CN113160040A - 用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法 - Google Patents
用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，该方法利用内窥镜前端的摄像头采集生物体管腔图像，并由管腔图像展开算法对所采集的图像进行处理，将环状管腔图像展开为矩形平铺图像，管腔图像展开算法的步骤包括：(1)以内窥镜图像的中心为圆心，获取内窥镜图像的最大内接圆；(2)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为空白矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为空白矩形图像的短边；(3)计算空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像的亮度值，填入空白矩形图像，最终形成完整的平铺图像。该方法可将生物体管腔内壁图像转化成连续的管腔内壁平铺图像，方便医生观察管腔内壁情况，降低了手术难度，提高了手术成功率。
Description
技术领域
本发明涉及医疗内窥镜图像展开领域，具体是指一种用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法。
背景技术
随着科技的发展，医用电子内窥镜已成为当前应用非常广泛的一种医疗仪器，医生通过电子内窥镜不仅能直接观察到人体内脏器官的组织形态及病变情况，而且还能对内窥镜图像做进一步处理，以达到更好的视觉和诊断效果。但由于内窥镜安装部位受限，医生只能观察某一时刻内窥镜所在管腔的环状内壁图像，无法观察管腔内壁平铺图像，而且镜头拍摄的图像中可能存在病灶点变形等一系列影响医生诊断的问题。因此，需要一种用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，为医生提供良好的内窥镜诊断视觉效果，降低医生误诊的可能性。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，该方法可将所述环状内壁图像展开为所述平铺图像，方便医生观察管腔内壁的情况。
为了实现上述目的，本发明的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法如下：
该用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)以内窥镜图像的中心为圆心，获取内窥镜图像的最大内接圆；
(2)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为空白矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为空白矩形图像的短边；
(3)计算空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像的亮度值，填入空白矩形图像，最终形成完整的平铺图像。
较佳的，所述内窥镜图像的中心是内窥镜镜头光轴的中心。
较佳的，所述的步骤(2)的建立空白矩形图像的步骤具体包括以下处理过程：
(2-1)从圆心到最大内接圆之间包含若干个同心圆，选取半径为最大内接圆半径1/2的同心圆到最大内接圆之间的区域进行展开，从剖开线将同心圆区域展开为平铺矩形图像；
(2-2)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为展开平铺矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为展开平铺矩形图像的短边；
较佳的，所述的步骤(3)的计算空白矩形图像上每一个像素点亮度值的步骤具体包括以下处理过程：
(3-1)计算获得空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像上的坐标；
(3-2)利用原图中上述坐标点周围四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值；
较佳的，所述的步骤(3-1)具体包括以下处理过程：
(3-1.1)空白矩形图像的长对应原图像最大内接圆的一周，可计算出空白矩形每一列像素点的区域宽度对应的弧度；
(3-1.2)空白矩形图像第一行像素点对应于原图上同心圆的半径为Rmax，由Rmax依次递减可得到每一行像素点对应于原图上同心圆的半径，最后一行对应的半径为Rmax/2；
(3-1.3)由空白矩形图像上每一个像素点所对应的半径和弧度，计算所述像素点对应于原图像上的位置坐标。
较佳的，所述的步骤(3-2)的利用坐标点周围的四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值的步骤具体包括以下处理过程：
(3-2.1)判断横纵坐标是否为整数，如果是，则对应原图像上的像素点，取原图像素点的亮度值填入空白图像对应的像素点；否则，继续步骤(3-2.2)；
(3-2.2)通过该坐标点周围的四个像素点的亮度值进行权重计算。
较佳的，所述的步骤(3-2.2)的通过该坐标点周围的四个像素点的亮度值进行权重计算，具体为：
根据以下公式计算亮度值：
Gij＝(1-α)×(1-β)×GA+α×(1-β)×GB+(1-α)×β×GC+α×β×GD；
其中，Gij为空白矩形图像第i行第j列的像素点的亮度值，GA、GB、GC、GD分别为坐标点周围的四个像素点A、B、C、D的亮度值，α和β为根据坐标点离周围四个像素点的距离而确定的权重系数。
采用了本发明的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，可以将所述环状管腔图像展开为平铺图像，呈现出所述连续的管腔内壁平铺图。该发明可方便医生观察管腔内壁的情况。本发明实时性好，精度高，稳定性好，有效降低手术难度，提高手术成功率。
附图说明
图1为本发明的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法的示意图。
图2～图5为本发明的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法的空白矩形图像中像素点坐标位于不同区域时的示意图。
图6为本发明的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法的空白矩形图像中像素点亮度值计算方法的示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)以内窥镜图像的中心为圆心，获取内窥镜图像的最大内接圆；
(2)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为空白矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为空白矩形图像的短边；
(3)计算空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像的亮度值，填入空白矩形图像，最终形成完整的平铺图像。
作为本发明的优选实施方式，所述内窥镜图像的中心是内窥镜镜头光轴的中心。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2)的建立空白矩形图像的步骤具体包括以下处理过程：
(2-1)从圆心到最大内接圆之间包含若干个同心圆，选取半径为最大内接圆半径1/2的同心圆到最大内接圆之间的区域进行展开，从剖开线将同心圆区域展开为平铺矩形图像；
(2-2)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为展开平铺矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为展开平铺矩形图像的短边；
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3)的计算空白矩形图像上每一个像素点亮度值的步骤具体包括以下处理过程：
(3-1)计算获得空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像上的坐标；
(3-2)利用原图中上述坐标点周围四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值；
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3-1)具体包括以下处理过程：
(3-1.1)空白矩形图像的长对应原图像最大内接圆的一周，可计算出空白矩形每一列像素点的区域宽度对应的弧度；
(3-1.2)空白矩形图像第一行像素点对应于原图上同心圆的半径为Rmax，由Rmax依次递减可得到每一行像素点对应于原图上同心圆的半径，最后一行对应的半径为Rmax/2；
(3-1.3)由空白矩形图像上每一个像素点所对应的半径和弧度，可计算出所述像素点对应于原图像上的位置坐标。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3-2)的利用坐标点周围的四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值的步骤具体包括以下处理过程：
(3-2.1)判断横纵坐标是否为整数，如果是，则对应原图像上的像素点，取原图像素点的亮度值插入空白图像对应的像素点；否则，继续步骤(3-2.2)；
(3-2.2)通过该坐标点周围的四个像素点的亮度值进行权重计算。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3-2.2)的通过该坐标点周围的四个像素点的亮度值进行权重计算，具体为：
根据以下公式计算亮度值：
Gij＝(1-α)×(1-β)×GA+α×(1-β)×GB+(1-α)×β×GC+α×β×GD；
其中，Gij为空白矩形图像第i行第j列的像素点的亮度值，GA、GB、GC、GD分别为坐标点周围的四个像素点A、B、C、D的亮度值，α和β为根据坐标点离周围四个像素点的距离而确定的权重系数。
在本发明的一具体实施方式中，本技术方案具体通过以下方式予以实现：
(S1)以内窥镜图像的中心为圆心，获取图像的最大内接圆；
(S2)从圆心到最大内接圆之间包含若干个同心圆，选取半径为最大内接圆半径1/2的同心圆到最大内接圆之间的区域进行展开，从剖开线将同心圆区域展开为平铺矩形图像；
(S3)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为展开平铺矩形图像的长边，以最大内接
圆半径的1/2作为展开平铺矩形图像的短边；
(S4)计算空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像上的坐标，具体步骤如下：
(S4-1)以原图图像中心为原点建立坐标系，以y轴负方向为0度，每个像素点的坐标都是整数，原点处坐标为(0，0)；
(S4-2)空白矩形图像的长对应原图像最大内接圆的一周，可计算出空白矩形每一列像素点的区域宽度对应的弧度；
进一步地，所述弧度计算公式如下：
Rmax为同心圆区域最大半径。
(S4-3)空白矩形图像每一行像素点对应于同心圆的一层，第一行像素点对应于原图上同心圆的半径为Rmax，由Rmax依次递减可得到每一行像素点对应于原图上同心圆的半径，最后一行对应的半径为Rmax/2；
进一步地，设空白图像第i行元素对应的同心圆半径为Ri，则R1＝Rmax，R2＝Rmax-1，Ri＝Rmax-i+1，依此类推。
(S4-4)由空白矩形图像上每一个像素点所对应的半径和弧度，可计算出所述像素点对应于原图像上的位置坐标。
进一步地，将原图像从以y轴负方向起顺时针将图像分为4个区域，
为I区，
为II区，
为III区，
为IV区。
当计算的坐标点位于I区时，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为正，
为正，而坐标点对应的横坐标为负，纵坐标为负，因而要取负号。权重系数α、β计算为正。
当计算的坐标点位于II区时，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为正，
为负，而坐标点对应的横坐标为负，纵坐标为正，因而要取负号。权重系数α、β计算为正。
当计算的坐标点位于III区时，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为负，
为负，而坐标点对应的横坐标为正，纵坐标为正，因而要取负号。权重系数α、β计算为正。
当计算的坐标点位于IV区时，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为负，
为正，而坐标点对应的横坐标为正，纵坐标为负，因而要取负号。权重系数α、β计算为正。
故无论在哪个区域，坐标点和权重系数的计算公式都为：
其中，Xij、Yij分别为空白矩形图像上第i行第j列的像素点对应于原图像上的位置坐标，
表示从原点指向坐标点的向量与y轴负方向的夹角，α、β为上述坐标点于像素点A的距离。
(S5)利用坐标点周围的四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值，具体包括以下步骤：
(S5-1)当计算出来的横纵坐标Xij、Yij为整数时，正好可对应原图像上的像素点，取原图像素点的亮度值插入空白图像对应的像素点即可；
(S5-2)当计算出来的横纵坐标Xij、Yij不为整数时，利用该坐标点周围的的四个像素点的亮度值进行权重计算，像素点离得越近权重越大。
(S5-3)不妨设上述坐标点位于坐标分别为(P，Q)、(P，Q+1)、(P+1，Q)、(P+1，Q+1)的四个像素点A、B、C、D之间(P，Q都为整数)，A、B、C、D的亮度值分别为GA、GB、GC、GD；
(S5-4)上述坐标点亮度值的权重系数计算方法具体如下：
其中，Xij，Yij为上述坐标点的横纵坐标，
分别为横纵坐标向下取整。α、β为上述坐标点于像素点A的距离，由于A、B、C、D四点构成了一个边长为单位l的正方形，四个像素点与坐标点之间的距离都可用α、β来表示。像素点距离越近影响越大，A、B、C、D四个像素点对坐标点亮度值的影响权重系数也可用α、β来表示。
(S5-5)通过上述权重系数，计算出空白矩形图像上第i行第j列的亮度值；
进一步地，上述算法具体如下：
Gij＝(1-α)×(1-β)×GA+α×(1-β)×GB+(1-α)×β×GC+α×β×GD；
其中，Gij为空白矩形图像上第i行第j列的亮度值，GA、GB、GC、GD为所计算坐标(Xij，Yij)周围四个像素点的亮度值。
在本发明的一具体实施方式中，请参阅图1所示，该用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其中所述的内窥镜图像展开为平铺矩形图像的方法具体包括以下步骤：
(S-1)以内窥镜图像的中心为圆心，获取图像的最大内接圆；
(S-2)从圆心到最大内接圆之间包含若干个同心圆，选取半径为最大内接圆半径1/2的同心圆到最大内接圆之间的区域进行展开，从剖开线将同心圆区域展开为平铺矩形图像；
(S-3)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为展开平铺矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为展开平铺矩形图像的短边；
请参阅图2～图5所示，该用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其中所述的空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像上的坐标算法具体包括以下步骤：
(S4-1)以原图图像中心为原点建立坐标系，以y轴负方向为0度，每个像素点的坐标都是整数，原点处坐标为(0，0)；
(S4-2)空白矩形图像的长对应原图像最大内接圆的一周，可计算出空白矩形每一列像素点的区域宽度对应的弧度；
进一步地，所述弧度计算公式如下：
Rmax为同心圆区域最大半径。
(S4-3)空白矩形图像每一行像素点对应于同心圆的一层，第一行像素点对应于原图上同心圆的半径为Rmax，由Rmax依次递减可得到每一行像素点对应于原图上同心圆的半径，最后一行对应的半径为Rmax/2；
进一步地，设空白图像第i行元素对应的同心圆半径为Ri，则R1＝Rmax，R2＝Rmax-1，Ri＝Rmax-i+1，依此类推。
(S4-4)由空白矩形图像上每一个像素点所对应的半径和弧度，可计算出所述像素点对应于原图像上的位置坐标。
进一步地，将原图像从以y轴负方向起顺时针将图像分为4个区域，
为I区，
为II区，
为III区，
为IV区。
当计算的坐标点位于I区时，如图2，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为正数，
为正数，而坐标点对应的横坐标为负数，纵坐标为负数，因而要取负号。权重系数α、β计算为正数。
当计算的坐标点位于II区时，如图3，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为正数，
为负数，而坐标点对应的横坐标为负数，纵坐标为正数，因而要取负号。权重系数α、β计算为正数。
当计算的坐标点位于III区时，如图4，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为负数，
为负数，而坐标点对应的横坐标为正数，纵坐标为正数，因而要取负号。权重系数α、β计算为正数。
当计算的坐标点位于IV区时，如图5，坐标点和权重系数的计算公式具体为：
以y轴负方向为0度算起时，
为负数，
为正数，而坐标点对应的横坐标为正数，纵坐标为负数，因而要取负号。权重系数α、β计算为正数。
故无论在哪个区域，坐标点和权重系数的计算公式都为：
其中，Xij、Yij分别为空白矩形图像上第i行第j列的像素点对应于原图像上的位置坐标，
表示从原点指向坐标点的向量与y轴负方向的夹角，α、β为上述坐标点于像素点A的距离。
请参阅图6所示，所述的利用坐标点周围的四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值具体包括以下步骤：
(S5-1)当计算出来的横纵坐标Xij、Yij为整数时，正好可对应原图像上的像素点，取原图像素点的亮度值插入空白图像对应的像素点即可；
(S5-2)当计算出来的横纵坐标Xij、Yij不为整数时，利用该坐标点周围的的四个像素点的亮度值进行权重计算，像素点离得越近权重越大。
(S5-3)不妨设上述坐标点位于坐标分别为(P，Q)、(P，Q+1)、(P+1，Q)、(P+1，Q+1)的四个像素点A、B、C、D之间(P，Q都为整数)，A、B、C、D的亮度值分别为GA、GB、GC、GD；
(S5-4)上述坐标点亮度值的权重系数计算方法具体如下：
其中，Xij，Yij为上述坐标点的横纵坐标，
分别为横纵坐标向下取整。α、β为上述坐标点于像素点A的距离，由于A、B、C、D四点构成了一个边长为单位l的正方形，四个像素点与坐标点之间的距离都可用α、β来表示。像素点距离越近影响越大，A、B、C、D四个像素点对坐标点亮度值的影响权重系数也可用α、β来表示。
(S5-5)通过上述权重系数，计算出空白矩形图像上第i行第j列的亮度值；
进一步地，上述算法具体如下：
Gij＝(1-α)×(1-β)×GA+α×(1-β)×GB+(1-α)×β×GC+α×β×GD；
其中，Gij为空白矩形图像上第i行第j列的亮度值，GA、GB、GC、GD分别为所计算坐标(Xij，Yij)周围四个像素点A、B、C、D的亮度值。α、β是根据坐标点离周围四个像素点的距离而确定的权重系数。该图以坐标点在第一象限为例，但不管坐标点位于第几象限，权重系数总为正，该公式总是适用。
采用了本发明的用于医疗内窥镜连续成像的管腔图像展开方法，可以将所述环状管腔图像展开为平铺矩形图像，并进行图像展开，呈现出所述连续的管腔内壁平铺图。该发明可方便医生观察管腔内壁的情况，可使医生实时观察完整的病人管腔内壁图像。本发明实时性好，精度高，稳定性好，降低了手术复杂度，有效降低手术难度，提高手术成功率。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (7)
1.一种用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)以内窥镜图像的中心为圆心，获取内窥镜图像的最大内接圆；
(2)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为空白矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为空白矩形图像的短边；
(3)计算空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像的亮度值，填入空白矩形图像，最终形成完整的平铺图像。
2.根据权利要求1所述的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其特征在于，所述内窥镜图像的中心是内窥镜镜头光轴的中心。
3.根据权利要求1所述的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其特征在于，所述的步骤(2)的建立空白矩形图像的步骤具体包括以下处理过程：
(2-1)从圆心到最大内接圆之间包含若干个同心圆，选取半径为最大内接圆半径1/2的同心圆到最大内接圆之间的区域进行展开，从剖开线将同心圆区域展开为平铺矩形图像；
(2-2)建立空白矩形图像，以最大内接圆周长为展开平铺矩形图像的长边，以最大内接圆半径的1/2作为展开平铺矩形图像的短边。
4.根据权利要求1所述的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其特征在于，所述的步骤(3)的计算空白矩形图像上每一个像素点亮度值的步骤具体包括以下处理过程：
(3-1)计算获得空白矩形图像上每一个像素点对应于原图像上的坐标；
(3-2)利用原图中上述坐标点周围四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值。
5.根据权利要求4所述的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其特征在于，所述的步骤(3-1)具体包括以下处理过程：
(3-1.1)计算出空白矩形每一列像素点的区域宽度对应的弧度；
(3-1.2)计算出空白矩形每一行像素点的对应的同心圆半径；
(3-1.3)由空白矩形图像上每一个像素点所对应的半径和弧度，计算所述像素点对应于原图像上的位置坐标。
6.根据权利要求4所述的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其特征在于，所述的步骤(3-2)的利用坐标点周围的四个像素点的亮度值计算出对应的空白矩形图像上像素点的亮度值的步骤具体包括以下处理过程：
(3-2.1)判断横纵坐标是否为整数，如果是，则对应原图像上的像素点，取原图像素点的亮度值填入空白图像对应的像素点；否则，继续步骤(3-2.2)；
(3-2.2)通过该坐标点周围的四个像素点的亮度值进行权重计算。
7.根据权利要求6所述的用于医疗内窥镜成像的管腔图像展开方法，其特征在于，所述的步骤(3-2.2)的通过该坐标点周围的四个像素点的亮度值进行权重计算，具体为：
根据以下公式计算亮度值：
Gij＝(1-α)×(1-β)×GA+α×(1-β)×GB+(1-α)×β×GC+α×β×GD；
其中，Gij为空白矩形图像第i行第j列的像素点的亮度值，GA、GB、GC、GD分别为坐标点周围的四个像素点A、B、C、D的亮度值，α和β为根据坐标点离周围四个像素点的距离而确定的权重系数。
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