CN105581780A - 一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统。本发明提供的一种皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统，可用于解决以下情况但不仅限于以下情况的近红外光照明问题：1、由于穿刺对象个体之间的差异造成的近红外光照明问题；2、由于实际操作条件的不同造成的近红外光照明问题；3、由于穿刺对象的待穿刺部位中不同区域的成像距离以及角度等条件不一致造成的近红外光照明问题。

Description

一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统。
背景技术
随着医学技术的发展，在现代医疗过程中，皮下静脉穿刺已经成为临床上经常使用的医疗操作之一。在传统的皮下静脉穿刺操作中，操作人员通过裸眼直接对穿刺对象的皮下静脉血管进行定位，但常由于穿刺对象肥胖、肤色等原因，使皮下静脉血管定位变得困难。为解决这一问题，皮下静脉显像仪通过提高穿刺对象皮下静脉血管与其周围组织的对比度，从而辅助操作人员对穿刺对象的皮下静脉血管进行定位，提高了皮下静脉血管定位的准确性和皮下静脉穿刺的成功率。
中国专利《一种静脉显像仪的成像结构与方法》（专利申请号：201410169207.1）中提出了一种静脉显像仪成像系统的结构与方法，该成像结构与方法可提高穿刺对象皮下静脉血管与其周围组织的对比度，辅助操作人员对穿刺对象的皮下静脉血管进行定位。但是由于穿刺对象个体之间的差异（如肥胖程度、肤色等）以及实际操作条件的不同（如成像距离、周围环境照明等），同时由于穿刺对象的待穿刺部位（如手背、手臂等）表面一般不是平面，使得待穿刺部位中不同区域的成像距离以及角度等条件不一致，导致近红外光照明在上述不同情况下的照明效果产生差异，容易使图像中某些区域出现曝光过度或曝光不足的问题。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统，旨在解决现有的静脉显像仪成像系统其容易出现曝光不足或者曝光过度等问题。
本发明的技术方案如下：
一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其中，包括步骤：
A、皮下静脉显像仪开始工作并进行初始化操作，在初始化过程中，皮下静脉显像仪于待成像部位投射均匀的近红外光，同时图像采集系统开始采集图像；
B、图像采集系统在A步骤中采集图像后，将采集到的图像进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
C、将步骤B中得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示；
D、根据曝光情况分析结果，使用投影成像元件对近红外光进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像；
E、图像采集系统在D步骤中采集图像后，进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
F、将步骤E中得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示，然后再返回到步骤D继续执行，如此形成反馈，使得皮下静脉显像仪自适应地对采集到的图像的曝光情况进行控制。
所述的用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其中，对图像采集系统采集的图像进行图像曝光分析时采用全局曝光分析或者分区域曝光分析方法。
所述的用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其中，采用9区域曝光分析方法将采集的图像分为9个子区域，对每个子区域中各像素的像素值进行求和得到对应每个子区域的曝光量值，最后将每个子区域的曝光量值与设定的阈值进行比较，得到采集到的图像的曝光情况分析结果。
所述的用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其中，所述步骤D中，根据步骤B中的曝光情况分析结果，对应地将近红外光的照明区域分为9个子区域，使用投影成像元件对近红外光的照明区域分为9个子区域分别进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像。
一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制系统，其中，包括：
控制模块，用于控制皮下静脉显像仪开始工作并进行初始化操作，在初始化过程中，皮下静脉显像仪于待成像部位投射均匀的近红外光，同时图像采集系统开始采集图像；
第一分析模块，用于控制图像采集系统在采集图像后，将采集到的图像进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
投影显示模块，用于将第一分析模块得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示；
调制模块，用于根据第一分析模块中的曝光情况分析结果，使用投影成像元件对近红外光进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像；
第二分析模块，用于控制图像采集系统在调制模块中采集图像后，进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
循环模块，将第二分析模块中得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示，然后再返回到调制模块继续执行，如此形成反馈，使得皮下静脉显像仪自适应地对采集到的图像的曝光情况进行控制。
所述的自适应曝光控制系统，其中，对图像采集系统采集的图像进行图像曝光分析时采用全局曝光分析或者分区域曝光分析方法。
所述的自适应曝光控制系统，其中，采用9区域曝光分析方法将采集的图像分为9个子区域，对每个子区域中各像素的像素值进行求和得到对应每个子区域的曝光量值，最后将每个子区域的曝光量值与设定的阈值进行比较，得到采集到的图像的曝光情况分析结果。
所述的自适应曝光控制系统，其中，所述调制模块中，根据第一分析模块中的曝光情况分析结果，对应地将近红外光的照明区域分为9个子区域，使用投影成像元件对近红外光的照明区域分为9个子区域分别进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像。
有益效果：本发明提供的一种皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统，可用于解决以下情况但不仅限于以下情况的近红外光照明问题：1、由于穿刺对象个体之间的差异造成的近红外光照明问题；2、由于实际操作条件的不同造成的近红外光照明问题；3、由于穿刺对象的待穿刺部位中不同区域的成像距离以及角度等条件不一致造成的近红外光照明问题。
附图说明
图1为现有技术中的静脉显像仪成像系统结构及其组成部分的连接关系图。
图2为本发明的一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法的成像流程图。
图3为本发明具体实施方式中使用的9区域曝光分析方法示意图。
具体实施方式
本发明提供一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，皮下静脉显像仪包括图像采集系统(110)、中央控制系统(120)和投影仪(130)。其中，图像采集系统(110)包括近红外光滤光片(111)和红外成像摄像头(112)。投影仪(130)包括投影成像元件(131)、分色棱镜(132)、可见光光源(133、134)、近红外光源(135)、分光镜(136)和投影镜头(137)。图像采集系统(110)和投影仪(130)分别与中央控制系统(120)电气连接，实现对待成像部位(10)进行成像。关于上述皮下静脉显像仪的更多技术细节可参看现有已公开的专利（专利申请号：201410169207.1）。
根据上述静脉显像仪成像系统结构及其组成部分的连接关系，本发明提出一种成像流程和方法，用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制。
其成像流程如下：
S1、皮下静脉显像仪开始工作并进行初始化操作，在初始化过程中，皮下静脉显像仪于待成像部位(10)投射均匀的近红外光，同时图像采集系统(110)开始采集图像数据；
S2、图像采集系统(110)在步骤S1采集图像数据后，将采集到的图像数据进行两方面操作：一方面对图像数据进行图像处理操作，该过程包括图像降噪滤波、图像对比度增强、图像裁剪及图像缩放等操作，经过该过程后可得到待成像部位(10)的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对图像数据进行图像曝光分析，得到待成像部位(10)的曝光情况分析结果；
S3、将步骤S2得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位(10)进行投影显示；
S4、根据曝光情况分析结果，使用投影成像元件(131)对近红外光进行调制处理并于待成像部位(10)投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统(110)采集图像数据；
S5、图像采集系统(110)在S4阶段采集图像数据后，进行两方面操作：一方面对图像数据进行图像处理操作，该过程包括图像降噪滤波、图像对比度增强、图像裁剪及图像缩放等操作，经过该过程后可得到待成像部位(10)的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对图像数据进行图像曝光分析，得到待成像部位(10)的曝光情况分析结果；
S6、将步骤S5得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位(10)进行投影显示，然后再返回到步骤S4阶段继续执行，如此形成反馈（使得成像过程形成反馈调节），使得皮下静脉显像仪能够自适应地对成像图像的曝光情况进行控制。
对图像采集系统采集的图像数据进行曝光分析时采用全局曝光分析或者分区域曝光分析方法。采用这些曝光分析方法及其替代方法在本发明描述的范围内具有相同或相近的作用和效果。
采用9区域曝光分析方法将采集的图像分为9个子区域，分别为区域1、区域2…区域9，对每个子区域中各像素的像素值进行求和得到对应每个子区域的曝光量值，最后将每个子区域的曝光量值与设定的阈值进行比较，得到采集图像的曝光情况分析结果。
在下一阶段，将步骤S2得到的待成像部位(10)的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像使用可见光于待成像部位(10)进行投影显示；
接着，根据曝光情况分析结果，对应地将近红外光的照明区域分为9个子区域，使用投影成像元件(131)对近红外光的照明区域中的9个子区域分别采用PID自动控制算法来对近红外光的投射量进行调节并于待成像部位(10)投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统(110)采集图像数据；至于PID自动控制算法的内容可参考现有技术，本文不再详述。
之后，与之前阶段类似，在将图像采集系统(110)采集到的图像数据，进行两方面操作：一方面对图像数据进行图像处理操作，得到待成像部位(10)的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对图像数据进行图像曝光分析，得到待成像部位(10)的曝光情况分析结果；
最后，与之前阶段相似，将得到待成像部位(10)的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像使用可见光于待成像部位(10)进行投影显示。在完成之后，根据得到的待成像部位(10)的曝光情况分析结果，继续使用投影成像元件(131)对近红外光的照明区域中的9个子区域分别采用PID自动控制算法来对近红外光的投射量进行调节并于待成像部位(10)投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统(110)采集图像数据。如此形成反馈，使得皮下静脉显像仪能够自适应地对采集图像的曝光情况进行控制。
本发明针对目前的近红外光照明问题，利用现有的皮下静脉显像仪，提出一种自适应曝光控制方法，可用于解决由于穿刺对象个体之间的差异、实际操作条件的不同以及待穿刺部位中不同区域的成像距离以及角度等条件不一致造成的近红外光照明效果出现差异的问题。
基于上述方法，本发明还提供一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制系统，其包括：
控制模块，用于控制皮下静脉显像仪开始工作并进行初始化操作，在初始化过程中，皮下静脉显像仪于待成像部位投射均匀的近红外光，同时图像采集系统开始采集图像；
第一分析模块，用于控制图像采集系统在采集图像后，将采集到的图像进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
投影显示模块，用于将第一分析模块得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示；
调制模块，用于根据第一分析模块中的曝光情况分析结果，使用投影成像元件对近红外光进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像；
第二分析模块，用于控制图像采集系统在调制模块中采集图像后，进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
循环模块，将第二分析模块中得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示，然后再返回到调制模块继续执行，如此形成反馈，使得皮下静脉显像仪自适应地对采集到的图像的曝光情况进行控制。
进一步，对图像采集系统采集的图像进行图像曝光分析时采用全局曝光分析或者分区域曝光分析方法。
进一步，采用9区域曝光分析方法将采集的图像分为9个子区域，对每个子区域中各像素的像素值进行求和得到对应每个子区域的曝光量值，最后将每个子区域的曝光量值与设定的阈值进行比较，得到采集到的图像的曝光情况分析结果。
进一步，所述调制模块中，根据第一分析模块中的曝光情况分析结果，对应地将近红外光照明区域分为9个子区域，使用投影成像元件对近红外光照明区域分为9个子区域分别进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像。关于上述模块的技术细节在前面的方法中已有详述，故不再赘述。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其特征在于，包括步骤：
A、皮下静脉显像仪开始工作并进行初始化操作，在初始化过程中，皮下静脉显像仪于待成像部位投射均匀的近红外光，同时图像采集系统开始采集图像；
B、图像采集系统在A步骤中采集图像后，将采集到的图像进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
C、将步骤B中得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示；
D、根据曝光情况分析结果，使用投影成像元件对近红外光进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像；
E、图像采集系统在D步骤中采集图像后，进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
F、将步骤E中得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示，然后再返回到步骤D继续执行，如此形成反馈，使得皮下静脉显像仪自适应地对采集到的图像的曝光情况进行控制。
2.根据权利要求1所述的用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其特征在于，对图像采集系统采集的图像进行图像曝光分析时采用全局曝光分析或者分区域曝光分析方法。
3.根据权利要求2所述的用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其特征在于，采用9区域曝光分析方法将采集的图像分为9个子区域，对每个子区域中各像素的像素值进行求和得到对应每个子区域的曝光量值，最后将每个子区域的曝光量值与设定的阈值进行比较，得到采集到的图像的曝光情况分析结果。
4.根据权利要求3所述的用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制方法，其特征在于，所述步骤D中，根据步骤B中的曝光情况分析结果，对应地将近红外光的照明区域分为9个子区域，使用投影成像元件对近红外光的照明区域分为9个子区域分别进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像。
5.一种用于皮下静脉显像仪的自适应曝光控制系统，其特征在于，包括：
控制模块，用于控制皮下静脉显像仪开始工作并进行初始化操作，在初始化过程中，皮下静脉显像仪于待成像部位投射均匀的近红外光，同时图像采集系统开始采集图像；
第一分析模块，用于控制图像采集系统在采集图像后，将采集到的图像进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
投影显示模块，用于将第一分析模块得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示；
调制模块，用于根据第一分析模块中的曝光情况分析结果，使用投影成像元件对近红外光进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像；
第二分析模块，用于控制图像采集系统在调制模块中采集图像后，进行两方面操作：一方面对采集到的图像进行图像处理操作，得到待成像部位的皮下静脉血管与其周围组织的对比增强图像；另一方面对采集到的图像进行图像曝光分析，得到待成像部位的曝光情况分析结果；
循环模块，将第二分析模块中得到的对比增强图像使用可见光于待成像部位进行投影显示，然后再返回到调制模块继续执行，如此形成反馈，使得皮下静脉显像仪自适应地对采集到的图像的曝光情况进行控制。
6.根据权利要求5所述的自适应曝光控制系统，其特征在于，对图像采集系统采集的图像进行图像曝光分析时采用全局曝光分析或者分区域曝光分析方法。
7.根据权利要求6所述的自适应曝光控制系统，其特征在于，采用9区域曝光分析方法将采集的图像分为9个子区域，对每个子区域中各像素的像素值进行求和得到对应每个子区域的曝光量值，最后将每个子区域的曝光量值与设定的阈值进行比较，得到采集到的图像的曝光情况分析结果。
8.根据权利要求7所述的自适应曝光控制系统，其特征在于，所述调制模块中，根据第一分析模块中的曝光情况分析结果，对应地将近红外光的照明区域分为9个子区域，使用投影成像元件对近红外光的照明区域分为9个子区域分别进行调制处理并于待成像部位投射经调制处理后的近红外光，同时图像采集系统采集图像。
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