專利名稱：膠囊式內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種膠囊式內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法。
背景技術(shù)：
無線膠囊內(nèi)窺鏡可以無創(chuàng)地獲得整個(gè)消化道的圖像，大大拓展了醫(yī)生的診斷視野。它可以克服傳統(tǒng)的推進(jìn)式內(nèi)窺鏡的缺點(diǎn)，無創(chuàng)傷、無痛苦，通過吞咽進(jìn)入腸道，可以對(duì)食道、胃、小腸和大腸進(jìn)行特定和非特定位置圖像拍攝和分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)消化道系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。但是，由于膠囊內(nèi)窺鏡在消化道內(nèi)是隨著胃或者腸道的蠕動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的，當(dāng)膠囊內(nèi)窺鏡的鏡頭及閃光燈距離消化道壁較遠(yuǎn)時(shí)，拍攝出的圖像比較暗；而當(dāng)膠囊內(nèi)窺鏡的鏡頭及閃光燈距離消化道壁較近時(shí)，拍攝的圖像較亮，會(huì)出現(xiàn)暈光；太亮的區(qū)域，圖像傳感器為飽和輸出，太暗的區(qū)域，因讀取噪聲等，從圖像中根本無法分辨出被攝對(duì)象，現(xiàn)有的膠囊內(nèi)窺鏡由于類似場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)范圍超過了圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，而無法保證圖像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種膠囊式內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法，其能夠擴(kuò)大膠囊式內(nèi)窺鏡圖像的動(dòng)態(tài)范圍，增強(qiáng)圖像中高亮區(qū)與暗調(diào)區(qū)的細(xì)節(jié)特征，從而提高圖像的質(zhì)量。( 二 )技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種膠囊式內(nèi)窺鏡，包括:圖像采集裝置，用 于采集圖像；圖像處理模塊，用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成和無損壓縮；無線發(fā)射裝置，用于將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射出去。優(yōu)選地，所述圖像采集裝置包括:用于照亮消化道腔體的閃光燈模塊、用于拍攝圖像的圖像傳感器、用于采集圖像傳感器所拍圖像數(shù)據(jù)的圖像采集電路。優(yōu)選地，所述閃光燈模塊包括閃光燈和用于控制閃光燈的亮度和開啟時(shí)間從而控制圖像傳感器的曝光強(qiáng)度的閃光燈控制電路。優(yōu)選地，所述圖像處理模塊包括:用于存儲(chǔ)圖像的數(shù)據(jù)緩沖器和用于合成圖像數(shù)據(jù)并對(duì)合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無損壓縮的數(shù)字信號(hào)處理器。優(yōu)選地，所述閃光燈包括均勻的排列在鏡頭周圍的白光高亮LED。一種利用前述膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行圖像處理的方法，包括以下步驟:A:圖像采集裝置分別在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集多幅圖像并發(fā)送給圖像處理模塊；B:圖像處理模塊對(duì)采集得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，并將合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮；
C:無線發(fā)射裝置將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射出去。優(yōu)選地，所述步驟A進(jìn)一步包括:Al:使圖像傳感器初始化，并設(shè)置閃光燈的亮度、曝光時(shí)間；A2:按行讀取圖像傳感器中的圖像數(shù)據(jù)并發(fā)送給圖像處理模塊。 優(yōu)選地，所述步驟B進(jìn)一步包括:B1:從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取圖像數(shù)據(jù)；B2:將在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集到的多幅圖像進(jìn)行合成，得到動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大的一幅圖像；與在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集到的多幅圖像相比，合成后得到的一幅圖像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大。B3:將合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無損壓縮，并將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)射裝置。優(yōu)選地,所述步驟B2進(jìn)一步包括:B21:將采集到的圖像數(shù)據(jù)讀取到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；B22:解析所讀圖像數(shù)據(jù)，獲取圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、圖像尺寸和數(shù)量；B23:對(duì)所讀取的每一幅圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并提取圖像的拍攝場(chǎng)景的邊緣特征；B24:根據(jù)不同圖像的邊緣特征的相似程度判斷其是否適合合成；

B25:將適合合成的多幅在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下拍攝的圖像合成為一幅圖像。(三)有益效果本發(fā)明膠囊式內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法通過采集并合成不同曝光程度的膠囊式內(nèi)窺鏡圖像，擴(kuò)大了膠囊式內(nèi)窺鏡圖像的動(dòng)態(tài)范圍，即是擴(kuò)大了膠囊式內(nèi)窺鏡圖像場(chǎng)景的標(biāo)示范圍，增強(qiáng)了圖像中高亮區(qū)與暗調(diào)區(qū)的細(xì)節(jié)特征，從而提高圖像的質(zhì)量。并且本發(fā)明可使圖像在膠囊式內(nèi)窺鏡進(jìn)行合成后發(fā)送到體外，實(shí)現(xiàn)了獲取膠囊式內(nèi)窺鏡高動(dòng)態(tài)范圍圖像的目的，為用戶提供了包含更多信息與細(xì)節(jié)的圖像。


圖1為本發(fā)明實(shí)施方式中所述膠囊式內(nèi)窺鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施方式中所述進(jìn)行圖像處理的方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1所示，本發(fā)明所述的一種膠囊式內(nèi)窺鏡，包括:圖像采集裝置，用于采集圖像；圖像處理模塊，用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成和無損壓縮；無線發(fā)射裝置，用于將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射出去。其中，所述圖像采集裝置包括:用于照亮消化道腔體的閃光燈模塊、用于拍攝圖像的圖像傳感器、用于采集圖像傳感器所拍圖像數(shù)據(jù)的圖像采集電路。所述閃光燈模塊包括閃光燈和用于控制閃光燈的亮度和開啟時(shí)間從而控制圖像傳感器的曝光強(qiáng)度的閃光燈控制電路。所述圖像處理模塊包括:用于存儲(chǔ)圖像的數(shù)據(jù)緩沖器和用于合成圖像數(shù)據(jù)并對(duì)合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無損壓縮的數(shù)字信號(hào)處理器。所述閃光燈包括均勻的排列在鏡頭周圍的白光高亮LED。圖像傳感器為能夠感受光學(xué)圖像信息并轉(zhuǎn)換成可輸出信號(hào)的傳感器，一般采用CMOS圖像傳感器，它具有體積小、功耗低、售價(jià)便宜的優(yōu)點(diǎn)；圖像采集電路負(fù)責(zé)配置圖像傳感器的參數(shù)、讀取圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)。如圖2所示，本發(fā)明所述的一種利用前述膠囊內(nèi)窺鏡進(jìn)行圖像處理的方法，包括以下步驟:A:圖像采集裝置分別在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集多幅圖像并發(fā)送給圖像處理模塊；本步驟具體可通過以下步驟實(shí)現(xiàn):Al:使圖像傳感器初始化，并設(shè)置閃光燈的亮度、曝光時(shí)間；使圖像傳感器初始化主要包括:通過圖像采集電路對(duì)圖像傳感器的開窗尺寸、對(duì)比度、亮度、飽和度、白平衡等進(jìn)行設(shè)置。該操作通過圖像采集電路設(shè)置電壓源的電壓完成，設(shè)置的電壓較低時(shí)，閃光燈的亮度較弱，靠近膠囊內(nèi)窺鏡圖像采集裝置的消化道腔壁的圖像細(xì)節(jié)就比較清晰；設(shè)置的電壓較高時(shí)，閃光燈的亮度較強(qiáng)，就可以將遠(yuǎn)離膠囊內(nèi)窺鏡圖像采集裝置的消化道腔壁的圖像細(xì)節(jié)拍攝得比較清晰。曝光時(shí)間指光線投射到圖像傳感器感光面上的時(shí)間。本實(shí)施例中，膠囊式內(nèi)窺鏡工作在人體消化道環(huán)境，當(dāng)閃 光燈關(guān)閉時(shí)，消化道處于黑暗環(huán)境，沒有或者有很少的光線投射到圖像傳感器的感光面上，只有閃光燈開啟時(shí)，才有光線投射到圖像傳感器感光面上，閃光燈的閃亮?xí)r間也就是圖像傳感器的曝光時(shí)間。曝光時(shí)間長(zhǎng)，采集的圖像較亮，曝光時(shí)間短，采集的圖像較暗。在本實(shí)施例中，膠囊內(nèi)窺鏡通過圖像采集裝置采集2幅或者2幅以上在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下拍攝的圖像，也就是圖像曝光程度不同的幾幅圖像。A2:按行讀取圖像傳感器中的圖像數(shù)據(jù)并發(fā)送給圖像處理模塊。 每一種圖像傳感器其輸出的圖像數(shù)據(jù)格式都不盡相同，本實(shí)施例中，圖像傳感器采用0V766x系列CMOS圖像傳感器，它所輸出的圖像格式為Bayer格式，即奇數(shù)掃描行分別
輸出R、G、R、G......，偶數(shù)行分別輸出G、B、G、B.......圖像傳感器敏感區(qū)域的每一個(gè)像
素點(diǎn)對(duì)應(yīng)一種色光，其中，R感光紅光，G感應(yīng)綠光，B感應(yīng)藍(lán)光。Bayer格式的圖像數(shù)據(jù)需要經(jīng)過線性插值法轉(zhuǎn)化成RGB格式圖像。通常情況下，本發(fā)明進(jìn)行圖像處理的方法中需要采集2幅或者2幅以上在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下拍攝的圖像，實(shí)際應(yīng)用中，為了減少數(shù)據(jù)量，通常采集2幅圖像即可。采集兩幅圖像間隔的時(shí)間應(yīng)盡可能的短，減少因膠囊式內(nèi)窺鏡運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的場(chǎng)景誤差。B:圖像處理模塊對(duì)采集得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，并將合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮；本步驟具體可通過以下步驟實(shí)現(xiàn):B1:從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取圖像數(shù)據(jù)；
B2:將在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集到的多幅圖像進(jìn)行合成，得到動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大的一幅圖像；與在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集到的多幅圖像相比，合成后得到的一幅圖像的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大；步驟B2具體可通過以下步驟實(shí)現(xiàn):B21:將采集到的圖像數(shù)據(jù)讀取到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；B22:解析所讀圖像數(shù)據(jù)，獲取圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、圖像尺寸和數(shù)量；B23:對(duì)所讀取的每一幅圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并提取圖像的拍攝場(chǎng)景的邊緣特征；B24:根據(jù)不同圖像的邊緣特征的相似程度判斷其是否適合合成；若相似，則說明圖像的拍攝場(chǎng)景變化不大，適合合成；若相似度很小，則說明圖像場(chǎng)景變化太大，不適合合成；圖像平移或者旋轉(zhuǎn)。根據(jù)步驟B23提取的圖像特征，若在拍攝不同動(dòng)態(tài)范圍圖像時(shí)圖像場(chǎng)景有輕微移動(dòng)，則可以進(jìn)行圖像的平移與旋轉(zhuǎn)；B25:將適合合成的多幅在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下拍攝的圖像合成為一幅動(dòng)態(tài)范圍很高的圖像。B3:將合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無損壓縮，并將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)射裝置。C:無線發(fā)射裝置將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射出去。下面介紹兩種圖像合成的具體方法:
一、本方法通過在同一空間位置上將在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下拍攝的圖像的像素Pi (x，y)進(jìn)行加權(quán)求和，從而在目標(biāo)圖像的聞光和暗調(diào)區(qū)域，原已并級(jí)損失一些層次變化得以實(shí)現(xiàn)，灰度值的分布范圍有所拓展。具體步驟如下:S1:讀取圖像像素值。讀取各圖像的像素值，圖像i的位置(x，y)的像素值？上，y)，其中i = 0 M-l。M為讀取的圖像總數(shù)，為自然數(shù)。S2:設(shè)置圖像權(quán)重值。對(duì)圖像i賦予權(quán)重值Wi,并且各權(quán)重的和值為I ;例如可以將Wi賦值為1/M。S3:計(jì)算目標(biāo)圖像灰度值。計(jì)算公式如下:
M-1Gt (X, y) = Yjw, x G1 O，y)
i=0S4:生成目標(biāo)圖像。根據(jù)S3計(jì)算出的目標(biāo)灰度值，加上相關(guān)的圖像頭信息，生成具有聞動(dòng)態(tài)范圍的目標(biāo)圖像。如果在某一位置M幅原始圖像像素值灰度值相等，則計(jì)算的目標(biāo)灰度值與原始值相同。如果場(chǎng)景中存在少數(shù)極亮或者極暗區(qū)域，即使曝光量各異依然造成多幅原始圖像灰度值達(dá)到相同的極值，這部分階調(diào)是無法挽救的。二、本方法根據(jù)不同曝光量多幅原始圖像確定目標(biāo)圖像的階調(diào)分布，再進(jìn)行圖像階調(diào)轉(zhuǎn)換，獲得符合目標(biāo)階調(diào)分布的圖像。具體步驟如下:S5:計(jì)算圖像的總像素?cái)?shù)。M表示原始圖像數(shù)量，各原始圖像的像素?cái)?shù)同為NO，將M幅圖像像素累加起來，作為目標(biāo)圖像的總像素?cái)?shù)NT = NOXM0S6:計(jì)算灰度等級(jí)的統(tǒng)計(jì)頻率。根據(jù)各級(jí)灰度的像素統(tǒng)計(jì)數(shù)，并將目標(biāo)圖像總像素?cái)?shù)NT，計(jì)算出目標(biāo)圖像的階調(diào)分布。計(jì)算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種膠囊式內(nèi)窺鏡，其特征在于，包括: 圖像采集裝置，用于采集圖像； 圖像處理模塊，用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成和無損壓縮； 無線發(fā)射裝置，用于將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射出去。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠囊式內(nèi)窺鏡，其特征在于，所述圖像采集裝置包括:用于照亮消化道腔體的閃光燈模塊、用于拍攝圖像的圖像傳感器、用于采集圖像傳感器所拍圖像數(shù)據(jù)的圖像采集電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠囊式內(nèi)窺鏡，其特征在于，所述閃光燈模塊包括閃光燈和用于控制閃光燈的亮度和開啟時(shí)間從而控制圖像傳感器的曝光強(qiáng)度的閃光燈控制電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠囊式內(nèi)窺鏡，其特征在于，所述圖像處理模塊包括:用于存儲(chǔ)圖像的數(shù)據(jù)緩沖器和用于合成圖像數(shù)據(jù)并對(duì)合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無損壓縮的數(shù)字信號(hào)處理器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的膠囊式內(nèi)窺鏡，其特征在于，所述閃光燈包括均勻的排列在鏡頭周圍的白光高亮LED。
6.一種利用權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述膠囊式內(nèi)窺鏡進(jìn)行圖像處理的方法，其特征在于，包括以下步驟: A:圖像采集裝置分別在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集多幅圖像并發(fā)送給圖像處理模塊； B:圖像處理模塊對(duì)采集得到的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成，并將合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)無損壓縮； C:無線發(fā)射裝置將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射出去。
7.如權(quán)利要求6所述進(jìn)行圖像處理的方法，其特征在于，所述步驟A進(jìn)一步包括: Al:使圖像傳感器初始化，并設(shè)置閃光燈的亮度、曝光時(shí)間； A2:按行讀取圖像傳感器中的圖像數(shù)據(jù)并發(fā)送給圖像處理模塊。
8.如權(quán)利要求6所述進(jìn)行圖像處理的方法，其特征在于，所述步驟B進(jìn)一步包括: B1:從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)讀取圖像數(shù)據(jù)； B2:將在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下采集到的多幅圖像進(jìn)行合成，得到動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大的一幅圖像； B3:將合成前和合成后的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行無損壓縮，并將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送給發(fā)射裝置。
9.如權(quán)利要求8所述進(jìn)行圖像處理的方法，其特征在于，所述步驟B2進(jìn)一步包括: B21:將采集到的圖像數(shù)據(jù)讀取到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)； B22:解析所讀圖像數(shù)據(jù)，獲取圖像數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式、圖像尺寸和數(shù)量； B23:對(duì)所讀取的每一幅圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，并提取圖像的拍攝場(chǎng)景的邊緣特征； B24:根據(jù)不同圖像的邊緣特征的相似程度判斷其是否適合合成； B25:將適合合成的多幅在不同閃光燈亮度和曝光時(shí)間條件下拍攝的圖像合成為一幅圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膠囊式內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法，涉及醫(yī)療電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，所述膠囊式內(nèi)窺鏡包括圖像采集裝置，用于采集圖像；圖像處理模塊，用于對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行合成和無損壓縮；無線發(fā)射裝置，用于將壓縮后的圖像數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)射出去。本發(fā)明膠囊式內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法通過采集并合成不同曝光程度的膠囊式內(nèi)窺鏡圖像，擴(kuò)大了膠囊式內(nèi)窺鏡圖像的動(dòng)態(tài)范圍，既是擴(kuò)大了膠囊式內(nèi)窺鏡圖像場(chǎng)景的標(biāo)示范圍，增強(qiáng)了圖像中高亮區(qū)與暗調(diào)區(qū)的細(xì)節(jié)特征，從而提高圖像的質(zhì)量。并且本發(fā)明可使圖像在膠囊式內(nèi)窺鏡進(jìn)行合成后發(fā)送到體外，實(shí)現(xiàn)了獲取膠囊式內(nèi)窺鏡高動(dòng)態(tài)范圍圖像的目的，為用戶提供了包含更多信息與細(xì)節(jié)的圖像。
文檔編號(hào)H04N7/26GK103190881SQ20121000117
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者張春, 姜漢鈞, 馬騰, 陳新凱, 謝翔, 王志華 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 北京華清益康科技有限責(zé)任公司