CN113838052B - 碰撞报警装置、电子设备、存储介质以及内窥镜影像系统 - Google Patents

碰撞报警装置、电子设备、存储介质以及内窥镜影像系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种碰撞报警装置、电子设备、存储介质以及内窥镜影像系统，应用于图像处理领域，该装置在预设时间周期内，确定目标摄像头的第一移动距离；基于目标摄像头在起始时刻拍摄的第一画面以及目标摄像头在终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；基于第一移动距离、第二移动距离以及目标对象在第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定目标摄像头与目标对象的目标距离；在目标距离小于预设阈值的情况下，停止目标摄像头的移动并显示报警信息。这样，实现了对内窥镜操作的实时预警，无需依赖人工经验进行判断，精确度较高，降低了内窥镜与组织碰撞的风险，安全性更高。

Description

碰撞报警装置、电子设备、存储介质以及内窥镜影像系统
技术领域
本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种碰撞报警装置、电子设备、存储介质以及内窥镜影像系统。
背景技术
随着科学技术的不断发展，智能化医疗设备在各种医疗场景所起的作用越来越大，例如在腹腔微创手术中的内窥镜影像系统，能够实时显示患者体内图像画面，保证手术的正常、安全进行。
现有技术中，内窥镜影像系统中的内窥镜往往是由医生助手操作，医生助手根据视觉反馈来判断内窥镜与人体组织的大致距离，防止内窥镜与组织碰撞。这种防止碰撞的方式主要依赖人工经验，不够精确，危险性较大。
发明内容
本发明实施例提供一种碰撞报警装置、电子设备、存储介质以及内窥镜影像系统，以解决现有内窥镜影像系统防止碰撞主要依赖人工经验，不够精确，危险性较大的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例是这样实现的：
第一方面，本发明实施例公开了一种碰撞报警方法，应用于内窥镜影像系统，所述内窥镜影像系统包括目标摄像头；所述目标摄像头的焦距固定；所述方法包括：
在预设时间周期内，确定所述目标摄像头的第一移动距离；所述预设时间周期为从起始时刻至终止时刻；
基于所述目标摄像头在所述起始时刻拍摄的第一画面以及所述目标摄像头在所述终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；所述目标对象为所述第一画面中的生物组织图像；
基于所述第一移动距离、所述第二移动距离以及所述目标对象在所述第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定所述目标摄像头与所述目标对象的目标距离；
在所述目标距离小于预设阈值的情况下，停止所述目标摄像头的移动并显示报警信息。
可选的，所述确定所述目标摄像头的第一移动距离，包括：
基于预设位置传感器，在所述起始时刻读取所述目标摄像头的第一位置以及在所述终止时刻读取所述目标摄像头的第二位置；
基于所述第一位置以及所述第二位置，确定所述第一移动距离。
可选的，所述基于所述第一画面以及所述第二画面，确定目标对象的第二移动距离，包括：
基于预设图像处理算法，确定所述第一画面中的目标对象，并确定所述目标对象在所述第一画面中的第三位置；
基于预设目标跟踪算法，确定所述目标对象在所述第二画面中的第四位置；
根据所述第三位置以及所述第四位置，确定所述第二移动距离。
可选的，所述基于预设图像处理算法，确定所述第一画面中的目标对象，包括：
将所述第一画面转化为灰度图像；
计算所述灰度图像中的所有角点；所述角点为所述灰度图像中的目标特征点；
从所述所有角点中筛选出目标角点，并将以所述目标角点为中心的预设尺寸区域作为所述目标对象。
可选的，所述将所述第一画面转化为灰度图像，包括：
基于所述第一画面的图像中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索外边界；所述角点搜索外边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第一预设比例；
基于所述第一画面的中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索内边界；所述角点搜索内边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第二预设比例；所述第一预设比例大于所述第二预设比例；
根据所述角点搜索外边界以及所述角点搜索内边界，确定所述第一画面中的目标图像区域；
将所述目标图像区域进行灰度化处理，得到所述目标图像区域对应的灰度图像。
可选的，所述终止时刻为所述目标对象移动至所述目标摄像头实时画面的预设位置对应的时刻。
第二方面，本发明实施例公开了一种碰撞报警装置，应用于内窥镜影像系统，所述内窥镜影像系统包括目标摄像头；所述目标摄像头的焦距固定；所述装置包括：
第一确定模块，用于在预设时间周期内，确定所述目标摄像头的第一移动距离；所述预设时间周期为从起始时刻至终止时刻；
第二确定模块，用于基于所述目标摄像头在所述起始时刻拍摄的第一画面以及所述目标摄像头在所述终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；所述目标对象为所述第一画面中的生物组织图像；
第三确定模块，用于基于所述第一移动距离、所述第二移动距离以及所述目标对象在所述第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定所述目标摄像头与所述目标对象的目标距离；
报警模块，用于在所述目标距离小于预设阈值的情况下，停止所述目标摄像头的移动并显示报警信息。
第三方面，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器以及用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现第一方面所述的碰撞报警方法。
第四方面，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备执行如第一方面所述的碰撞报警方法。
第五方面，本发明实施例还提供了一种内窥镜影像系统，所述内窥镜影像系统包括有电子设备，所述电子设备被配置为执行指令，以实现如第一方面所述的碰撞报警方法。
在本发明实施例中，在预设时间周期内，确定目标摄像头的第一移动距离；预设时间周期为从起始时刻至终止时刻；基于目标摄像头在起始时刻拍摄的第一画面以及目标摄像头在终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；目标对象为所述第一画面中的生物组织图像；基于第一移动距离、第二移动距离以及目标对象在第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定目标摄像头与目标对象的目标距离；在目标距离小于预设阈值的情况下，停止目标摄像头的移动并显示报警信息。这样，通过实时检测目标摄像头与生物组织之间的目标距离，并在将要发生碰撞时进行报警，实现了对内窥镜操作的实时预警，无需依赖人工经验进行判断，精确度较高，降低了内窥镜与组织碰撞的风险，安全性更高。
附图说明
图1示出了本发明实施例的一种碰撞报警方法的步骤流程图；
图2示出了本发明实施例的一种内窥镜影像系统的组成部分示意图；
图3示出了本发明实施例的一种目标距离的计算原理图；
图4示出了本发明实施例的一种确定目标图像区域以及第二移动距离的示意图；
图5示出了本发明实施例的一种碰撞报警方法的流程示意图；
图6示出了本发明的一种碰撞报警装置的结构框图。
具体实施方式
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1，示出了本发明实施例的一种碰撞报警方法的步骤流程图。该方法应用于内窥镜影像系统中，所述内窥镜影像系统包括目标摄像头；所述目标摄像头的焦距固定。
本发明实施例中，内窥镜影像系统可以是指用于进行生物内部组织实时显示的系统。该内窥镜影像系统可以通过显像系统的信号将内窥镜影像输入电子设备进行数字化处理，实现生物组织图像的实时显示。目标摄像头可以是指内窥镜的摄像头，该摄像头可以是指单目摄像头，并且该摄像头的焦距固定，没有变焦功能，这样能够方便后续基于比例关系计算目标摄像头与生物组织之间的距离。
示例性地，图2示出了本发明实施例的一种内窥镜影像系统的组成部分示意图。该内窥镜影像系统可以包括内窥镜41、内窥镜操纵机器人Surgibot 4以及电子设备45。电子设备45可以用于显示实时画面。内窥镜41上设置有目标摄像头，可以在内窥镜操纵机器人Surgibot 4的作用下沿内窥镜轴向作进给运动，以显示各种实时画面。该内窥镜操纵机器人Surgibot 4是一种人工智能设备，能够实现对内窥镜41的智能控制。需要注意的是，该内窥镜41、电子设备45也可以直接看做内窥镜操纵机器人Surgibot 4的一个组成部分。当然，内窥镜影像系统也可以采用其他构成方式或者采用其他组成部件，本发明实施例对此不作限定。
本发明实施例中，如图1所示出的，该碰撞报警方法具体可以包括：
步骤101、在预设时间周期内，确定所述目标摄像头的第一移动距离；所述预设时间周期为从起始时刻至终止时刻。
本发明实施例中，预设时间周期可以是指预先设置的计算周期，在每个计算周期内，计算一次目标摄像头与生物组织的实际距离。该预设时间周期可以为0.5秒、1秒或者5秒等，具体可以基于实际需求以及电子设备的处理能力进行灵活设置，本发明实施例对此不作限定。预设时间周期可以是指从起始时刻至终止时刻，示例性的，假设预设时间周期为5秒，若起始时刻为第0秒，则终止时刻则为第5秒，当然，终止时刻也可以根据目标摄像头移动的位置进行实时确定，本发明实施例对于终止时刻的具体确定方式也不作限定。
第一移动距离可以是指目标摄像头移动的距离，在实际操作时，内窥镜以一定速度沿内窥镜进行轴向进给运动，因此目标摄像头在起始时刻与终止时刻的位置存在一个轴向进给距离差值，该轴向进给距离差值可以作为目标摄像头移动的第一移动距离。
本步骤中，在使用内窥镜的过程中，可以在预设时间周期内，读取在起始时刻和终止时刻目标摄像头的实时位置，然后依据这两个实时位置之间的距离差值确定目标摄像头移动的第一移动距离。
步骤102、基于所述目标摄像头在所述起始时刻拍摄的第一画面以及所述目标摄像头在所述终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；所述目标对象为所述第一画面中的生物组织图像。
本发明实施例中，第一画面可以是指目标摄像头在起始时刻拍摄的实时画面。第二画面可以是指目标摄像头在终止时刻拍摄的实时画面。该第一画面可以是指实时预览图像，也可以是基于实时预览图像形成的图像文件，本发明实施例对此不作限定。目标对象可以是指图像中的、特征区分较为明显的生物组织。第二移动距离可以是指目标对象在第一画面中的位置与该目标对象在第二画面中的位置之间的距离。
本步骤中，在预设时间周期的起始时刻，内窥镜影像系统可以采集目标摄像头拍摄的第一画面，并在第一画面中选择特征较为明晰的生物组织图像作为目标对象；之后，采用对应的算法来跟踪该目标对象，并在终止时刻采集第二画面，最终基于第一画面与第二画面中同一目标对象的位置关系确定出目标对象的第二移动距离。
步骤103、基于所述第一移动距离、所述第二移动距离以及所述目标对象在所述第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定所述目标摄像头与所述目标对象的目标距离。
本发明实施例中，目标距离可以是指目标摄像头与目标对象即特定生物组织的实际距离。目标对象在所述第一画面中的位置可以是指目标对象对应的生物组织图像区域的中心像素坐标。第一画面中心可以是指第一画面图像的中心点的像素坐标。
本步骤中，目标距离的计算可以基于目标摄像头针孔成像模型推导得出。示例性地，图3示出了本发明实施例的一种目标距离的计算原理图。如图3所示出的，假设生物组织（目标对象）与内窥镜光轴垂直距离为L，起始时刻T1该生物组织在像平面成像画面在第一画面中的位置与第一画面的画面中心距离为L1，生物组织与目标摄像头的实际距离为D1；终止时刻T2，内窥镜相对该生物组织沿轴向运动了∆D距离，即第一移动距离为∆D，此时生物组织与目标摄像头的目标距离为D2，生物组织在像平面上成像画面在第二画面中的位置与第二画面的画面中心距离为L2。内窥镜的目标摄像头没有自动变焦功能，其焦距为固定值f。由图3可知，有如下几何关系：
L1/L=f/D1
L2/L=f/D2
D1=D2+∆D
联立以上3式可得预设时间周期内目标对象在画面上移动距离即第二移动距离与目标对象到目标摄像头的目标距离有如下关系：
∆L=L2-L1=（L1*∆D）/D2
其中，∆D为第一移动距离，∆L为第二移动距离，D2为目标距离，L1为目标对象在第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，进而可以推出目标距离的计算方式：
D2=（L1*∆D）/∆L
需要注意的是，本发明实施例中，由于当目标摄像头与组织距离很近时，画面显示的组织表面近似为平面，可以近似忽略组织的高低起伏等不平整的情况。当然，也可以采用其他原理和计算方法来确定目标摄像头与目标对象之间的实际距离，本发明实施例对此不作限定。
在本发明实施例中，在预设时间周期内，基于目标摄像头轴向运动的第一移动距离、目标对象在第一画面至第二画面中的第二移动距离以及目标对象在第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，可以快速、准确地计算出生物组织与内窥镜的镜头之间的实际距离，方便后续进行判断和预警；同时本发明实施例利用单目摄像头以及镜头轴向运动距离估算镜头与软组织距离，具有更加通用型的特点且计算过程较为简单。
步骤104、在所述目标距离小于预设阈值的情况下，停止所述目标摄像头的移动并显示报警信息。
本发明实施例中，预设阈值可以是指预先设置的距离的临界值。在小于该预设阈值时，可以判定此时内窥镜的目标摄像头距离生物组织较近，存在碰撞的风险，可以进行报警提醒。报警信息可以是指预先设置的报警提示信息，用于提示用户内窥镜当前运动方式存在与组织碰撞的风险。
本步骤中，在确定出目标对象与目标摄像头之间的目标距离之后，可以将该目标距离与预设阈值进行对比，若目标距离小于预设阈值，则停止内窥镜的轴向进给运动并显示报警信息，以避免发生碰撞。若目标距离不小于于预设阈值，则无需进行提醒，并在下一预设时间周期内继续进行目标距离的计算。
综上所述，本发明实施例提供的一种碰撞报警方法，在预设时间周期内，确定目标摄像头的第一移动距离；预设时间周期为从起始时刻至终止时刻；基于目标摄像头在起始时刻拍摄的第一画面以及目标摄像头在终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；目标对象为所述第一画面中的生物组织图像；基于第一移动距离、第二移动距离以及目标对象在第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定目标摄像头与目标对象的目标距离；在目标距离小于预设阈值的情况下，停止目标摄像头的移动并显示报警信息。这样，通过实时检测目标摄像头与生物组织之间的目标距离，并在将要发生碰撞时进行报警，实现了对内窥镜操作的实时报警，无需依赖人工经验进行判断，精确度较高，降低了内窥镜与组织碰撞的风险，安全性更高。
可选的，本发明实施例中，步骤101具体可以包括以下步骤1011至步骤1012：
步骤1011、基于预设位置传感器，在所述起始时刻读取所述目标摄像头的第一位置以及在所述终止时刻读取所述目标摄像头的第二位置。
本发明实施例中，预设位置传感器可以是指内窥镜上安装的、用于指示内窥镜目标摄像头进给位置的传感器。该预设位置传感器可以是指光栅位置传感器等，本发明实施例对于预设位置传感器的具体种类不作限定。第一位置可以是指预设位置传感器在起始时刻的位置读数，第二位置可以是指预设位置传感器在终止时刻的位置读数。
本步骤中，内窥镜轴向的进给可以由轴向线性进给机构驱动，并且轴向线性进给机构上可以安装测量轴向进给位置的光栅位置传感器作为预设位置传感器。基于该预设位置传感器，起始时刻T1的第一位置和终止时刻T2的第二位置可以直接由传感器读出。
步骤1012、基于所述第一位置以及所述第二位置，确定所述第一移动距离。
本发明实施例中，在基于预设位置传感器读取起始时刻的第一位置以及终止时刻的第二位置之后，可以将该第二位置与第一位置的读数相减，得到目标摄像头的第一移动距离。
示例性地，起始时刻T1读取光栅位置传感器读数x1，终止时刻T2读取光栅位置传感器读数x2，则预设时间周期内窥镜轴向进给距离即目标摄像头的第一移动距离∆D=|x1-x2|。
本发明实施例中，基于预设位置传感器，在起始时刻读取目标摄像头的第一位置以及在终止时刻读取目标摄像头的第二位置；基于第一位置以及第二位置，确定第一移动距离。这样，通过预设位置传感器，能够快速、准确地获知内窥镜的轴向进给距离，提高了距离计算的效率。
可选的，本发明实施例中，步骤102具体可以包括以下步骤1021至步骤1023：
步骤1021、基于预设图像处理算法，确定所述第一画面中的目标对象，并确定所述目标对象在所述第一画面中的第三位置。
本发明实施例中，预设图像处理算法可以是指预先设置的用于确定待跟踪的目标对象的图像处理算法。该预设图像处理算法可以是指Harris角点检测算法（Harris CornerDetection）或者Shi-Tomasi角点检测算法等，本发明实施例对此不作限定。
第三位置可以是指目标对象在第一画面中的位置。由于生物组织往往在图像中对应一个图像区域，第三位置具体可以由目标对象的中心点的像素坐标来表示。
本步骤中，由于生物组织的表面特征存在相似性，对组织特征的检测存在较大的干扰，因此，在计算目标对象移动的第二移动距离时，首先需要选定适合跟踪的、特征区分明显的生物组织图像作为目标对象。在起始时刻获取到目标摄像头拍摄的第一画面之后，可以基于预设图像处理算法，确定出第一画面中的目标对象，并确定出该目标对象在第一画面中的位置坐标。
步骤1022、基于预设目标跟踪算法，确定所述目标对象在所述第二画面中的第四位置。
本发明实施例中，预设目标跟踪算法可以是指预先设置的图像跟踪算法。该图像跟踪算法可以是指图像跟踪尺度估计（Discriminatiive Scale Space Tracker，DSST）算法等，本发明实施例对于预设目标跟踪算法的具体种类不作限定。第四位置可以是指目标对象在第二画面中的位置。
本步骤中，在基于第一画面确定出目标对象之后，可以根据预设目标跟踪算法对目标对象进行跟踪，并最终确定出终止时刻第二画面目标对象的第四位置。
需要注意的是，由于在内窥镜轴向运动过程中，目标对象的尺度会发生变化，预设目标跟踪算法必须能够适应目标图像尺度变化。本发明实施例可以DSST目标跟踪算法，将目标跟踪看成目标中心平移和目标尺度变化两个独立问题，首先用HOG特征的DCF训练平移相关滤波，负责检测目标中心平移，然后用HOG特征的MOSSE训练另一个尺度相关滤波，负责检测目标尺度变化，以实现对目标对象运动的准确跟踪，保证距离计算的准确度。
步骤1023、根据所述第三位置以及所述第四位置，确定所述第二移动距离。
本发明实施例中，在确定出第一画面中目标对象的第三位置以及第二画面中目标对象的第四位置之后，可以基于坐标计算得到目标对象的第二移动距离。
本发明实施例中，基于预设图像处理算法，确定第一画面中的目标对象，并确定目标对象在第一画面中的第三位置；基于预设目标跟踪算法，确定目标对象在第二画面中的第四位置；根据第三位置以及第四位置，确定第二移动距离。这样，基于图像处理，能够准确获知特定生物组织的移动距离，无需基于人工经验进行判断，距离计算更加科学、合理，精准度更高。
可选的，本发明实施例中，步骤1021具体可以包括以下步骤S21至步骤S23：
步骤S21、将所述第一画面转化为灰度图像。
本发明实施例中，灰度图像可以是指每个像素只有一个采样颜色的图像。基于灰度图像，能够更加精确地确定出第一画面中的各个角点。在灰度图像中，像素值即为像素点的灰度值。
步骤S22、计算所述灰度图像中的所有角点；所述角点为所述灰度图像中的目标特征点。
本发明实施例中，角点可以是指灰度图像中的区分较为明显的特征点，从该角点向周围的像素点进行微小的移动时，灰度值会发生明显变化。具体的，本步骤中，可以依据角点检测算法确定灰度图像中的各个角点，方便后续对于目标对象的筛选。
步骤S23、从所述所有角点中筛选出目标角点，并将以所述目标角点为中心的预设尺寸区域作为所述目标对象。
本发明实施例中，目标角点可以是指目标对象对应的角点。预设尺寸区域可以是指预先设置的、以目标角点为中心的预设尺寸的图像区域，例如，预设尺寸区域可以为以目标角点为中心、边长为X个像素的正方形区域。
本发明实施例中，将第一画面转化为灰度图像；计算灰度图像中的所有角点；角点为灰度图像中的目标特征点；从所有角点中筛选出目标角点，并将以目标角点为中心的预设尺寸区域作为目标对象。这样，通过角点检测以及角点筛选，能够在第一画面中确定出特征区分明显、适合跟踪的生物组织图像作为目标对象，保证了后续图像跟踪的准确性，进而一定程度上也提高了距离计算的精准度。
示例性地，以下以预设图像处理算法为Harris角点检测算法为例，详细介绍本发明实施例的目标对象的确定过程：
第一步、对第一画面进行RGB向灰度图像的转换，将彩色图像转化为灰度图像。
第二步、计算转换后的灰度图像中所有角点，计算角点过程可以使用opencv中角点检测函数得来，该opencv是一个跨平台计算机视觉和机器学习软件库，能够实现多种图像处理算法。
第三步、根据Harris角点响应函数设置质量等级的值，当大于质量门限值时选为候选角点。角点响应函数定义为：
R=detM-k* (traceM)2
detM=λ1*λ2
traceM=λ1+λ2
上述公式中R为角点响应值，M为协方差矩阵，detM为矩阵M的行列式，traceM为矩阵M的迹，λ1、λ2是矩阵M的特征值，k为系数取0.04~0.06。角点响应值R越大代表当前点越应该作为角点。设定质量等级阈值，将R大于质量等级阈值的点作为候选角点。
第四步，进行非极大值抑制算法，排除一些虽超过门限，但不是局部最大的点。非极大值抑制算法具体可以为：在一个窗口内，如果有多个角点则用值最大的那个角点，其他的角点都删除。
第五步，选取角点响应最大的角点作为最终用于跟踪的目标角点。
这样，基于上述步骤，在第一画面中根据图像灰度强度的二阶导数矩阵寻找Harris角点，筛选得到目标角点。然后将目标角点周围组织作为跟踪的目标对象对应的目标组织，以目标角点为中心，以预设边长X个像素的正方形建立目标对象模板，作为下一帧图像目标匹配参考。
在寻找到目标角点并建立正方形的目标对象模板后，基于预设目标跟踪算法对正方形的目标对象模板进行追踪。在终止时刻T2，对于追踪到的目标对象模板，计算其中心点到起始时刻T1寻找到的目标角点的距离，作为第二移动距离∆L。这样，通过检测并筛选目标角点并确定用于跟踪的目标对象，便于后续预设目标跟踪算法的跟踪处理，进一步提高了距离计算的准确度。
可选的，本发明实施例中，步骤S21具体可以包括以下步骤S211至步骤S214：
步骤S211、基于所述第一画面的图像中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索外边界；所述角点搜索外边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第一预设比例。
本发明实施例中，角点搜索外边界可以是指最终确定的用于搜索目标对象的图像区域外边界。第一预设比例可以是指预先设置的比例值，该角点搜索外边界的形状可以为正方形，也可以为圆形等，本发明实施例对此不作限定。
步骤S212、基于所述第一画面的中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索内边界；所述角点搜索内边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第二预设比例；所述第一预设比例大于所述第二预设比例。
本发明实施例中，角点搜索内边界可以是指最终确定的用于搜索目标对象的图像区域外边界。第二预设比例可以是指预先设置的比例值。与角点搜索外边界的形状相对应，角点搜索内边界的形状可以为正方形，也可以为圆形等，本发明实施例对此不作限定。需要注意的是，本发明实施例中，第一预设比例的取值要大于第二预设比例，这样后续才能基于角点搜索内外边界围合成一个目标图像区域，提高角点搜索的效率。
步骤S213、根据所述角点搜索外边界以及所述角点搜索内边界，确定所述第一画面中的目标图像区域。
本发明实施例中，目标图像区域可以是指第一画面中用于选取目标对象的图像区域。示例性地，该目标图像区域可以是指第一画面的图像中心距图像边缘1/3到2/3的区域。
本步骤中，在选取生物组织作为跟踪的目标对象时，不能选用处于第一画面中间的对应生物组织作为跟踪对象，这是因为画面中间的组织图像在内窥镜做轴向运动时不会移动；而选择画面边缘生物组织图像作为跟踪对象时，内窥镜轴向进给时，组织图像又会从画面中消失，从而无法跟踪。因此，为了同时保证距离计算的灵敏性与可靠性，可以选取第一画面中图像中心距离图像边缘预设比例的图像区域作为目标图像区域，后续在该目标图像区域中选取目标对象。
具体在确定该目标图像区域时，可以首先在第一画面中确定角点搜索外边界，可以将第一画面图像中心点（记为O点）与第一画面图像边缘（记为C点）连线，之后选取第一预设比例的A点，然后以第一画面图像中心点O为圆心，绘制半径为长度OA的一个圆形，得到角点搜索外边界；之后选取第二预设比例的B点，然后以第一画面图像中心点O为圆心，绘制半径为长度OB的一个圆形，得到角点搜索内边界；第一预设比例大于第二预设比例，例如第一预设比例可以为2/3，第二预设比例可以为1/3。这样，角点搜索内边界和角点搜索外边界可以组成一个环形区域，即为目标图像区域。当然，也可以以OA或者OB来绘制正方形，只要能够确定出用于角点搜索的目标图像区域即可，本发明实施例对于目标图像区域的具体形状不作限定。
步骤S214、将所述目标图像区域进行灰度化处理，得到所述目标图像区域对应的灰度图像。
本发明实施例中，在确定了目标图像区域之后，后续再进行Harris角点检测时，可以只针对目标图像区域的灰度图像进行图像处理，无需对第一画面整体进行处理、检测，大大减少了数据计算量。
本发明实施例中，基于第一画面的图像中心点以及第一画面的图像边缘，确定角点搜索外边界；角点搜索外边界与图像中心点之间的距离占图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第一预设比例；基于第一画面的中心点以及第一画面的图像边缘，确定角点搜索内边界；角点搜索内边界与图像中心点之间的距离占所述图像中心点与图像边缘的距离的比例为第二预设比例；第一预设比例大于第二预设比例；根据角点搜索外边界以及角点搜索内边界，确定第一画面中的目标图像区域；将目标图像区域进行灰度化处理，得到目标图像区域对应的灰度图像。这样，通过确定用于选择目标对象的目标图像区域，后续只针对目标图像区域进行图像处理，减少了数据计算量，提高了距离计算的效率。
示例性地，图4示出了本发明实施例的一种确定目标图像区域以及第二移动距离的示意图。如图4所示出的，内窥镜影像系统中电子设备的显示界面上显示有内窥镜画面40，目标图像区域404为用于确定跟踪的目标对象的图像区域，该目标图像区域404可以为图像中心距离边缘1/3到2/3的环形区域，具体为角点搜索内边界401以及角点搜索外边界402之间的图像区域。在图4中虚线部分为第一画面中确定出的目标对象403，内窥镜做轴向进给运动之后，目标对象403对应发生了移动（与虚线部分相对应的实线显示部分），目标对象403中的同一个目标角点前后两个位置之间的距离即为目标对象的第二移动距离。
示例性地，图5示出了本发明实施例的一种碰撞报警方法的流程示意图。如图5所示出的，首先确定目标图像区域，之后在目标图像区域依据角点检测算法搜索角点，并确定目标角点。之后将以目标角点为中心的预设尺寸区域作为目标对象，记录目标对象的中心位置即第三位置（x1，y1），同时记录当前时刻T1作为预设时间周期的起始时刻。之后，根据DSST目标跟踪算法，检测目标对象的实时位置，经过预设时间周期∆T，距离此时目标对象中心位置即第四位置（x2，y2），同时记录当前时刻T2作为预设时间周期的终止时刻；依据第三位置（x1，y1）以及第四位置（x2，y2），计算终止时刻T2与初始时刻T1目标对象中心位置之间的距离即第二移动距离∆L。然后，基于预设位置传感器，在内窥镜影像系统中的夹持结构例如内窥镜操纵机器人中直接读取内窥镜的进给距离即第一移动距离∆D。之后，根据第一移动距离∆D、第二移动距离∆L、起始时刻目标对象与第一画面图像中心之间的距离L1计算目标摄像头与目标对象对应的生物组织之间的目标距离。
在目标距离小于预设阈值的情况下，停止内窥镜的进给动作以停止目标摄像头的移动，同时在内窥镜画面中显示报警信息，以提示用户进行相应处理，避免内窥镜与组织发生碰撞。在目标距离不小于预设阈值的情况下，继续执行确定目标角点的步骤，开始下一个周期的目标距离计算以及判断。这样，通过实时检测内窥镜镜头与组织的距离，在距离较近时能够向用户报警，并立即停止内窥镜进一步的进给运动，提高了内窥镜操纵机器人在手术过程中的可靠性与安全性。
可选的，本发明实施例中，所述终止时刻为所述目标对象移动至所述目标摄像头实时画面的预设位置对应的时刻。
本发明实施例中，预设位置可以是指目标图像区域中的位置，例如图4中所示出的图像中心距图像边缘1/3到2/3的环形区域，当然，该预设位置也可以是其他位置，本发明实施例对此不作限定。
本步骤中，当寻找到目标角点以及目标对象之后，将当前时刻作为起始时刻T1，确定目标角点当前位置L1，并读取当前的预设位置传感器读数x1。接着基于预设目标跟踪算法对目标角点进行跟踪，当目标角点移动到图像画面的预设位置处时，将当前时刻作为终止时刻T2，并读取当前的位置传感器读数x2。然后根据角点当前位置和原始位置L1，计算出第二移动距离△L，并根据x1和x2计算出第一移动距离△D。最后根据L1、△L以及△D，计算出内窥镜当前与目标对象对应的生物组织的目标距离。
本发明实施例中，以目标对象移动至目标摄像头实时画面的预设位置对应的时刻作为终止时刻，这样，能够避免在一个预设时间周期内，内窥镜已经与组织发生碰撞的情况。示例性的，如图5所示出的方案中，每个固定时间△T，计算一次内窥镜与生物组织的目标距离，则当内窥镜向组织移动的速度很快时，有可能在△T时间内，角点已经跑出内窥镜拍摄范围，内窥镜可能已经接触组织了。而基于目标对象的实时位置来灵活确定终止时刻以进行目标距离的计算，能够进一步避免同一个预设时间周期内内窥镜与目标组织发生碰撞的情况，提高操作的安全性。
需要注意的是，本发明实施例中，如果能够基于目标角点的位置确定终止时刻，可以基于该终止时刻进行目标距离的计算，若无法基于目标角点的位置确定终止时刻，则可以基于预设时间周期的固定时长△T执行距离计算过程，具体可以依据实际需求确定，本发明实施例对此不作限定。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
参照图6，示出了本发明的一种碰撞报警装置的结构框图，应用于内窥镜影像系统，所述内窥镜影像系统包括目标摄像头；所述目标摄像头的焦距固定；碰撞报警装置60包括：
第一确定模块601，用于在预设时间周期内，确定所述目标摄像头的第一移动距离；所述预设时间周期为从起始时刻至终止时刻；
第二确定模块602，用于基于所述目标摄像头在所述起始时刻拍摄的第一画面以及所述目标摄像头在所述终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；所述目标对象为所述第一画面中的生物组织图像；
第三确定模块603，用于基于所述第一移动距离、所述第二移动距离以及所述目标对象在所述第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定所述目标摄像头与所述目标对象的目标距离；
报警模块604，用于在所述目标距离小于预设阈值的情况下，停止所述目标摄像头的移动并显示报警信息。
综上所述，本发明实施例提供的碰撞报警装置，在预设时间周期内，确定目标摄像头的第一移动距离；预设时间周期为从起始时刻至终止时刻；基于目标摄像头在起始时刻拍摄的第一画面以及目标摄像头在终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；目标对象为所述第一画面中的生物组织图像；基于第一移动距离、第二移动距离以及目标对象在第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定目标摄像头与目标对象的目标距离；在目标距离小于预设阈值的情况下，停止目标摄像头的移动并显示报警信息。这样，通过实时检测目标摄像头与生物组织之间的目标距离，并在将要发生碰撞时进行报警，实现了对内窥镜操作的实时预警，无需依赖人工经验进行判断，精确度较高，降低了内窥镜与组织碰撞的风险，安全性更高。
可选的，所述第一确定模块601，具体用于：
基于预设位置传感器，在所述起始时刻读取所述目标摄像头的第一位置以及在所述终止时刻读取所述目标摄像头的第二位置；
基于所述第一位置以及所述第二位置，确定所述第一移动距离。
可选的，所述第二确定模块602，包括：
第一确定子模块，用于基于预设图像处理算法，确定所述第一画面中的目标对象，并确定所述目标对象在所述第一画面中的第三位置；
第二确定子模块，用于基于预设目标跟踪算法，确定所述目标对象在所述第二画面中的第四位置；
第三确定子模块，用于根据所述第三位置以及所述第四位置，确定所述第二移动距离。
可选的，所述第一确定子模块，具体用于：
将所述第一画面转化为灰度图像；
计算所述灰度图像中的所有角点；所述角点为所述灰度图像中的目标特征点；
从所述所有角点中筛选出目标角点，并将以所述目标角点为中心的预设尺寸区域作为所述目标对象。
可选的，所述第一确定子模块，还具体用于：
基于所述第一画面的图像中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索外边界；所述角点搜索外边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第一预设比例；
基于所述第一画面的中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索内边界；所述角点搜索内边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第二预设比例；所述第一预设比例大于所述第二预设比例；
根据所述角点搜索外边界以及所述角点搜索内边界，确定所述第一画面中的目标图像区域；
将所述目标图像区域进行灰度化处理，得到所述目标图像区域对应的灰度图像。
可选的，所述终止时刻为所述目标对象移动至所述目标摄像头实时画面的预设位置对应的时刻。
可选的，本发明实施例还提供了一种电子设备，包括处理器以及用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现上述方法实施例所述的碰撞报警方法的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
可选的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备执行如上述方法实施例所述的碰撞报警方法的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
可选的，本发明实施例还提供了一种内窥镜影像系统，所述内窥镜影像系统包括有电子设备，所述电子设备被配置为执行指令，以实现如上述方法实施例所述的碰撞报警方法的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
本领域技术人员易于想到的是：上述各个实施例的任意组合应用都是可行的，故上述各个实施例之间的任意组合都是本发明的实施方案，但是由于篇幅限制，本说明书在此就不一一详述了。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书（包括伴随的权利要求、摘要和附图）中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (9)

1.一种碰撞报警装置，其特征在于，应用于内窥镜影像系统，所述内窥镜影像系统包括目标摄像头；所述目标摄像头的焦距固定；所述装置包括：
第一确定模块，用于在预设时间周期内，确定所述目标摄像头的第一移动距离；所述预设时间周期为从起始时刻至终止时刻；
第二确定模块，用于基于所述目标摄像头在所述起始时刻拍摄的第一画面以及所述目标摄像头在所述终止时刻拍摄的第二画面，确定目标对象的第二移动距离；所述目标对象为所述第一画面中的生物组织图像；
第三确定模块，用于基于所述第一移动距离、所述第二移动距离以及所述目标对象在所述第一画面中的位置与第一画面中心之间的距离，确定所述目标摄像头与所述目标对象的目标距离；所述目标对象在所述第一画面中的位置为所述生物组织图像区域的中心像素坐标；
报警模块，用于在所述目标距离小于预设阈值的情况下，停止所述目标摄像头的移动并显示报警信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一确定模块，具体用于：
基于预设位置传感器，在所述起始时刻读取所述目标摄像头的第一位置以及在所述终止时刻读取所述目标摄像头的第二位置；
基于所述第一位置以及所述第二位置，确定所述第一移动距离。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二确定模块，包括：
第一确定子模块，用于基于预设图像处理算法，确定所述第一画面中的目标对象，并确定所述目标对象在所述第一画面中的第三位置；
第二确定子模块，用于基于预设目标跟踪算法，确定所述目标对象在所述第二画面中的第四位置；
第三确定子模块，用于根据所述第三位置以及所述第四位置，确定所述第二移动距离。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一确定子模块，具体用于：
将所述第一画面转化为灰度图像；
计算所述灰度图像中的所有角点；所述角点为所述灰度图像中的目标特征点；
从所述所有角点中筛选出目标角点，并将以所述目标角点为中心的预设尺寸区域作为所述目标对象。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一确定子模块，还具体用于：
基于所述第一画面的图像中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索外边界；所述角点搜索外边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第一预设比例；
基于所述第一画面的中心点以及所述第一画面的图像边缘，确定角点搜索内边界；所述角点搜索内边界与所述图像中心点之间的距离占所述图像中心点与所述图像边缘的距离的比例为第二预设比例；所述第一预设比例大于所述第二预设比例；
根据所述角点搜索外边界以及所述角点搜索内边界，确定所述第一画面中的目标图像区域；
将所述目标图像区域进行灰度化处理，得到所述目标图像区域对应的灰度图像。
6.根据权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述终止时刻为所述目标对象移动至所述目标摄像头实时画面的预设位置对应的时刻。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为执行所述指令，以实现如权利要求1至6中任一项所述的碰撞报警装置的各个功能。
8.一种存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备执行如权利要求1至6中任一项所述的碰撞报警装置的各个功能。
9.一种内窥镜影像系统，其特征在于，所述内窥镜影像系统包括有电子设备，所述电子设备被配置为执行指令，以实现如权利要求1至6中任一项所述的碰撞报警装置的各个功能。
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