CN110996009A - 胶囊内窥镜系统及其自动帧率调整方法及计算机可读存储介质 - Google Patents

胶囊内窥镜系统及其自动帧率调整方法及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种胶囊内窥镜系统及其自动帧率调整方法及计算机可存储介质，所述自动帧率调整方法包括：接收胶囊内窥镜的第一加速度传感器所感测到的第一加速度信息ac(t)；接收体外设备的第二加速度传感器所感测到的第二加速度信息am(t)；计算比较第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)获得胶囊内窥镜和体外设备之间的相对运动幅度statem(t)；根据相对运动幅度statem(t)的大小调整胶囊内窥镜的摄像头的拍摄帧率，其中，相对运动幅度statem(t)越大，摄像头的拍摄帧率F0(t)就越大。本发明中，在胶囊内窥镜及体外设备上分别安装加速度传感器，从而检测胶囊内窥镜及人体的加速度信息，进而即可有效判断两者的相对运动幅度。并且，通过相对运动幅度来调整拍摄帧率，可有效排除人体运动的干扰。

Description

胶囊内窥镜系统及其自动帧率调整方法及计算机可读存储 介质
技术领域
本发明涉及一种胶囊内窥镜技术，特别是一种胶囊内窥镜系统及其自动帧率调整方法及计算机可读存储介质。
背景技术
胶囊内窥镜作为一种可吞服设备，已经被广泛用于消化道检查中，它利用内部电池供电，依靠摄像模块完成消化道图片的拍摄，并通过无线传出体外。受电池电量等的限制，通常胶囊内窥镜的总检查时间在8至14个小时，总拍摄图片数量3～10万。因此，平均图片拍摄帧率通常为1～2fps(frame per second)，短时间可达到4～8fps，甚至10～30fps。因而，这会造成两个问题：
1.拍摄帧率越高，视频图像越流畅，漏拍概率越低。然而，在实际使用情况下，胶囊使用电池供电，电量有限，难以支持8～14小时始终以高帧率拍摄。所以，拍照帧率不足的情况下，存在漏拍的风险。
2.大部分时间里，胶囊在消化道内运动缓慢，此时图像之间相似度非常高，因而产生大量重复的冗余图片，增加了阅片医生的负担，降低了阅片效率。
因而，为了解决上述问题，一方面需要胶囊内窥镜提高拍摄帧率，另一方面减少胶囊内窥镜的重复图像的拍摄。因此，需要设计一种可根据胶囊的实际运动情况自动调整拍摄帧率的方法，到当胶囊相对人体静止或缓慢运动时，降低拍摄帧率，减少冗余图片的获取，节省电量；而当胶囊相对人体运动剧烈时，提高拍照帧率，减少漏拍。
目前，已有部分公开专利用以解决上述问题，例如：
中国专利公告号CN104955377B，该专利利用胶囊内的加速度传感器来获取胶囊的加速度信息，然后通过信号处理方法判断胶囊的运动幅度和模式，从而调整拍摄帧率。但是，该方案中使用单个加速度传感器信息判断胶囊的运动状态，难以排除人体运动的影响：当人体活动时，体内的胶囊还是可能与人体相对静止或小幅度相对运动，从而造成检查失误。
中国专利公开号CN102048519A，该专利申请在胶囊内设置线圈及电流感应器，通过感应外部磁场产生器的磁场信息获得胶囊的运动信号，从而调整拍摄帧率。但是，该方案依赖体外磁场产生器，而且磁场产生器的系统较为复杂且不适宜做成便携式设备。
中国专利公开号CN101674769A，该专利申请通过计算拍摄图像间的相似性判断胶囊运动的快慢，或者通过检测无线信号的强弱对胶囊进行定位，从而调整拍摄帧率。但是，该方案基于图像相似性进行判断，而该判断的运算量较大，对设备算力有一定要求。同时，基于图像调整拍摄帧率存在滞后性，例如在前后两帧图像差异较大时，则可能已经发生了遗漏。另一方面，无线定位精度较低，误差通常可达厘米量级甚至更大，因此很容易出现误判，控制精度低。
中国专利公开号CN107669236A，该专利申请通过在胶囊和体外便携记录仪内均安装六轴惯性传感器，该六轴惯性传感器包括角速度计和加速度计，并通过计算胶囊相对便携记录仪的姿态变化程度来调整拍摄帧率。然而，六轴惯性传感器功耗高，姿态求解误差随时间累积。同时，胶囊和体外便携记录仪的相对姿态不变时，并不等于两者没有相对运动，因此该方案依旧存在一些缺陷。
因此，必须设计一种新的胶囊内窥镜系统及其自动帧率调整方法及计算机可读存储介质。
发明内容
为解决上述问题之一，本发明提供了一种胶囊内窥镜系统自动帧率调整方法，所述自动帧率调整方法包括：
接收胶囊内窥镜的第一加速度传感器所感测到的第一加速度信息ac(t)；
接收体外设备的第二加速度传感器所感测到的第二加速度信息am(t)；
计算比较第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)获得胶囊内窥镜和体外设备之间的相对运动幅度statem(t)；
根据相对运动幅度statem(t)的大小调整胶囊内窥镜的摄像头的拍摄帧率，其中，相对运动幅度statem(t)越大，摄像头的拍摄帧率F0(t)就越大。
作为本发明的进一步改进，步骤“计算比较第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)获得胶囊内窥镜和体外设备之间的相对运动幅度statem(t)”包括：
对第一加速度信息ac(t)进行差分运算获得第一加速度差分值dc(t)，对第二加速度信息am(t)进行差分运算获得第二加速度差分值dm(t)；
计算第一加速度差分值dc(t)的模并记为第一差分模Mc(t)＝|dc(t)|，计算第二加速度差分值dm(t)的模并记为第二差分模Mm(t)＝|dm(t)|；
计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000031
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure BDA0002328880540000032
若第一传感器静止，则判断相对运动幅度statem(t)＝0；若第一传感器不静止，则判断相对运动幅度
Figure BDA0002328880540000033
作为本发明的进一步改进，步骤“对第一加速度信息ac(t)进行差分运算获得第一加速度差分值dc(t)，对第二加速度信息am(t)进行差分运算获得第二加速度差分值dm(t)”包括：
获取第一加速度传感器的第一加速度信息ac(t)与实际输出sc(t)之间的关系，
ac(t)＝ksc(t)+bc
获取第二加速度传感器的第二加速度信息am(t)与实际输出sm(t)之间的关系，
am(t)＝ksm(t)+bm
其中，k为转换系数，bc和bm为零点漂移；
获取第一加速度传感器的采样间隔Δt，按照采样间隔Δt获取实际加速度ac(t)在前后两时刻的加速度差分值dc(t)，
dc(t)＝(ac(t)-ac(t-Δt))/Δt；
获取第二加速度传感器的采样间隔Δt，按照采样间隔Δt获取实际加速度am(t)在前后两时刻的加速度差分值dm(t)，
dm(t)＝(am(t)-am(t-Δt))/Δt；
计算第一加速度传感器的加速度差分值dc(t)相对于实际输出sc(t)的关系，
dc(t)＝k(sc(t)-sc(t-Δt))；
计算第二加速度传感器的加速度差分值dm(t)相对于实际输出sm(t)的关系，
dm(t)＝k(sm(t)-sm(t-Δt))。
作为本发明的进一步改进，步骤“计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000041
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure BDA0002328880540000042
”包括：
选取宽度为L的窗口，计算第一差分模Mc(t)在窗口内的均值
Figure BDA0002328880540000043
Figure BDA0002328880540000044
计算第二差分模Mm(t)在窗口内的均值
Figure BDA0002328880540000045
Figure BDA0002328880540000046
作为本发明的进一步改进，所述步骤“计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000047
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure BDA0002328880540000048
”之后还包括：
预设动态阈值τ，若第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000049
不大于该动态阈值τ，则判断第一传感器静止，若第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA00023288805400000410
大于该动态阈值τ，则判断第一传感器不静止。
作为本发明的进一步改进，动态阈值τ的范围为0.005～0.01m·s-2。
作为本发明的进一步改进，步骤“判断相对运动幅度
Figure BDA00023288805400000411
”之后还包括：
对相对运动幅度statem(t)的波形进行修正；
步骤“对相对运动幅度statem(t)的波形进行修正”包括：
选取宽度为L的窗口；
计算第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)，即：
dMc(h)＝Mc(t-(L-1)Δt+hΔt)-Mc(t-(L-1)Δt+(h-1)Δt)，h＝1,2...,L-1；
计算第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)，即：
dMm(h)＝Mm(t-(L-1)Δt+hΔt)-Mm(t-(L-1)Δt+(h-1)Δt)，h＝1,2...,L-1；
对第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)和第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)作二值化处理并记为第一二值化差分值dMc(h)`和第二二值化差分值dMm(h)`，
Figure BDA0002328880540000051
计算第一二值化差分值dMc(h)`和第二二值化差分值dMm(h)`的相似程度Rp，0≤Rp≤1，
计算波形的比较修正项P(t)，
Figure BDA0002328880540000052
计算P(t)·statem(t)并记为新的相对运动幅度statem(t)。
作为本发明的进一步改进，
Figure BDA0002328880540000053
作为本发明的进一步改进，α的值为0.5。
作为本发明的进一步改进，步骤“根据相对运动幅度statem(t)的大小调整胶囊内窥镜的摄像头的拍摄帧率”包括：
预设q个帧率档位f1至fq及与q个帧率档位相对应的相对运动幅度statem(t)的范围，其中，范围T1至Tq中相对运动幅度statem(t)的值依次变大，f1至fq也依次变大，
设置拍摄帧率F0(t)，
Figure BDA0002328880540000054
作为本发明的进一步改进，q＝4，f1为1fps，f2为2fps，f3为4fps，f4为8fps；T1为statem(t)≤s1，T2为s1＜statem(t)≤s2，T3为s2＜statem(t)≤s3，T4为statem(t)＞s3，其中s1为0.01m·s-2，s2为0.04m·s-2，s3为0.10m·s-2。
作为本发明的进一步改进，所述自动帧率调整方法还包括：
根据拍摄帧率F0(t)调整一个周期内不同拍摄帧率的拍摄图像数量；
步骤“根据拍摄帧率F0(t)调整一个周期内不同拍摄帧率的拍摄图像数量”包括：
获取胶囊内窥镜每个周期内的拍摄总量并记为N(jT)，每个周期的持续时间记为TS(s),其中，1≤j≤n，n为总的周期数量；
计算并分配帧率为f1至fq的图像拍摄数量N1至Nq，且N1至Nq必须满足以下条件：
Figure BDA0002328880540000061
Figure BDA0002328880540000062
作为本发明的进一步改进，所述自动帧率调整方法还包括：
根据一个周期内的实际拍摄总量分配剩余周期内的拍摄图像总量；
步骤“根据一个周期内的实际拍摄总量分配剩余周期内的拍摄图像总量”包括：
计算第j个周期内的实际拍摄总量为N(jT)`；
计算该第j个周期内剩余拍摄总量Nmaqin＝N(jT)-N(jT)`；
计算剩余周期的拍摄图像总量N(iT)new，
Figure BDA0002328880540000063
N(iT)为原第i个周期的预计拍摄图像总量；
再次计算每个周期内不同帧率的图像的拍摄数量。
本发明还提供了一种胶囊内窥镜系统，所述胶囊内窥镜系统包括胶囊内窥镜及体外设备，所述体外设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的自动帧率调整方法中的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述如上述所述自动帧率调整方法中的步骤。
与现有技术相比，本发明中，在胶囊内窥镜及体外设备上分别安装加速度传感器，从而检测胶囊内窥镜及人体的加速度信息，进而即可有效判断两者的相对运动幅度。并且，通过相对运动幅度来调整拍摄帧率，可有效排除人体运动的干扰。相对运动幅度越大，说明胶囊运动的较为厉害，则调整摄像头的拍摄帧率使其增大，防止漏拍。相对运动幅度越小时，说明胶囊内窥镜在人体内的运动较为缓慢，则调整摄像头的拍摄帧率使其减小，减少重复图像冗余。
附图说明
图1是本发明胶囊内窥镜系统自动帧率调整方法。
具体实施例
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将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，都应当属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供了一种胶囊内窥镜系统自动帧率调整方法，所述自动帧率调整方法包括：
接收胶囊内窥镜的第一加速度传感器所感测到的第一加速度信息ac(t)；
接收体外设备的第二加速度传感器所感测到的第二加速度信息am(t)；
计算比较第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)获得胶囊内窥镜和体外设备之间的相对运动幅度statem(t)；
根据相对运动幅度statem(t)的大小调整胶囊内窥镜的摄像头的拍摄帧率，其中，相对运动幅度statem(t)越大，摄像头的拍摄帧率F0(t)就越大。
本发明中，在胶囊内窥镜及体外设备上分别安装加速度传感器，从而检测胶囊内窥镜及人体的加速度信息，进而即可有效判断两者的相对运动幅度。并且，通过相对运动幅度来调整拍摄帧率，可有效排除人体运动的干扰。相对运动幅度越大，说明胶囊运动的较为厉害，则调整摄像头的拍摄帧率使其增大，防止漏拍。相对运动幅度越小时，说明胶囊内窥镜在人体内的运动较为缓慢，则调整摄像头的拍摄帧率使其减小，减少重复图像冗余。
本发明中，胶囊内窥镜内安装的第一加速度传感器和体外设备内安装的第二加速度传感器以同样的采样率同步采集数据，并且采用的是同一型号的加速度传感器，从而可确保两者之间测量数据的同步性。本实施方式中，第一加速度传感器检测到的第一加速度信息通过无线信号传送给体外设备，体外设备再对第一加速度信息和第二加速度信息进行存储，并一同提交给体外设备内部的计算模块，用以计算该相对运动幅度statem(t)。并且，显然的，加速度传感器所检测到的加速度信息为向量信息，因而所述第一加速度信息ac(t)、第二加速度信息am(t)为向量信息。
在本实施方式中，所述第一加速度传感器、第二加速度传感器均可感测三个方向上的加速度信息，即可采集X、Y、Z三个轴上的加速度信息。其中，假设加速度传感器的i轴上的实际输出为si，则与该轴上的实际加速度ai存在以下转换关系：
ai＝ksi+b；
其中k为转换系数，与Gsensor的量程以及精度有关，如量程为±2g，精度16位的情况下，k＝2g×2-15≈6×10-4m·s-2。b(m·s-2)为零点漂移，受温度、加速度传感器个体差异等影响，即当加速度传感器静止的时候，输出的均值并不为零，而这个非零均值就是零点漂移。在本系统中，如上述所述，在本胶囊内窥镜系统中，胶囊内窥镜和体外设备中使用同款或同性能指标的加速度传感器，其转换系数k的差异较小，仅当测量数据很大时，差异才比较明显。然而零点漂移值却随加速度传感器存在较明显差异，如果不经过校正，将导致两个相同状态的加速度传感器输出不同的数值。具体的，以下进行具体的描述。
其中，步骤“计算比较第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)获得胶囊内窥镜和体外设备之间的相对运动幅度statem(t)”包括：
对第一加速度信息ac(t)进行差分运算获得第一加速度差分值dc(t)，对第二加速度信息am(t)进行差分运算获得第二加速度差分值dm(t)；
计算第一加速度差分值dc(t)的模并记为第一差分模Mc(t)＝|dc(t)|，计算第二加速度差分值dm(t)的模并记为第二差分模Mm(t)＝|dm(t)|；
计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000091
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure BDA0002328880540000092
若第一传感器静止，则判断相对运动幅度statem(t)＝0；若第一传感器不静止，则判断相对运动幅度
Figure BDA0002328880540000093
本发明中，在比较相对运动幅度statem(t)时，由于如上述所述，第一加速度传感器和第二加速度传感器均检测的三个轴上的加速度信息，因而第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)为三维向量，第一加速度差分值dc(t)和第二加速度差分值dm(t)也为三维向量。并且，如上述所述，由于第一加速度传感器和第二加速度传感器的坐标系姿态和零点漂移均不相同，因而若直接采用加速度信息，则还是会受到坐标系姿态和零点漂移的影响，因而在本发明中，可采用差分模来判断相对运动幅度。
具体的，在本实施方式中，分别计算第一加速度差分值dc(t)和第二加速度差分值dm(t)，可以免去零点漂移的影响；对第一加速度差分值dc(t)和第二加速度差分值dm(t)求模获得第一差分模Mc(t)和第二差分模Mm(t)可以排除第一加速度传感器和第二加速度传感器的坐标系姿态不同的影响；而进行差分模的均值计算又可减弱加速度传感器的噪声影响。当然，若采用其他方式，若已经事先对零点漂移进行校正，则不需要计算差分即可获得相对运动幅度statem(t)。或者，若不考虑坐标系姿态不同的影响，则也可以不需要计算差分模来计算相对运动幅度statem(t)。
进一步的，其中，步骤“对第一加速度信息ac(t)进行差分运算获得第一加速度差分值dc(t)，对第二加速度信息am(t)进行差分运算获得第二加速度差分值dm(t)”包括：
获取第一加速度传感器的第一加速度信息ac(t)与实际输出sc(t)之间的关系，
ac(t)＝ksc(t)+bc，
获取第二加速度传感器的第二加速度信息am(t)与实际输出sm(t)之间的关系，
am(t)＝ksm(t)+bm，
其中，k为转换系数，bc和bm为零点漂移；
获取第一加速度传感器的采样间隔Δt，按照采样间隔Δt获取实际加速度ac(t)在前后两时刻的加速度差分值dc(t)，
dc(t)＝(ac(t)-ac(t-Δt))/Δt；
获取第二加速度传感器的采样间隔Δt，按照采样间隔Δt获取实际加速度am(t)在前后两时刻的加速度差分值dm(t)，
dm(t)＝(am(t)-am(t-Δt))/Δt；
计算第一加速度传感器的加速度差分值dc(t)相对于实际输出sc(t)的关系，
dc(t)＝k(sc(t)-sc(t-Δt))；
计算第二加速度传感器的加速度差分值dm(t)相对于实际输出sm(t)的关系，
dm(t)＝k(sm(t)-sm(t-Δt))。
其中，根据上述单轴上的实际加速度ai和该轴上的实际输出si之间的关系ai＝ksi+b，可以推论出三维向量ac(t)及am(t)与其实际输出sc(t)和sm(t)的关系，并且，由于通过差分计算，可以将零点漂移bc和bm除去。从而，可以免于在使用前对第一加速度传感器和第二加速度传感器的零点漂移的校正操作，降低对用户的要求。
需要说明的是，如上述所述，传感器测量不可避免地存在噪声，而噪声是未知的随机变量，近似服从高斯分布，均值约为零，标准差分别与实际输出sc(t)和sm(t)呈一定的比例关系，但是由于对整体结果的影响不大，因而在上述分析过程中将其忽略，并且，在后续的计算过程中，依然加入其他的校正方法对传感器测量噪声进行校正。另外，虽然本发明中采用的第一加速度传感器和第二加速度传感器的型号完全一致，但是其转换系数k还是可能造成一定差异。但是总体来说，转换系数k的差异较小，因而在本发明中，可以直接采用同样的转换系数k值进行计算。
另外，本具体实施例中，按照采样间隔Δt获取实际加速度ac(t)在前后两时刻的加速度差分值dc(t)。或者，在其他实施例中，若不取前后两时刻的加速度差分值，而是采用前后不相邻的两时刻的加速度差分值，则也可达到本发明的目的。
并且，上述采样间隔Δt约为30～250ms，并且，本具体实施方式中不大于图像拍摄的最小间隔。当然，若采样间隔Δt为其他值，则也可以达到本发明的目的。例如，若胶囊内窥镜图像拍摄的最高帧率为4fps，则最小图像拍摄间隔Δt为250ms，则可取Δt≤250ms。在具体的胶囊内窥镜系统中，采样间隔Δt固定，因而可以直接计算加速度差分值dc(t)和dm(t)。
进一步的，上述步骤“计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000111
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure BDA0002328880540000112
”包括：
选取宽度为L的窗口，计算第一差分模Mc(t)在窗口内的均值
Figure BDA0002328880540000113
Figure BDA0002328880540000114
计算第二差分模Mm(t)在窗口内的均值
Figure BDA0002328880540000115
Figure BDA0002328880540000116
本实施方式中，在获得第一差分模Mc(t)及第二差分模Mm(t)后，通过求模的方式即可解决第一加速度传感器和第二加速度传感器的姿态不同的问题。并且，在本步骤中，对第一差分模Mc(t)及第二差分模Mm(t)进一步进行求均值计算，则可减弱加速度传感器的噪声影响。
具体的，在本实施方式中，第一差分模Mc(t)及第二差分模Mm(t)求均值的过程中所采用的窗口L的大小一致，均为4～10。在本实施方式中，
Figure BDA0002328880540000117
是指在时间t分别在t-(L-1)Δt,...,t-Δt,t等L-1个时间点时的第一差分模Mc(t)的均值；同样的，
Figure BDA0002328880540000121
是指在时间点t分别在t-(L-1)Δt,...,t-Δt,t等L-1个时间点时的第二差分模Mm(t)的均值。
进一步的，在理想情况下，若胶囊内窥镜处于完全静止，则该第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000122
应该为0，但是由于噪声等干扰，因而在胶囊内窥镜完全静止时，该第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000123
也不恒等于0，而是存在一定的波动，且该波动约在0.005～0.01m·s-2之间。
因此，在本实施方式中，步骤“计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000124
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure BDA0002328880540000125
”之后还包括：预设动态阈值τ，若第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000126
不大于该动态阈值τ，则判断第一传感器静止，从而相对位移statem(t)应该为0；若第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000127
大于该动态阈值τ，则判断第一传感器不静止。则，即表示，若第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000128
不大于该动态阈值τ，则相对运动幅度statem(t)＝0，若第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA0002328880540000129
大于该动态阈值τ，则说明胶囊内窥镜和体外设备之间应该存在相对运动，该相对运动幅度
Figure BDA00023288805400001210
进一步的，理论上，若胶囊内窥镜和体外设备相对静止的情况的下，则两者运动的加速度波形应该完全一致，上述第一差分模Mc(t)的均值
Figure BDA00023288805400001211
和第二差分模Mm(t)的均值
Figure BDA00023288805400001212
也应该始终相同。但是由于传感器噪声及转换系数k的差异，该两者在波动幅度上存在一定差异，即上述公式
Figure BDA00023288805400001213
中存在残差，且残差的幅度与
Figure BDA00023288805400001214
和
Figure BDA00023288805400001215
的强度正相关。这就导致，即使两者相对静止，公式
Figure BDA00023288805400001216
的计算结果可能仍然有较大的数值，导致错误的使用高帧率，浪费电池电量，造成图像冗余，因而，需要对
Figure BDA00023288805400001217
的波形进行修正。当然，若在对精度要求不高或电池电量足够等的情况下，也可以将该步骤省略，则也可达到本发明的目的。
具体的，步骤“判断相对运动幅度
Figure BDA00023288805400001218
”之后还包括：
对相对运动幅度statem(t)的波形进行修正；
步骤“对相对运动幅度statem(t)的波形进行修正”包括：
选取宽度为L的窗口；
计算第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)，即：
dMc(h)＝Mc(t-(L-1)Δt+hΔt)-Mc(t-(L-1)Δt+(h-1)Δt)，h＝1,2...,L-1；
计算第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)，即：
dMm(h)＝Mm(t-(L-1)Δt+hΔt)-Mm(t-(L-1)Δt+(h-1)Δt)，h＝1,2...,L-1；
对第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)和第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)作二值化处理并记为第一二值化差分值dMc(h)`和第二二值化差分值dMm(h)`，
Figure BDA0002328880540000131
计算第一二值化差分值dMc(h)`和第二二值化差分值dMm(h)`的相似程度Rp，0≤Rp≤1；
计算波形的比较修正项P(t)，
Figure BDA0002328880540000132
计算P(t)·statem(t)并记为新的相对运动幅度statem(t)。
在修正的过程中，也同样选取宽度为L的窗口，并比较窗口中前后两个值的差分值。
由于h＝1,2...,L-1，以下，假设L为5，则dMm(h)的值相当于：
h＝1时，dMm(1)＝Mm(t-3Δt)-Mm(t-4Δt)；
h＝2时，dMm(2)＝Mm(t-2Δt)-Mm(t-3Δt)；
h＝3时，dMm(3)＝Mm(t-Δt)-Mm(t-2Δt)；
h＝4时，dMm(4)＝Mm(t)-Mm(t-Δt)；
则，若在窗口L中，Mm(t-3Δt)＞Mm(t-4Δt)，则dMm(1)＞0，则说明h＝1时，第二差分模Mm(t)呈上升沿，若Mm(t-Δt)≤Mm(t-2Δt)，则dMm(3)≤0，则说明h＝3时，第二差分模Mm(t)呈下降沿。因而，在窗口L中，若前一个值比后一个值大，则可认为波形呈下降沿，若前一个值比后一个值小，则可认为波形呈上升沿。
则进一步的，对上述第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)和第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)作二值化处理，分辨第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)和第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)的波形起伏。
从而，进一步的，对dMc`和dMm`进行比较则可判断出两者的波形起伏的相似程度。若完全相同，则说明第一加速度传感器和第二加速度传感器发生了同步运动，则上述相对运动幅度statem(t)应当为0；若相似程度较大，则说明第一加速度传感器和第二加速度传感器的运动具有相关性，可对相对运动幅度statem(t)进行修正以提高最后的拍摄帧率的判断精度；若相似程度很小，则说明第一加速度传感器和第二加速度传感器的运动完全不相关，则可不需要对相对运动幅度statem(t)进行修正。
因此，本具体实施方式中，进一步的，对dMc`和dMm`的波形进行比较，并判断相似程度，具体的，计算窗口内dMc`和dMm`的相似程度Rp，Rp描述了dMc`和dMm`起伏的相似程度，Rp的值越大，则判断dMc(h)和dMm(h)没有相关性，且0≤Rp≤1。
从而，再设置一阈值α，若0≤Rp＜α，则说明波形dMc`和dMm`较为相似或相同，则也可说明第一差分模Mc(t)和第二差分模Mm(t)的波形也较为相似或相同，因而可相应的对运动幅度statem(t)进行修正；若Rp≥α，则说明波形dMc`和dMm`差距较大，则也可说明第一差分模Mc(t)和第二差分模Mm(t)的波形差距较大，则不需要对运动幅度statem(t)进行修正。由于0≤Rp≤1，因而，比较修正项0≤P(t)＜α或1，因而在0≤P(t)＜α的修正过程中，P(t)·statem(t)，可将幅度过大的相对运动幅度statem(t)缩小，使得修正后的相对运动幅度statem(t)更加精确，帧率的判断也更加精确。
进一步的，相似程度Rp的计算方式为：
Figure BDA0002328880540000141
当然，若采取其他方式来计算相似程度Rp也可满足本发明的要求。进一步的，α的值为0.5，同样，若α的值为其他值，只要能达到本发明的目的，则也可满足本发明的要求。
以上，介绍了相对运动幅度的计算方式，以下，对拍摄帧率的调整进行具体说明。
步骤“根据相对运动幅度statem(t)的大小调整胶囊内窥镜的摄像头的拍摄帧率”包括：
预设q个帧率档位f1至fq及与q个帧率档位相对应的相对运动幅度的范围，设置拍摄帧率F0(t)，其中，范围T1至Tq中相对运动幅度statem(t)的值依次变大，f1至fq也依次变大，
Figure BDA0002328880540000151
即，将上述相对运动幅度statem(t)的范围分为q个范围，在q个范围内的拍摄帧率F0(t)各不相同。则，显而易见的，当运动幅度statem(t)的值越大时，对应的拍摄帧率F0(t)的值也越大。并且，进一步的，如上所述，本发明中加速度传感器的采样间隔Δt不大于图像拍摄的最小间隔，即采样率不小于最高图像拍摄帧率，因此当运动幅度statem(t)较大，判断需要提高拍摄帧率时，可以立即让摄像头以该较高的拍摄帧率进行拍摄，避免漏帧。
在本实施方式中，具体的，拍摄帧率的档位取四个，则q＝4，f1为1fps，f2为2fps，f3为4fps，f4为8fps；T1为statem(t)≤s1，T2为s1＜statem(t)≤s2，T3为s2＜statem(t)≤s3，T4为statem(t)＞s3，其中s1为0.01m·s-2，s2为0.04m·s-2，s3为0.10m·s-2。
但是，由于胶囊内窥镜内部的电池电量有限，因而胶囊内窥镜不能始终处于高帧率状态，所以需要对高帧率拍照的数量做一定限制，以得到有效的不同拍摄帧率的照片数量。
具体的，所述自动帧率调整方法还包括：
根据拍摄帧率F0(t)调整一个周期内不同拍摄帧率的拍摄图像数量；
步骤“根据拍摄帧率F0(t)调整一个周期内不同拍摄帧率的拍摄图像数量”包括：
获取胶囊内窥镜每个周期内的拍摄总量并记为N(jT)，每个周期的持续时间记为TS(s),其中，1≤j≤n，n为总的周期数量；
计算并分配帧率为f1至fq的图像拍摄数量N1至Nq，且N1至Nq必须满足以下条件：
Figure BDA0002328880540000161
Figure BDA0002328880540000162
预设在拍摄过程中共有n个周期，第j个周期内的拍摄总量为N(jT)，则，显然的，所有帧率的拍摄图像数量的总量必须小于拍摄总量N(jT)，并且所有帧率的拍摄图像的总时长又必须达到该周期的持续时间TS(s)，因此，可由此计算不同帧率的拍摄图像的数量。
具体的，例如，在本具体实施方式中，若胶囊内窥镜总共支持50000张的图像拍摄，用户需求胶囊内窥镜工作8个小时，每个周期时长10分钟，则在平均分配的情况下，每个周期内的拍摄总量N(jT)＝50000/(8×6)≈1042张。
则在有四个上述帧率档位的情况下，N1+N2+N3+N4≤1042，且
Figure BDA0002328880540000163
则，通过对N1至N4的计算和判断，确定N1至N4的值。
具体的，在本实施方式中，可根据经验或者试验确定各个帧率档位的参考占比r1至rq，从而可确定N1至Nq的具体数值。此中，参考占比r1至rq是为了帮助计算N1至Nq，实际计算出的N1至Nq之间的比例并不一定等于r1至rq，但是应当较为接近。
进一步的，由于实际情况中，一个周期内可能均为帧率较低的情况，则实际拍摄的图片的数量较少，则可将多余的照片配比给与剩余的周期。具体的，所述自动帧率调整方法还包括：
根据一个周期内的实际拍摄总量分配剩余周期内的拍摄图像总量；
步骤“根据一个周期内的实际拍摄总量分配剩余周期内的拍摄图像总量”包括：
计算第j个周期内的实际拍摄总量为N(jT)`；
计算该第j个周期内剩余拍摄总量Nmaqin＝N(jT)-N(jT)`；
计算剩余周期的拍摄图像总量N(iT)new，
Figure BDA0002328880540000171
j＜i≤n，N(iT)为原第i个周期的预计拍摄图像总量；
再次计算每个周期内不同帧率的图像的拍摄数量。
即，将一个周期内的剩余拍摄总量计算出来，再将该剩余拍摄总量均分至其他周期。另外，再获得该剩余周期的拍摄总量配额后，也可重新计算不同帧率的图像的拍摄数量。
本发明还提供了一种胶囊内窥镜系统，所述胶囊内窥镜系统包括胶囊内窥镜及体外设备，所述体外设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述所述的自动帧率调整方法中的任意一个步骤，也就是说，实现如上述所述自动帧率调整方法中任意一个技术方案中的步骤。
另外，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述自动帧率调整方法中的任意一个步骤，也就是说，实现如上述所述自动帧率调整方法中的任意一个技术方案中的步骤。
因此，综上所述，本发明提供了一种胶囊内窥镜系统及其自动帧率调整方法及计算机可读存储介质。具体的，本发明中在胶囊内窥镜及体外设备上分别安装加速度传感器，从而检测胶囊内窥镜及人体的加速度信息，进而即可有效判断两者的相对运动幅度。并且，通过相对运动幅度来调整拍摄帧率，可有效排除人体运动的干扰。
进一步的，本发明中，通过计算第一加速度差分值dc(t)和第二加速度差分值dm(t)来免去零点漂移的影响，并对第一加速度差分值dc(t)和第二加速度差分值dm(t)求模来排除坐标系姿态不同的影响，并且进行差分模的均值计算来减弱噪声影响，从而可以提高本发明中相对运动幅度的精度。
其次，还通过对相对运动幅度statem(t)的波形进行修正，可防止在第一加速度传感器和第二加速度传感器发生了同步运动时，依然被误认为是发生较大的相对运动幅度statem(t)。从而可使得结果更加精确。
最后，本发明中还进一步提供了拍摄帧率的档位计算、不同拍摄帧率的图像数量计算及不同周期的拍摄总量配额计算，可使得整个方法更加完整，进一步提高了整个胶囊内窥镜的利用率，减少图像冗余。
此外，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，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 (15)

1.一种胶囊内窥镜系统自动帧率调整方法，其特征在于，所述自动帧率调整方法包括：
接收胶囊内窥镜的第一加速度传感器所感测到的第一加速度信息ac(t)；
接收体外设备的第二加速度传感器所感测到的第二加速度信息am(t)；
计算比较第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)获得胶囊内窥镜和体外设备之间的相对运动幅度statem(t)；
根据相对运动幅度statem(t)的大小调整胶囊内窥镜的摄像头的拍摄帧率，其中，相对运动幅度statem(t)越大，摄像头的拍摄帧率F0(t)就越大。
2.根据权利要求1所述的自动帧率调整方法，其特征在于，步骤“计算比较第一加速度信息ac(t)和第二加速度信息am(t)获得胶囊内窥镜和体外设备之间的相对运动幅度statem(t)”包括：
对第一加速度信息ac(t)进行差分运算获得第一加速度差分值dc(t)，对第二加速度信息am(t)进行差分运算获得第二加速度差分值dm(t)；
计算第一加速度差分值dc(t)的模并记为第一差分模Mc(t)＝|dc(t)|，计算第二加速度差分值dm(t)的模并记为第二差分模Mm(t)＝|dm(t)|；
计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure FDA0002328880530000011
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure FDA0002328880530000012
若第一传感器静止，则判断相对运动幅度statem(t)＝0；若第一传感器不静止，则判断相对运动幅度
Figure FDA0002328880530000013
3.根据权利要求2所述的自动帧率调整方法，其特征在于，步骤“对第一加速度信息ac(t)进行差分运算获得第一加速度差分值dc(t)，对第二加速度信息am(t)进行差分运算获得第二加速度差分值dm(t)”包括：
获取第一加速度传感器的第一加速度信息ac(t)与实际输出sc(t)之间的关系，
ac(t)＝ksc(t)+bc
获取第二加速度传感器的第二加速度信息am(t)与实际输出sm(t)之间的关系，
am(t)＝ksm(t)+bm
其中，k为转换系数，bc和bm为零点漂移；
获取第一加速度传感器的采样间隔Δt，按照采样间隔Δt获取实际加速度ac(t)在前后两时刻的加速度差分值dc(t)，
dc(t)＝(ac(t)-ac(t-Δt))/Δt；
获取第二加速度传感器的采样间隔Δt，按照采样间隔Δt获取实际加速度am(t)在前后两时刻的加速度差分值dm(t)，
dm(t)＝(am(t)-am(t-Δt))/Δt；
计算第一加速度传感器的加速度差分值dc(t)相对于实际输出sc(t)的关系，
dc(t)＝k(sc(t)-sc(t-Δt))；
计算第二加速度传感器的加速度差分值dm(t)相对于实际输出sm(t)的关系，
dm(t)＝k(sm(t)-sm(t-Δt))。
4.根据权利要求2所述的自动帧率调整方法，其特征在于，步骤“计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure FDA0002328880530000021
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure FDA0002328880530000022
”包括：
选取宽度为L的窗口，计算第一差分模Mc(t)在窗口内的均值
Figure FDA0002328880530000023
Figure FDA0002328880530000024
计算第二差分模Mm(t)在窗口内的均值
Figure FDA0002328880530000025
Figure FDA0002328880530000026
5.根据权利要求2所述的自动帧率调整方法，其特征在于，所述步骤“计算第一差分模Mc(t)的均值
Figure FDA0002328880530000027
计算第二差分模Mm(t)的均值
Figure FDA0002328880530000028
”之后还包括：
预设动态阈值τ，若第一差分模Mc(t)的均值
Figure FDA0002328880530000029
不大于该动态阈值τ，则判断第一传感器静止，若第一差分模Mc(t)的均值
Figure FDA00023288805300000210
大于该动态阈值τ，则判断第一传感器不静止。
6.根据权利要求5所述的自动帧率调整方法，其特征在于，动态阈值τ的范围为0.005～0.01m·s-2。
7.根据权利要求2所述的自动帧率调整方法，其特征在于，步骤“判断相对运动幅度
Figure FDA0002328880530000031
”之后还包括：
对相对运动幅度statem(t)的波形进行修正；
步骤“对相对运动幅度statem(t)的波形进行修正”包括：
选取宽度为L的窗口；
计算第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)，即：
dMc(h)＝Mc(t-(L-1)Δt+hΔt)-Mc(t-(L-1)Δt+(h-1)Δt)，h＝1,2...,L-1；
计算第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)，即：
dMm(h)＝Mm(t-(L-1)Δt+hΔt)-Mm(t-(L-1)Δt+(h-1)Δt)，h＝1,2...,L-1；
对第一差分模Mc(t)在窗口内的差分值dMc(h)和第二差分模Mm(t)在窗口内的差分值dMm(h)作二值化处理并记为第一二值化差分值dMc(h)`和第二二值化差分值dMm(h)`，
Figure FDA0002328880530000032
Figure FDA0002328880530000033
计算第一二值化差分值dMc(h)`和第二二值化差分值dMm(h)`的相似程度Rp，0≤Rp≤1，
计算波形的比较修正项P(t)，
Figure FDA0002328880530000034
计算P(t)·statem(t)并记为新的相对运动幅度statem(t)。
8.根据权利要求7所述的自动帧率调整方法，其特征在于，
Figure FDA0002328880530000035
9.根据权利要求7所述的自动帧率调整方法，其特征在于，α的值为0.5。
10.根据权利要求1所述的自动帧率调整方法，其特征在于，步骤“根据相对运动幅度statem(t)的大小调整胶囊内窥镜的摄像头的拍摄帧率”包括：
预设q个帧率档位f1至fq及与q个帧率档位相对应的相对运动幅度statem(t)的范围，其中，范围T1至Tq中相对运动幅度statem(t)的值依次变大，f1至fq也依次变大，
设置拍摄帧率F0(t)，
Figure FDA0002328880530000041
11.根据权利要求10所述的自动帧率调整方法，其特征在于，q＝4，f1为1fps，f2为2fps，f3为4fps，f4为8fps；T1为statem(t)≤s1，T2为s1＜statem(t)≤s2，T3为s2＜statem(t)≤s3，T4为statem(t)＞s3，其中s1为0.01m·s-2，s2为0.04m·s-2，s3为0.10m·s-2。
12.根据权利要求10所述的自动帧率调整方法，其特征在于，所述自动帧率调整方法还包括：
根据拍摄帧率F0(t)调整一个周期内不同拍摄帧率的拍摄图像数量；
步骤“根据拍摄帧率F0(t)调整一个周期内不同拍摄帧率的拍摄图像数量”包括：
获取胶囊内窥镜每个周期内的拍摄总量并记为N(jT)，每个周期的持续时间记为TS(s),其中，1≤j≤n，n为总的周期数量；
计算并分配帧率为f1至fq的图像拍摄数量N1至Nq，且N1至Nq必须满足以下条件：
Figure FDA0002328880530000042
Figure FDA0002328880530000043
13.根据权利要求12所述的自动帧率调整方法，其特征在于，所述自动帧率调整方法还包括：
根据一个周期内的实际拍摄总量分配剩余周期内的拍摄图像总量；
步骤“根据一个周期内的实际拍摄总量分配剩余周期内的拍摄图像总量”包括：
计算第j个周期内的实际拍摄总量为N(jT)`；
计算该第j个周期内剩余拍摄总量Nmaqin＝N(jT)-N(jT)`；
计算剩余周期的拍摄图像总量N(iT)new，
Figure FDA0002328880530000051
j＜i≤n，N(iT)为原第i个周期的预计拍摄图像总量；
再次计算每个周期内不同帧率的图像的拍摄数量。
14.一种胶囊内窥镜系统，其特征在于，所述胶囊内窥镜系统包括胶囊内窥镜及体外设备，所述体外设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至13中任意一项所述的自动帧率调整方法中的步骤。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述如权利要求1至13中任意一项所述自动帧率调整方法中的步骤。
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