CN110149520A - 胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法及处理系统，所述方法包括：S1、采集原始的bayer格式的图像数据；S2、将原始分辨率为H*W的bayer数据，抽取形成(H/2)*(W/2)*3的RGB数据；S3、将RGB数据转换为对应的YUV数据；S4、对YUV数据中的U和V进行下采样处理，保持Y不变，获得(H/2)*(W/2)的U数据、(H/2)*(W/2)的V数据以及H*W的Y数据，并重新排布形成新的YUV数据；S5、对重新排布的YUV数据进行滤波处理；S6、将滤波处理后的YUV数据进行压缩处理后进行输出。本发明结合有损压缩与无损压缩，使获取的图像质量更高，满足用户需求。

Description

胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法及系统

技术领域

本发明涉及医疗设备成像领域，尤其涉及一种胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法及系统。

背景技术

胶囊内窥镜是一种医疗设备，胶囊内窥镜将摄像头、无线传输天线等核心器件集成于一个可被人体吞咽的胶囊内，在进行检查过程中，将胶囊内窥镜吞入体内，内窥镜在体内采集消化道图像并同步传送到体外，以根据获得的图像数据进行医疗检查；胶囊内窥镜工作过程中，需采集到尽可能多的、全面的消化道图像；为了达到这一目的，需要将消化道图像存储空间尽可能的压缩到很小且保证图像质量，从而节省传输时间，增加拍摄图像张数，提高诊断质量。

无线胶囊内窥镜采用电池供电，为保证低成本和低功耗，需要压缩算法具有低复杂度；目前使用的压缩算法，主要为有损压缩算法，以及无损压缩算法两种；有损压缩算法大多采用对RGB颜色通道进行变换，如YUV等，用以去除RGB颜色通道中的冗余信息，达到提升压缩效率的作用，然而该种算法获得的消化道图像颜色相对比较单一，因而在颜色上存在更大的冗余。而使用的无损压缩算法，则是直接对bayer图像进行压缩，没有对颜色冗余信息进行处理，压缩效率不高。

例如：专利公开号CN1799492A，发明名称为“无线内窥镜系统的准无损图像压缩和解压缩方法，其将bayer图像3个颜色通道R、G、B分别进行低通滤波，减少图像变化，然后送入JPEG-LS进行压缩；该方法将3个通道分开处理，没有考虑到通道之间的相关性，且其滤波方式使用滤波后的数据参与后面计算，会使得误差扩散。

专利公开号CN101977330A，发明名称为“一种基于YUV变换的Bayer图像压缩方法”，其使用小波对YUV数据进行变换，对变换后的系数进行压缩；然而该算法复杂，不利于嵌入式实现。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法及系统。

为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法，所述方法包括：S1、采集原始的bayer格式的图像数据；

S2、将原始分辨率为H*W的bayer数据，抽取形成(H/2)*(W/2)*3的RGB数据；

S3、将RGB数据转换为对应的YUV数据；

S4、对YUV数据中的U和V进行下采样处理，保持Y不变，获得(H/2)*(W/2)的U数据、(H/2)*(W/2)的V数据以及H*W的Y数据，并重新排布形成新的YUV数据；

S5、对重新排布的YUV数据进行滤波处理；

S6、将滤波处理后的YUV数据进行压缩处理后进行输出。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述步骤S2具体包括：

自bayer数据中的第一个数据开始，将其依次划分为多个2*2的数据块，每个2*2的数据块中包含一个R值，一个B值以及2个G值；

保留每个数据块中的R值和B值，并对2个G值均分形成新的G值；

将每一数据块中保留的R值、B值以及新的G值合并为一个RGB像素；

按照2*2的数据块的排列顺序重新排列获得的每一个RGB像素形成RGB数据。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述步骤S3具体包括：

将RGB中的每一RGB像素的颜色与灰度值分离，则每一RGB像素对应的YUV数据表示为：

Y＝0.29900×R+0.58700×G+0.11400×B，

U＝-0.16874×R-0.33126×G+0.50000×B+128，

V＝0.50000×R-0.41869×G-0.08131×B+128。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述步骤S4具体包括：

将Y数据按照RGB数据的排布顺序进行整体排布；

将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据左侧和/或右侧，或将V数据和U数据按照列交错的方式排列在Y数据上方和/或下方。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述步骤S5具体包括：

对重新排布的YUV数据依次进行横向滤波和纵向滤波；

则所述横向滤波表示为：

所述纵向滤波表示为：

其中，i，j分别表示重新排布的YUV数据所对应的行号和列号，表示向下取整，data为重新排布的YUV数据，col_filtered为横向滤波后的结果，row_filtered为纵向滤波后的结果。

为了解决上述发明目的另一，本发明一实施方式提供一种胶囊内窥镜图像的处理系统，所述系统包括：图像数据采集模块，用于采集原始的bayer格式的图像数据；

图像数据抽取模块，用于将原始分辨率为H*W的bayer数据，抽取形成(H/2)*(W/2)*3的RGB数据；

RGB转YUV模块，用于将RGB数据转换为对应的YUV数据；

数据重排模块，用于对YUV数据中的U和V进行下采样处理，保持Y不变，获得(H/2)*(W/2)的U数据、(H/2)*(W/2)的V数据以及H*W的Y数据，并重新排布形成新的YUV数据；

图像数据滤波模块用于对重新排布的YUV数据进行滤波处理；

数据压缩及输出模块，用于将滤波处理后的YUV数据进行压缩处理后进行输出。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述图像数据抽取模块具体用于：

自bayer数据中的第一个数据开始，将其依次划分为多个2*2的数据块，每个2*2的数据块中包含一个R值，一个B值以及2个G值；

保留每个数据块中的R值和B值，并对2个G值均分形成新的G值；

将每一数据块中保留的R值、B值以及新的G值合并为一个RGB像素；

按照2*2的数据块的排列顺序重新排列获得的每一个RGB像素形成RGB数据。

作为本发明一实施方式的进一步改进，RGB转YUV模块具体用于：

将RGB中的每一RGB像素的颜色与灰度值分离，则每一RGB像素对应的YUV数据表示为：

Y＝0.29900×R+0.58700×G+0.11400×B，

U＝-0.16874×R-0.33126×G+0.50000×B+128，

V＝0.50000×R-0.41869×G-0.08131×B+128。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述数据重排模块在对YUV数据重新排布时具体用于：

将Y数据按照RGB数据的排布顺序进行整体排布；

将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据左侧和/或右侧，或将V数据和U数据按照列交错的方式排列在Y数据上方和/或下方。

作为本发明一实施方式的进一步改进，所述图像数据滤波模块具体用于：

对重新排布的YUV数据依次进行横向滤波和纵向滤波；

则所述横向滤波表示为：

所述纵向滤波表示为：

其中，式中，i，j分别表示重新排布的YUV数据所对应的行号和列号，表示向下取整，data为重新排布的YUV数据，col_filtered为横向滤波后的结果，row_filtered为纵向滤波后的结果。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法及系统，结合有损压缩与无损压缩，利用有损压缩中的RGB转换YUV去除冗余信息，然后进行无损压缩保留图像质量，可以在达到有损压缩的压缩效率同时保留无损压缩的图像质量较高的优势，使获取的图像质量更高，满足用户需求。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法的流程示意图；

图2是本发明一具体示例中bayer格式的图像数据的示意图；

图3是本发明一具体示例中原始bayer格式的图像数据经过抽取后形成RGB数据的示意图；

图4是本发明一具体示例中重新排布的YUV数据的示意图；

图5是本发明一实施方式的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理系统的模块示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图1所示，本发明第一实施方式中提供一种胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法，所述方法包括：

S1、采集原始的bayer格式的图像数据，bayer数据中的每一像素点仅保留RGB共3个通道中的一个灰度值。

S2、将原始分辨率为H*W的bayer数据，抽取形成(H/2)*(W/2)*3的RGB数据。

S3、将RGB数据转换为对应的YUV数据。

S4、对YUV数据中的U和V进行下采样处理，保持Y不变，获得(H/2)*(W/2)的U数据、(H/2)*(W/2)的V数据以及H*W的Y数据，并重新排布形成新的、排布方式为的YUV数据。

S5、对重新排布的YUV数据进行滤波处理。

S6、将滤波处理后的YUV数据进行压缩处理后进行输出。

结合图2所示，为一具体示例中的bayer格式的图像数据，该图像数据的每一个单元格表示一个像素点，每个像素点中保留RGB共3个通道中的一个灰度值，通常情况下，每相邻的2*2数据块中，包含一个R值，一个B值以及两个G值，且两个G值处于对角位置。

对于步骤S2，结合图3所示，本发明一具体实现方式中，所述步骤S2具体包括：自bayer数据中的第一个数据开始，将其依次划分为多个2*2的数据块，每个2*2的数据块中包含一个R值，一个B值以及2个G值；保留每个数据块中的R值和B值，并对2个G值均分形成新的G值；将每一数据块中保留的R值、B值以及新的G值合并为一个RGB像素；按照2*2的数据块的排列顺序重新排列获得的每一个RGB像素形成RGB数据。

该示例中，H表示图像的高度，W表示图像的宽度，例如bayer数据的原始分辨率为8*8，则变换后的RGB数据图像为(8/2)*(8/2)即为4*4。

对于步骤S3，将RGB颜色空间转换到YUV空间，以去除图像中的冗余数据，具体的，所述步骤S3具体包括：将RGB中的每一RGB像素的颜色与灰度值分离，则每一RGB像素对应的YUV数据表示为：

Y＝0.29900×R+0.58700×G+0.11400×B，

U＝-0.16874×R-0.33126×G+0.50000×B+128，

V＝0.50000×R-0.41869×G-0.08131×B+128。

在该示例中，由于消化道图像颜色相对比较单一，因而在颜色上存在较大的冗余，且人眼对于颜色变化没有灰度值变化敏感，如此，在获得YUV数据后，将YUV数据按照其获得顺序将Y数据、U数据、以及V数据进行分离，并需要执行步骤S4，以对颜色值U、V进行下采样，进而消除部分冗余数据。具体的，对于步骤S4，对U数据和Y数据进行下采样后，数据大小变为原来的一1/4大小，进一步的，对下采样后的YUV数据重新排布。

本发明较佳实施方式中，对于步骤S4，所述步骤S4具体包括：将Y数据按照RGB数据的排布顺序进行整体排布；将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据左侧和/或右侧，或将V数据和U数据按照列交错的方式排列在Y数据上方和/或下方。

结合图4所示，本发明一具体示例中，重新排布YUV数据，使其形成新的、排布方式为H*(3/2*W)的YUV数据；具体的，将Y数据按照RGB数据的排布顺序整体排布在左侧，将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据右侧。当然，在本发明的其它实施方式，其排布方式还有多种，例如，将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据左侧，将V数据和U数据按照行交错的方式一部分排列在Y数据的左侧，一部分排列在Y数据的右侧，在此不做一一列举；本发明另一实施方式中，将Y数据按照RGB数据的排布顺序整体排布在上方，将V数据和U数据按照列交错的方式排列在Y数据下方。

对于步骤S5，所述方法具体包括：对重新排布的YUV数据依次进行横向滤波和纵向滤波，以增加图像变化的连续性；具体的，所述横向滤波表示为：

所述纵向滤波表示为：

其中，i，j分别表示重新排布的YUV数据所对应的行号和列号，表示向下取整，data为重新排布的YUV数据，col_filtered为横向滤波后的结果，row_filtered为纵向滤波后的结果。

本发明步骤S5的滤波处理过程中，纵向滤波处理时，对第一行的数据未采用滤波后的数据进行后续滤波，而采用原始数据，可以避免误差的扩散；且后面结果不依赖于前面的结果，如此，可以并行计算。

对于步骤S6，本发明可实现实施方式中，可采用JPEG2000无损压缩、FELICS以及JPEG-LS无损压缩等方式进行压缩处理。本发明具体实施方式中，采用JPEG-LS无损压缩滤波处理后的YUV数据进行压缩处理。

进一步的，将压缩处理的结果发送到外部的装置，以进行存储、显示、输出等操作，并用于后续调取，方便诊断，在此不做赘述。

结合图5所示，本发明提供一种胶囊内窥镜图像的处理系统，所述系统包括：图像数据采集模块100，图像数据抽取模块200，RGB转YUV模块300，数据重排模块400，图像数据滤波模块500以及数据压缩及输出模块600。

图像数据采集模块100用于采集原始的bayer格式的图像数据；bayer数据中的每一像素点仅保留RGB共3个通道中的一个灰度值。

图像数据抽取模块200用于将原始分辨率为H*W的bayer数据，抽取形成(H/2)*(W/2)*3的RGB数据。

RGB转YUV模块300用于将RGB数据转换为对应的YUV数据。

图像数据滤波模块400用于对YUV数据中的U和V进行下采样处理，保持Y不变，获得(H/2)*(W/2)的U数据、(H/2)*(W/2)的V数据以及H*W的Y数据，并重新排布形成新的YUV数据。

图像数据滤波模块500用于对重新排布的YUV数据进行滤波处理；

数据压缩及输出模块600用于将滤波处理后的YUV数据进行压缩处理后进行输出。

本发明较佳实施方式中，所述图像数据抽取模块200具体用于：自bayer数据中的第一个数据开始，将其依次划分为多个2*2的数据块，每个2*2的数据块中包含一个R值，一个B值以及2个G值；保留每个数据块中的R值和B值，并对2个G值均分形成新的G值；将每一数据块中保留的R值、B值以及新的G值合并为一个RGB像素；按照2*2的数据块的排列顺序重新排列获得的每一个RGB像素形成RGB数据。

本发明较佳实施方式中，RGB转YUV模块300具体用于：将RGB颜色空间转换到YUV空间，以去除图像中的冗余数据，具体的，将RGB中的每一RGB像素的颜色与灰度值分离，则每一RGB像素对应的YUV数据表示为：

Y＝0.29900×R+0.58700×G+0.11400×B，

U＝-0.16874×R-0.33126×G+0.50000×B+128，

V＝0.50000×R-0.41869×G-0.08131×B+128。

本发明较佳实施方式中，所述数据重排模块400具体用于：将Y数据按照RGB数据的排布顺序进行整体排布；将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据左侧和/或右侧，或将V数据和U数据按照列交错的方式排列在Y数据上方和/或下方。

本发明较佳实施方式中，所述图像数据滤波模块500具体用于：对重新排布的YUV数据依次进行横向滤波和纵向滤波；

则所述横向滤波表示为：

所述纵向滤波表示为：

其中，式中，i，j分别表示重新排布的YUV数据所对应的行号和列号，表示向下取整，data为重新排布的YUV数据，col_filtered为横向滤波后的结果，row_filtered为纵向滤波后的结果。

数据压缩及输出模块600具体用于：可采用JPEG2000无损压缩、FELICS以及JPEG-LS无损压缩等方式进行压缩处理。本发明具体实施方式中，采用JPEG-LS无损压缩滤波处理后的YUV数据进行压缩处理。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施方式中的对应过程，在此不再赘述。

综上所述，本发明的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法及系统，结合有损压缩与无损压缩，利用有损压缩中的RGB转换YUV去除冗余信息，然后进行无损压缩保留图像质量，可以在达到有损压缩的压缩效率同时保留无损压缩的图像质量较高的优势，使获取的图像质量更高，满足用户需求。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施方式方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、采集原始的bayer格式的图像数据；

S2、将原始分辨率为H*W的bayer数据，抽取形成(H/2)*(W/2)*3的RGB数据；

S3、将RGB数据转换为对应的YUV数据；

S4、对YUV数据中的U和V进行下采样处理，保持Y不变，获得(H/2)*(W/2)的U数据、(H/2)*(W/2)的V数据以及H*W的Y数据，并重新排布形成新的YUV数据；

S5、对重新排布的YUV数据进行滤波处理；

S6、将滤波处理后的YUV数据进行压缩处理后进行输出。

2.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

自bayer数据中的第一个数据开始，将其依次划分为多个2*2的数据块，每个2*2的数据块中包含一个R值，一个B值以及2个G值；

保留每个数据块中的R值和B值，并对2个G值均分形成新的G值；

将每一数据块中保留的R值、B值以及新的G值合并为一个RGB像素；

按照2*2的数据块的排列顺序重新排列获得的每一个RGB像素形成RGB数据。

3.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

将RGB中的每一RGB像素的颜色与灰度值分离，则每一RGB像素对应的YUV数据表示为：

Y＝0.29900×R+0.58700×G+0.11400×B，

U＝-0.16874×R-0.33126×G+0.50000×B+128，

V＝0.50000×R-0.41869×G-0.08131×B+128。

4.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：

将Y数据按照RGB数据的排布顺序进行整体排布；

将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据左侧和/或右侧，或将V数据和U数据按照列交错的方式排列在Y数据上方和/或下方。

5.根据权利要求1所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：

对重新排布的YUV数据依次进行横向滤波和纵向滤波；

则所述横向滤波表示为：

所述纵向滤波表示为：

其中，i，j分别表示重新排布的YUV数据所对应的行号和列号，表示向下取整，data为重新排布的YUV数据，col_filtered为横向滤波后的结果，row_filtered为纵向滤波后的结果。

6.一种胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理系统，其特征在于，所述系统包括：

图像数据采集模块，用于采集原始的bayer格式的图像数据；

图像数据抽取模块，用于将原始分辨率为H*W的bayer数据，抽取形成(H/2)*(W/2)*3的RGB数据；

RGB转YUV模块，用于将RGB数据转换为对应的YUV数据；

数据重排模块，用于对YUV数据中的U和V进行下采样处理，保持Y不变，获得(H/2)*(W/2)的U数据、(H/2)*(W/2)的V数据以及H*W的Y数据，并重新排布形成新的YUV数据；

图像数据滤波模块用于对重新排布的YUV数据进行滤波处理；

数据压缩及输出模块，用于将滤波处理后的YUV数据进行压缩处理后进行输出。

7.根据权利要求6所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理系统，其特征在于，

所述图像数据抽取模块具体用于：

自bayer数据中的第一个数据开始，将其依次划分为多个2*2的数据块，每个2*2的数据块中包含一个R值，一个B值以及2个G值；

保留每个数据块中的R值和B值，并对2个G值均分形成新的G值；

将每一数据块中保留的R值、B值以及新的G值合并为一个RGB像素；

按照2*2的数据块的排列顺序重新排列获得的每一个RGB像素形成RGB数据。

8.根据权利要求6所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理系统，其特征在于，RGB转YUV模块具体用于：

将RGB中的每一RGB像素的颜色与灰度值分离，则每一RGB像素对应的YUV数据表示为：

Y＝0.29900×R+0.58700×G+0.11400×B，

U＝-0.16874×R-0.33126×G+0.50000×B+128，

V＝0.50000×R-0.41869×G-0.08131×B+128。

9.根据权利要求6所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理系统，其特征在于，所述数据重排模块在对YUV数据重新排布时具体用于：

将Y数据按照RGB数据的排布顺序进行整体排布；

将V数据和U数据按照行交错的方式排列在Y数据左侧和/或右侧，或将V数据和U数据按照列交错的方式排列在Y数据上方和/或下方。

10.根据权利要求6所述的胶囊内窥镜bayer图像YUV无损压缩的处理系统，其特征在于，所述图像数据滤波模块具体用于：

对重新排布的YUV数据依次进行横向滤波和纵向滤波；

则所述横向滤波表示为：

所述纵向滤波表示为：

其中，式中，i，j分别表示重新排布的YUV数据所对应的行号和列号，表示向下取整，data为重新排布的YUV数据，col_filtered为横向滤波后的结果，row_filtered为纵向滤波后的结果。