CN114795072B

CN114795072B - 一种内窥镜光源控制方法、装置、电子设备及存储介质

Info

Publication number: CN114795072B
Application number: CN202210766376.8A
Authority: CN
Inventors: 梁江荣; 吴春波; 郭志飞; 安昕
Original assignee: Guangdong Optomedic Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Oupu Mandi Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-01
Filing date: 2022-07-01
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2042-07-01
Also published as: CN114795072A

Abstract

本申请提供了一种内窥镜光源控制方法、装置、电子设备及存储介质，涉及内窥镜光源控制技术领域，其技术方案要点是：获取深度图像；根据所述深度图像计算得到前景区域并计算出所述前景区域到光源的距离；根据所述前景区域到所述光源的距离调整所述光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。本申请提供的一种内窥镜光源控制方法、装置、电子设备及存储介质具有防止内窥镜光源功率过高导致灼伤生物组织的优点。

Description

一种内窥镜光源控制方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及内窥镜光源控制技术领域，具体而言，涉及一种内窥镜光源控制方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

现代的内窥镜影像系统，一般由摄像头、摄像主机、光源和显示器组成。摄像头负责捕捉人体内的画面，摄像主机负责控制系统和数据处理，光源负责为人体提供充足照明，显示器负责呈现摄像主机传输的画面。

传统的内窥镜影像系统，光源的出光是常亮的，通过摄像头的自动曝光处理，进行曝光参数的调节，用来调节过曝和欠曝的场景应用。特别地，在荧光手术过程中，当医生进行组织的近距离观察时，高功率的近红外激光就可能会灼伤人体组织，造成医疗意外。

近年来，行业内有提出过自适应调光的方案，主要方法是基于图像的固定测光区域进行亮度评估，当图像过曝时，则通过指令控制光源降低亮度；当图像欠曝时，则通过指令控制光源提高亮度。然而，内窥镜手术场景是复杂多变的，如果中心区域的组织远离内窥镜、四周区域的组织贴近内窥镜，此时固定的中心测光区域判断图像欠曝，内窥镜系统会提高光源的亮度，从而增加灼伤四周区域的组织的风险。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本申请的目的在于提供一种内窥镜光源控制方法、装置、电子设备及存储介质，具有防止内窥镜光源功率过高导致灼伤生物组织的优点。

第一方面，本申请提供了一种内窥镜光源控制方法，技术方案如下：

获取深度图像；

根据所述深度图像计算得到前景区域并计算出所述前景区域到光源的距离；

根据所述前景区域到所述光源的距离调整所述光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

根据深度图像计算得到前景区域并计算前景区域到光源的距离，然后根据前景区域到光源的距离来调整光源的输出功率，避免输出功率过高而距离过近导致光源灼伤生物组织，因此具有防止内窥镜光源功率过高导致灼伤生物组织的有益效果。

进一步地，在本申请中，所述计算出所述前景区域到光源的距离的步骤包括：

获取可见光图像；

判断所述前景区域与所述可见光图像中的测光区域是否具有重合区域；

在所述前景区域与所述测光区域不具有重合区域时，计算所述前景区域到所述光源的距离。

进一步地，在本申请中，还包括：

在所述前景区域与所述测光区域具有重合区域时，计算所述测光区域的亮度；

根据所述测光区域的亮度调整所述光源的输出功率。

进一步地，在本申请中，所述根据所述测光区域的亮度调整所述光源的输出功率的步骤包括：

根据所述测光区域与所述前景区域的重合区域的亮度调整所述光源的输出功率。

进一步地，在本申请中，所述根据所述深度图像计算得到前景区域的步骤包括：

提取所述深度图像中的Y通道图像；

计算所述Y通道图像最大类间方差并得到对应的分割阈值；

根据所述对应的分割阈值将所述Y通道图像分割出所述前景区域。

计算所述前景区域与所述光源的最短距离或平均距离；

所述根据所述前景区域到所述光源的距离调整所述光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率的步骤包括：

根据所述前景区域与所述光源的最短距离或平均距离调整所述光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

进一步地，在本申请中，还包括：

计算所述可见光图像的亮度；

根据所述可见光图像的亮度在不超过所述安全功率下调整所述光源的输出功率。

第二方面，本申请还提供一种内窥镜光源控制装置，包括：

获取模块，用于获取深度图像；

计算模块，用于根据所述深度图像计算得到前景区域并计算出所述前景区域到光源的距离；

调整模块，用于根据所述前景区域到所述光源的距离调整所述光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

第三方面，本申请还提供一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行上述方法中的步骤。

第四方面，本申请还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，运行上述方法中的步骤。

由上可知，本申请提供的一种内窥镜光源控制方法，根据深度图像计算得到前景区域并计算前景区域到光源的距离，然后根据前景区域到光源的距离来调整光源的输出功率，避免输出功率过高而距离过近导致光源灼伤生物组织，因此具有防止内窥镜光源功率过高导致灼伤生物组织的有益效果。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1为本申请提供的一种内窥镜光源控制方法示意图。

图2为本申请提供的一种内窥镜光源控制装置示意图。

图3为本申请提供的一种电子设备示意图。

图中：210、获取模块；220、计算模块；230、调整模块；310、处理器；320、存储器。

具体实施方式

下面将结合本申请中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在现有的内窥镜使用的方案中，为了避免光源的发光功率过高，会通过检测图像的亮度来调整光源的输出功率，避免过曝以及光源的功率过高导致灼伤，然而，在现有技术中，其曝光控制是依据于测光区域的亮度来进行调整光源的输出功率的，如果测光区域的亮度比较暗，则会提高光源的亮度或延长曝光时间，如果测光区域的亮度比较亮，则会降低光源的亮度或缩短曝光时间，基于测光区域的亮度进行的曝光控制存在着无法兼顾测光区域以外区域的情况，特别是针对于内窥镜的应用场合，内窥镜通常需要进入体内进行图像的获取，而体内的环境较为特殊，场景复杂多变，具有很多测光区域远离内窥镜而测光区域以外的区域靠近内窥镜的情况，在传统的方案中，测光区域远离内窥镜而导致亮度低，因此会调高光源的输出功率，进而提高亮度，但是，由于测光区域外的区域靠近内窥镜，导致这部分区域接收的光照辐射较高，于是很容易出现灼伤的情况。

对此，请参照图1，本申请提供了一种内窥镜光源控制方法，用于控制内窥镜光源的输出功率，其技术方案具体包括：

S110、获取深度图像；

S120、根据深度图像计算得到前景区域并计算出前景区域到光源的距离；

S130、根据前景区域到光源的距离调整光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

通过上述技术方案，本申请通过获取深度图像，利用深度图像来计算得到前景区域，其中，深度图像可以由额外的深度相机获取，例如tof相机等，在计算出前景区域后，计算前景区域到光源的距离，通过深度信息将深度图像分成两部分，一部分为前景区域，另一部分为背景区域，前景区域是指靠近光源的部分，因此，通过深度图像计算得到的前景区域可以很好的兼顾测光区域以外而又靠近内窥镜的区域，通过前景区域到光源的距离来调整光源的输出功率，可以有效避免测光区域以外靠近光源的区域被光源灼伤。

其中，不同的距离都对应有光源的安全功率，可以事先通过实验得到，具体的，每个距离的安全功率可以参考人体皮肤热危害曝辐限值36mW/cm²进行预设。

进一步地，在其中一些实施例中，计算出前景区域到光源的距离的步骤包括：

获取可见光图像；

判断前景区域与可见光图像中的测光区域是否具有重合区域；

在前景区域与测光区域不具有重合区域时，计算前景区域到光源的距离。

在前景区域与测光区域具有重合区域时，计算测光区域的亮度；

根据测光区域的亮度调整光源的输出功率。

优选的，可见光图像与深度图像具有相同的视野。

通过上述技术方案，当前景区域与测光区域不存在重合区域时，计算前景区域到光源的距离，这是因为，当前景区域与测光区域存在重合区域时，表明测光区域中存在前景区域，可以直接通过获取测光区域中的亮度来调整光源的输出功率，通过测光区域中的亮度来调整光源的输出功率可以更容易获得成像质量较好的图像，不容易出现过曝或欠曝的情况，而如果仅仅是根据前景区域与光源的距离来调整光源的输出功率，比较容易出现欠曝的情况，因此，当前景区域与测光区域存在重合区域时，根据测光区域的亮度来调整光源的功率，当前景区域与测光区域不存在重合区域的时候，则计算前景区域与光源的距离，再根据前景区域与光源的距离调整光源的输出功率，避免光源的功率过高导致测光区域以外的区域被灼伤。

在另外一些实施例中，当前景区域与测光区域具有重合区域时，可以计算重合区域与测光区域的比例，当比例达到预设值的时候，计算前景区域到光源的距离，根据前景区域到光源的距离来调整光源的输出功率。

进一步地，在其中一些实施例中，根据测光区域的亮度调整光源的输出功率的步骤包括：

根据测光区域与前景区域的重合区域的亮度调整光源的输出功率。

通过上述技术方案，根据测光区域与前景区域的重合区域的亮度调整光源的输出功率可以避免灼伤的情况发生，因为在测光区域中，仍然存在深度变化，根据深度的不同，靠近光源的部分的亮度高，远离光源的部分的亮度低，如果仅仅只是计算测光区域的平均亮度，则有可能导致平均亮度较低从而调高光源的输出功率，进而导致靠近光源的部分被灼伤，因此，在根据亮度调整光源的输出功率的时候，需要根据测光区域与前景区域的重合区域的亮度来进行调整。

进一步地，在其中一些实施例中，根据深度图像计算得到前景区域的步骤包括：

提取深度图像中的Y通道图像；

计算Y通道图像最大类间方差并得到对应的分割阈值；

根据对应的分割阈值将Y通道图像分割出前景区域。

通过上述技术方案，利用最大类间方差法来实现前景区域和背景区域的划分，计算简单，并且不受图像亮度和对比度的影响，背景和前景之间的类间方差越大，说明构成图像的两部分的差别越大，当部分前景错分为背景或部分背景错分为前景都会导致两部分差别变小。因此，使用最大类间方差的分割意味着错分概率最小。

具体的，可以将深度图像转换到YUV模型，提取Y通道图像，按照区间[0，255]中共256级灰阶逐一作为Y通道图像的分割阈值，分割阈值可以记为T0、T1......T255，统计每一个分割阈值对应的前景区域的像素点数占Y通道图像的像素点数的比例、前景区域的平均灰度、对应的背景区域的像素点数占Y通道图像的像素点数的比例、背景区域的平均灰度以及总的平均灰度；然而再计算出每一个分割阈值对应的前景区域与背景区域的类间方差，即，计算出区间[0,255]的每一个分割阈值对应的类间方差，形成一个类间方差的集合，然后从类间方差的集合中查找出类间方差的最大值以及与最大的类间方差对应的分割阈值，该对应的分割阈值就是最佳分割阈值，利用该最佳的分割阈值对深度图像进行二值化分割，由大于最佳分割阈值的像素点形成的区域即为前景区域，剩下的则为背景区域。

其中，每一个分割阈值对应的总的平均灰度的计算公式为：

其中，计算每一个分割阈值对应的前景区域与背景区域的类间方差的公式为：

其中，u为每一个分割阈值对应的总的平均灰度；w0为每一个分割阈值对应的前景区域的像素点数占Y通道图像的像素点数的比例；u0为每一个分割阈值对应的前景区域的平均灰度；w1为每一个分割阈值对应的背景区域的像素点数占Y通道图像的像素点数的比例；u1为每一个分割阈值对应的背景区域的平均灰度；g为每一个分割阈值对应的前景区域与背景区域的类间方差。

计算前景区域与光源的最短距离或平均距离；

根据前景区域与光源的距离调整光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率的步骤包括：

根据前景区域到光源的最短距离或平均距离调整光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

通过上述技术方案，由于前景区域是一个范围区间，具有一定的面积，因此，在计算前景区域到光源的距离的时候有无数个点，对应有无数个距离，其中，可以通过求取前景区域的平均距离，以平均距离作为前景区域到光源的距离，然后查询该距离下对应的安全功率，控制光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

此外，也可以计算前景区域到光源的最短距离，由于深度图像中包含有深度信息，因此可以得到深度图像中距离光源最近的点，计算该点与光源的距离，然后查询该距离下对应的安全功率，控制光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

相比之下，计算前景区域与光源之间的平均距离，然后控制光源的输出功率不超过该平均距离下对应的安全功率可以减少欠曝的情况。计算前景区域到光源的最短距离，控制光源的输出功率不超过该最短距离下对应的安全功率具有最安全的效果。

进一步地，在其中一些实施例中，还包括：

计算可见光图像的亮度；

根据可见光图像的亮度在不超过安全功率下调整光源的输出功率。

通过上述技术方案，在光源的输出功率不超过对应的安全功率的时候，根据可见光图像的亮度来调整光源的输出功率，这样可以避免出现过曝或欠曝的情况，通常，为了避免过曝和欠曝，可以通过调节曝光时间来实现，但是调节曝光时间有可能出现过多的噪点，进而影响成像质量，而通过调整光源的输出功率，可以提供合适的光照照明，可以有效减少噪点的产生，进而保证高质量的成像效果。

因此，在本实施例里面，在光源的输出功率不超过安全功率的前提下，计算可见光图像的亮度，根据亮度来调整光源的输出功率，进而避免过曝和欠曝，同时保证成像质量。

具体的，当可见光图像的亮度较低的时候，控制光源提高输出功率，当可见光图像的亮度较高的时候，控制光源降低输出功率。

进一步地，在其中一些实施例中，还包括：

计算前景区域的面积；

根据前景区域的面积调整光源的输出功率不超过该面积对应的安全功率。

通过上述技术方案，前景区域的面积越大，受到的总的光照辐射越多，给生物组织带来的危害也就越大，因此，可以通过前景区域的面积来限制光源的输出功率，进而提高安全性。

其中，不同的面积都对应有光源的安全功率，可以通过实验得到。

具体的，生物组织表面受到的光照辐射还与光源到生物组织的距离有关，随着距离的增大，光照辐射的衰减也越大，因此，在一些具体的实施方式中，根据前景区域到光源的距离以及前景区域的面积调整光源的输出功率不超过安全功率，该安全功率也可以通过实验数据得到。

具体的，在计算前景区域的面积的时候，可以通过深度图像得到，然而，深度图像所展现的是一个二维的平面图像，因此还需要结合深度信息，即，根据深度图像中前景区域的面积以及前景区域对应的深度信息计算真实世界坐标系下前景区域的表面积，前景区域在真实世界坐标系下的表面积与深度图像中前景区域的二维平面面积以及对应的深度信息之间有关系函数，该关系函数可以通过实验数据得到，在此不进行赘述。

进一步地，在其中一些实施例中，还包括：

计算深度图像在测光区域内的最低点与深度图像中的最高点的最大间隔距离；

当最大间隔距离超过设定值的时候发出报警信号。

其中，深度图像在测光区域内的最低点指的是距离光源最远的点，深度图像中的最高点是指与光源最近的点。

当最大间隔距离超过设定值的时候，表明很有可能会出现欠曝的情况，为了避免灼伤生物组织，距离光源最近的点会影响光源的安全功率，当存在有距离光源很近的点的时候，光源的安全功率就会很小，因此会调整光源的输出功率变得比较小，而如果此时在测光区域内存在一个点与距离光源最近的点的距离很远，那么在测光区域内的光照就会变得很弱，有很大可能因为光照不足而导致可见光图像在局部区域有比较严重的欠曝情况，并且测光区域是主要的观察区域，因此，在这种情况下需要发出报警信号，提醒使用者需要调整内窥镜的位置。

综上，本申请提出了一种内窥镜光源控制方法，该方法可以自适应地对光源进行控制，基于深度图像得到深度信息，然后提取划分得到深度图像中的前景区域，计算前景区域与光源的距离，从而得到此时光源的安全功率，使光源的输出功率不超过安全功率，可以有效保障生物组织的安全，在此基础上，通过获取可见光图像，计算可见光图像的亮度，根据可见光图像的亮度在不超过安全功率的前提下调整光源的输出功率，进而减少过曝和欠曝的情况发生，保证成像质量。

第二方面，参照图2，本申请还提供一种内窥镜光源控制装置，包括：

获取模块210，用于获取深度图像；

计算模块220，用于根据深度图像计算得到前景区域并计算出前景区域到光源的距离；

调整模块230，用于根据前景区域到光源的距离调整光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

通过上述技术方案，由获取模块210获取深度图像，计算模块220利用深度图像来计算得到前景区域，其中，深度图像可以由额外的深度相机获取，例如tof相机等，在计算出前景区域后，计算前景区域到光源的距离，通过深度信息将深度图像分成两部分，一部分为前景区域，另一部分为背景区域，前景区域是指靠近光源的部分，因此，通过深度图像计算得到的前景区域可以很好的兼顾测光区域以外而又靠近内窥镜的区域，最后由调整模块230通过前景区域到光源的距离来调整光源的输出功率，可以有效避免测光区域以外靠近光源的区域被光源灼伤。

进一步地，在其它一些优选实施例中，本申请提供的一种内窥镜光源控制装置可以执行上述内窥镜光源控制方法中任意一项步骤。

第三方面，参照图3，本申请还提供一种电子设备，包括处理器310以及存储器320，存储器320存储有计算机可读取指令，当计算机可读取指令由处理器310执行时，运行上述方法中的步骤。

通过上述技术方案，处理器310和存储器320通过通信总线和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器320存储有处理器310可执行的计算机程序，当电子设备运行时，处理器310执行该计算机程序，以执行时执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：获取深度图像；根据深度图像计算得到前景区域并计算出前景区域到光源的距离；根据前景区域到光源的距离调整光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

第四方面，本申请还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，运行上述方法中的步骤。

通过上述技术方案，计算机程序被处理器执行时，执行上述实施例的任一可选的实现方式中的方法，以实现以下功能：获取深度图像；根据深度图像计算得到前景区域并计算出前景区域到光源的距离；根据前景区域到光源的距离调整光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率。

其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（Static Random Access Memory, 简称SRAM），电可擦除可编程只读存储器（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory, 简称EEPROM），可擦除可编程只读存储器（Erasable Programmable Read Only Memory, 简称EPROM），可编程只读存储器（Programmable Red-Only Memory, 简称PROM），只读存储器（Read-OnlyMemory, 简称ROM），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

再者，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种内窥镜光源控制方法，其特征在于，包括：

获取深度图像；

根据所述前景区域到所述光源的距离调整所述光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率；

所述计算出所述前景区域到光源的距离的步骤包括：

获取可见光图像；

2.根据权利要求1所述的一种内窥镜光源控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述测光区域的亮度调整所述光源的输出功率。

3.根据权利要求2所述的一种内窥镜光源控制方法，其特征在于，所述根据所述测光区域的亮度调整所述光源的输出功率的步骤包括：

4.根据权利要求1所述的一种内窥镜光源控制方法，其特征在于，所述根据所述深度图像计算得到前景区域的步骤包括：

提取所述深度图像中的Y通道图像；

计算所述Y通道图像最大类间方差并得到对应的分割阈值；

5.根据权利要求1所述的一种内窥镜光源控制方法，其特征在于，所述计算出所述前景区域到光源的距离的步骤包括：

计算所述前景区域与所述光源的最短距离或平均距离；

根据所述前景区域与所述光源的最短距离或平均距离调整所述光源的输出功率不超过所述最短距离或所述平均距离对应的安全功率。

6.根据权利要求1所述的一种内窥镜光源控制方法，其特征在于，还包括：

计算所述可见光图像的亮度；

7.一种内窥镜光源控制装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取深度图像；

调整模块，用于根据所述前景区域到所述光源的距离调整所述光源的输出功率不超过该距离下对应的安全功率；

所述计算出所述前景区域到光源的距离包括：

获取可见光图像；

8.一种电子设备，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如权利要求1-6任一项所述方法中的步骤。

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，运行如权利要求1-6任一项所述方法中的步骤。