CN104665756B - 一种体内微型传感器图像采集处理装置及其处理方法 - Google Patents

一种体内微型传感器图像采集处理装置及其处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种体内微型传感器图像采集处理装置，包括外壳，外壳内设置有摄像机构和图像处理机构，外壳的顶部外沿固定有凸缘，凸缘内设置有第一导流孔、第二导流孔和第三导流孔，第二导流孔与第三导流孔之间设置有导流板；外壳的顶部设置有第一滤光片，第一滤光片的外表面设置有若干个凹槽，第一滤光片的后方设置有第二滤光片，第二滤光片上设置有与凹槽一一对应的弧形凸起部；图像处理机构包括定位模块，分割模块，合成模块，融合模块。本发明还公开了一种体内微型传感器图像采集处理方法，通过对图片进行标记和分割，分别对图片的不同位置进行处理。本发明能够改进现有技术的不足，降低干扰，提高图像的清晰度。

Description

一种体内微型传感器图像采集处理装置及其处理方法
技术领域
本发明涉及图像采集处理技术领域，尤其是一种体内微型传感器图像采集处理装置及其处理方法。
背景技术
胶囊内窥镜是在能够由被检体咽下的小型胶囊型壳体内部具有摄像功能和无线通信功能等的医疗设备。胶囊内窥镜在从被检体口中被吞下后，通过蠕动运动等在消化管内部移动，并且以预定的摄像速率沿着时间序列依次拍摄消化管内的图像，并将所得到的体内图像依次无线发送到被检体外部的接收装置。被检体内部的胶囊内窥镜在将体内图像组发送到接收装置后，最终被排出到被检体外部。
国内胶囊式内窥镜研发正热市场规模将达1000亿元，而作为体内诊查病变定位，病变图象识别市场将更上一层楼，它解决了胶囊式内窥镜临床图像不清及不能控制和不能诊断的问题，预测将达200亿元市场规模。
内窥镜的推出，曾被国际医学界视为是内科检查技术的一大革命性进展。目前市场上已开发出多种内窥镜，包括胃镜、肠镜、喉镜、子宫镜等各种产品，并为世界各国医院普遍采用。但传统内窥镜也有一些固有缺点，比如容易引起病人恶心和呕吐，使病人产生痛苦的感觉；而且，传统内窥镜也有“盲区”，比如肠道镜只能做大肠内检查，却无法检查到小肠部分。而这些无法触及的部位往往会发生发病率较高的消化道系统疾病，如十二指肠溃疡、克罗恩氏症等。
近几年，消化道疾病检查仪开发出了一种革命性的新型产品——可吞服式内窥镜，又名“胶囊式内窥镜”。其大小形状与普通药用胶囊非常相似，为1.2×0.4英寸，仅比普通胶囊稍大一些。
据介绍，吞服式内窥镜的外壳采用耐消化的透明高分子材料所制成，内藏一只微型摄像机并由一粒高性能电池驱动。病人用温开水将这粒“胶囊”吞下去之后，内置的微型摄像机立即开始工作，并将病人从胃到肠道内部的情况一一进行摄像，同时将拍摄的照片传输给医生。医生不仅可随时观察病人消化道内的病变情况，还可将重要照片定格和放大，以便及时发现病灶和作出诊断结果。
据介绍，这种吞服式内窥镜最初每秒钟只能拍摄2张照片，经过改进后，拍摄速度已提高到每秒14张。这一速度已能满足拍摄到消化道内的任何角度的照片，从而可使医生更精确地判断病灶所在位置。
目前，不仅英国和以色列公司已开发上市了吞服式内窥镜，日本也在研制同类产品。据悉，日本奥林巴斯公司在几年前已独立研制成自己的吞服式内窥镜，但其拍摄速度仅为每秒2张，与英国以色列合作开发的早期吞服式内窥镜产品性能类似。
据国外报道，吞服式内窥镜PillCam于2006年首先在欧盟国家上市，2007年经FDA批准在美国上市。估计全球已有数十万病人使用过吞服式内窥镜。但该产品价格不菲，每粒PillCam的售价在400美元左右，但据了解，该产品在欧盟一些国家和美国均已进入医疗保险报销药品/医疗器械名单中，故对病人来说没有增加经济负担。
近悉，英国公司新近又开发出第二代吞服式内窥镜。据该公司CEO介绍，第二代吞服式内窥镜的技术性能优于第一代吞服式内窥镜。其主要优点是，发现6mm以上(大肠)息肉的几率从原来的64％提高至84％；大肠腺瘤捡出率则提高6个百分点(从73％增至79％)，而关键的结肠癌捡出率则比常规肠镜提高1/3。而且经几年来全球数十万病人临床使用的结果显示其迄今未有不良副作用报告。此外，第二代吞服式内窥镜采用广角镜微型镜头，可令医生更清晰地发现病灶所在位置和病变程度等情况。
但是，现有技术中的胶囊式内窥镜在人体内进行拍照时，镜头成像会收到体液的干扰，而且在某些拍摄角度下，图片的亮度和清晰度会受到光线折射的干扰而影响清晰度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种体内微型传感器图像采集处理装置及其处理方法，能够解决现有技术的不足，降低干扰，提高图像的清晰度。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种体内微型传感器图像采集处理装置，包括外壳，外壳内设置有摄像机构和图像处理机构，其特征在于：
摄像机构位于外壳的顶部，外壳的顶部外沿固定有凸缘，凸缘内设置有与凸缘内侧壁连通的第一导流孔，第一导流孔的末端分别连接有第二导流孔和第三导流孔，第二导流孔的末端与凸缘的顶壁连通，第三导流孔与凸缘的外侧壁连通，第二导流孔与第三导流孔之间设置有导流板；外壳的顶部设置有第一滤光片，第一滤光片的外表面设置有若干个凹槽，第一滤光片的后方设置有第二滤光片，第二滤光片上设置有与凹槽一一对应的弧形凸起部；
图像处理机构包括，定位模块，用于标定图片上的特征点；分割模块，用于对图片进行分割；合成模块，用于对分割后的图片区域块进行去噪处理；融合模块，用于将处理后的图片区域块进行复原，组成一幅完整的图片。
作为优选，所述第一导流孔位于凸缘的底部，并且与第一滤光片平行设置，第二导流孔的末端与凸缘的顶壁垂直设置，第二导流孔与第一导流孔通过弧形导流孔连接，弧形导流孔的圆心角为225°，第三导流孔连接在弧形导流孔上，第三导流孔的外侧端向着第一滤光片的方向倾斜，第三导流孔与水平面的夹角为25°。
作为优选，所述第一导流孔、第二导流孔和第三导流孔的内径之比为3∶2∶4。
作为优选，所述导流板与水平方向的夹角为67°，导流板与第二导流孔的最小距离与第二导流孔的内径之比为1∶7，导流板与第三导流孔的最小距离与第三导流孔的内径之比为1∶8。
一种使用上述的体内微型传感器图像采集处理装置的图像采集处理方法，包括以下步骤：
A、消化道的影像通过第一滤光片和第二滤光片进入摄像机构，摄像机构将拍摄的图片传输至图像处理机构；
B、定位模块对图片中亮度超过最高阈值和最低阈值的区域，以及亮度变化率超过变化率阈值的区域进行特征点标定；
C、分割模块根据特征点标定的结果对图片进行分割，每个图片区域块至少包含一个特征点；
D、合成模块以图片区域块内的特征点为基准点，对整个图片区域块的亮度和对比度进行调整，调整时以特征点为中心，向外侧依次调整，位于以特征点为圆心的任意一个同心圆上的像素的调整幅度相同；
E、合成模块将调整后的图片区域块的分割边缘进行对比，如果相邻的两个分割边缘的对比度或者亮度差超过融合阈值，则重新调整两个相邻的图片区域块中所有特征点的亮度或对比度，使两个分割边缘的对比度或者亮度差位于融合阈值之内；
F、融合模块将经过上述调整的图片区域块进行合并，并对分割边缘的图像进行均化处理，消除分割边缘的图像裂痕。
作为优选，步骤D中，以特征点为坐标原点，以图片区域块的延伸方向为横坐标，以对图片区域块进行调整的调整幅度为纵坐标，调整幅度呈正态分布曲线，以特征点的调整幅度控制正态分布曲线的σ取值。
作为优选，步骤E中，同一图片区域块内的不同的特征点的单次调整幅度小于等于5％，不同图片区域块的特征点的单次调整幅度小于等于10％，调整过程中，两个图片区域块内的特征点交替进行。
采用上述技术方案所带来的有益效果在于：本发明利用外壳外侧设置的凸缘，可以有效地阻挡体液向镜头位置的流动，凸缘内部的三个导流孔可以在外壳处于任意角度时，使进入凸缘内部的体液快速地排出。导流板与弧形导流孔、第二导流孔和第三导流孔的位置配合可以防止外部体液的逆流。第一滤光片上的凹槽可以提高体液从第一滤光片上排出的速度，第二滤光片上的弧形凸起部针对凹槽设计，可以纠正由于凹槽造成的光线散射而出现的图像畸变。对于采集到的图像按照特征点的分布情况进行分割，并进行相对应的亮度和对比度的调整，可以提高特征点部位的图像辨识度，在合并之间将各个图片区域块的整体亮度和对比度进行均衡，从而保持了合并之后图片的整体性。分割边缘的图像进行均化处理，可以进一步提高合并之后图像的质量。
附图说明
图1是本发明一个具体实施方式的结构图。
图2是本发明一个具体实施方式中凸缘内部的结构图。
图3是本发明一个具体实施方式中滤光机构的结构图
图4是本发明一个具体实施方式中图像处理机构的结构图。
图中：1、外壳；2、摄像机构；3、图像处理机构；4、第一导流孔；5、第二导流孔；6、第三导流孔；7、导流板；8、第一滤光片；9、凹槽；10、第二滤光片；11、弧形凸起部；12、定位模块；13、分割模块；14、合成模块；15、融合模块；16、弧形导流孔；17、摄像头；18、凸缘。
具体实施方式
本发明中使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。
参照图1-4，本发明一个具体实施方式包括外壳1，外壳1内设置有摄像机构2和图像处理机构3，
摄像机构2位于外壳1的顶部，外壳1的顶部外沿固定有凸缘18，凸缘18内设置有与凸缘内侧壁连通的第一导流孔4，第一导流孔4的末端分别连接有第二导流孔5和第三导流孔6，第二导流孔5的末端与凸缘的顶壁连通，第三导流孔6与凸缘的外侧壁连通，第二导流孔5与第三导流孔6之间设置有导流板7；外壳1的顶部设置有第一滤光片8，第一滤光片8的外表面设置有若干个凹槽9，第一滤光片8的后方设置有第二滤光片10，第二滤光片10上设置有与凹槽9一一对应的弧形凸起部11；
图像处理机构3包括，定位模块12，用于标定图片上的特征点；分割模块13，用于对图片进行分割；合成模块14，用于对分割后的图片区域块进行去噪处理；融合模块15，用于将处理后的图片区域块进行复原，组成一幅完整的图片。
第一导流孔4位于凸缘18的底部，并且与第一滤光片8平行设置，第二导流孔5的末端与凸缘的顶壁垂直设置，第二导流孔5与第一导流孔4通过弧形导流孔16连接，弧形导流孔16的圆心角为225°，第三导流孔6连接在弧形导流孔16上，第三导流孔6的外侧端向着第一滤光片8的方向倾斜，第三导流孔6与水平面的夹角为25°。第一导流孔4、第二导流孔5和第三导流孔6的内径之比为3∶2∶4。导流板7与水平方向的夹角为67°，导流板7与第二导流孔5的最小距离与第二导流孔5的内径之比为1∶7，导流板7与第三导流孔6的最小距离与第三导流孔6的内径之比为1∶8。
其中，第一滤光片8的厚度为2.3mm，凹槽9顶部剖面的曲线所遵循的曲线方程为2x2+6y2＝1，凹槽9的深度为0.65mm；第二滤光片10的厚度为2.8mm，弧形凸起部11顶部剖面的曲线做遵循的曲线方程为3x2+8y2＝2，弧形凸起部11的高度为0.53mm，第一滤光片8与第二滤光片10之间的距离为0.85mm。
上述体内微型传感器图像采集处理装置的图像采集处理方法，包括以下步骤：
A、消化道的影像通过第一滤光片和第二滤光片进入摄像机构，摄像机构将拍摄的图片传输至图像处理机构；
B、定位模块对图片中亮度超过最高阈值和最低阈值的区域，以及亮度变化率超过变化率阈值的区域进行特征点标定；
C、分割模块根据特征点标定的结果对图片进行分割，每个图片区域块至少包含一个特征点；
D、合成模块以图片区域块内的特征点为基准点，对整个图片区域块的亮度和对比度进行调整，调整时以特征点为中心，向外侧依次调整，位于以特征点为圆心的任意一个同心圆上的像素的调整幅度相同；以特征点为坐标原点，以图片区域块的延伸方向为横坐标，以对图片区域块进行调整的调整幅度为纵坐标，调整幅度呈正态分布曲线，以特征点的调整幅度控制正态分布曲线的σ取值；
E、合成模块将调整后的图片区域块的分割边缘进行对比，如果相邻的两个分割边缘的对比度或者亮度差超过融合阈值，则重新调整两个相邻的图片区域块中所有特征点的亮度或对比度，使两个分割边缘的对比度或者亮度差位于融合阈值之内；同一图片区域块内的不同的特征点的单次调整幅度小于等于5％，不同图片区域块的特征点的单次调整幅度小于等于10％，调整过程中，两个图片区域块内的特征点交替进行。
F、融合模块将经过上述调整的图片区域块进行合并，并对分割边缘的图像进行均化处理，消除分割边缘的图像裂痕；均化过程中，首选随机选取分割边缘两侧的若干个参照点，分割边缘两侧的参照点数量保持一致，然后采集参照点周围半径0.1mm的区域的亮度和对比度的平均值，将两侧的参照点的亮度和对比度的平均值进行交换，最后求出所有参考点的亮度和对比度的平均值，将此平均值以35％的权重比例融入各个参考点的亮度和对比度。
此外，发明人在实际试验过程中，发现在病灶部位进行拍照时经常出现连续几张照片都无法捕捉到最佳的拍摄角度，影响了医生的诊断。发明人在上述技术方案的基础上，在摄像机构2内设置有3个摄像头17，中间的摄像头17水平设置，两侧的摄像头17朝向外侧倾斜，分别与水平方向的角度为22°和35°。通过上述改进，可以在同一时刻得到3张不同角度的图片，在上述步骤B中，以中间的摄像头17拍摄的图片为基础进行特征点的标记，同时对不同角度的另外两个图片进行特征点的标记，将另外两个不同图片中相同位置的特征点图像在中间的摄像头17拍摄的图片上进行叠加处理。
步骤B中，以整张图片的亮度为基准，最高阈值优选为基准的+35％，最低阈值优选为基准的-25％，变化率阈值优选为±40％，融合阈值优选为±15％。发明人发现，上述阈值的优选组合可以明显地减少图像处理过程的运算量，使每张图片的处理时长平均缩短20％以上。
本发明可以大幅度提高图像的清晰度，利于医生进行临床诊断。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种体内微型传感器图像采集处理装置，包括外壳(1)，外壳(1)内设置有摄像机构(2)和图像处理机构(3)，其特征在于：
摄像机构(2)位于外壳(1)的顶部，外壳(1)的顶部外沿固定有凸缘(18)，凸缘(18)内设置有与凸缘内侧壁连通的第一导流孔(4)，第一导流孔(4)的末端分别连接有第二导流孔(5)和第三导流孔(6)，第二导流孔(5)的末端与凸缘的顶壁连通，第三导流孔(6)与凸缘的外侧壁连通，第二导流孔(5)与第三导流孔(6)之间设置有导流板(7)；外壳(1)的顶部设置有第一滤光片(8)，第一滤光片(8)的外表面设置有若干个凹槽(9)，第一滤光片(8)的后方设置有第二滤光片(10)，第二滤光片(10)上设置有与凹槽(9)一一对应的弧形凸起部(11)；
图像处理机构(3)包括，定位模块(12)，用于标定图片上的特征点；分割模块(13)，用于对图片进行分割；合成模块(14)，用于对分割后的图片区域块进行去噪处理；融合模块(15)，用于将处理后的图片区域块进行复原，组成一幅完整的图片。
2.根据权利要求1所述的体内微型传感器图像采集处理装置，其特征在于：所述第一导流孔(4)位于凸缘(18)的底部，并且与第一滤光片(8)平行设置，第二导流孔(5)的末端与凸缘的顶壁垂直设置，第二导流孔(5)与第一导流孔(4)通过弧形导流孔(16)连接，弧形导流孔(16)的圆心角为225°，第三导流孔(6)连接在弧形导流孔(16)上，第三导流孔(6)的外侧端向着第一滤光片(8)的方向倾斜，第三导流孔(6)与水平面的夹角为25°。
3.根据权利要求2所述的体内微型传感器图像采集处理装置，其特征在于：所述第一导流孔(4)、第二导流孔(5)和第三导流孔(6)的内径之比为3∶2∶4。
4.根据权利要求2所述的体内微型传感器图像采集处理装置，其特征在于：所述导流板(7)与水平方向的夹角为67°，导流板(7)与第二导流孔(5)的最小距离与第二导流孔(5)的内径之比为1∶7，导流板(7)与第三导流孔(6)的最小距离与第三导流孔(6)的内径之比为1∶8。
5.一种使用上述权利要求1所述的体内微型传感器图像采集处理装置的图像采集处理方法，其特征在于包括以下步骤：
A、消化道的影像通过第一滤光片(8)和第二滤光片(10)进入摄像机构(2)，摄像机构(2)将拍摄的图片传输至图像处理机构(3)；
B、定位模块(12)对图片中亮度超过最高阈值和最低阈值的区域，以及亮度变化率超过变化率阈值的区域进行特征点标定；
C、分割模块(13)根据特征点标定的结果对图片进行分割，每个图片区域块至少包含一个特征点；
D、合成模块(14)以图片区域块内的特征点为基准点，对整个图片区域块的亮度和对比度进行调整，调整时以特征点为中心，向外侧依次调整，位于以特征点为圆心的任意一个同心圆上的像素的调整幅度相同；
E、合成模块(14)将调整后的图片区域块的分割边缘进行对比，如果相邻的两个分割边缘的对比度或者亮度差超过融合阈值，则重新调整两个相邻的图片区域块中所有特征点的亮度或对比度，使两个分割边缘的对比度或者亮度差位于融合阈值之内；
F、融合模块(15)将经过上述调整的图片区域块进行合并，并对分割边缘的图像进行均化处理，消除分割边缘的图像裂痕。
6.根据权利要求5所述的体内微型传感器图像采集处理装置的图像采集处理方法，其特征在于：步骤D中，以特征点为坐标原点，以图片区域块的延伸方向为横坐标，以对图片区域块进行调整的调整幅度为纵坐标，调整幅度呈正态分布曲线，以特征点的调整幅度控制正态分布曲线的σ取值。
7.根据权利要求5所述的体内微型传感器图像采集处理装置的图像采集处理方法，其特征在于：步骤E中，同一图片区域块内的不同的特征点的单次调整幅度小于等于5％，不同图片区域块的特征点的单次调整幅度小于等于10％，调整过程中，两个图片区域块内的特征点交替进行。
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