增强方法，其特征在于，步骤S5中：
如果内窥镜***成像视场照明均匀，计算采集图像的平均亮度，判断平均亮度是否在预设范围，并利用光阑调整内窥镜光源的亮度到预设范围。
3.根据权利要求1所述的电子内窥镜图像增强方法，其特征在于，步骤S5中：
内窥镜的辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出，配合所述摄像模组的曝光采集时序，形成照明亮度不同的曝光图像。
4.一种电子内窥镜图像增强***，其特征在于，包括：
采集模块：用于利用内窥镜的所述摄像模组采集图像；
对焦模块：用于根据采集的图像判断所述摄像模组是否对焦并调整摄像模组移动以使所述摄像模组对焦；
亮度分布计算模块：用于在所述摄像模组对焦后，再次采集图像，并根据对焦后采集的图像计算图像亮度区域分布特征；
照明均匀判断模块：用于根据所述图像亮度区域分布特征判断内窥镜***成像视场照明是否均匀；
增强模块：用于在内窥镜***成像视场照明不均匀时，将两幅不同照明亮度的曝光图像进行融合，获取增强的大动态范围图像。
5.如权利要求4所述的电子内窥镜图像增强***，其特征在于，增强模块中：
如果内窥镜***成像视场照明均匀，计算采集图像的平均亮度，判断平均亮度是否在预设范围，并利用光阑调整内窥镜光源的亮度到预设范围。
6.如权利要求4所述的电子内窥镜图像增强***，其特征在于，增强模块中：
内窥镜的辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出，配合所述摄像模组的曝光采集时序，形成照明亮度不同的曝光图像。
7.一种电子内窥镜图像增强装置，其特征在于，包括：内窥镜镜体、光源装置、微处理器和显示器；所述内窥镜镜体包括摄像模组、导光光缆部件、摄像模组调整机构；所述光源装置包括主照明灯、辅助照明灯、光阑、光源控制器、输出光调制模组；所述光阑安装于所述主照明灯、所述辅助照明灯附近调节主照明灯、辅助照明灯的输出光亮度，所述输出光调制模组调节辅助照明灯以脉冲光形式叠加在主照明光上隔帧输出；所述微处理器和所述光源控制器电性连接，所述光源控制器控制主照明灯、辅助照明灯的启停，所述光源控制器控制所述光阑的开合度；所述摄像模组、所述摄像模组调整机构位于所述内窥镜镜体前端，所述摄像模组调整机构驱动摄像模组伸缩运动，所述摄像模组调整机构与所述微处理器电性连接；所述导光光缆部件位于所述内窥镜镜体内部；所述光源装置连接内窥镜镜体的导光光缆部件向导光光缆部件中输入照明光，所述导光光缆部件的前端输出照明光照亮脏器内腔；所述摄像模组和所述微处理器电性连接，所述摄像模组采集脏器内腔图像并将图像数据传输给微处理器，所述微处理器和所述显示器电性连接，所述微处理器处理图像后在所述显示器显示。
8.根据权利要求7所述的电子内窥镜图像增强装置，其特征在于，所述输出光调制模组包括：调制模板、驱动电机；所述调制模板为与主照明灯的光轴垂直的圆形遮光板，所述调制模板上开有用于使主照明灯的光通过的第一透光孔与使辅助照明灯的光通过的第二透光孔，所述第一透光孔有两个，对称分布在调制模板上；所述第二透光孔有一个，位于两个第一透光孔中心线上偏离圆心的位置；所述调制模板安装在驱动电机的输出轴上，所述驱动电机带动调制模板与摄像模组曝光时序同步旋转；所述光源控制器与所述驱动电机电性连接并控制驱动电机的运转。
9.根据权利要示8所述的电子内窥镜图像增强装置，其特征在于，所述光源装置还包括反光镜、聚光镜，所述辅助照明灯的光线经反光镜反射并通过聚光镜聚集后射在调制模板上；所述主照明灯的光线经过聚光镜聚集后射在调制模板上。
10.根据权利要求7所述的电子内窥镜图像增强装置，其特征在于，所述主照明灯、所述辅助照明灯为氙灯或LED灯。
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