CN111836017A - 一种超长景深超宽动态内窥摄像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超长景深超宽动态内窥摄像系统及方法，包括近景相机、远景相机和图像处理单元，通过近景相机和远景相机分别获取近景组织的不过曝的高清图和远景组织的不欠曝的高清图，通过图像处理单元合成超长景深超宽动态的图像；使得可以在单帧影像中，得到超宽动态范围的图像，充分展示高亮照明和低亮照明情况下的组织细节；使得可以在单帧影像中，得到超长景深范围的图像，充分展示近景和远景的细节，无需频繁调焦，满足使用要求。

Description

一种超长景深超宽动态内窥摄像系统及方法
技术领域
本发明涉及内窥镜技术领域，尤其涉及的是一种超长景深超宽动态内窥摄像系统及方法。
背景技术
内窥镜摄像系统是临床微创外科手术必不可少的工具，影像质量对手术的安全进行至关重要。目前，市场上的内窥镜摄像系统为均衡分辨率等多项影像指标，其摄像景深范围有限。临床使用时，手术视野内工作距离相差较大的组织难以同时看清，需要反复调整工作距离或者焦距，带来操作不便。同时，摄像技术本身一直存在对视野内照度变化的可适应区间过窄的问题，即动态范围有限，难以同时看清亮暗差距较大的物体。而内窥镜摄像系统由内窥镜前端光纤照明，前端近处的生物组织光照密度大，远处的组织光照密度小，容易处于近处组织过曝而远处组织欠曝等不清晰状态。综上，内窥镜摄像系统受制于景深有限和动态范围过窄的缺陷，无法兼顾工作距离相差较大及照度变化较大的成像场景，为临床使用带来不便。
因此，现有的技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超长景深超宽动态内窥摄像系统及方法，旨在解决内窥镜摄像系统受制于景深有限和动态范围过窄的缺陷，无法兼顾工作距离相差较大及照度变化较大的成像场景的问题。
本发明的技术方案如下：一种超长景深超宽动态内窥摄像系统，其中，包括：
近景相机，获取近景组织的不过曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元；
远景相机，获取远景组织的不欠曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元；
图像处理单元，提取近景相机获得图像中的不过曝近景区域和远景相机获得图像中的不欠曝远景区域，将不过曝近景区域和不欠曝远景区域合成出超长景深超宽动态的图像并输出。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其中，所述超长景深超宽动态内窥摄像系统还包括：
内窥镜，将照明光传导到目标组织并接收目标组织的反射光；
成像镜头，对目标组织的反射光进行聚焦；
分光棱镜，将聚焦的反射光进行分光至近景相机和远景相机；
显示器，输出超长景深超宽动态的图像。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其在，所述近景相机成像的目标组织中的物面比远景相机成像的目标组织中的物面接近内窥镜。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其在，所述近景相机的景深范围小于等于远景相机的景深范围。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其在，所述分光棱镜为1:9的可见光分光棱镜。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其中，在分光棱镜中，90%反射光通过分光棱镜反射到远景相机，10%反射光通过透过分光棱镜到达近景相机。
一种如上述任一所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其中，具体包括以下步骤：
S1：近景相机获取近景组织的不过曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元，远景相机获取远景组织的不欠曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元；
S2：图像处理单元提取近景相机获得图像中的不过曝近景区域和远景相机获得图像中的不欠曝远景区域，将不过曝近景区域和不欠曝远景区域合成出超长景深超宽动态的图像，并输出。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其中，所述S1中，具体包括以下过程：成像所需要的照明光经过内窥镜传导到目标组织，目标组织的反射光经过内窥镜收集，并由成像镜头聚焦；被聚焦的反射光由分光棱镜分光，分别成像于近景相机和远景相机；近景相机和远景相机将成像的光信号转换成视频信号并传输到图像处理单元。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其中，所述S2中，图像处理单元合成出超长景深超宽动态的图像并通过显示器输出显示。
所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其中，所述S2中，具体包括以下过程：图像处理单元计算近景相机获得的图像中每个像素点的清晰度、饱和度和曝光程度，并通过各个像素点的清晰度、饱和度、曝光程度计算近景相机获得的图像的权重；图像处理单元计算远景相机获得的图像中每个像素点的清晰度、饱和度和曝光程度，并通过各个像素点的清晰度、饱和度、曝光程度计算远景相机获得的图像的权重；图像处理单元通过近景相机获得的图像的权重、远景相机获得的图像的权重合成超长景深超宽动态图像，并输出。
本发明的有益效果：本发明通过提供一种超长景深超宽动态内窥摄像系统及方法，通过近景相机和远景相机分别获取近景组织的不过曝的高清图和远景组织的不欠曝的高清图，通过图像处理单元合成超长景深超宽动态的图像；使得可以在单帧影像中，得到超宽动态范围的图像，充分展示高亮照明和低亮照明情况下的组织细节；使得可以在单帧影像中，得到超长景深范围的图像，充分展示近景和远景的细节，无需频繁调焦，满足使用要求。
附图说明
图1是本发明中超长景深超宽动态内窥摄像系统的结构示意图。
图2是本发明中超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法的步骤流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
如图1所示，一种超长景深超宽动态内窥摄像系统，包括：
近景相机4，获取近景组织的不过曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元6；
远景相机5，获取远景组织的不欠曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元6；
图像处理单元6，提取近景相机4获得图像中的不过曝近景区域和远景相机5获得图像中的不欠曝远景区域，将不过曝近景区域和不欠曝远景区域合成出超长景深超宽动态的图像并输出。
本技术方案中，通过近景相机4和远景相机5分别获取近景组织的不过曝的高清图和远景组织的不欠曝的高清图，通过图像处理单元6合成超长景深超宽动态的图像，使得可以在单帧影像中，得到超宽动态范围的图像，充分展示高亮照明和低亮照明情况下的组织细节；使得可以在单帧影像中，得到超长景深范围的图像，充分展示近景和远景的细节，无需频繁调焦，满足使用要求。
在某些具体实施例中，所述超长景深超宽动态内窥摄像系统还包括：
内窥镜1，将照明光传导到目标组织并接收目标组织的反射光；
成像镜头2，对目标组织的反射光进行聚焦；
分光棱镜3，将聚焦的反射光进行分光至近景相机4和远景相机5；
显示器7，输出超长景深超宽动态的图像。
在某些具体实施例中，所述近景相机4成像的是目标组织中更靠近内窥镜1的物面，DOF1是近景相机4的景深范围；远景相机5成像的是目标组织中更远离内窥镜1的物面，DOF2是近景相机5的景深范围；其中，DOF2≥DOF1。
本技术方案中，DOF1由于更靠近内窥镜1，物面获得的照明密度更大，因此，近景相机4需要压低曝光参数，获取近景组织的不过曝的高清图，此时远景组织在近景相机4所成的图像是欠曝并且不清晰；DOF2由于远离内窥镜1，物面获得的照明密度更小，因此，远景相机5需要提高曝光参数，获取远景组织的不欠曝的高清图，此时近景组织在远景相机5成像是过曝并且不清晰；图像处理单元6通过算法分别提取近景相机4获得图像中的不过曝近景区域和远景相机5获得图像中的不欠曝远景区域，并合成出超长景深超宽动态的图像。
其中，图像处理单元6采用的算法，本领域技术人员可以根据实际需要采用不同的算法实现。
在某些具体实施例中，由于远景相机5需要更大的曝光参数来获得不欠曝的远景组织图像，因此，优选地，分光棱镜3为1:9的可见光分光棱镜，其中，90%反射光通过分光棱镜3反射到远景相机5，10%反射光通过透过分光棱镜3到达近景相机4。
如图2所示，一种如上述所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，具体包括以下步骤：
S1：近景相机4获取近景组织的不过曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元6，远景相机5获取远景组织的不欠曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元6；
S2：图像处理单元6提取近景相机4获得图像中的不过曝近景区域和远景相机5获得图像中的不欠曝远景区域，将不过曝近景区域和不欠曝远景区域合成出超长景深超宽动态的图像，并输出。
在某些具体实施例中，所述S1中，具体包括以下过程：成像所需要的照明光经过内窥镜1传导到目标组织，目标组织的反射光经过内窥镜1收集，并由成像镜头2聚焦；被聚焦的反射光由分光棱镜3分光，分别成像于近景相机4和远景相机5；近景相机4和远景相机5将成像的光信号转换成视频信号并传输到图像处理单元6。
在某些具体实施例中，所述S2中，图像处理单元6合成出超长景深超宽动态的图像并通过显示器7输出显示。
在某些具体实施例中，所述S2中，具体包括以下过程：图像处理单元6计算近景相机4获得图像image1中每个像素点的清晰度C1、饱和度S1和曝光程度B1，并通过各个像素点的清晰度C1、饱和度S1、曝光程度B1计算image1的权重W1；图像处理单元6计算远景相机5获得图像image2中每个像素点的清晰度C2、饱和度S2和曝光程度B2，并通过各个像素点的清晰度C2、饱和度S2、曝光程度B2计算image2的权重W2；图像处理单元6通过image1的权重W1、image2的权重W2合成超长景深超宽动态图像image，并输出。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
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。
附图标号：
内窥镜1，成像镜头2，分光棱镜3，近景相机4，远景相机5，图像处理单元6，显示器7。

Claims (10)

1.一种超长景深超宽动态内窥摄像系统，其特征在于，包括：
近景相机（4），获取近景组织的不过曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元（6）；
远景相机（5），获取远景组织的不欠曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元（6）；
图像处理单元（6），提取近景相机（4）获得图像中的不过曝近景区域和远景相机（5）获得图像中的不欠曝远景区域，将不过曝近景区域和不欠曝远景区域合成出超长景深超宽动态的图像并输出。
2.根据权利要求1所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其特征在于，所述超长景深超宽动态内窥摄像系统还包括：
内窥镜（1），将照明光传导到目标组织并接收目标组织的反射光；
成像镜头（2），对目标组织的反射光进行聚焦；
分光棱镜（3），将聚焦的反射光进行分光至近景相机（4）和远景相机（5）；
显示器（7），输出超长景深超宽动态的图像。
3.根据权利要求2所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其特征在于，所述近景相机（4）成像的目标组织中的物面比远景相机（5）成像的目标组织中的物面接近内窥镜（1）。
4.根据权利要求1至3任一所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其特征在于，所述近景相机（4）的景深范围小于等于远景相机（5）的景深范围。
5.根据权利要求2所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其特征在于，所述分光棱镜（3）为1:9的可见光分光棱镜。
6.根据权利要求5所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统，其特征在于，在分光棱镜（3）中，90%反射光通过分光棱镜（3）反射到远景相机（5），10%反射光通过透过分光棱镜（3）到达近景相机（4）。
7.一种如权利要求1至6任一所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：近景相机（4）获取近景组织的不过曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元（6），远景相机（5）获取远景组织的不欠曝的高清图并转换成视频信号并传输到图像处理单元（6）；
S2：图像处理单元（6）提取近景相机（4）获得图像中的不过曝近景区域和远景相机（5）获得图像中的不欠曝远景区域，将不过曝近景区域和不欠曝远景区域合成出超长景深超宽动态的图像，并输出。
8.根据权利要求7所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其特征在于，所述S1中，具体包括以下过程：成像所需要的照明光经过内窥镜（1）传导到目标组织，目标组织的反射光经过内窥镜（1）收集，并由成像镜头（2）聚焦；被聚焦的反射光由分光棱镜（3）分光，分别成像于近景相机（4）和远景相机（5）；近景相机（4）和远景相机（5）将成像的光信号转换成视频信号并传输到图像处理单元（6）。
9.根据权利要求7所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其特征在于，所述S2中，图像处理单元（6）合成出超长景深超宽动态的图像并通过显示器（7）输出显示。
10.根据权利要求7所述的超长景深超宽动态内窥摄像系统的方法，其特征在于，所述S2中，具体包括以下过程：图像处理单元（6）计算近景相机（4）获得的图像中每个像素点的清晰度、饱和度和曝光程度，并通过各个像素点的清晰度、饱和度、曝光程度计算近景相机（4）获得的图像的权重；图像处理单元（6）计算远景相机（5）获得的图像中每个像素点的清晰度、饱和度和曝光程度，并通过各个像素点的清晰度、饱和度、曝光程度计算远景相机（5）获得的图像的权重；图像处理单元（6）通过近景相机（4）获得的图像的权重、远景相机（5）获得的图像的权重合成超长景深超宽动态图像，并输出。
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