CN102057681B - 用于改进内窥镜图像的方法和内窥镜 - Google Patents

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Abstract

一种用于改进通过彩色摄影机(3)拍摄的通过背光(12)照明的部分发荧光的组织区域的内窥镜图像的方法，其特征在于，将内窥镜图像的色彩像素从摄影机(3)的色彩空间(RGB)转换到色彩空间(FXY)，在该色彩空间(FXY)中穿过荧光(11)的色彩空间区域(21)和背光(12)的色彩空间区域(20)的直线(F1)平行于描绘像素的荧光成分的坐标轴(F)走向，以及在该色彩空间(FXY)中像素的荧光成分通过非线性的特征曲线(13)被改变，该特征曲线至少局部地增强了荧光对比度，即较高的荧光值与较低的荧光值之间的差值，最后将像素转换到适于图像显示的色彩空间(RGB)。

Description

用于改进内窥镜图像的方法和内窥镜
技术领域
本发明涉及一种用于改进内窥镜图像的方法和内窥镜。
背景技术
在人体中的发荧光的组织区域的内窥镜图像用于发现相应被标记的肿瘤，例如膀胱壁中的肿瘤。在DE19902184C1中公开了，在此情况下通过在波长方面明显远离荧光的背光来照明所观察的组织，，即背光可良好地与荧光区分并且在亮度方面也低到不会比非常弱的荧光更明亮。因此，识别非常弱的荧光始终是困难的。用于改进这种内窥镜图像的方法到目前为止鲜有成功。
在US4805016A中公开了在内窥镜图像中借助色彩空间变换改进图像的方法。
发明内容
本发明的任务在于在开头所提及的内窥镜方式获得的荧光图像中改善荧光的可识别性。
该任务通过根据本发明的方法和医学内窥镜来解决。
一种用于改善通过彩色摄影机拍摄的通过背光照明的部分发荧光的组织区域的内窥镜图像的方法，其中，将内窥镜图像的色彩像素从摄影机的色彩空间RGB转换到其中穿过荧光的色彩空间区域和背光的色彩空间区域的直线F1平行于描绘像素的荧光成分的坐标轴F的色彩空间FXY，并且在该色彩空间FXY中像素的荧光成分通过非线性的特征曲线被改变，该特征曲线至少局部地增强了荧光对比度，即较高的荧光值与较低的荧光值之间的差值，最后将像素转换到适于图像显示的色彩空间RGB，其中这样选择坐标轴X和Y，使得通过坐标轴F、X和Y撑起三维色彩空间FXY。
优选的，特征曲线被构建为在上部端部区域c到1和下部端部区域0到a中没有变化，并且在位于其间的区域a到c中，在特征曲线的上部区段b到c发生增强而在下部区段a到b发生减弱，其中0＜a＜b＜c＜1。
优选的，特征曲线随时间改变，使得荧光对比度随时间而提高。
一种医学内窥镜，具有彩色摄影机、连接到彩色摄影机的图像处理装置和连接到图像处理装置的图像显示装置，其中，图像处理装置被构建为用于执行根据本发明的方法。
借助摄影机获得的内窥镜图像大部分在常见的RGB色彩空间中。根据本发明的任务，在这些图像中荧光应该被影响，而其余图像特性应尽可能保持不变。为此，首先将色彩像素转换到如下色彩空间，即在该色彩空间中，一方面穿过背光的色彩空间区域而另一方面穿过荧光的色彩空间区域的代表荧光的直线平行于该色彩空间的一个坐标轴走向。于是在该色彩空间中可以通过沿着这个描绘荧光的坐标轴进行调整来影响荧光，而不改变其余的图像特性。为了荧光值的对比度提高，像素的荧光成分可以通过一条非线性的特征曲线被变换。随后，再次将像素转换回到适于图像显示的色彩空间，例如常用的RGB色彩空间。
有利地，特征曲线被构造为使得其在中部区域中在上部区段提高荧光值而在下部区段中降低荧光值，其中在特征曲线的端部区域中荧光保持不变。因此形成如下特征曲线，其在上端部区域和下端部区域中位于同一直线(Identitaetsgeraden)上而在其间基本上以S形构建。
有利地，荧光对比度可以随着时间的推移而增大。这样可以补偿发荧光的物质的逐渐退色，这种逐渐的退色随时间的推移会导致越来越小的荧光对比度。
附图说明
在附图中示例性且图示性地示出了本发明。其中：
图1示出了具有图像处理装置和图像显示装置的内窥镜的示意性视图，
图2示出了图像处理装置的放大的示意图，
图3示出了所使用的荧光特征曲线的视图，
图4示出了所使用的光成分的视图，以及
图5示出了在RGB色彩空间中的图像像素的示图。
具体实施方式
图1示出了具有伸长的杆2的医疗内窥镜1彩色摄影机3设置在该杆2的近端。在另一实施形式中，摄影机3也可以设置在杆2的远端，紧靠在设置在那里的物镜之后。
彩色摄影机3通过用于数据传输并且例如也用于电流供给的导线4与图像处理装置5相连，以便输送图像数据。图像处理装置5通过导线6连接到图像显示装置7(例如商业上常见的监视器)上。
内窥镜1例如可以在泌尿学中用于对膀胱壁进行检查以确定肿瘤，为此随其杆2穿过尿道(Uretra)直到插入膀胱(未示出)中。此时，由摄影机3拍摄所观察的图像，将图像传输给图像处理装置5，在那里进行编辑，然后在图像显示装置7上显示。
内窥镜1用于对组织表面(例如膀胱壁)进行检查以确定存在的被以发荧光的物质标记的肿瘤。如在图4中所示(其中关于波长λ绘制光强度I)，发荧光的组织发射在位于区域11中的光。整个所观察的表面被位于区域12中、即另一波长的背光照明。区域11通常呈红色，而区域12通常呈蓝色。对此的细节，参考DE19902184C1。
由摄影机3拍摄的图像的像素在RGB色彩空间中呈云状，如其例如在图5中通过虚线的轮廓所示的那样。该云在图5中以一个例子示出的色彩空间区域20和21中具有特征性的重心。色彩空间区域21呈红色并且对应于图4区域11中的荧光。色彩空间区域20在图4的区域12中呈蓝色。
在图5中用F1示出了直线，其穿过色彩空间区域20和21并且通常倾斜于所有坐标轴R、G、B。直线F1穿过具有许多背光和少量荧光的色彩空间区域20并穿过具有许多荧光和少量背光的区域21。在该直线上F1上，于是可以在色彩空间区域20和21之间显示不同荧光值。色彩向量在直线F1上的投影因此提供了对荧光的度量。
图2详细地示出了图像处理5。该图像处理具有三个阶段8、9、10，在其中图像的像素相继地被处理。
在第一阶段8中，按像素从由摄影机所使用的通常是RGB色彩空间的图像空间换算到另一用FXY表示的色彩空间。坐标轴X和Y是无关紧要的。它们只须被选择为使得通过F、X和Y撑起三维色彩空间。重要的是坐标轴F的位置，该坐标轴必须平行于图5的直线F1并且其因此说明了在新的色彩空间FXY中像素的荧光成分。色彩空间FXY由原始的色彩空间RGB通过旋转并且必要时通过平移得到。
第二图像处理阶段9用于非线性地改变荧光值。随后，在阶段10中由FXY色彩空间换算到通常用于图像显示的色彩空间，这通常又是RGB色彩空间。
图3以更详细的视图示出了在图像处理阶段9中用于影响荧光值的特征曲线13。该换算的目的是改善非常弱的荧光的可见性。在此情况下，其余的图像特性应该尽可能少地被改变。这是通过只在与其他坐标不相关的F坐标上进行图像转换来实现。于是可以非常强烈地影响荧光，而不在其他方面改变图像印象。
在影响荧光时使用图3中示例性示出的特征曲线13。在特征曲线的两个端部处，即在存在明显可见的蓝光的0到a的区域中或者在存在明显可见的荧光(红色)的c到1的区域中，不发生任何改变。在位于其间的a到c的区域中，在下部区段a到b中，即在淡蓝色区域中，荧光被降低，即蓝色成分被增强，而在b到c的上部区域中荧光(红色)被提高。
这意味着：在具有少的、难以辨识的荧光成分的区域中荧光对比度被提高。借助这种布置，尤其是在具有中等荧光的难以识别是否存在荧光的区域中，图像的信息得到改善。
在谈及的实施例中，背光12是蓝色而荧光11是缸色。荧光的色彩可以根据所使用的荧光材料而是其他色彩。背光也乙可以有不同的选择，只要其仅仅对应于色彩空间中的略微受限的空间区域。
用于标记要显示的肿瘤的荧光物质可能随着时间而作用减弱，以致使得荧光减弱。为了补偿这一点，可以随时间而这样改变特征曲线13，即根据物质随时间的退色或者减弱，提高荧光对比度，使得在结果上荧光印象基本上保持不变。

Claims (3)

1.一种用于改善通过彩色摄影机(3)拍摄的通过背光(12)照明的部分发荧光的组织区域的内窥镜图像的方法，其特征在于，将内窥镜图像的色彩像素从摄影机(3)的色彩空间RGB转换到其中穿过荧光(11)的色彩空间区域(21)和背光(12)的色彩空间区域(20)的直线F1平行于描绘像素的荧光成分的坐标轴F的色彩空间FXY，并且在该色彩空间FXY中像素的荧光成分通过非线性的特征曲线(13)被改变，该特征曲线至少局部地增强了荧光对比度，即较高的荧光值与较抵的荧光值之间的差值，最后将像素转换到适于图像显示的色彩空间RGB，其中这样选择坐标轴X和Y，使得通过坐标轴F、X和Y撑起三维色彩空间FXY，其中，特征曲线(13)被构建为在上部端部区域c到1和下部端部区域0到a中没有变化，并且在位于其间的区域a到c中，在特征曲线(13)的上部区段b到c发生增强而在下部区段a到b发生减弱，其中0＜a＜b＜c＜1且a、b、c位于代表输入的横坐标中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，特征曲线(13)随时间改变，使得荧光对比度随时间而提高。
3.一种医学内窥镜(1)，具有彩色摄影机(3)、连接到彩色摄影机(3)的图像处理装置(5)和连接到图像处理装置(5)的图像显示装置(7)，其特征在于，图像处理装置(5)被构建为用于执行根据上述权利要求之一所述的方法。
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