CN103860129A - 内窥镜光源亮度自动调节的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内窥镜光源亮度自动调节的方法和装置，解决内窥镜光源亮度调节不精确、易受光源功率衰减影响的问题。所述方法包括：S1.获取当前图像亮度值I1，以及当前光通量输出级别P1；S2.调整所述内窥镜光源，使光通量输出级别改变N个级别，记改变后的光通量输出级别为P2；S3.获取调整后的图像亮度值I2；S4.根据公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），计算出目标光通量输出级别P0；其中I0是预设的图像亮度基准值；S5.调整所述内窥镜光源至所述目标光通量输出级别P0。本发明通过测量不同光通量输出级别的两次图像亮度值，计算出目标光通量输出级别，从而不受光源功率稳定性的影响，对内窥镜光源亮度进行精确自动调整。

Description

内窥镜光源亮度自动调节的方法和装置

技术领域

 本发明涉及内窥镜技术领域，尤其涉及一种内窥镜光源亮度调节方法和装置。

背景技术

内窥镜手术过程中，医生控制镜体对腔体进行成像，成像环境实时变化，会对图像亮度的稳定性造成影响。为了获得理想、稳定亮度的图像，需要对图像做加工处理，或者对光源做调节处理。

现有技术中，可以通过数字图像处理，或者调节显示器亮度，来调节图像显示的亮度，但这样获得的图像并不真实，使得医生不能获得待观察操作部位的有效病变信息，使用效果不佳。

一些内窥镜产品中，采用控制光源发光功率的方法，调节内窥镜成像环境的光照射强度，从而获得合适的图像亮度，但不断改变光源的发光功率会影响光源的使用寿命，并且光源的输出光谱会随功率变化，即发射的光的色温会变化，从而导致图像色调变化。

一些内窥镜产品中，采用在恒定光源的输出光路上设置遮光片的方法，调节光源的输出光通量，来调节内窥镜成像环境的光照强度，但是，这些内窥镜产品中，有的遮光片的位置只能在有限的几个档位进行切换，不能精细准确地调节光通量；有的遮光片位置调节算法对光源的恒定功率依赖性强，当光源经过长时间使用，产生一定的衰减后，调节算法就变得不准确，调节效果不佳。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术中内窥镜产品光源亮度调节不精确、易受光源功率衰减的影响等缺陷，提供一种内窥镜光源亮度自动调节的方法和装置，能不受内窥镜光源衰减的影响，自动精确调节内窥镜光源的亮度，提升成像质量。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种内窥镜光源亮度自动调节的方法，包括以下步骤:

S1:获取当前图像亮度值I1，以及当前光通量输出级别P1；

S2:调整所述内窥镜光源，使光通量输出级别改变N个级别，记改变后的光通量输出级别为P2；

S3:获取调整后的图像亮度值I2；

S4：根据公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），计算出目标光通量输出级别P0；其中I0是预设的图像亮度基准值；当I2大于I1时，所述N取正值，当I2小于I1时，所述N取负值；

S5:调整所述内窥镜光源至所述目标光通量输出级别P0。

进一步，所述步骤S2之前，还包括：S11：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1等于I0，则不调整所述内窥镜光源，否则，执行步骤S2。

进一步，所述步骤S2之前，还包括：S12：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若二者的差值小于阈值，则不调整所述内窥镜光源，否则，执行步骤S2。

进一步，所述步骤S2具体为：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1小于I0，则调整所述内窥镜光源增加N个光通量输出级别；若I1大于I0，则调整所述内窥镜光源减少N个光通量输出级别。

进一步，所述步骤S5还包括：若所述目标光通量输出级别P0大于所述内窥镜光源的最大光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最大光通量输出级别；若所述目标光通量输出级别P0小于所述内窥镜光源的最小光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最小光通量输出级别。

进一步，所述步骤S2之前还包括：S11：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1大于I0，且所述当前光通量输出级别P1为最小光通量输出级别，或者，若I1小于I0，且所述当前光通量输出级别P1为最大光通量输出级别，则不调整所述内窥镜光源；否则，执行S2。

本发明还提供一种内窥镜光源亮度自动调节的装置，包括：

第一信息获取单元，用于获取当前图像亮度值I1，以及当前光通量输出级别P1；第一调整单元，用于调整所述内窥镜光源，使光通量输出级别改变N个级别，即为P2；第二信息获取单元，用于获取调整后的图像亮度值I2；计算单元，用于根据公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），计算出目标光通量输出级别P0；其中I0是预设的图像亮度基准值；当I2大于I1时，所述N取正值，当I2小于I1时，所述N取负值；第二调整单元，用于调整所述内窥镜光源至所述目标光通量输出级别P0。

进一步，所述第一调整单元还具有以下功能：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1等于I0，或者二者的差值小于阈值，则不调整所述内窥镜光源；否则，若I1小于I0，则调整所述内窥镜光源增加N个光通量输出级别；若I1大于I0，则调整所述内窥镜光源减少N个光通量输出级别。

进一步，所述第二调整单元还具有以下功能：若所述目标光通量输出级别P0大于最大光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最大光通量输出级别；若所述目标光通量输出级别P0小于最小光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最小光通量输出级别。

进一步，所述光通量输出级别，是通过设置在内窥镜光源中用于遮挡光束的遮光片的不同位置来实现的。

本发明的有益效果是: 提供了一种内窥镜光源亮度自动调节的方法和装置，可根据成像环境自动精确调节内窥镜光源的光输出强度，不受内窥镜光源功率衰减的影响，使内窥镜可以稳定地获得理想亮度的图像。

 

附图说明

图1是本发明内窥镜光源亮度自动调节方法所采用的内窥镜系统的结构示意图；

图2是图1所示结构示意图中，内窥镜光源的结构示意图。

图3是本发明实施例一的内窥镜光源亮度自动调节方法流程图。

图4是本发明实施例一的内窥镜光源亮度自动调节方法的原理图。

图5是本发明实施例二的内窥镜光源亮度自动调节装置的结构示意图。

 

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例所采用的内窥镜系统包括内窥镜光源10、镜体20、处理器30以及显示器40，其中，所述内窥镜光源10内部细节以及与镜体20连接的部分如图2所示，所述内窥镜光源10包括带抛物面反光碗的氙灯（或LED灯等）2、热反射镜3、热吸收玻璃4、透镜1和遮光片5，所述镜体20包括导光棒6、光纤传光束7及发散用平凹透镜（图中未示出）。所述导光棒6位于所述镜体20的一端，该端与所述内窥镜光源10相接，所述遮光片5位于所述内窥镜光源10中的聚光透镜1与所述镜体20中的导光棒6之间，所述导光棒6的另一端与光纤传光束7相接，从而使得所述内窥镜光源10发出的光经过导光棒6、光纤传光束7及发散用平凹透镜后到达人体内，为所述镜体20中的成像镜头提供照明。所述镜体20同时又与所述处理器30相连，处理器30将镜体20得到的图像信号进行处理后送给显示器40显示出图像。

所述遮光片5绕垂直于光轴的旋转轴旋转，通过步进电机控制其转动角度。在某些实施例中，遮光片5也可以绕平行于光轴的旋转轴旋转。将所述遮光片5从完全遮挡住光束旋转到完全不遮挡光束的过程依照实际应用所需的精度划分成若干个位置，例如是M个位置，则对应M个光通量输出级别，根据内窥镜应用的成像环境，在这M个光通量输出级别之间实现自动调节。由于遮光片5由步进电机驱动，因此最终体现在步进电机驱动方向和步数的自动调节上，步进电机对应有M个位置级别。

相对稳定的光源，在空间的某个区域内，获取的图像亮度值和光源输出光通量近似成正比，因此可以建立步进电机位置和图像亮度值的对应曲线，也即光通量输出级别和图像亮度值的对应曲线。在相对短的时间内，可以认为成像对象是稳定的，因此相对短的时间段内，光通量输出级别和图像亮度值的对应曲线是一段直线。通过当前点与步进电机微调之后的点之间的图像亮度差值，以及这两点之间光通量输出级别的差值，可计算得到所述直线的斜率，本发明中称为所述曲线的近似斜率。已知直线的斜率，根据微调之后的点的图像亮度值，与预设的图像亮度基准值之间的差值，可计算出直线上的第三点，即目标点的光通量输出级别，从而控制电机带动遮光片旋转到目标位置。

所述图像亮度值可以通过图像YCbCr空间内的Y信号计算获取。

以上是本申请的核心思想，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供一种内窥镜光源亮度自动调节的方法。参见图3，本发明实施例一的内窥镜光源亮度自动调节方法包括步骤S1-S5：

S1:获取当前图像亮度值I1，以及内窥镜光源的当前光通量输出级别P1；

根据测光值评价方法，例如现有技术中的平均测光或峰值测光等技术，对当前图像YCbCr空间内的Y信号进行评估，实现当前图像亮度值I1的计算。当前光通量输出级别P1，可根据步进电机的当前位置所处级别来标记光通量的输出级别，并不需要量化出当前光通量的具体值。

S2:调整所述内窥镜光源，使光通量输出级别改变N个级别，记改变后的光通量输出级别为P2；

所述N是本方法中预设的数值，根据内窥镜光源光通量输出级别的总数量M，以及光通量输出级别和图像亮度值对应的完整曲线的斜率变化情况，选取合适的N值。所述N值使得光通量输出级别改变前后的两点所对应的曲线段无论落在所述完整曲线的哪一段，所述曲线段的近似斜率都大致相等，以提高本发明方法亮度调节的准确性。为增加调节的准确性，所述N个级别一般为小距离的调整，例如为5个级别。所述N作为已知量，在后续步骤中参与计算。

在一些实施例中，当比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1小于I0，则调整所述内窥镜光源增加N个光通量输出级别；若I1大于I0，则调整所述内窥镜光源减少N个光通量输出级别。

在另一些实施例中，当比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1等于I0，或者二者的差值小于阈值，则不调整所述内窥镜光源。此时P1=P2，N=0

在另一些实施例中，当比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1大于I0，且所述当前光通量输出级别P1为最小光通量输出级别，或者，若I1小于I0，且所述当前光通量输出级别P1为最大光通量输出级别，则不调整所述内窥镜光源，此时P1=P2，N=0。

S3:获取调整后的图像亮度值I2；

同样，根据测光值评价方法，例如现有技术中的平均测光或峰值测光等技术，对调整后的图像YCbCr空间内的Y信号进行评估，实现调整后的图像亮度值I2的计算。

S4：根据公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），计算出目标光通量输出级别P0；其中I0是预设的图像亮度基准值；当I2大于I1时，所述N取正值，当I2小于I1时，所述N取负值；

参见图4，由当前图像亮度值I1、当前光通量输出级别P1、调整后的图像亮度值I2、调整后的光通量输出级别P2、光通量输出改变的级别数N，计算获得目标光通量输出级别P0。如图4所示，光通量输出级别 P和图像亮度值I的对应曲线在相对短的时间内可作为一段直线处理，改变光通量输出级别的过程中，图像亮度值I的改变量（I2-I1），与光通量输出改变的级别数N 的比值，即为该段直线的斜率，结合预设的图像亮度基准值I0与改变光通量输出级别后的图像亮度值I2的差值，计算出光通量输出需要进一步调整的级别数，在调整后的光通量输出级别P2的基础上，调整光源至目标光通量输出级别P0。

由于光通量输出级别 P和图像亮度值I一直成正比，因此，所述计算公式中，N的符号取值与（I2-I1）的正负一致。

S5:调整所述内窥镜光源至所述目标光通量输出级别P0。

在一些实施例中，所述调整的过程中，还可能遇到这样的情况：由于成像环境的原因或其他偶然因素，导致S1步骤获取到的当前图像亮度值I1、S3步骤获取到的调整后的图像亮度值I2过亮或者过暗，使得S4步骤中计算出的目标光通量输出级别P0大于内窥镜光源的最大输出级别，或者小于其最小输出级别，这种情况下，若所述目标光通量输出级别P0大于最大光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最大光通量输出级别；若所述目标光通量输出级别P0小于最小光通量输出级别，则调节所述内窥镜光源至最小光通量输出级别。由于内窥镜在长期使用后，或者在外部因素影响下，才可能出现功率衰退，或者步进电机控制的遮光片旋转角度出现误差，，因此，绝大多数情况下，内窥镜光源可以按照本发明的亮度自动调节方法正常调节使用，上述情况是为了考虑到内窥镜光源亮度调节机制的完善性而设置，增加该调节方法的鲁棒性。

由以上技术方案可见，当光源功率发生衰减，或者因偶然因素发生异常时，光通量输出级别 P和图像亮度值I的对应曲线的斜率随之发生变化，计算出的目标光通量输出级别也随之发生变化，本发明的光源亮度调节方法可以适应新的光源功率，准确调整光通量输出级别来获得理想的图像亮度。光通量输入级别数量可以根据需要划分得足够精确，因此本发明的光源亮度自动调节方法可以不依赖于光源功率的恒定性，进行精确的亮度调节。

 

实施例二

参见图5，本发明实施例二提供一种内窥镜光源亮度自动调节装置。所述装置包括：

第一信息获取单元501，用于获取当前图像亮度值I1，以及当前光通量输出级别P1；

第一调整单元502，用于调整所述内窥镜光源，使光通量输出级别改变N个级别，即为P2；

第二信息获取单元503，用于获取调整后的图像亮度值I2；

计算单元504，用于根据公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），计算出目标光通量输出级别P0；其中I0是预设的图像亮度基准值；当I2大于I1时，所述N取正值，当I2小于I1时，所述N取负值；

第二调整单元505，用于调整所述内窥镜光源至所述目标光通量输出级别P0。

优选地，所述第一调整单元502还具有以下功能：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1等于I0，或者二者的差值小于阈值，则不调整所述内窥镜光源；否则，若I1小于I0，则调整所述内窥镜光源增加N个光通量输出级别；若I1大于I0，则调整所述内窥镜光源减少N个光通量输出级别。

优选地，所述第二调整单元505还具有以下功能：若所述目标光通量输出级别P0大于内窥镜光源最大光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最大光通量输出级别；若所述目标光通量输出级别P0小于内窥镜光源最小光通量输出级别，则调节所述内窥镜光源至最小光通量输出级别。

本发明实施例二的装置由运行于内窥镜系统处理器30上的各个单元模块组成，由于所述装置与本发明实施例一的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明实施例所提供的一种内窥镜光源亮度自动调节方法和装置进行了详细介绍，但以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，不应理解为对本发明的限制。本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内窥镜光源亮度自动调节的方法，其特征在于，包括以下步骤:

S1:获取当前图像亮度值I1，以及当前光通量输出级别P1；

S2:调整所述内窥镜光源，使光通量输出级别改变N个级别，记改变后的光通量输出级别为P2；

S3:获取调整后的图像亮度值I2；

S4：根据公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），计算出目标光通量输出级别P0；其中I0是预设的图像亮度基准值；当I2大于I1时，所述N取正值，当I2小于I1时，所述N取负值；

S5:调整所述内窥镜光源至所述目标光通量输出级别P0。

2.根据权利要求1所述的内窥镜光源亮度自动调节的方法，其特征在于，所述步骤S2之前，还包括：

S11：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1等于I0，则不调整所述内窥镜光源，否则，执行步骤S2。

3.根据权利要求1或2所述的内窥镜光源亮度自动调节的方法，其特征在于，所述步骤S2之前，还包括：

S12：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若二者的差值小于阈值，则不调整所述内窥镜光源，否则，执行步骤S2。

4.根据权利要求1所述的内窥镜光源亮度自动调节的方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：

比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1小于I0，则调整所述内窥镜光源增加N个光通量输出级别；若I1大于I0，则调整所述内窥镜光源减少N个光通量输出级别。

5.根据权利要求1所述的内窥镜光源亮度自动调节的方法，其特征在于，所述步骤S5还包括：

若所述目标光通量输出级别P0大于所述内窥镜光源的最大光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最大光通量输出级别；若所述目标光通量输出级别P0小于所述内窥镜光源的最小光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最小光通量输出级别。

6.根据权利要求1所述的内窥镜光源亮度自动调节的方法，其特征在于，所述步骤S2之前还包括：

S11：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1大于I0，且所述当前光通量输出级别P1为最小光通量输出级别，或者，若I1小于I0，且所述当前光通量输出级别P1为最大光通量输出级别，则不调整所述内窥镜光源；否则，执行S2。

7.一种内窥镜光源亮度自动调节的装置，其特征在于，包括：

第一信息获取单元，用于获取当前图像亮度值I1，以及当前光通量输出级别P1；

第一调整单元，用于调整所述内窥镜光源，使光通量输出级别改变N个级别，即为P2；

第二信息获取单元，用于获取调整后的图像亮度值I2；

计算单元，用于根据公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），计算出目标光通量输出级别P0；其中I0是预设的图像亮度基准值；当I2大于I1时，所述N取正值，当I2小于I1时，所述N取负值；

第二调整单元，用于调整所述内窥镜光源至所述目标光通量输出级别P0。

8.根据权利要求7所述的内窥镜光源亮度自动调节的装置，其特征在于，所述第一调整单元还具有以下功能：比较所述当前图像亮度值I1与预设的图像亮度基准值I0，若I1等于I0，或者二者的差值小于阈值，则不调整所述内窥镜光源；否则，若I1小于I0，则调整所述内窥镜光源增加N个光通量输出级别；若I1大于I0，则调整所述内窥镜光源减少N个光通量输出级别。

9.根据权利要求7或8所述的内窥镜光源亮度自动调节的装置，其特征在于，所述第二调整单元还具有以下功能：若所述目标光通量输出级别P0大于最大光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最大光通量输出级别；若所述目标光通量输出级别P0小于最小光通量输出级别，则调整所述内窥镜光源至最小光通量输出级别。

10.根据权利要求7或8所述的内窥镜光源亮度自动调节的装置，其特征在于，所述光通量输出级别，是通过设置在内窥镜光源中用于遮挡光束的遮光片的不同位置来实现的。

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