CN107317954A - 3d内窥胶囊镜检测方法和系统 - Google Patents

3d内窥胶囊镜检测方法和系统 Download PDF

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巫禹
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Abstract

本发明涉及一种3D内窥胶囊镜检测方法和系统，通过光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号，将接收的光场信号转换为连续的图片或视频后输出给无线发射模块。因此，待检测位置被拍摄的图像均为连续的图片或视频，能够将待检测位置完整的记录下来。而无线发射模块则将连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块，将所述连续的图片或视频进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。最终在3D显示设备上呈现3D图像，因而便于用户获取连续的待检测位置的最佳观察角度的3D图像，使得用户对待检测位置的观察更为简便精确。

Description

3D内窥胶囊镜检测方法和系统
技术领域
本发明涉及3D内窥胶囊镜检测，特别是涉及一种拍摄图片连续、易于观察待检测位置的3D内窥胶囊镜检测方法和系统。
背景技术
胶囊内窥镜实际是把摄像机缩小，植入医用胶囊，帮助医生对病人进行诊断。一粒小胶囊却是探秘人体的摄像工作室，从外表看，它与普通胶囊药区别不大，但它是一台微型摄像机，用于窥探人体肠胃和食道部位的健康状况。患者吞服后，胶囊随胃肠肌肉运动沿消化方向运行，拍摄图像，再把图像传至患者系于腰间的数据传输装置。几小时后，医生把胶囊拍摄的图像下载于电脑，胶囊在24小时内自动排出体外。使用胶囊内窥镜，患者可保持正常活动和生活。
传统的胶囊内窥镜，用2D和短焦距光学摄像头，不能获得被摄物体的深度信息，故只能看消化道的2D图像并且图像失焦很容易，医生看到的只是二维图像，从而影响医生对病灶的诊断。由于拍摄的图片的不连贯性，以及图片存在的畸变等问题，导致一些病变节点并不能看清楚。
发明内容
基于此，有必要提供一种拍摄图片连续、易于观察待检测位置的3D内窥胶囊镜检测方法。
一种3D内窥胶囊镜检测方法，包括以下步骤：
采用光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号；
将所述光场信号转换为连续的图片或视频并输出给无线发射模块；
通过所述无线发射模块将所述连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块；
对所述连续的图片或视频依次进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
在其中一个实施例中，所述对所述连续的图片或视频进行深度图像处理的步骤包括：
提取所述连续的图片或视频的深度信息；
对提取了深度信息的连续的图片或视频进行平滑/方向滤波。
在其中一个实施例中，所述对所述连续的图片或视频进行3D图像转换的步骤包括；
利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
在其中一个实施例中，还包括步骤：
对所述新视点图像进行融合、插值处理来填补空洞。
在其中一个实施例中，还包括：
对于待检测位置内的任意一个点M，设其坐标是(X，Y，Z)，C1(x1，y)是M在光场成像技术中的成像，C2(x2，y)是M的正面成像；C1，C2是处于同一个图像平面的投影，其中，深度信息Z已知，C1与图像平面的夹角为ɑ；
计算得出C1与C2之间的距离；
从已知图像中绘制出所需要的相对于任意点的正面视点图像。
此外，还提供一种拍摄图片连续、易于观察待检测位置的3D内窥检测系统
一种3D内窥胶囊镜检测系统，包括光场成像元件、传感器模块、无线发射模块、无线接收模块及图像处理模块；
所述光场成像元件用于采用光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号；
所述传感器模块用于将所述光场信号转换为连续的图片或视频并输出给无线发射模块；
所述无线发射模块用于将所述连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块；
所述图像处理模块用于对所述连续图片依次进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
在其中一个实施例中，所述图像处理模块包括提取单元和滤波单元；
所述提取单元用于提取所述连续的图片或视频的深度信息；
所述滤波单元用于对提取了深度信息的连续的图片或视频进行平滑/方向滤波。
在其中一个实施例中，所述图像处理模块还用于利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
在其中一个实施例中，所述图像处理模块还用于对所述新视点图像进行融合、插值处理来填补空洞。
在其中一个实施例中，对于待检测位置内的任意一个点M，设其坐标是(X，Y，Z)，C1(x1，y)是M在光场成像技术中的成像，C2(x2，y)是M的正面成像；C1，C2是处于同一个图像平面的投影，其中，深度信息Z已知，C1与图像平面的夹角为ɑ；
所述图像处理模块用于计算得出C1与C2之间的距离；
所述图像处理模块还用于从已知图像中绘制出所需要的相对于任意点的正面视点图像。
上述3D内窥胶囊镜检测方法和系统通过光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号，将接收的光场信号转换为连续的图片或视频后输出给无线发射模块。因此，待检测位置被拍摄的图像均为连续的图片或视频，能够将待检测位置完整的记录下来。而无线发射模块则将连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块，将所述连续的图片或视频进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。因而便于用户获取连续的待检测位置的3D图像，使得用户对待检测位置的观察更为简便精确。
附图说明
图1为3D内窥胶囊镜检测方法的流程图；
图2为光场成像的结构示意图；
图3为3D图像处理框图；
图4为3D图像变换原理图；
图5为3D内窥镜胶囊检测系统的模块图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，为3D内窥检测方法的流程图。
一种3D内窥胶囊镜检测方法，包括以下步骤：
步骤S110，采用光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号。
光场成像的原理：光场是指光在空间中任一点通过任一方向的光量。光作为载体，在3D空间中一被观测物体发出的光场可以用空间中同时包含位置与方向的光辐射四维参数表示。记录光在传播过程中的四维信息可以重构出被观测物体的3D状态。
光场相机(light field camera)，又被成为全光相机(plenoptic camera)，就是一种可以用来记录光场信息的相机。与普通相机相比，光场相机除了可以记录场景中的光线强度和颜色，还能记录光线在空间中的传播方向。因此，利用光场相机拍摄的图像可以用来还原出被拍场景的3D图像，或者，可以在拍摄完成后进行再次对焦，得到不同焦距的2D照片。光场相机主要由主透镜组、微透镜阵列和感光元件组成。
请结合图2。
本发明中运用光场相机的原理，在光学部分采用光场成像技术替代普通的2D镜头，工作原理如图2所示，与普通镜头相比，光场成像透镜在主透镜组2和感光元件5之间增加了一个微透镜阵列3，微透镜阵列3由N个微透镜4组成。这里，主透镜组2的焦距为F,微透镜4的焦距为F1。在光场相机中，感光元件5位于微透镜阵列3的焦平面上，而微透镜阵列3距离主透镜组2的距离为ZL，一般可以，这里拍摄物体1距离主透镜组2的距离为Za。主透镜组2出射的光线通过每一个微透镜4投影到该微透镜4对应的成像单元上，这些成像单元上形成的单个图像共同组成了相片，每一个单个图像都可以视为从不同视角观测物体所得的图像。
步骤S120，将所述光场信号转换为连续的图片或视频并输出给无线发射模块。
在获取光场信号后，需要将光场信号转换为连续的图片或视频，一般采用图像传感器对视频信号进行处理，以获取连续的图片或视频。而避免直接处理视频信号，减小图像数据处理量。
步骤S130，通过所述无线发射模块将所述连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块。
待检测位置一般处于活体内部，因此需要采用无线发射模块将连续的图片或视频发送到体外的无线接收模块。
步骤S140，对所述连续的图片或视频依次进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
具体的，所述对所述连续的图片或视频进行深度图像处理的步骤包括：
提取所述连续的图片或视频的深度信息；
对提取了深度信息的连续的图片或视频进行平滑/方向滤波。
所述对所述连续的图片或视频进行3D图像转换的步骤包括；
利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
3D内窥胶囊镜检测方法还包括步骤：对所述新视点图像进行融合、插值处理来填补空洞。
3D内窥镜检测方法还包括：对于待检测位置内的任意一个点M，设其坐标是(X，Y，Z)，C1(x1，y)是M在光场成像技术中的成像，C2(x2，y)是M的正面成像；C1，C2是处于同一个图像平面的投影，其中，深度信息Z已知，C1与图像平面的夹角为ɑ；
计算得出C1与C2之间的距离；
从已知图像中绘制出所需要的相对于任意点的正面视点图像。
基于上述实施例，3D图像处理系统根据得到的3D图像，提取出其中的深度信息，然后利用DIBR技术，计算出相对应的新视点图。如图3所示，DIBR分为三部分组成：1、深度图像预处理：对深度图像进行平滑/方向滤波；2、3D图像转换：利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像；3、生成图后处理：对生成的新视点图像，用融合、插值等方法填补空洞。在深度图像中，对象边缘等区域的深度值发生较大变化后，在3D图像变换后可能会形成空洞，所以需要先对深度图像进行预处理，对边缘等区域进行滤波以减少3D图像变换后可能出现的空洞。另外还需要对彩色图像进行图像校正，减少彩色图像与深度图像融合后产生边缘虚假。
3D图像转换原理如图4所示，对于待检测位置内的任意一个点M，设其坐标是(X，Y，Z)，C1(x1，y)是M在光场成像技术中的成像，C2(x2，y)是M的正面成像；C1，C2是处于同一个图像平面的投影，其中，深度信息Z已知，C1与图像平面的夹角为ɑ；
采用公式x2＝x1+Z/tanɑ计算得出C1与C2之间的距离；
从已知图像中绘制出所需要的相对于任意点的正面视点图像。
上述3D内窥胶囊镜检测方法中拍摄的图片或视频可以很好的解决清晰度方面的问题，并且能够保证图像的连贯性，不会出现丢失或者拍摄不到等情况，而且三维信息能够极大的方便确定变化的位置以及变化程度，提高工作效率。
如图5所示，为3D内窥胶囊镜检测系统的模块图。
一种3D内窥胶囊镜检测系统，包括光场成像元件201、传感器模块202、无线发射模块203、无线接收模块204及图像处理模块205。
所述光场成像元件201用于采用光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号。
所述传感器模块202用于将所述光场信号转换为连续的图片或视频并输出给无线发射模块203。
所述无线发射模块203用于将所述连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块204。
所述图像处理模块205用于对所述连续的图片或视频依次进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
图像处理模块205包括提取单元和滤波单元。
所述提取单元用于提取所述连续的图片或视频的深度信息。
所述滤波单元用于对提取了深度信息的连续的图片或视频进行平滑/方向滤波。
图像处理模块205还用于利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
图像处理模块205还用于对所述新视点图像进行融合、插值处理来填补空洞。
对于待检测位置内的任意一个点M，设其坐标是(X，Y，Z)，C1(x1，y)是M在光场成像技术中的成像，C2(x2，y)是M的正面成像；C1，C2是处于同一个图像平面的投影，其中，深度信息Z已知，C1与图像平面的夹角为ɑ；
图像处理模块205用于计算得出C1与C2之间的距离；
图像处理模块205还用于从已知图像中绘制出所需要的相对于任意点的正面视点图像。
上述3D内窥胶囊镜检测方法和系统通过光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号，将接收的光场信号转换为连续的图片或视频后输出给无线发射模块203。因此，待检测位置被拍摄的图像均为连续的图片或视频，能够将待检测位置完整的记录下来。而无线发射模块203则将连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块204，将所述连续的图片或视频进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。因而便于用户获取连续的待检测位置的最佳观察角度的3D图像，使得用户对待检测位置的观察更为简便精确。
以上所述光场相机可以用其它类型的3D相机、摄像机代替，3D图片也可以是3D视频信息。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种3D内窥胶囊镜检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号；
将所述光场信号转换为连续的图片或视频并输出给无线发射模块；
通过所述无线发射模块将所述连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块；
对所述连续的图片或视频依次进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
2.根据权利要求1所述的3D内窥胶囊镜检测方法，其特征在于，所述对所述连续的图片或视频进行深度图像处理的步骤包括：
提取所述连续的图片或视频的深度信息；
对提取了深度信息的连续的图片或视频进行平滑/方向滤波。
3.根据权利要求1所述的3D内窥胶囊镜检测方法，其特征在于，所述对所述连续的图片或视频进行3D图像转换的步骤包括；
利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
4.根据权利要求3所述的3D内窥胶囊镜检测方法，其特征在于，还包括步骤：
对所述新视点图像进行融合、插值处理来填补空洞。
5.根据权利要求3所述的3D内窥胶囊镜检测方法，其特征在于，还包括：
对于待检测位置内的任意一个点M，设其坐标是(X，Y，Z)，C1(x1，y)是M在光场成像技术中的成像，C2(x2，y)是M的正面成像；C1，C2是处于同一个图像平面的投影，其中，深度信息Z已知，C1与图像平面的夹角为ɑ；
计算得出C1与C2之间的距离；
从已知图像中绘制出所需要的相对于任意点的正面视点图像。
6.一种3D内窥胶囊镜检测系统，其特征在于，包括光场成像元件、传感器模块、无线发射模块、无线接收模块及图像处理模块；
所述光场成像元件用于采用光场获取技术采集待检测位置场景的光场信号；
所述传感器模块用于将所述光场信号转换为连续的图片或视频并输出给无线发射模块；
所述无线发射模块用于将所述连续的图片或视频发送给体外的无线接收模块；
所述图像处理模块用于对所述连续的图片或视频依次进行深度图像预处理、3D图像转换、利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
7.根据权利要求6所述的3D内窥胶囊镜检测系统，其特征在于，所述图像处理模块包括提取单元和滤波单元；
所述提取单元用于提取所述连续的图片或视频的深度信息；
所述滤波单元用于对提取了深度信息的连续的图片或视频进行平滑/方向滤波。
8.根据权利要求6所述的3D内窥胶囊镜检测系统，其特征在于，所述图像处理模块还用于利用3D图像映射方程将原始图像与深度图像结合，产生新视点图像。
9.根据权利要求8所述的3D内窥胶囊镜检测系统，其特征在于，所述图像处理模块还用于对所述新视点图像进行融合、插值处理来填补空洞。
10.根据权利要求8所述的3D内窥胶囊镜检测系统，其特征在于，对于待检测位置内的任意一个点M，设其坐标是(X，Y，Z)，C1(x1，y)是M在光场成像技术中的成像，C2(x2，y)是M的正面成像；C1，C2是处于同一个图像平面的投影，其中，深度信息Z已知，C1与图像平面的夹角为ɑ；
所述图像处理模块用于计算得出C1与C2之间的距离；
所述图像处理模块还用于从已知图像中绘制出所需要的相对于任意点的正面视点图像。
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