CN114569047B - 胶囊内窥镜、摄像***的测距方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种胶囊内窥镜、摄像***的测距方法和装置，方法步骤包括：获取第一图像，获取摄像组件参数和测距组件参数，提取所述投射阴影区域内的图像阴影点的图像阴影坐标，提取所述投射阴影区域内的图像阴影点的图像阴影坐标。该胶囊内窥镜可以利用照明光源、测距光源和遮光件，计算出消化道上某个位置与胶囊内窥镜之间的距离，满足了胶囊内窥镜在深度方向的测距需求，同时符合了胶囊内窥镜体积小、功耗低的特点。

Description

胶囊内窥镜、摄像***的测距方法和装置
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种胶囊内窥镜、摄像***的测距方法和装置。
背景技术
使用胶囊内窥镜进行消化道检测，可以拍摄到含有病灶的消化道图像，通过图像测量消化道内物体的尺寸，将给病灶的程度判断提供强有力的依据。然而，现在市场上的主要胶囊内窥镜还不具备在深度方向测距的功能，继而无法得到病灶的实际尺寸，无法给出更精确的定量分析结果。
现在市面上有的测量方法，例如结构光投射器、ToF相机、多摄像头等，都很难适配到胶囊内窥镜上，一方面这些结构对应的尺寸相对于胶囊都偏大，无法设置胶囊内部；另一方面胶囊尺寸有限，电量有限，这些测距的结构的功耗都较高，很难在胶囊内窥镜上使用；以及还有消化道内的特殊环境，使得现有的测距方法很难在消化道内使用，例如由于消化道内的起伏、液体浑浊、反射、折射等原因，使得成像内容复杂，一般方法难以达到可靠的测距效果。
发明内容
为解决上述的消化道内难于测距的技术问题，本发明的目的在于提供一种可以适用于消化道、且测距结果可靠的胶囊内窥镜、摄像***的测距方法和装置。
为实现上述发明目的，本发明一实施方式提供一种摄像***的测距方法，包括如下步骤：
获取第一图像，其中，所述第一图像包括投射阴影区域；
获取摄像组件参数和测距组件参数；
提取所述投射阴影区域内的图像阴影点的图像阴影坐标；
根据所述图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
作为本发明的进一步改进，所述摄像组件参数包括焦距参数，所述测距组件参数包括阴影面参数，其中，所述阴影面参数根据摄像组件和测距组件的相对位置关系确定；
还包括步骤：
根据所述图像阴影坐标、所述焦距参数和所述阴影面参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
作为本发明的进一步改进，所述图像阴影点为投射阴影区域的阴影中心点，所述图像阴影坐标是与所述阴影中心点对应的图像阴影中心点坐标。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
得到与所述第一图像对应的亮度分布曲线，其中，所述亮度分布曲线为垂直于所述投射阴影区域的其一剖面对应的曲线；
标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点。
作为本发明的进一步改进，所述标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点还包括：
当所述亮度分布曲线中的最低亮度不高于最低预设亮度时，标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点；
当所述亮度分布曲线中的最低亮度高于所述最低预设亮度时，重新获取垂直于所述投射阴影区域的其他剖面对应的亮度分布曲线，直到所述亮度分布曲线的最低亮度低于所述最低预设亮度。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
计算与第一图像阴影点对应的第一目标物阴影坐标；
计算与第二图像阴影点对应的第二目标物阴影坐标；
根据所述第一目标物阴影坐标和所述第二目标物阴影坐标，计算与所述第一图像阴影点和所述第二图像阴影点分别对应的目标物上两个位置的实际距离。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
获取第二图像，其中，与所述图像阴影点对应的目标物阴影点在所述第二图像中不在第二图像的投射阴影区域内；
根据模拟算法和所述目标物阴影坐标，计算与所述目标物阴影坐标对应的预测亮度，其中，所述模拟算法是图像上任意像素的亮度与该像素在模拟消化道内的实际位置到所述摄像***之间的深度距离的关系；
获取所述第二图像上与所述图像阴影点对应的像素点的实际像素亮度；
计算所述预测亮度与所述实际像素亮度之间的比值，得到亮度校正因子。
作为本发明的进一步改进，所述第一图像和所述第二图像的获取时间间隔小于最长预设时间。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
根据所述亮度校正因子、所述模拟算法和所述第二图像上其一像素点的实际像素亮度，计算与所述其一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
计算多个像素点对应的目标物所述摄像***之间的实际距离；
计算多个像素点对应的目标物坐标；
计算所述多个目标物坐标之间区域的面积。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
提取所述投射阴影区域内的多个图像阴影点对应的多个图像阴影坐标；
根据所述多个图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述多个图像阴影点对应的多个目标物阴影点的多个目标物阴影坐标；
根据模拟算法和所述多个目标物阴影坐标，计算与所述多个目标物阴影坐标对应的多个预测亮度；
获取所述第二图像上与各个图像阴影点对应的像素点的实际像素亮度；
计算每个预测亮度和与其对应的实际像素亮度之间的比值，得到多个亮度校正因子；
计算所述多个亮度校正因子的均值，得到全局亮度校正因子。
作为本发明的进一步改进，还包括步骤：
当某一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离未超过最短距离预设值时，根据与该相邻的图像阴影点对应的亮度校正因子，计算所述某一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离；
当另一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离超过所述最短距离预设值时，根据所述全局亮度校正因子，计算所述另一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施例提供了一种摄像***的测距装置，包括：
第一获取模块，用于获取第一图像，所述第一图像包括投射阴影区域；
第三获取模块，用于获取摄像组件参数和测距组件参数；
提取模块，用于提取所述投射阴影区域内的图像阴影点的图像阴影坐标；
第一计算模块，用于根据所述图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施例提供了一种胶囊内窥镜，包括：
测距组件，其包括测距光源和遮光件，所述测距光源发出的光部分被所述遮光件遮挡；
摄像组件，其包括摄像头，在所述测距光源点亮时，所述摄像头拍摄第一图像；
所述胶囊内窥镜通过上述的摄像***的测距装置测距。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施例提供了一种电子设备，包括：
存储模块，存储计算机程序；
处理模块，执行所述计算机程序时可实现上述的摄像***的测距方法中的步骤。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施例提供了一种可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理模块执行时可实现上述的摄像***的测距方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该胶囊内窥镜可以利用照明光源、测距光源和遮光件，计算出消化道上某个位置与胶囊内窥镜之间的距离，满足了胶囊内窥镜在深度方向的测距需求，同时符合了胶囊内窥镜体积小、功耗低的特点，避免了采用使用市面上如结构光投射器、ToF相机、多摄像头等测距方案带来的占空间、高耗能的问题。
附图说明
图1是本发明一实施例的胶囊内窥镜在消化道内测距的结构示意图；
图2是本发明一实施例的胶囊内窥镜从透明前壳方向的俯视图；
图3是本发明一实施例的胶囊内窥镜部分结构的侧视图；
图4是本发明一实施例的测距组件的侧视图；
图5a是本发明一实施例的胶囊内窥镜测距的其一原理图；
图5b是本发明一实施例的胶囊内窥镜测距的另一原理图；
图6是本发明一实施例的测距方法的流程示意图；
图7a是本发明一实施例的第一图像的示意图；
图7b是本发明一实施例的第二图像的示意图；
图8a是本发明一实施例的测距方法的步骤S40的流程示意图；
图8b是本发明一实施例的测距方法的步骤S40的阴影中心点的确定方法示意图；
图9是本发明另一实施例的测距方法的流程示意图；
图10是本发明再一实施例的测距方法的流程示意图；
图11是本发明再一实施例的测距方法的步骤S90的具体流程示意图；
图12是本发明一实施例的测距装置的模块框图；
图13是本发明一实施例的测距装置的结构框图；
其中，100、胶囊内窥镜；101、胶囊本体；102、透明前壳；11、摄像头；21、照明光源；30、测距组件；31、测距光源；32、遮光件；40、电路板；200、消化道；201、无阴影区域；202、投射阴影区域；300、虚拟成像平面；300’、 成像平面；400、阴影面；500、测距装置；501、信号传输模块；502、处理模块；503、存储模块；504、通信总线。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
应该理解，本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个单元或特征相对于另一个单元或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。
本发明一实施例提供一种胶囊内窥镜、摄像***的测距方法和装置，胶囊内窥镜可深入消化道内并对消化道内的物体进行拍摄，可以基于测距方法和测距装置，获取胶囊内窥镜与消化道内的目标位置之间的距离。
在本实施方式中，所述摄像***为胶囊内窥镜100，与测距方法对应的装置可以是胶囊内窥镜100本身，也可以是在体外的计算机，获取胶囊内窥镜100的数据并处理该数据。胶囊内窥镜100包括胶囊本体101和摄像组件，胶囊本体101包括透明前壳102，摄像组件设置于胶囊本体101内，摄像组件包括摄像头11，摄像头11的拍摄方向朝向透明前壳102，摄像头11可以透过透明前壳102，对胶囊内窥镜100外的物体进行拍摄。
胶囊内窥镜100可以通过摄像头11对感兴趣的区域测距，测算胶囊内窥镜100与目标物之间的距离，胶囊内窥镜100可以在人体或动物的消化道内活动，对应的目标物为消化道，本实施例中，以目标物是消化道200为例，对胶囊内窥镜100的测距方法和结构进行说明。
为清楚地表达本实施例中所描述的位置与方向，在本实施例中，定义摄像头11的拍摄方向为上，反方向定义为下，也就是说，透明前壳102位于摄像头11的上方。另外，胶囊内窥镜100在消化道200内的实际运动过程中，方向可以是任意调整的，透明前壳102可以位于摄像头11的物理意义的任意方向，如下方。
如图1~4所示，本发明一实施方式公开了一种胶囊内窥镜100，还包括设置于胶囊本体101内的照明组件和测距组件30。照明组件包括照明光源21，照明光源21的发光方向朝向透明前壳102；测距组件30包括测距光源31和遮光件32，遮光件32设置于测距光源31的发光方向和透明前壳102之间，测距光源31发出的光部分被遮光件32遮挡；摄像头11用于在照明光源21点亮、或测距光源31点亮时拍摄图像。
照明光源21和测距光源31发出的光都可以透过透明前壳102，照亮透明前壳102上方的区域，方便摄像头11对消化道200内的拍摄。
遮光件32是一种不透明的材料，能遮挡部分测距光源31发出的光，且不是全部遮挡，也就是说，遮光件32距离测距光源31有一定的距离，不是完全覆盖，存在部分测距光源31发出的光未被遮光件32遮挡透过透明前壳102照亮上方区域。
被遮光件32遮挡的部分，在投影处留***影，以图1所示的在消化道200内拍摄为例，当照明光源21熄灭且测距光源31点亮时，摄像头11拍摄到的消化道200图像包括了无阴影区域201和投射阴影区域202。可以知道的是，当照明光源21点亮且测距光源31熄灭时，摄像头11拍摄到的消化道200图像全部为无阴影区域201。
进一步地，照明组件包括多个照明光源21，测距组件30包括若干个测距光源31，多个照明光源21和若干个测距光源31依次环绕摄像头11周向阵列设置。如图2所示，环摄像头11的多个照明光源21同时点亮，发出的光更均匀，拍摄效果更好，以及测距光源31和照明光源21相对于摄像头11的距离几乎一致，方便将两者分别点亮时的图像进行比较。
另外，遮光件32设置于摄像头11的拍摄范围外，也就是说，遮光件32不处于摄像头11的拍摄范围内，如图3所示，在同一竖直面上，摄像头11的拍摄范围到底部的高度H，大于遮挡件的顶部到底部的高度h，这样不影响摄像头11的拍摄效果。
如图2或4所示，胶囊内窥镜100还包括电路板40，照明光源21、测距光源31和摄像头11均电连接于电路板40，遮光件32横跨于测距光源31的发光方向、且固定连接于电路板40。
遮光件32可以包括支撑在电路板40上的支撑腿、以及连接支撑腿且跨在测距光源31上方一定距离的细棍。电路板40上可以设置定位孔，再将支撑腿插在定位孔内。该细棍的宽度或直径比测距光源31的发光面小，且细棍为非透明材料，本身不透光。一定距离指的是遮光件32不紧贴测距光源31，而是存在距离，使投射阴影区域202更小、且更明显；以及遮光件32不会距离测距光源31太远，避免投射阴影区域202太小、不明显，所以合适的一定距离使投射阴影区域202能清晰可辨认、且能落在消化道200内的某个部位上为宜。
测距组件30的数量可以是多个，每个测距光源31都可以独立点亮，即根据需要点亮某一个测距光源31，使投射阴影区域202对应感兴趣的区域，提高胶囊内窥镜100的测量精度。
本实施例中，照明光源21和测距光源31可以都是LED灯，以及是发出白光的LED灯，照明光源21和测距光源31可以是相同型号的光源，也可以测距光源31的亮度大于照明光源21，测距光源31的亮度越大，投射阴影区域202越清晰。
继续以图1为例，遮光件32遮挡光的部位的宽度小于测距光源31的发光面的宽度，因此投射阴影区域202在图像上是一条中间暗，两边逐渐变亮的带状区域，即使该带状区域比较粗浅，相对于无阴影区域201也仍能区分。
照明光源21点亮且测距光源31熄灭时，摄像头11拍摄到的图像，可如图7b所示；照明光源21熄灭且测距光源31点亮时，摄像头11拍摄到的图像，可如图7a所示。胶囊内窥镜100测距的原理，可如图5所示。
下面结合图6~图11，说明本发明一实施例提供的一种摄像***的测距方法，该测距方法以在消化道内测距为例进行说明，即目标物为消化道200。
虽然本申请提供了如下述实施方式或流程图所示的方法操作步骤，但是基于常规或者无需创造性的劳动，所述方法在逻辑性上不存在必要因果关系的步骤中，这些步骤的执行顺序不限于本申请实施方式中所提供的执行顺序。例如下文的步骤S10、S20和S50的获取顺序可以任意调整，步骤S20与S30的顺序可以调整或同时进行，步骤S70与S60的顺序也可以任意调整，不区分时间顺序上的先后。
具体地，测距方法参图6的流程图，包括如下步骤：
步骤S10：获取第一图像，所述第一图像包括投射阴影区域202。
第一图像是照明光源21熄灭且测距光源31点亮时，摄像头11拍摄到的图像，第一图像可如图7a所示，此时图像包括投射阴影区域202，第一图像可以是在消化道200内拍摄的图像。
步骤S20：获取摄像组件参数和测距组件参数。
步骤S20获取的数据用于步骤S40的计算，所述摄像组件参数包括焦距参数，所述测距组件参数包括阴影面参数，其中，阴影面参数根据所述摄像组件和测距组件30的相对位置关系确定。
步骤S30：提取所述投射阴影区域202内的图像阴影点Q的图像阴影坐标。
在步骤S30的一个实施例中，所述图像阴影点可以是投射阴影区域202通过某种方法标定的某一点，该图像阴影点可以为投射阴影区域202的阴影中心点Qi，所述图像阴影坐标是与所述阴影中心点Qi对应的图像阴影中心点坐标。具体地，步骤S30还包括如下步骤，参图8a所示：
步骤S301：得到与所述第一图像对应的亮度分布曲线。
其中，所述亮度分布曲线为垂直于所述投射阴影区域202的其一剖面对应的曲线，投射阴影区域202大致呈带状，可以确定出垂直于该带状投射阴影区域202的剖面，如图8b所示。
步骤S302：判断亮度分布曲线中的最低亮度是否不高于最低预设亮度。
步骤S303：当所述亮度分布曲线中的最低亮度不高于最低预设亮度时，标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点。
在图8b中，最低亮度低于最低预设亮度，所以该最低亮度对应的投射阴影区域202的点，标记为阴影中心点。
另外，当所述亮度分布曲线中的最低亮度高于所述最低预设亮度时，回到步骤S301，重新获取垂直于所述投射阴影区域202的其他剖面对应的亮度分布曲线，并继续步骤S302的判断，直到所述亮度分布曲线的最低亮度低于所述最低预设亮度。
也就是说，阴影中心点的确定，即为寻找亮度分布曲线的波谷，且判断波谷是否足够低。当波谷高于最低预设亮度时，该点可能是消化道200内深度过深的点，不是阴影点。或者由于消化道200环境复杂，遮挡、液体浑浊、粘膜表面褶皱、液体反射、折射等，有些位置的阴影中心点不够清晰，不能采用。但只要存在一个最低亮度低于所述最低预设亮度，即可完成测距的全部过程。
实际上，由于投射阴影区域202是一条带状的区域，在该区域上可以对应很多剖面，对应很多亮度分布曲线，从而对应很多个最低波谷，最终会有很多个阴影中心点。运用本实施例的测距方法，还具有如下的效果：
一方面，如果投射阴影区域202正好穿越待测物体，例如消化道200内的息肉，继续运用下文S50的步骤，则可以直接得到息肉上多点的实际的坐标，使得息肉的尺寸测量更准确。
另一方面，由于可以得到很多的阴影中心点，使得算法可靠性提高，因此可靠性相对于现有技术的单点激光测距或单点ToF方案，在消化道200内运用该测距方法更可靠。
另外，当该测距方法结合下文的另一实施例的步骤S50~S90和步骤S902，还可以直接得到与息肉更接近的亮度校正因子，也可以得到更准确的深度距离和坐标。
步骤S40：根据所述图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
利用第一图像上图像阴影点的图像阴影坐标，以及摄像组件参数、测距组件参数的关系，就可以通过几何关系推算图像阴影点对应的目标物上该位置的实际坐标，也就是消化道200内某个与图像阴影点对应位置的实际坐标。
下文以采用上述步骤S20的数据为例，对原理进行说明，可参图5a和5b所示。在图5b中，摄像头11获取到的图像在摄像头后方的成像平面300’上，为了便于理解投影关系，将其以摄像头11为中心、对称至摄像头11的前方，形成虚拟成像平面300，下文以虚拟成像平面300解释投影关系。
对应的步骤S40的一个实施例可以是：根据所述图像阴影坐标、所述焦距参数和所述阴影面参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
具体地，由于测距组件30与摄像组件的相对位置确定，因此可以在摄像头坐标系下可以确定阴影面400的参数：Ax+By+Cz+D=0。
根据步骤S40确定的在图像上找到的图像阴影点Q，第一图像即对应着图5a或5b中的虚拟成像平面300，虚拟成像平面300上的Q点对应着目标物上的P点，即消化道200上的P点。再根据几何原理和对应的焦距参数，可以得到从摄像头坐标系的坐标原点到图像阴影点Q的直线方程，该直线与阴影面400的交点即为与图像阴影点Q对应的目标物阴影点P，继而获得目标物阴影点P的目标物阴影坐标。
采用如下公式进行计算：
Figure 323910DEST_PATH_IMAGE001
其中，(xp,yp,zp)是目标物阴影点P点的实际坐标，即目标物阴影坐标；f为虚拟成像平面300到摄像头坐标系的坐标原点（如LENs中心）的距离，也就是焦距参数；(x,y)为虚拟成像平面300上该图像阴影点的水平坐标，也就是图像阴影坐标，可以由图像上的像素坐标与像素实际尺寸计算出，参数A、B、C、D根据阴影面参数对应的Ax+By+Cz+D=0确定。
至此，已经求出了目标物阴影点P点的实际坐标，也就是求出了P点与摄像***的距离zp。完成了该点的测距工作。也就是说，通过标定出图像阴影点Q，即可求出在消化道200上的对应点的实际坐标。
进一步地，当需要知道图像上的两点对应消化道位置的实际距离，测距方法还可以包括步骤：
计算与第一图像阴影点对应的第一目标物阴影坐标；
计算与第二图像阴影点对应的第二目标物阴影坐标；
根据所述第一目标物阴影坐标和所述第二目标物阴影坐标，计算与所述第一图像阴影点和所述第二图像阴影点分别对应的目标物上两个位置的实际距离。
其中，第一图像阴影点可以是图7a中的a或Qi，第二图像阴影点可以是图7a中的b或Qj，运用上述步骤S10~S40的方法，既可以求出a、b、Qi、Qj对应的消化道位置的实际坐标，根据该实际坐标，继而可以求出与a点和b点分别对应的消化道200的两个位置的实际距离，或者Qi点和Qj点分别对应的消化道200的两个位置的实际距离。
在上述步骤S10~S40的基础上，还可以继续如下的步骤，进一步参图9所示，具体的：
步骤S50：获取第二图像。
其中，第二图像全部为不含阴影区域的图像，或与所述图像阴影点对应的目标物阴影点在所述第二图像中不在第二图像的投射阴影区域内，第二图像也可以是在消化道200内拍摄的图像。
在一个实施例中，第二图像是照明光源21点亮且测距光源31熄灭时，摄像头11拍摄到的图像，第二图像可如图7a所示，此时图像全部为无阴影区域201。
在另一个实施例中，第二图像是另一个测距光源31单独点亮时，摄像头11拍摄到的图像，如图2所示的，由两个测距光源其中的另一个获取，只要在图7a中的阴影中心点的位置，在第二图像中不在第二图像的阴影区域中即可。
另外，获取第二图像在第一图像之前或之后获取都可以，所述第一图像和所述第二图像的获取时间间隔小于最长预设时间。最长预设时间是一段尽可能短的时间，例如30ms，用于保障第一图像和第二图像对应的消化道200的位置几乎一致，投射阴影区域202以外的所摄内容几乎一致。
且相较于获取第二图像，获取第一图像对应的亮度更强或曝光时间更长，这样可以提高投射阴影区域202的对比度。
步骤S60：根据模拟算法和所述目标物阴影坐标，计算与所述目标物阴影坐标对应的预测亮度。
其中，所述模拟算法是图像上任意像素的亮度
Figure 506630DEST_PATH_IMAGE002
与该像素在模拟消化道内的实际位置到所述摄像***之间的深度距离z的关系，并记为：
Figure 817525DEST_PATH_IMAGE003
（公式2）
根据公式2和公式1算出的目标物阴影坐标，可以获得目标物阴影点P的预测亮度
Figure 743893DEST_PATH_IMAGE004
，其中
Figure 135429DEST_PATH_IMAGE005
函数为g函数的反函数。
步骤S70：获取所述第二图像上与所述图像阴影点对应的像素点的实际像素亮度img(Pi)。
实际像素亮度img(Pi)为第二图像中对应目标物阴影点P点像素的亮度。在第一图像中，P点在阴影里，在第二图像中，P点不在阴影里，所以第二图像中的P点的实际像素亮度大于第一图像中的像素亮度，实际像素亮度是未被阴影覆盖时的正常亮度。
步骤S80：计算所述预测亮度与所述实际像素亮度之间的比值，得到亮度校正因子ki。
由于上述g函数的形式会与物体表面的反射系数、曝光参数、介质环境、LED数量、分布、摄像头11镜头性能及摄像头11图像传感器等响应有关，因此，虽然在标定过程中获得了标定图像上任意像素的亮度
Figure 302099DEST_PATH_IMAGE002
与该像素在模拟消化道内的实际位置到摄像***之间的深度距离z的关系，但是在后续过程中获得了实际距离zi及其预测亮度
Figure 100291DEST_PATH_IMAGE004
时，还是需要和目标物阴影点P的实际像素亮度进行比较以获得亮度校正因子ki，以对其他像素点的实际像素亮度进行校正以获得其他像素点的深度距离z(x,y)。
将目标物阴影点P的预测亮度
Figure 830349DEST_PATH_IMAGE004
和目标物阴影点P的实际像素亮度img(Pi)进行比较获得校正因子ki，并记为：
Figure 30387DEST_PATH_IMAGE006
（公式3）
步骤S90：根据所述亮度校正因子、所述模拟算法和所述第二图像上其一像素点的实际像素亮度，计算与所述其一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
当需要测距的位置刚好落在所述第一图像中的阴影区域，尤其是阴影中心点位置时，通过上述的步骤S10~S40，可以利用上述的公式1计算出该位置的距离，以及获取到实际坐标。当需要测距的位置不在所述第一图像中的阴影区域内时，或者是要精确测算非阴影中心点以外的其他区域时，通过上述的步骤S50~S80测算出亮度校正因子后，再对任一位置的实际距离进行计算，对应的计算公式为：
Figure 804176DEST_PATH_IMAGE007
（公式4）
通过亮度校正因子对第二图像中所有的像素点进行校准，以获得每一像素点距离摄像***的实际距离z(x,y)。通过上述方法，通过在检测图像上获得目标物阴影点P，再通过目标物阴影点P的预测亮度和实际亮度获得亮度校正因子，从而可对所有的像素点均进行校正，使得测量更加精确。
在得到实际距离的基础上，也可以计算与所述其一像素点对应的消化道位置的消化道坐标，多个点的实际距离即对应多个像素点对应的消化道坐标，通过这些消化道坐标，可以计算所述多个消化道坐标之间区域的面积。
另外，消化道200具有若干个消化道区间，所述摄像***根据不同的拍摄环境也可以对应不同的亮度校正因子，计算不同的实际距离z(x,y)。而在相同的消化道区间且曝光参数相同的时候，亮度校正因子的差距较小，从而，若后续没有目标物阴影点P，则也可通过上述公式4来获得每一像素点距离摄像***的深度距离z(x,y)，从而可提高整个***算法的抗干扰能力，并且也可以减少形成有目标物阴影点P的图像的拍摄，提高了工作效率。
步骤S30~步骤S80，也可以采用如下的实施例，参图10所示，具体地：
步骤S30’：提取所述投射阴影区域202内的多个图像阴影点对应的多个图像阴影坐标；
步骤S40’：根据所述多个图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述多个图像阴影点对应的多个目标物阴影点的多个目标物阴影坐标；
步骤S60’：根据模拟算法和所述多个目标物阴影坐标，计算与所述多个目标物阴影坐标对应的多个预测亮度；
步骤S70’：计算每个预测亮度和与其对应的实际像素亮度之间的比值，得到多个亮度校正因子；
步骤S80’：计算所述多个亮度校正因子的均值，得到全局亮度校正因子。所有目标物阴影点P的亮度校正因子ki的均值为
Figure 824085DEST_PATH_IMAGE008
；
对应地，公式4可以变为：
Figure 888993DEST_PATH_IMAGE009
。
通过全局亮度校正因子
Figure 694269DEST_PATH_IMAGE008
，可以更普遍地反应整个图像上的亮度校正因子。
在计算出全局亮度校正因子的基础上，步骤S90还可以包括如下步骤，如图11所示：
步骤S901：判断某一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离是否超过最短距离预设值；
步骤S902：当某一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离未超过最短距离预设值时，根据与该相邻的图像阴影点对应的亮度校正因子，计算所述某一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
步骤S903：当某一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离超过所述最短距离预设值时，根据所述全局亮度校正因子，计算所述某一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
在步骤S902中，只对某一图像阴影点Q周围局部的像素点利用该点的亮度校正因子进行校正，适用于被测物体距离图像阴影点Q比较近的情况，此时利用局部的亮度校正因子ki比全局亮度校正因子更准确。
而对于被测物体距离图像阴影点Q比较远的情况下，使用步骤S903中的全局亮度校正因子进行校正。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
该胶囊内窥镜100可以利用照明光源21、测距光源31和遮光件32，得到拍摄图像上的每个像素点对应的消化道位置与胶囊内窥镜100之间的距离，满足了胶囊内窥镜100在深度方向的测距需求，同时符合了胶囊内窥镜100体积小、功耗低的特点，避免了采用使用市面上如结构光投射器、ToF相机、多摄像头等测距方案带来的占空间、高耗能的问题。
在一个实施例中，提供了一种摄像***的测距装置500，如图12所示。该摄像***的测距装置500可以集成在胶囊内窥镜100内，也可以集成在一个计算机、一个处理器、工作站、或服务器内，可以包括如下模块，各模块具体功能如下：
第一获取模块，用于获取第一图像，所述第一图像包括投射阴影区域202；
第三获取模块，用于获取摄像组件参数和测距组件参数；
提取模块，用于提取所述投射阴影区域202内的图像阴影点的图像阴影坐标；
第一计算模块，用于根据所述图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
在一个实施例中，还包括第二获取模块，用于获取第二图像，第二图像全部为不含阴影区域的图像，或与所述图像阴影点对应的目标物阴影点在所述第二图像中不在第二图像的投射阴影区域内。
在一个实施例中，第一获取模块和第二获取模块的获取时间间隔小于最长预设时间。
在一个实施例中，第三获取模块获取焦距参数和阴影面参数。第一计算模块根据所述图像阴影坐标、所述焦距参数和所述阴影面参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
在一个实施例中，所述提取模块得到与所述第一图像对应的亮度分布曲线，其中，所述亮度分布曲线为垂直于所述投射阴影区域202的其一剖面对应的曲线。
在一个实施例中，当所述亮度分布曲线中的最低亮度低于最低预设亮度时，所述提取模块标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点；
当所述亮度分布曲线中的最低亮度高于所述最低预设亮度时，所述提取模块重新获取垂直于所述投射阴影区域202的其他剖面对应的亮度分布曲线，直到所述亮度分布曲线的最低亮度低于所述最低预设亮度。
在一个实施例中，测距装置500还包括：
第二计算模块，用于根据模拟算法和所述目标物阴影坐标，计算与所述目标物阴影坐标对应的预测亮度，其中，所述模拟算法是图像上任意像素的亮度与该像素在模拟消化道内的实际位置到所述摄像***之间的深度距离的关系；
第四获取模块，用于获取所述第二图像上与所述图像阴影点对应的像素点的实际像素亮度；
第三计算模块，用于计算所述预测亮度与所述实际像素亮度之间的比值，得到亮度校正因子；
第四计算模块，用于根据所述亮度校正因子、所述模拟算法和所述第二图像上其一像素点的实际像素亮度，计算与所述其一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
在一个实施例中，提取模块用于提取所述投射阴影区域202内的多个图像阴影点对应的多个图像阴影坐标；
第一计算模块，用于根据所述多个图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述多个图像阴影点对应的多个目标物阴影点的多个目标物阴影坐标；
第二计算模块，用于根据模拟算法和所述多个目标物阴影坐标，计算与所述多个目标物阴影坐标对应的多个预测亮度；
第三计算模块，用于计算所述多个预测亮度与实际像素亮度之间的比值，得到多个亮度校正因子；
第三计算模块计算所述多个亮度校正因子的均值，得到全局亮度校正因子。
在一个实施例中，当某一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离未超过最短距离预设值时，第四计算模块，用于根据与该相邻的图像阴影点对应的亮度校正因子，计算所述某一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离；
当另一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离超过所述最短距离预设值时，第四计算模块，用于根据所述全局亮度校正因子，计算所述另一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
在一个实施例中，所述第一计算模块计算与第一图像阴影点对应的第一目标物阴影坐标；
所述第一计算模块计算与第二图像阴影点对应的第二目标物阴影坐标；
测量装置还包括第五计算模块，第五计算模块根据所述第一目标物阴影坐标和所述第二目标物阴影坐标，计算与所述第一图像阴影点和所述第二图像阴影点分别对应的目标物上两个位置的实际距离。
需要说明的是，本发明实施例的测距装置500中未披露的细节，请参照本发明实施例的测距方法中所披露的细节。
本领域技术人员可以理解，所述模块示意图仅仅是测距装置500的示例，并不构成对测距装置500的终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如测距装置500还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
测距装置500还可以包括计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备，以及包括但不限于处理模块502、存储模块503、以及存储在所述存储模块503中并可在处理模块502上运行的计算机程序，例如上述的测距方法程序。处理模块502执行所述计算机程序时实现上述各个测距方法实施例中的步骤，例如图6、8a、9、10、11所示的步骤。
测距装置500还可以包括信号传输模块501和通信总线504。信号传输模块501用于将数据发送至处理模块502或服务器，胶囊内窥镜100和信号传输模块501之间可以通过无线连接的形式传输数据，如蓝牙、wifi、zigbee等，通信总线504用于将信号传输模块501、处理模块502与存储模块503之间建立连接，通信总线504可包括一通路，在上述的信号传输模块501、处理模块502与存储模块503之间传送信息。
另外，本发明还提出了一种电子设备，其包括存储模块503和处理模块502，处理模块502执行所述计算机程序时可实现上述的摄像***的测距方法中的步骤，也就是说，实现上述摄像***的测距方法中的任意一个技术方案中的步骤。
该电子设备可以是集成于测距装置500内的一部分、或者是本地的终端设备、还可以是云端服务器的一部分。
处理模块502可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。处理模块502是测距装置500的控制中心，利用各种接口和线路连接整个测距装置500的各个部分。
存储模块503可用于存储所述计算机程序和/或模块，处理模块502通过运行或执行存储在存储模块503内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储模块503内的数据，实现所述测距装置500的各种功能。存储模块503可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需的应用程序等。此外，存储模块503可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡（Smart Media Card，SMC），安全数字（Secure Digital, SD）卡，闪存卡（FlashCard）、至少—个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在存储模块503中，并由处理模块502执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述测距装置中的执行过程。
根据本发明的测距装置500可以利用照明光源21、测距光源31和遮光件32，得到拍摄图像上的每个像素点对应的目标物位置与胶囊内窥镜100之间的距离，满足了胶囊内窥镜100在深度方向的测距需求，同时符合了胶囊内窥镜100体积小、功耗低的特点，避免了采用使用市面上如结构光投射器、ToF相机、多摄像头等测距方案带来的占空间、高耗能的问题。
进一步地，本发明一实施例提供了一种可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理模块502执行时可实现上述的摄像***的测距方法中的步骤，也就是说，实现上述摄像***的测距方法中的任意一个技术方案中的步骤。
所述测距装置500集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理模块502执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。
其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、∪盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种摄像***的测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取第一图像，其中，所述第一图像包括投射阴影区域；
获取摄像组件参数和测距组件参数，其中，所述摄像组件参数包括焦距参数，所述测距组件参数包括阴影面参数，所述阴影面参数根据摄像组件和测距组件的相对位置关系确定；
提取所述投射阴影区域内的图像阴影点的图像阴影坐标，其中，所述图像阴影点为投射阴影区域的阴影中心点，所述图像阴影坐标是与所述阴影中心点对应的图像阴影中心点坐标；
根据所述图像阴影坐标、所述焦距参数和所述阴影面参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
2.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，还包括步骤：
得到与所述第一图像对应的亮度分布曲线，其中，所述亮度分布曲线为垂直于所述投射阴影区域的其一剖面对应的曲线；
标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点。
3.根据权利要求2所述的测距方法，其特征在于，所述标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点还包括：
当所述亮度分布曲线中的最低亮度不高于最低预设亮度时，标记所述亮度分布曲线中的最低亮度对应的点为所述阴影中心点；
当所述亮度分布曲线中的最低亮度高于所述最低预设亮度时，重新获取垂直于所述投射阴影区域的其他剖面对应的亮度分布曲线，直到所述亮度分布曲线的最低亮度低于所述最低预设亮度。
4.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，还包括步骤：
计算与第一图像阴影点对应的第一目标物阴影坐标；
计算与第二图像阴影点对应的第二目标物阴影坐标；
根据所述第一目标物阴影坐标和所述第二目标物阴影坐标，计算与所述第一图像阴影点和所述第二图像阴影点分别对应的目标物上两个位置的实际距离。
5.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，还包括步骤：
获取第二图像，其中，第二图像全部为不含阴影区域的图像、或与所述图像阴影点对应的目标物阴影点在所述第二图像中不在第二图像的投射阴影区域内；
根据模拟算法和所述目标物阴影坐标，计算与所述目标物阴影坐标对应的预测亮度，其中，所述模拟算法是图像上任意像素的亮度与该像素在模拟消化道内的实际位置到所述摄像***之间的深度距离的关系；
获取所述第二图像上与所述图像阴影点对应的像素点的实际像素亮度；
计算所述预测亮度与所述实际像素亮度之间的比值，得到亮度校正因子。
6.根据权利要求5所述的测距方法，其特征在于，所述第一图像和所述第二图像的获取时间间隔小于最长预设时间。
7.根据权利要求5所述的测距方法，其特征在于，还包括步骤：
根据所述亮度校正因子、所述模拟算法和所述第二图像上其一像素点的实际像素亮度，计算与所述其一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
8.根据权利要求7所述的测距方法，其特征在于，还包括步骤：
计算多个像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离；
计算多个像素点对应的目标物坐标；
计算所述多个目标物坐标之间区域的面积。
9.根据权利要求5所述的测距方法，其特征在于，还包括步骤：
提取所述投射阴影区域内的多个图像阴影点对应的多个图像阴影坐标；
根据所述多个图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述多个图像阴影点对应的多个目标物阴影点的多个目标物阴影坐标；
根据模拟算法和所述多个目标物阴影坐标，计算与所述多个目标物阴影坐标对应的多个预测亮度；
获取所述第二图像上与各个图像阴影点对应的像素点的实际像素亮度；
计算每个预测亮度和与其对应的实际像素亮度之间的比值，得到多个亮度校正因子；
计算所述多个亮度校正因子的均值，得到全局亮度校正因子。
10.根据权利要求9所述的测距方法，其特征在于，还包括步骤：
当某一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离未超过最短距离预设值时，根据与该相邻的图像阴影点对应的亮度校正因子，计算所述某一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离；
当另一像素点到与其相邻的图像阴影点之间的距离超过所述最短距离预设值时，根据所述全局亮度校正因子，计算所述另一像素点对应的目标物位置到所述摄像***之间的实际距离。
11.一种摄像***的测距装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取第一图像，所述第一图像包括投射阴影区域；
第三获取模块，用于获取摄像组件参数和测距组件参数，其中，所述摄像组件参数包括焦距参数，所述测距组件参数包括阴影面参数，所述阴影面参数根据摄像组件和测距组件的相对位置关系确定；
提取模块，用于提取所述投射阴影区域内的图像阴影点的图像阴影坐标，其中，所述图像阴影点为投射阴影区域的阴影中心点，所述图像阴影坐标是与所述阴影中心点对应的图像阴影中心点坐标；
第一计算模块，用于根据所述图像阴影坐标、所述摄像组件参数和所述测距组件参数，计算与所述图像阴影点对应的目标物阴影点的目标物阴影坐标。
12.一种胶囊内窥镜，其特征在于，包括：
测距组件，其包括测距光源和遮光件，所述测距光源发出的光部分被所述遮光件遮挡；
摄像组件，其包括摄像头，在所述测距光源点亮时，所述摄像头拍摄第一图像；
所述胶囊内窥镜通过如权利要求11所述的摄像***的测距装置测距。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储模块，存储计算机程序；
处理模块，执行所述计算机程序时可实现权利要求1至10中任意一项所述的摄像***的测距方法中的步骤。
14.一种可读存储介质，其存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理模块执行时可实现权利要求1至10中任意一项所述的摄像***的测距方法中的步骤。
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