CN114025082A - 图像曝光成像方法及成像装置和可读存储介质 - Google Patents

图像曝光成像方法及成像装置和可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质，所述图像曝光成像方法包括：提供局部曝光模式；根据经确定的人机交互指令，执行局部曝光模式，以对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理，然后显示曝光处理后的所述目标感兴趣区域的图像；如此配置，使得用户获得一个良好的人机交互方式，提高手术效率，而且能够根据人机交互指令对感兴趣区域进行精准的曝光，为医生提供更加清晰、精准的视野，提高手术的精准性，减轻手术对患者的伤害。

Description

图像曝光成像方法及成像装置和可读存储介质
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质。
背景技术
内窥镜经人体的天然孔道或者是经手术做的小切口进入人体内。使用时，将内窥镜导入预检查的器官，可直接窥视有关部位的变化。而图像质量的好坏直接影响着内窥镜的使用效果，也标志着内窥镜技术的发展水平。
由于人体内部空间狭小，光源条件受限，严重影响内窥镜系统成像质量。因此，曝光方式的优劣，对图像质量起着决定性作用。目前市面上的内窥镜系统常用曝光方式为普通的自动曝光，无人机交互方式，当医生感兴趣图像出现过曝或欠曝问题时，无法改变图像现状。具体地，常用内窥镜自动曝光算法，对图像进行全局曝光，在图像同时出现背光和向光区域时，影响医生对病患组织进一步观察判断，影响医生对感兴趣组织或器官进行进一步观察，降低手术精准性。
且现有内窥镜系统大多通过鼠标实现医生与图像之间的交互，比如数字变焦；该方式不仅操作步骤繁琐，降低医生的手术效率，增加医生的工作负担，也无法提高医生感兴趣组织或器官图像分辨率。此外，常用内窥镜数字变焦方法，往往需要主刀医生通过鼠标点击感兴趣区域，操作复杂，降低主刀医生手术效率。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质，能够提供局部曝光模式，而且可通过人机交互来选择执行局部曝光模式，尤其能够对所选中的目标感兴趣区域进行局部曝光处理，避免目标感兴趣图像出现过曝或欠曝现象，使得探测到的图像更清晰，达到更好的图像效果，最终提升手术精准性和手术效率，并减轻手术对患者的伤害。
为实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供一种图像曝光成像方法，包括：
提供局部曝光模式；
根据经确定的人机交互指令，执行所述局部曝光模式，以对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理，然后显示曝光处理后的所述目标感兴趣区域的图像。
可选地，所述图像曝光成像方法还包括：
提供全局曝光模式，并根据经确定的人机交互指令，选择性执行所述全局曝光模式或所述局部曝光模式。
可选地，所述目标感兴趣区域是通过触摸屏而选定的，且所述人机交互指令为触摸所述触摸屏的手势指令和/或语音指令。
可选地，所述根据经确定的人机交互指令，选择性执行所述全局曝光模式或所述局部曝光模式，包括：
根据经确定的触摸所述触摸屏的手势指令，识别触摸所述触摸屏的触摸状态，并根据所述触摸状态确定执行所述局部曝光模式或所述全局曝光模式。
可选地，所述触摸状态包括第一触摸状态和第二触摸状态；
其中根据所述第一触摸状态确定执行所述局部曝光模式；以及，
根据所述第二触摸状态确定执行所述全局曝光模式。
可选地，所述图像曝光成像方法还包括：
根据经确定的曝光模式，选择性执行不同的图像亮度统计方法，以获取当前帧图像的亮度，并根据所述当前帧图像的亮度获取下一帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光增益和曝光时间。
可选地，根据经确定的所述全局曝光模式，选择执行第一种图像亮度统计方法；所述第一种图像亮度统计方法包括：
以当前图像的中心点为中心，确定整个图像为第一图像亮度统计区域，并将所述第一图像亮度统计区域中的RGB分量均值确定为当前帧图像的亮度。
可选地，根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行第二种图像亮度统计方法；所述第二种图像亮度统计方法包括：
以触摸屏中当前图像的点击点为中心，确定第二图像亮度统计区域，并在所述第二图像亮度统计区域中进行前景提取，以获取前景区域权重表，并根据所述前景区域权重表获取当前帧图像的亮度。
可选地，根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行第三种图像亮度统计方法；所述第三种图像亮度统计方法包括：
以当前图像的中心点为中心，确定第三图像亮度统计区域，并在所述第三图像亮度统计区域中进行前景提取，以获取前景区域权重表，并根据所述前景区域权重表获取当前帧图像的亮度。
可选地，实现所述局部曝光模式的步骤包括：
根据经确定的所述目标感兴趣区域以及亮度统计方式，获取当前帧图像的亮度值；
根据所述当前帧图像的亮度值、经确定的曝光公式以及预设目标亮度值，获取曝光量；
根据经确定的所述曝光量，获取下一帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光增益和曝光时间。
可选地，所述曝光公式为：
Qx＝(1+Δc/cur)*gain0*exp_t0；
Δc＝target-cur；
其中：Δc为预设目标亮度与当前帧图像的亮度差值；target为预设目标亮度值；cur为当前帧图像的亮度值；Qx为曝光量；gain0为前一帧图像的曝光增益； exp_t0为前一帧图像的曝光时间。
可选地，所述根据经确定的所述曝光量，获取下一帧图像的曝光参数，包括：
提供第一曝光表和第二曝光表；所述第一曝光表存储有曝光时间的预设范围和固定的曝光增益；所述第二曝光表存储有固定的曝光时间和曝光增益的预设范围；
先查询所述第一曝光表，并获取下一帧图像的曝光时间和曝光增益，且当根据所述第一曝光表中的曝光时间和曝光增益所确定的曝光量不满足预设曝光量时，再查询所述第二曝光表，并获取下一帧图像的曝光时间和曝光增益。
可选地，所述图像曝光成像方法还包括：
根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行数字变焦模式；
当执行所述数字变焦模式时，根据所述人机交互指令，获取对应于所述数字变焦模式的缩放倍数；
根据经确定的所述缩放倍数，对所述目标感兴趣区域进行图像缩放处理，然后显示缩放后的所述目标感兴趣区域的图像。
可选地，根据所述人机交互指令，获取对应于所述数字变焦模式的缩放参数的计算公式为：
Figure RE-GDA0003372922170000041
Figure RE-GDA0003372922170000042
Figure RE-GDA0003372922170000043
Figure RE-GDA0003372922170000044
其中：d0为其中一个手指在触摸屏上滑动的欧式距离；d1为另一个手指在触摸屏上滑动的欧式距离；d为两个手指在触摸屏上滑动的欧式距离的平均值； s为缩放倍数；(x0，y0)为其中一个手指在触摸屏上滑动的起始点坐标，(x1， y1)为其中一个手指在触摸屏上滑动的终点坐标；(x0'，y0')为另一个手指在触摸屏上滑动的起始点坐标，(x1'，y1')为另一个手指在触摸屏上滑动的终点坐标。
可选地，所述图像曝光成像方法还包括：
提供医用冷光源，以输出白光，并基于所述白光进行曝光处理。
为实现上述目的，根据本发明的第二个方面，提供一种成像装置，用于执行任一项所述的图像曝光成像方法，包括通信连接的人机交互模块、图像处理模块以及图像显示模块；
所述人机交互模块被配置为用于获取人机交互指令；
所述图像处理模块被配置为用于根据经确定的人机交互指令，执行局部曝光模式；且所述图像处理模块提供局部曝光模式；
所述图像处理模块还被配置为用于根据经确定的所述局部曝光模式，对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理；
所述图像显示模块被配置为用于显示曝光处理后的所述目标感兴趣区域的图像。
可选地，所述图像处理模块还提供全局曝光模式，且所述图像处理模块被配置为用于根据经确定的人机交互指令，选择性执行所述局部曝光模式或所述全局曝光模式。
可选地，所述成像装置还包括信号传递模块，所述信号传递模块被配置为用于识别所述人机交互指令，并将所述人机交互指令转换为数字信号并传递至所述图像处理模块。
可选地，所述人机交互模块包括触摸屏和/或语音设备；所述触摸屏用于采集触摸手势指令；所述语音设备用于采集语音指令；且所述触摸屏还用于采集目标感兴趣区域。
可选地，所述成像装置还包括内窥镜镜体和/或照明模块；
所述内窥镜镜体分别与所述图像处理模块和所述人机交互模块通信连接；所述内窥镜镜体用于获取预定对象的图像；
所述照明模块用于向所述内窥镜镜体提供医用冷光源，所述医用冷光源能够输出白光。
为实现上述目的，根据本发明的第三个方面，提供一种可读存储介质，其上存储有程序，所述程序运行时，实现根据任一项所述的图像曝光成像方法。
在本发明提供的图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质中，所述图像曝光成像方法包括：提供局部曝光模式；根据经确定的人机交互指令，执行局部曝光模式；根据经确定的所述局部曝光模式，对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理，然后显示曝光处理后的所述目标感兴趣区域的图像；如此配置，使得用户获得一个良好的人机交互方式，提高手术效率，而且能够根据人机交互指令对感兴趣区域进行精准的曝光，为医生提供更加清晰、精准的视野，提高手术的精准性，减轻手术对患者的伤害。
在本发明提供的图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质中，可提供医用冷光源以输出白光，从而基于白光进行曝光处理，无需结合多光谱曝光结果，计算量小，硬件资源配置小，成本低。
在本发明提供的图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质中，还可根据经确定的人机交互指令，选择性执行全局曝光模式或局部曝光模式，且在对图像进行全局或局部曝光时，能够选择执行对应的图像亮度统计方法来产生一组合理的曝光参数来曝光下一帧图像，提高了图像信噪比，便于医生对感兴趣组织或器官进行进一步观察和判断，提升了手术精准性。
在本发明提供的图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质中，采用局部曝光与数字变焦结合的方式，提高了医生感兴趣组织或器官的图像分辨率，也便于医生对感兴趣组织或器官进行进一步观察和判断，提升了手术精准性。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
图1是本发明优选实施例的成像装置的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的图像曝光成像方法的流程图；
图3是本发明优选实施例的成像装置的结构框图；
图4是本发明优选实施例的人机交互的控制流程示意图；
图5是本发明优选实施例的人机交互中语音控制的流程示意图；
图6是本发明优选实施例的人机交互中触摸屏控制的流程示意图；
图7是本发明优选实施例的语音信号识别以及输出的原理图；
图8是本发明优选实施例的触摸屏信号识别以及输出的原理图；
图9是本发明优选实施例的第一种图像亮度统计方式的原理图；
图10是本发明优选实施例的第二种图像亮度统计方式的原理图；
图11是本发明优选实施例的第三种图像亮度统计方式的原理图；
图12是本发明优选实施例的执行精准曝光算法的原理图。
图中：1-人机交互模块；11-触摸屏；12-语音设备；2-图像处理模块；3-图像显示模块；4-内窥镜镜体；5-照明模块；6-信号传递模块。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，术语“近端”通常是靠近用户的一端，术语“远端”通常是靠近患者即靠近病灶的一端，“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位姿关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。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。
本发明的目的在于提供一种图像曝光成像方法、成像装置及可读存储介质，以解决现有技术中的成像装置无法提供给医生良好的图像控制方式的问题。
以下结合附图和优选实施例对本实用新型作详细的说明，而下述实施例以内窥镜为图像采集装置为例对本发明做进一步阐述，但是应理解本发明的图像采集装置不限于内窥镜，还可以是其他图像探测器。此外，在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互补充或相互组合。
图1为本发明一优选实施例的成像装置的结构示意图。如图1所示，本发明一优选实施例提供一种成像装置，用于获取体内图像并进行精准的曝光，避免目标感兴趣图像出现过曝或欠曝现象，使得探测到的图像更清晰，达到更好的图像效果。该成像装置包括通信连接的人机交互模块1、图像处理模块2以及图像显示模块3。
进一步地，所述成像装置还包括内窥镜镜体4和照明模块5中的至少一种；内窥镜镜体2分别与图像处理模块2和人机交互模块1通信连接，并用于获取预定对象的图像；照明模块5与内窥镜镜体2连接或不连接均可，以为内窥镜镜体2获取图像时提供照明，该照明模块5可为腹腔提供医用冷光源，医用冷光源能够输出白光，并基于白光进行曝光处理。
图像处理模块2能够对内窥镜镜体4采集的图像数据进行曝光处理，并将曝光处理后的图像数据传输至图像显示模块3。图像显示模块3能够显示经过图像处理模块2曝光处理后的图像。而人机交互模块1能够获取人机交互指令，该人机交互模块4具有人机交互界面，如触摸屏，所述人机交互界面能够接收用户所输入的触摸手势指令和/或语音指令，因此，人机交互界面能够提供语音交互和/或手势触摸的交互方式，并使图像处理模块2按照交互指令执行对应的图像处理。所述人机交互模块1的具体结构不作限定，如不限于iPad等平板电脑，例如还可以是其他人机交互控制面板。
此外，为了解决图像与用户之间交互方式复杂，以及用户无法精准地获取其感兴趣区域的组织或器官图像的问题，请参考图2，本发明一优选实施例还提供一种图像曝光成像方法，其包括：
步骤S1：利用人机交互模块1获取人机交互指令；该人机交互指令用于指导图像处理模块2进行相应的图像处理，以精准地获取用户感兴趣的图像；
步骤S2：利用图像处理模块2将经确定的人机交互指令，选择性执行全局曝光模式或局部曝光模式；其中人机交互指令需要经过采集、识别和转换，从而能够确定该人机交互指令所要求执行的曝光模式；
步骤S3：利用图像处理模块2根据经确定的所述局部曝光模式，对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理；该过程能够获取用户所感兴趣的组织或器官的精准的图像，图像不存在过曝或欠曝的问题，图像效果好；
步骤S4：利用图像显示模块3根据图像处理模块2曝光处理后的图像信号显示用户所选中的目标感兴趣区域的图像。
如此配置，使得用户通过人机交互模块1，实现与图像处理模块2之间的良好的人机交互，便于用户通过人机交互指令控制图像处理模块2执行用户需要的图像处理，如用户通过人机交互界面选取感兴趣区域后，还能够通过人机交互界面给出具体的图像曝光模式，以使图像处理模块2执行预定的曝光模式，最终呈现给用户的图像是其感兴趣的目标组织或器官的图像，从而为主刀医生提供更加清晰、精准的视野，提高手术的精准性，减轻手术对患者的伤害，而且如此配置，不仅交互操作简单，能够有效的降低用户的工作负担，提高手术效率，缩短手术时间。
进一步地，所述图像处理模块2还能够根据人机交互指令确定用户所选取的目标感兴趣区域，所述目标感兴趣区域是通过触摸屏而选定的。用户在触摸屏上选中目标感兴趣区域后，人机交互模块1生成对应于目标感兴趣区域的图像信号，将该图像信号传递给图像处理模块2，图像处理模块2即可确定用户所选取的目标感兴趣区域。而在现有技术中，要么仅能实现内窥镜图像的全局曝光，要么用户无法精准地选择其所感兴趣的区域。但是本发明能够通过人机交互界面，使用户精准地选取其所感兴趣的组织或器官，而且在选中目标感兴趣区域后，能够通过局部曝光来精准地曝光用户所感兴趣的图像，从而为用户提供具有更优异图像质量的曝光图像，实现了用户感兴趣区域的精准的成像。
其中所述人机交互模块1与图像处理模块2之间的通信方式不作限定，如可以是有线或无线通信，优选无线通信，使两者之间实现交互信号和图像信号的传递。所述无线通信的方式可以是蓝牙或wifi，具体不作限定。所述图像处理模块2的种类不作限定，可以包括任何类型的微处理器或中央处理单元(CPU)，包括可编程通用或专用微处理器和/或各种专有或商用单处理器或多处理器系统中的任何一种。
图3示出了根据本发明一优选实施例的成像装置的结构框图。如图3所示，所述成像装置优选还包括信号传递模块6，用于识别人机交互指令，并将人机交互指令转换为对应于图像处理的数字信号并传递至图像处理模块2。
在一些实施例中，信号传递模块6可与人机交互模块1相集成，使人机交互模块1自带采集、识别和转换交互信号的功能。在一些实施例中，信号传递模块6可与图像处理模块2相集成，使图像处理模块2自带识别和转换交互信号的功能。当然在其他实施例中，信号传递模块6也可作为一个独立的装置而存在，以单独实现交互信号的识别与转换，并将转换后的数字信号传递至图像处理模块2。
在本申请实施中，信号传递模块6首先接收人机交互指令Q1，然后解析人机交互指令Q2，之后向图像处理模块2传递解析后的人机交互指令Q3。所需理解，解析后的人机交互指令Q3即包含有对应的图像处理指令，该图像处理指令为数字信号。
继续参阅图3，图像处理模块2根据信号传递模块6所识别的数字信号，选择性执行全局曝光模式或局部曝光模式，尤其根据对应于开启局部曝光模式的数字信号，开启局部曝光模式，并对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理，然后图像显示模块3显示曝光处理后的所述目标感兴趣区域的图像。其中图像处理模块2在对图像进行曝光处理时，获取下一帧图像的曝光参数，并将下一帧图像的曝光参数(如曝光时间、曝光增益)发送至内窥镜镜体4，使内窥镜镜体4根据当前计算的曝光参数拍摄图像，也即图像处理模块2所获取的曝光参数作为内窥镜镜体4中的图像传感器的驱动信号，使图像传感器按照该驱动信号拍摄图像。因此，本申请能够在对图像进行曝光时，产生一组合理的参数曝光图像区域，提高图像区域信噪比，使得医生能够精准选择曝光区域。
因此，本发明可实时处理内窥镜拍摄过程中的曝光图像，并针对图像做实时调整，即每张图像均实时与前一张图像做曝光处理调整，而且可随时根据用户的需求调节与校准图像的亮度，尤其还能调节和校准图像的大小，从而达到最优的图像效果。
本申请中，所述图像处理模块2提供局部曝光模式P1和自动曝光模式P2 (又称为全局曝光模式)，优选还提供数字变焦功能P3，当然图像处理模块2 不局限于这些功能。自动曝光模式P2可采用现有的自动曝光算法，对整个图像进行曝光。局部曝光模式P1能够对用户感兴趣的目标区域进行精准的曝光，而不是对图像进行全局曝光，仅为局部区域的曝光，局部曝光的优点在于该曝光区域的图像质量更好，不会出现过曝或欠曝的问题。而数字变焦功能P3能够精准地缩放用户所感兴趣区域的图像，有利于用户更精准的观察组织或器官，尤其是采用局部曝光与数字变焦结合的方式，能够有效提高医生感兴趣组织或器官图像分辨率，提高手术精准性。所应理解，自动曝光模式P2是指不选择目标区域，而是对整个图像进行曝光；局部曝光模式P1是指选择目标区域，对局部区域进行曝光。此外，还需理解，图像处理模块2除了具有曝光处理、数字变焦处理等功能外，通常还具有其他常规的图像处理功能，具体不再作详细描述。
继续参阅图3，所述人机交互模块1优选包括触摸屏11和/或语音设备12；所述触摸屏11用于采集用户的触摸手势指令，如此不仅能够选取目标感兴趣区域，还能够输入对应于图像处理的交互指令，如单击或双击触摸屏11来输入对应于图像曝光模式的交互指令，如滑动触摸屏11来输入图像缩放的交互指令；而且在用户不便手动操作的情况下，还可通过语音设备12采集用户的语言指令，从而输入对应于图像处理的交互指令，如用户发出“开启精准曝光”、“关闭精准曝光”等的语言交互指令来切换曝光模式。
可以理解的是，人机交互模块1实现语音和/或触摸屏控制信号的采集与识别；信号传递模块6接收交互信号，并将其解析成图像处理模块2能够识别的信号，并传递至图像处理模块2；内窥镜镜体4则用于获得图像原始数据；图像处理模块2对图像原始数据进行曝光处理；图像显示模块3则对图像处理模块2 输出的图像信息进行显示。
本实施例中，图像处理模块2主要根据用户选定的曝光模式对图像进行曝光处理。在一具体的实施例中，所述图像处理模块2根据经确定的人机交互指令获取相应的曝光模式，当确定曝光模式后，图像处理模块2根据经确定的曝光模式，对内窥镜所获取的图像执行对应的曝光处理。
在一示例性实施例中，信号传递模块6根据经确定的触摸触摸屏11的手势指令，识别触摸触摸屏11的触摸状态。所述图像处理模块2再根据所述触摸状态确定执行所述局部曝光模式或所述全局曝光模式。也即，信号传递模块6识别当前对触摸屏11的操作具体为何种操作，如果对触摸屏的操作为对应于能够开启局部曝光模式的操作指令，则图像处理模块2选择开启局部曝光模式，反之则不开启局部曝光模式。
在一具体实施例中，所述触摸状态包括第一触摸状态和第二触摸状态；如果信号传递模块6识别触摸触摸屏的操作为所述第一触摸状态，则图像处理模块2根据所述第一触摸状态确定执行所述局部曝光模式；如果信号传递模块6 识别触摸触摸屏的操作为所述第二触摸状态，则图像处理模块2根据所述所述第二触摸状态确定执行所述全局曝光模式。在一实施例中，所述第一触摸状态为单击触摸屏，所述第二触摸状态为双击触摸屏。当然第一触摸状态和第二触摸状态不作特别的限定，如第一触摸状态和第二触摸状态可以交换，或者这些触摸状态可以是其他手势指令。
在一示例性实施例中，信号传递模块6识别语音设备12所输入的语音信号中的控制信息；如果识别该控制信息为打开局部曝光模式，则图像处理模块2 根据经确定的打开局部曝光模式的控制信息确定执行所述局部曝光模式；如果识别该控制信息为关闭局部曝光模式，则图像处理模块2根据经确定的关闭局部曝光模式的控制信息确定执行所述全局曝光模式。
在一具体实施例中，如果信号传递模块6识别该语音信号中的控制信息为“开启局部曝光模式”，则图像处理模块2确定执行局部曝光模式；如果信号传递模块6识别该语音信号中的控制信息为“关闭局部曝光模式”，则图像处理模块2确定执行全局曝光模式。
在另一示例性实施例中，语音信号和触摸屏的操作可以同时输入，使图像处理模块2根据语音和触摸屏的手势指令执行对应的图像处理。
更详细地，如图4所示，在一优选实施例中，人机交互模块1同时提供语音控制F1和触摸屏控制F2，触摸屏控制F2和语音控制F1均能控制曝光模式 P1或P2，优选还能控制数字变焦模式P3。因此，用户在使用时可选择其中一种来进行人机交互。在具体操作时，内窥镜镜体4所获取的原始图像数据A1输入至图像处理模块2，图像处理模块2对原始图像数据A1进行对应的图像曝光处理后输出至图像显示模块3，由图像显示模块3进行图像显示A2。所需理解，在图像处理的过程中，图像处理模块2通常还具有颜色空间转换P4的功能，以便于输入和输出图像。
图5示出了本发明一优选实施例的语音控制的流程图。如图5所示，语音控制的过程具体可包括：
步骤B1：用户借助于语音设备12输入语音信号；
步骤B2：人机交互模块1对所输入的语音信号进行采集；
步骤B3：信号传递模块6再进一步识别语音信号并转换为语音数字信号；
步骤B4：信号传递模块6将语音数字信号传递至图像处理模块2；此时，如果语音数字信号对应于“局部曝光模式开启”，则执行步骤B5；如果语音数字信号对应于“局部曝光模式关闭”，则执行步骤B6；
步骤B5：图像处理模块2开启局部曝光模式，并优选同步开启数字变焦模式；
步骤B6：图像处理模块2关闭局部曝光模式，并优选同步关闭数字变焦模式；此时，执行自动曝光模式。
图6示出了本发明一优选实施例的触摸屏控制的流程图。如图6所示，触摸屏控制的过程具体可包括：
步骤C1：用户借助于触摸屏11输入触摸屏信号；
步骤C2：人机交互模块1对所输入的触摸屏信号进行采集；
步骤C3：信号传递模块6再进一步识别触摸屏信号并转换为触摸屏数字信号；
步骤C4：信号传递模块6将触摸屏数字信号传递至图像处理模块2；此时，如果触摸屏数字信号对应于“局部曝光模式开启”，则执行步骤C5；如果触摸屏数字信号对应于“局部曝光模式关闭”，则执行步骤C6；
步骤C5：图像处理模块2开启局部曝光模式，并优选同步开启数字变焦模式；
步骤C6：图像处理模块2关闭局部曝光模式，并优选同步关闭数字变焦模式；此时，执行自动曝光模式。
进一步，所述图像处理模块2根据经确定的曝光模式，选择性执行不同的图像亮度统计方法，以获取当前帧图像的亮度，并根据所述当前帧图像的亮度获取下一帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光增益和曝光时间。
在一实施例中，所述图像处理模块2根据经确定的所述全局曝光模式，选择执行第一种图像亮度统计方法。
在一实施例中，所述图像处理模块2根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行第二种图像亮度统计方法。
在另一实施例中，所述图像处理模块2根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行第三种图像亮度统计方法。
图7示出了本发明一优选实施例的语音信号识别以及输出的原理图。如图7 所示，如iPad端输入语音信号时，若该语音信号中的控制信息为“关闭局部曝光模式”，则对应于人机交互模块1中的精准曝光的使能被关闭，继而信号传递模块6识别该对应关闭局部曝光模式的语音信号中的控制信息并转换为图像处理单元2(如FPGA)能够识别的语音数字信号，对应于关闭局部曝光模式的语音数字信号传递至图像处理模块2，此时，图像处理模块2中的精准曝光模块的使能被置为“0”，优选数字变焦模块的使能也被置为“0”，从而关闭局部曝光模式和数字变焦模式，同时图像处理模块2中的亮度统计方法置为“0”(对应将采用第一种图像亮度统计方法)，从而图像处理模块2退出精准曝光以及数字变焦模式，而执行自动曝光。
如iPad端输入语音信号时，若该语音信号中的控制信息为“开启局部曝光模式”，则对应于人机交互模块1中的精准曝光的使能被打开，优选人机交互模块1中的数字变焦的使能也被打开，继而信号传递模块6识别该对应打开局部曝光模式的语音信号中的控制信息并转换为图像处理单元2(如FPGA)能够识别的语音数字信号，对应于打开局部曝光模式的语音数字信号传递至图像处理模块2，此时，图像处理模块2中的精准曝光模块的使能被置为“1”，优选数字变焦模块的使能也被置为“1”，从而打开局部曝光模式和数字变焦模式，同时图像处理模块2中的亮度统计方法置为“2”(对应将采用第三种图像亮度统计方法)，从而图像处理模块2开启精准曝光以及数字变焦模式。那么，当精准曝光被语音唤醒后，图像处理模块2还能够根据用户在触摸屏上的手指滑动坐标，计算数字变焦的放大倍数来实现图像的缩放。
图8示出了本发明一优选实施例的触摸屏信号识别以及输出的原理图。如图8所示，如iPad端输入触摸屏信号时，若该触摸屏信号为“关闭局部曝光模式”，则对应于人机交互模块1中的精准曝光的使能被关闭，继而信号传递模块 6识别该对应关闭局部曝光模式的触摸屏信号并转换为图像处理单元2(如 FPGA)能够识别的触摸屏信号数字信号，对应于关闭局部曝光模式的触摸屏信号数字信号传递至图像处理模块2，此时，图像处理模块2中的精准曝光模块的使能被置为“0”，优选数字变焦模块的使能也被置为“0”，从而关闭局部曝光模式和数字变焦模式，同时图像处理模块2中的亮度统计方法置为“0”(对应将采用第一种图像亮度统计方法)，从而图像处理模块2退出精准曝光以及数字变焦模式，而执行自动曝光。在一具体实施例中，可通过双击触摸屏11来确定输出关闭局部曝光模式的触摸屏信号。当然不限于此双击操作方式。
如iPad端输入触摸屏信号时，若该触摸屏信号为“开启局部曝光模式”，则对应于人机交互模块1中的精准曝光的使能被打开，优选人机交互模块1中的数字变焦的使能也被打开，继而信号传递模块6识别该对应打开局部曝光模式的触摸屏信号并转换为图像处理单元2(如FPGA)能够识别的触摸屏数字信号，对应于打开局部曝光模式的触摸屏数字信号传递至图像处理模块2，此时，图像处理模块2中的精准曝光模块的使能被置为“1”，优选数字变焦模块的使能也被置为“1”，从而打开局部曝光模式和数字变焦模式，同时图像处理模块2中的亮度统计方法置为“1”(对应将采用第二种图像亮度统计方法)，从而图像处理模块2开启精准曝光以及数字变焦模式。那么，当精准曝光被语音唤醒后，图像处理模块2还能够根据用户在触摸屏上的手指滑动坐标，计算数字变焦的放大倍数来实现图像的缩放。
图9示出了根据本发明一优选实施例的第一种图像亮度统计方式的原理图。如图9所示，当执行第一种图像亮度统计方式时，图像处理模块2执行自动曝光模式，实现图像的全局曝光，在该方式下，针对宽度为w、高度为h的当前帧图像，首先以当前图像的中心点(x0，y0)为中心，确定宽度为w、高度为h 的第一图像亮度统计区域S0，并将所述第一图像亮度统计区域S0中的RGB分量均值确定为当前帧图像的亮度cur。当前帧图像的亮度的计算公式为：
Figure RE-GDA0003372922170000151
式(1)中：i，j分别代表第一图像亮度统计区域S0中的坐标；Intensity_0 为当前帧图像的亮度值；R、G和B分别代表当前帧图像的颜色值。
图10示出了根据本发明一优选实施例的第二种图像亮度统计方式的原理图。如图10所示，当执行第二种图像亮度统计方式时，图像处理模块2执行局部曝光模式，实现图像的局部曝光，在该方式下，针对宽度为w、高度为h的当前帧图像，以触摸屏中当前图像的单击点(x0，y0)为中心，确定宽度为w0、高度为h0的第二图像亮度统计区域S1，并在所述第二图像亮度统计区域S1中进行前景提取，进而获取前景区域权重表，并根据所述前景区域权重表获取当前帧图像的亮度cur。当前帧图像的亮度的计算公式为：
Figure RE-GDA0003372922170000161
式(2)中：i，j分别代表第二图像亮度统计区域S1中的坐标；Intensity_1 为当前帧图像的亮度值；weight代表前景区域权重表中查询的权重值；R、G 和B分别代表当前帧图像的颜色值。
图11示出了根据本发明一优选实施例的第三种图像亮度统计方式的原理图。如图11所示，当执行第三种图像亮度统计方式时，图像处理模块2执行局部曝光模式，实现图像的局部曝光，在该方式下，针对宽度为w、高度为h的当前帧图像，以当前图像的中心点(x0，y0)为中心，确定宽度为w0、高度为h0 的第三图像亮度统计区域S2，并在所述第三图像亮度统计区域S2中进行前景提取，以获取前景区域权重表，并根据所述前景区域权重表获取当前帧图像的亮度cur。当前帧图像的亮度的计算公式为：
Figure RE-GDA0003372922170000162
式(3)中：i，j分别代表第三图像亮度统计区域S2中的坐标；Intensity_2 为当前帧图像的亮度值；weight代表前景区域权重表中查询的权重值；R、G和 B分别代表当前帧图像的颜色值。
以上的前景提取的实施方式和前景区域权重表的获取方式均为本领域技术人员公知的图像处理技术，因此本说明书未做详细的描述。在常规的图像处理技术中，通常可基于OTSU算法统计图像二值化阈值m，并根据如下公式计算得到前景区域权重表：
Figure RE-GDA0003372922170000163
式(4)中：i、j分别代表图像统计区域中的坐标；P(i,j)代表图像统计区域中的像素值；m为图像二值化阈值；weight代表前景区域权重表中的权重值。
所需理解的是，以上第一图像亮度统计区域、第二图像亮度统计区域和第三图像亮度统计区域的尺寸和形状不作限定，此外，第二图像亮度统计区域和第三图像亮度统计区域的尺寸和形状可以相同或不相同，而且图像亮度统计区域的形状不限定为矩形，还可以是其他形状，如椭圆形等。
图12示出了根据本发明一优选实施例的执行精准曝光算法的原理图。如图 12所示，实现局部曝光模式的步骤大致可包括：
步骤21：图像处理模块2确定目标感兴趣区域和亮度统计方式；
步骤22：图像处理模块2根据经确定的亮度统计方式，获取当前帧图像的亮度值；
步骤23：图像处理模块2再根据当前帧图像的亮度值、经确定的曝光公式以及预设目标亮度值，获取曝光量；
步骤24：图像处理模块2最终根据经确定的曝光量，获取下一帧图像的曝光参数，如曝光增益gain’和曝光时间expt’；
步骤25：图像传感器根据图像处理模块2更新的驱动参数(即曝光时间和曝光增益)来调节曝光量。
可以理解的是，图像处理模块2中存储有对应的曝光公式和预设的曝光控制参数，所述预设的曝光控制参数包括目标亮度target、最大和最小曝光时间 exp_t、最大和最小曝光增益gain，以及曝光表A/B。其中，曝光公式为：
Qx＝(1+Δc/cur)*gain0*exp_t0 (5)
Δc＝t arg et-cur (6)
式(5)和式(6)中：Δc为预设目标亮度与当前帧图像的亮度差值；target 为预设目标亮度值；cur为当前帧图像的亮度值；Qx为曝光量；gain0为前一帧图像的曝光增益；exp_t0为前一帧图像的曝光时间。
本实施例中，可通过查询曝光表来获取具体的曝光增益gain’和曝光时间 expt’。
具体地，图像处理模块2提供第一曝光表A和第二曝光表B，所述第一曝光表存储有曝光时间的预设范围和固定的曝光增益，所述第二曝光表B存储有固定的曝光时间和曝光增益的预设范围；先查询第一曝光表A，并获取下一帧图像的曝光时间和曝光增益，且当根据第一曝光表中的曝光时间和曝光增益所确定的曝光量不满足预设曝光量时，再查询第二曝光表B，并获取下一帧图像的曝光时间和曝光增益。
Figure RE-GDA0003372922170000181
因此，通过第一曝光表A先调节曝光时间，而曝光增益固定，且当第一曝光表A不满足预设曝光量的要求时，再根据第二曝光表B调节曝光增益并保持固定的曝光时间，如此配置，可以提高曝光速度。
此外，本申请对数字变焦的方式不作限定，其可采用现有技术中的数字变焦技术来实现，因此对其不作详细的阐述。如通过语音触发数字变焦模式后，在第三种图像统计区域S2中进行后续变焦操作，而通过触摸屏触发数字变焦模式后，在第二种图像统计区域S1中进行后续的变焦操作即可。
在本申请实施例中，所述图像处理模块2根据经确定的局部曝光模式，选择执行数字变焦模式；当执行数字变焦模式时，所述图像处理模块2根据所述人机交互指令，获取对应于所述数字变焦模式的缩放倍数；所述图像处理模块进一步根据经确定的所述缩放倍数，对所述目标感兴趣区域进行图像缩放处理，然后，图像显示模块3显示缩放后的所述目标感兴趣区域的图像。
更详细地，所述根据所述人机交互指令，获取对应于所述数字变焦模式的缩放参数的计算公式为：
Figure RE-GDA0003372922170000182
式(7)中：d0为其中一个手指在触摸屏上滑动的欧式距离；d1为另一个手指在触摸屏上滑动的欧式距离；d为两个手指在触摸屏上滑动的欧式距离的平均值；s为缩放倍数；(x0，y0)为其中一个手指在触摸屏上滑动的起始点坐标，(x1，y1)为其中一个手指在触摸屏上滑动的终点坐标；(x0'，y0')为另一个手指在触摸屏上滑动的起始点坐标，(x1'，y1')为另一个手指在触摸屏上滑动的终点坐标。
进一步地，本发明实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，当所述程序被执行时，实现前述的成像装置所执行的所有步骤。所述程序也可称为计算机程序、软件、软件应用程序、应用程序或代码，包括用于可编程处理器的机器指令。
所需理解，本实施例对图像处理模块2的种类没有特别的限制，可以是执行逻辑运算的硬件，例如，单片机、微处理器、可编程逻辑控制器(PLC， Programmable LogicController)或者现场可编程逻辑门阵列(FPGA， Field-Programmable Gate Array)，或者是在硬件基础上的实现上述功能的软件程序、功能模块、函数、目标库(Object Libraries)或动态链接库(Dynamic-Link Libraries)。本申请中的图像显示模块3的种类也没有特别的限制，其主要是能够显示图像的显示屏。本申请中的信号传递模块6的种类亦不作特别的限定，可以是执行模拟信号和数字信号转换的硬件或在硬件基础上的实现模数转换的软件程序、功能模块。
上述描述仅是对本发明优选实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种图像曝光成像方法，其特征在于，包括：
提供局部曝光模式；
根据经确定的人机交互指令，执行所述局部曝光模式，以对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理，然后显示曝光处理后的所述目标感兴趣区域的图像。
2.根据权利要求1所述的图像曝光成像方法，其特征在于，还包括：
提供全局曝光模式，并根据经确定的人机交互指令，选择性执行所述全局曝光模式或所述局部曝光模式。
3.根据权利要求2所述的图像曝光成像方法，其特征在于，所述目标感兴趣区域是通过触摸屏而选定的，且所述人机交互指令为触摸所述触摸屏的手势指令和/或语音指令。
4.根据权利要求3所述的图像曝光成像方法，其特征在于，所述根据经确定的人机交互指令，选择性执行所述全局曝光模式或所述局部曝光模式，包括：
根据经确定的触摸所述触摸屏的手势指令，识别触摸所述触摸屏的触摸状态，并根据所述触摸状态确定执行所述局部曝光模式或所述全局曝光模式。
5.根据权利要求4所述的图像曝光成像方法，其特征在于，所述触摸状态包括第一触摸状态和第二触摸状态；
其中根据所述第一触摸状态确定执行所述局部曝光模式；以及，
根据所述第二触摸状态确定执行所述全局曝光模式。
6.根据权利要求3所述的图像曝光成像方法，其特征在于，还包括：
根据经确定的曝光模式，选择性执行不同的图像亮度统计方法，以获取当前帧图像的亮度，并根据所述当前帧图像的亮度获取下一帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光增益和曝光时间。
7.根据权利要求6所述的图像曝光成像方法，其特征在于，根据经确定的所述全局曝光模式，选择执行第一种图像亮度统计方法；所述第一种图像亮度统计方法包括：
以当前图像的中心点为中心，确定整个图像为第一图像亮度统计区域，并将所述第一图像亮度统计区域中的RGB分量均值确定为当前帧图像的亮度。
8.根据权利要求6所述的图像曝光成像方法，其特征在于，根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行第二种图像亮度统计方法；所述第二种图像亮度统计方法包括：
以触摸屏中当前图像的点击点为中心，确定第二图像亮度统计区域，并在所述第二图像亮度统计区域中进行前景提取，以获取前景区域权重表，并根据所述前景区域权重表获取当前帧图像的亮度。
9.根据权利要求6所述的图像曝光成像方法，其特征在于，根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行第三种图像亮度统计方法；所述第三种图像亮度统计方法包括：
以当前图像的中心点为中心，确定第三图像亮度统计区域，并在所述第三图像亮度统计区域中进行前景提取，以获取前景区域权重表，并根据所述前景区域权重表获取当前帧图像的亮度。
10.根据权利要求1所述的图像曝光成像方法，其特征在于，实现所述局部曝光模式的步骤包括：
根据经确定的所述目标感兴趣区域以及亮度统计方式，获取当前帧图像的亮度值；
根据所述当前帧图像的亮度值、经确定的曝光公式以及预设目标亮度值，获取曝光量；
根据经确定的所述曝光量，获取下一帧图像的曝光参数，所述曝光参数包括曝光增益和曝光时间。
11.根据权利要求10所述的图像曝光成像方法，其特征在于，所述曝光公式为：
Qx＝(1+Δc/cur)*gain0*exp_t0；
Δc＝target-cur；
其中：Δc为预设目标亮度与当前帧图像的亮度差值；target为预设目标亮度值；cur为当前帧图像的亮度值；Qx为曝光量；gain0为前一帧图像的曝光增益；exp_t0为前一帧图像的曝光时间。
12.根据权利要求10或11所述的图像曝光成像方法，其特征在于，所述根据经确定的所述曝光量，获取下一帧图像的曝光参数，包括：
提供第一曝光表和第二曝光表；所述第一曝光表存储有曝光时间的预设范围和固定的曝光增益；所述第二曝光表存储有固定的曝光时间和曝光增益的预设范围；
先查询所述第一曝光表，并获取下一帧图像的曝光时间和曝光增益，且当根据所述第一曝光表中的曝光时间和曝光增益所确定的曝光量不满足预设曝光量时，再查询所述第二曝光表，并获取下一帧图像的曝光时间和曝光增益。
13.根据权利要求3所述的图像曝光成像方法，其特征在于，还包括：
根据经确定的所述局部曝光模式，选择执行数字变焦模式；
当执行所述数字变焦模式时，根据所述人机交互指令，获取对应于所述数字变焦模式的缩放倍数；
根据经确定的所述缩放倍数，对所述目标感兴趣区域进行图像缩放处理，然后显示缩放后的所述目标感兴趣区域的图像。
14.根据权利要求13所述的图像曝光成像方法，其特征在于，根据所述人机交互指令，获取对应于所述数字变焦模式的缩放参数的计算公式为：
Figure FDA0003313363660000031
Figure FDA0003313363660000032
Figure FDA0003313363660000033
Figure FDA0003313363660000034
其中：d0为其中一个手指在触摸屏上滑动的欧式距离；d1为另一个手指在触摸屏上滑动的欧式距离；d为两个手指在触摸屏上滑动的欧式距离的平均值；s为缩放倍数；(x0，y0)为其中一个手指在触摸屏上滑动的起始点坐标，(x1，y1)为其中一个手指在触摸屏上滑动的终点坐标；(x0'，y0')为另一个手指在触摸屏上滑动的起始点坐标，(x1'，y1')为另一个手指在触摸屏上滑动的终点坐标。
15.根据权利要求1所述的图像曝光成像方法，其特征在于，还包括：
提供医用冷光源，以输出白光，并基于所述白光进行曝光处理。
16.一种成像装置，用于执行根据权利要求1-15中任一项所述的图像曝光成像方法，其特征在于，包括通信连接的人机交互模块、图像处理模块以及图像显示模块；
所述人机交互模块被配置为用于获取人机交互指令；
所述图像处理模块被配置为用于根据经确定的人机交互指令，执行局部曝光模式；且所述图像处理模块提供局部曝光模式；
所述图像处理模块还被配置为用于根据经确定的所述局部曝光模式，对所选中的目标感兴趣区域进行曝光处理；
所述图像显示模块被配置为用于显示曝光处理后的所述目标感兴趣区域的图像。
17.根据权利要求16所述的成像装置，其特征在于，所述图像处理模块还提供全局曝光模式，且所述图像处理模块被配置为用于根据经确定的人机交互指令，选择性执行所述局部曝光模式或所述全局曝光模式。
18.根据权利要求16所述的成像装置，其特征在于，所述成像装置还包括信号传递模块，所述信号传递模块被配置为用于识别所述人机交互指令，并将所述人机交互指令转换为数字信号并传递至所述图像处理模块。
19.根据权利要求16所述的成像装置，其特征在于，所述人机交互模块包括触摸屏和/或语音设备；所述触摸屏用于采集触摸手势指令；所述语音设备用于采集语音指令；且所述触摸屏还用于采集目标感兴趣区域。
20.根据权利要求16所述的成像装置，其特征在于，还包括内窥镜镜体和/或照明模块；
所述内窥镜镜体分别与所述图像处理模块和所述人机交互模块通信连接；所述内窥镜镜体用于获取预定对象的图像；
所述照明模块用于向所述内窥镜镜体提供医用冷光源，所述医用冷光源能够输出白光。
21.一种可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，所述程序运行时，实现根据权利要求1～15中任一项所述的图像曝光成像方法。
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