CN116681624A - 用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法和装置及内窥镜系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法和装置及内窥镜系统。基于本申请，对于利用内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数，可以利用通过内窥镜成像的每一帧目标图像的亮度信息进行修正，以得到与内窥镜的光学特性、以及该帧目标图像的实际亮度均适配的镜头阴影矫正修订参数，从而，利用镜头阴影矫正修订参数对目标图像进行镜头阴影矫正处理，既可以改善该目标图像中的阴影缺陷，并且还可以同时抑制该目标图像发生边缘过曝。
Description
技术领域
本申请涉及医学影像技术，特别涉及一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法、一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正装置、以及一种内窥镜系统。
背景技术
通过光学镜头成像得到的图像通常具有中间亮、边缘暗的亮度分布，这样的亮度分布是由于光学镜头的光学特性导致的，并且，基于这样的亮度分布，图像中通常还存在位于边缘部分的阴影缺陷，例如，由于亮度不均引发的亮度阴影(Luma Shading)，以及，由于色彩不均引发的色彩阴影(Color Shading)。镜头阴影矫正(Lens Shading Correction，LSC)可以通过增加图像的边缘部分的增益改善图像中的阴影缺陷，因而广泛应用于各种成像场景的图像处理过程中。
通过内窥镜成像的图像中通常也存在上述的阴影缺陷，但不同于其他成像场景，发生在人体内部的内窥镜成像需要借助光源补光，并且，光源产生的补光会导致通过内窥镜成像的图像具有中间暗、边缘亮的亮度分布，尤其是，若诸如脂肪等人体组织出现在图像的边缘部分，这些人体组织极有可能在图像的边缘形成高亮区域。因此，对此类图像实施镜头阴影矫正，容易导致图像的边缘部分过曝，进而导致图像中的有用图像信息丢失。
可见，如何改善内窥镜成像的图像中的阴影缺陷、并同时抑制图像的边缘过曝，成为现有技术中有待解决的技术问题。
发明内容
本申请的实施例提供了一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法、一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正装置、以及一种内窥镜系统，有助于改善内窥镜成像的图像中的阴影缺陷、并同时抑制图像的边缘过曝。
在本申请的一个实施例中，一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法包括：
获取通过内窥镜成像的目标图像；
基于所述目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先基于内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，其中，所述镜头阴影矫正标定参数用于表征各像素位置处的标定增益，并且，所述参数修正信息用于对各像素位置处的标定增益实施以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标的增益调节；
基于所述镜头阴影矫正标定参数、以及所述参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，其中，所述镜头阴影矫正修订参数用于表征各像素位置处的标定增益经增益调节后得到的目标增益；
利用所述镜头阴影矫正修订参数，对所述目标图像进行镜头阴影矫正处理。
在一些示例中，可选地，所述参数修正信息包括各像素位置处的增益修正因子；所述基于所述目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先标定的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，包括：以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标条件，确定所述目标图像在各像素位置处与亮度信息关联的增益修正因子，其中，每个像素位置的增益修正因子用于实施对该像素位置处的标定增益的增益调节，并且，每个像素位置处的目标增益是基于该像素位置处的标定增益和增益修正因子确定的。
在一些示例中，可选地，所述以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标条件，确定所述目标图像在各像素位置处与亮度信息关联的增益修正因子，包括：基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及所述目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子；其中，满足所述目标条件的增益修正因子具有与任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息均相反的单调性，并且，每个像素位置处的目标增益是基于该像素位置处的标定增益与增益修正因子的乘积确定的。
在一些示例中，可选地，所述基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及所述目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子，包括：基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息为自变量的反比例函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
在一些示例中，可选地，所述基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及所述目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子，包括：基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的指数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
在一些示例中，可选地，所述基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及所述目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子，包括：基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的对数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
在一些示例中，可选地，所述镜头阴影矫正标定参数包括各像素位置处的标定矫正系数，并且，每个像素位置处的标定增益由该像素位置处的标定矫正系数确定；所述基于所述镜头阴影矫正标定参数、以及所述参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，包括：利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数；基于对各像素位置处的标定矫正系数的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数；其中，所述镜头阴影矫正修订参数包括各像素位置处的目标矫正系数，每个像素位置处的目标矫正系数是基于对该像素位置处的标定矫正系数的修正结果确定的，并且，每个像素位置处的目标增益由该像素位置处的目标矫正系数确定。
在一些示例中，可选地，每个像素位置处的标定矫正系数为基础数值和增量数值之和，其中，每个像素位置处的标定矫正系数的增量数值用于表征该像素位置处的标定增益；所述利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数，包括：利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数的增量数值；所述基于对各像素位置处的标定矫正系数的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数，包括：基于对各像素位置的标定矫正系数的增量数值的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数，其中，每个像素位置的目标矫正系数为该像素位置的标定矫正系数的基础数值与对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果之和，并且，每个像素位置处的目标增益由对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果表征。
在一些示例中，可选地，每个像素位置的标定矫正系数的基础数值为1，并且，每个像素位置的标定矫正系数超过1的数值部分为用于表征该像素位置处的标定增益的增量数值。
在本申请的另一个实施例中，一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正装置包括：
图像获取模块，用于获取通过内窥镜成像的目标图像；
修正估算模块，用于基于所述目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先基于内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，其中，所述镜头阴影矫正标定参数用于表征各像素位置处的标定增益，并且，所述参数修正信息用于对各像素位置处的标定增益实施以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标的增益调节；
修正执行模块，用于基于所述镜头阴影矫正标定参数、以及所述参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，其中，所述镜头阴影矫正修订参数用于表征各像素位置处的标定增益经增益调节后得到的目标增益；
矫正处理模块，用于利用所述镜头阴影矫正修订参数，对所述目标图像进行镜头阴影矫正处理。
在一些示例中，可选地，所述参数修正信息包括各像素位置处的增益修正因子；所述修正估算模块具体用于：以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标条件，确定所述目标图像在各像素位置处与亮度信息关联的增益修正因子，其中，每个像素位置的增益修正因子用于实施对该像素位置处的标定增益的增益调节，并且，每个像素位置处的目标增益是基于该像素位置处的标定增益和增益修正因子确定的。
在一些示例中，可选地，所述修正估算模块具体用于：基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及所述目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子；其中，满足所述目标条件的增益修正因子具有与任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息均相反的单调性，并且，每个像素位置处的目标增益是基于该像素位置处的标定增益与增益修正因子的乘积确定的。
在一些示例中，可选地，所述修正估算模块具体用于：基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息为自变量的反比例函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
在一些示例中，可选地，所述修正估算模块具体用于：基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的指数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
在一些示例中，可选地，所述修正估算模块具体用于：基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的对数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
在一些示例中，可选地，所述镜头阴影矫正标定参数包括各像素位置处的标定矫正系数，并且，每个像素位置处的标定增益由该像素位置处的标定矫正系数确定；所述修正执行模块具体用于：利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数；基于对各像素位置处的标定矫正系数的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数；其中，所述镜头阴影矫正修订参数包括各像素位置处的目标矫正系数，每个像素位置处的目标矫正系数是基于对该像素位置处的标定矫正系数的修正结果确定的，并且，每个像素位置处的目标增益由该像素位置处的目标矫正系数确定。
在一些示例中，可选地，每个像素位置处的标定矫正系数为基础数值和增量数值之和，其中，每个像素位置处的标定矫正系数的增量数值用于表征该像素位置处的标定增益；所述修正执行模块具体用于：利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数的增量数值；所述基于对各像素位置处的标定矫正系数的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数，包括：基于对各像素位置的标定矫正系数的增量数值的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数，其中，每个像素位置的目标矫正系数为该像素位置的标定矫正系数的基础数值与对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果之和，并且，每个像素位置处的目标增益由对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果确定。
在一些示例中，可选地，每个像素位置的标定矫正系数的基础数值为1，并且，每个像素位置的标定矫正系数超过1的数值部分为用于表征该像素位置处的标定增益的增量数值。
在本申请的另一个实施例中，一种内窥镜系统包括：
内窥成像组件，包括内窥镜和摄像头，所述摄像头用于生成通过内窥镜成像的目标图像；
内窥光源组件，用于提供环绕内窥镜的镜头视野的补光亮度；
处理器组件，用于执行前述实施例所述的镜头阴影矫正方法。
在本申请的另一个实施例中，一种非瞬时计算机可读存储介质，所述非瞬时计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行前述实施例所述的镜头阴影矫正方法。
基于上述实施例，对于利用内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数，可以利用通过内窥镜成像的每一帧目标图像的亮度信息进行修正，以得到与内窥镜的光学特性、以及该帧目标图像的实际亮度均适配的镜头阴影矫正修订参数，从而，利用镜头阴影矫正修订参数对目标图像进行镜头阴影矫正处理，既可以改善该目标图像中的阴影缺陷，并且还可以同时抑制该目标图像发生边缘过曝。
附图说明
以下附图仅对本申请做示意性说明和解释，并不限定本申请的范围：
图1为本申请的一个实施例中的内窥镜系统的系统架构示意图；
图2为如图1所示实施例中的内窥镜系统用于镜头阴影矫正的工作原理示意图；
图3为本申请的另一个实施例中用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法的流程示意图；
图4为本申请的另一个实施例中用于内窥镜成像的镜头阴影矫正装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请进一步详细说明。
图1为本申请的一个实施例中的内窥镜系统的系统架构示意图。请参见图1，在本申请的实施例中，内窥镜系统可以包括内窥成像组件10、内窥光源组件20以及主机设备30。
内窥成像组件10包括内窥镜11和摄像头12，其中，内窥镜11可以通过施术通道进入体内，摄像头12可以装设在内窥镜11的末端，并且，在随内窥镜11进入体内的期间内，摄像头12用于生成通过内窥镜11成像的目标图像。例如，摄像头12可以包括诸如电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)或互补金属氧化物半导体(Complementary Metal OxideSemiconductor，CMOS)等感光元件。
内窥光源组件20用于提供环绕内窥镜11的镜头视野的补光亮度，因此，通过内窥镜11成像的目标图像可能具有中间暗、边缘亮的亮度分布。例如，内窥光源组件20可以包括任意一种冷光光源，并且，内窥光源组件20产生的补光光束可以通过光导管传递至内窥镜11中。
主机设备30包括处理器组件310，该处理器组件310可以用于控制内窥成像组件10和内窥光源组件20，该处理器组件310还可以用于对摄像头12通过内窥镜11成像的目标图像进行图像处理，该处理器组件310对目标图像执行的图像处理至少包括镜头阴影矫正处理，并且，经处理器组件310处理后的图像用于在显示装置40可视化呈现。例如，该处理器组件310可以包括诸如微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，FPGA)等电气控制元件，并且，还可以包括诸如中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)、图像信号处理器(Image Signal Processor，ISP)、图形处理单元(Graphic Processing Unit，GPU)等具有数据处理功能的数据处理元件。
主机设备30还可以包括存储介质320和内存330。其中，存储介质320可以存储用于处理器组件310执行的指令，并且，内存330至少可以存储处理器组件310在执行图像处理时的中间数据。例如，存储介质320可以包括诸如闪存(Flash)等非易失性存储介质，并且，内存330可以包括诸如(随机访问存储器Random Access Memory，RAM)及其衍生存储介质等易失性存储介质。
在本申请的实施例中，为了改善内窥镜成像的图像中的阴影缺陷，存储介质320中还可以存储预先标定的镜头阴影矫正标定参数，并且，该镜头阴影矫正标定参数用于表征各像素位置处的标定增益。
其中，对镜头阴影矫正标定参数的标定，可以选择基于位置的镜头阴影矫正标定算法，或者，也可以选用基于样本图像的镜头阴影矫正标定算法。
例如，基于位置的镜头阴影矫正标定算法可以包括同心圆法或网格法。其中，同心圆法可以确定标定图像中的各像素位置相比于设定的图像中心的偏心距离R，并且，利用插值函数确定各像素位置处与偏心距离R成正比的标定矫正系数GAINREF(i,j)，其中，i表示像素位置的行坐标，j表示像素位置的列坐标；网格法则是将图像区域划分为中间稀疏、四周密集的网格，并且，按照在从图像中心向图像边缘的方向上递增的方式确定网格的网格系数GAINREF(k)，以使得落入在每个网络中的像素位置的标定矫正系数GAINREF(i,j)均与该网格的网格系数GAINREF(k)相同，其中，k表示网格的标识。
无论是同心圆法还是网格法，标定矫正系数GAINREF(i,j)都是针对内窥镜11的光学特性对目标图像的影响而确定的，即，标定矫正系数GAINREF(i,j)的确定过程并未引入与人体内部的补光环境有关的环境因素，本申请的实施例并不致力于改进基于位置的镜头阴影矫正标定算法，这是因为：人体内部的组织构造多样化，补光光束在存在不同组织构造的环境下对内窥镜11的视野范围内的光照影响是不确定的，因而难以确定可以表征所有人体内部补光环境的通用环境参数。在此情况下，该镜头阴影矫正标定参数中的标定矫正系数GAINREF(i,j)所表征的各像素位置处的标定增益，具有与图像中间亮、边缘暗相符的取值分布，即，在从图像中心向图像边缘的方向上递增的取值分布。
再例如，基于样本图像的镜头阴影矫正标定算法，可以使用通过内窥镜11对诸如白板等单色板成像得到的标定图像，并且，该算法可以以标定图像的图像中心的像素信息为参考像素信息ICen，结合每个像素位置处的像素信息Ipix(i,j)确定该像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)，具体参见如下的表达式(1)。
其中，对单色板的亮度环境选用匀光环境，而非模拟人体内部的补光环境，原因与基于位置的镜头阴影矫正标定算法类似：人体内部的组织构造多样化，补光光束在存在不同组织构造的环境下对内窥镜11的视野范围内的光照影响是不确定的，因而难以模拟出具有通用性的人体内部补光环境。在此情况下，内窥镜11本身的光学特性会在匀光环境下使标定图像呈中间亮、边缘暗的亮度分布，从而，该镜头阴影矫正标定参数所表征的各像素位置处的标定增益，仍然具有与图像中间亮、边缘暗相符的取值分布，即，在从图像中心向图像边缘的方向上递增的取值分布。
也就是，在本申请的实施例中，镜头阴影矫正标定参数是基于内窥镜11的光学特性标定得到的，该标定过程没有引入人体内部补光环境的相关因素。并且，镜头阴影矫正标定参数还可以具有与目标图像500的不同图像格式相适配的参数格式。
具体地，在本申请的实施例，目标图像500可以是不包含色彩信息的灰度图像，或者也可以是包含色彩信息的彩色图像，例如，三基色(Red Green Blue，RGB)图像或色度(YUV)图像，本申请的实施例对此不作限制。
若目标图像500为灰度图像，则，目标图像500在各像素位置处的亮度信息L(i,j)可以由各像素位置处的灰度值表征，并且，每个像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)和目标矫正系数GAINOBJ(i,j)可以是针对灰度值的单值矫正系数；
若目标图像500为RGB图像，则，目标图像500在各像素位置处的亮度信息L(i,j)可以由各像素位置处的R、G、B三通道的色彩信息表征，并且，每个像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)和目标矫正系数GAINOBJ(i,j)可以是包括分别针对每个通道的矫正系数的系数组；
若目标图像500为YUV图像，则，目标图像500在各像素位置处的亮度信息L(i,j)可以由各像素位置处的Y通道信息表征，并且，每个像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)和目标矫正系数GAINOBJ(i,j)可以是针对Y通道信息的单值矫正系数。
在本申请的实施例中，由于镜头阴影矫正标定参数所表征的各像素位置处的标定增益的取值分布适用于图像中间亮、边缘暗的图像，因此，存储介质320中存储的镜头阴影矫正标定参数虽然可以被处理器组件310调用获取，但是，为了抑制中间暗、边缘亮的目标图像发生边缘过曝，处理器组件310并不直接使用镜头阴影矫正标定参数对目标图像进行镜头阴影矫正处理，而是基于目标图像的亮度信息对镜头阴影矫正标定参数进行修正，并且，利用修正得到的镜头阴影矫正修订参数对目标图像进行镜头阴影矫正处理。
其中，处理器组件310对镜头阴影矫正标定参数进行的修正，可以针对每一帧目标图像均执行一次，并且，针对每一帧目标图像执行的修正过程可以基于该帧目标图像的各像素位置处的亮度信息。也就是，针对每一帧目标图像对镜头阴影矫正标定参数修正得到的镜头阴影矫正修订参数，在内窥镜11的光学特性的基础上进一步引入了该帧目标图像的亮度信息，即，镜头阴影矫正修订参数是与内窥镜11的光学特性、以及对应帧的目标图像相适配的参数，而不是对所有目标图像通用的参数，因此，镜头阴影矫正修订参数、以及用于修正得到该镜头阴影矫正修订参数的参数修正信息都可以作为处理器组件310在执行图像处理时的中间数据存储在内存330中。
图2为如图1所示实施例中的内窥镜系统用于镜头阴影矫正的工作原理示意图。请参见图2，在本申请的实施例中，处理器组件310还可以用于：
获取通过内窥镜11成像的目标图像500；
基于目标图像500在各像素位置处的亮度信息L(i,j)，确定对预先基于内窥镜11的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数510的参数修正信息550，其中，镜头阴影矫正标定参数510用于表征各像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i,j)，并且，参数修正信息550用于对各像素位置处的标定增益实施以抑制目标图像500产生边缘过曝为目标的增益调节；
基于镜头阴影矫正标定参数510、以及参数修正信息550，生成镜头阴影矫正修订参数520，其中，镜头阴影矫正修订参数520用于表征各像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i,j)经增益调节后得到的目标增益ΔGAINOBJ(i,j)；
利用镜头阴影矫正修订参数520，对目标图像500进行镜头阴影矫正处理，其中，通过对目标图像500进行镜头阴影矫正处理得到的矫正图像可以用于在显示装置40可视化呈现。
基于上述的内窥系统，可以预先基于内窥镜11的光学特性标定得到镜头阴影矫正标定参数510，并且，对于通过内窥镜11成像得到的每一帧目标图像500，都可以利用该目标图像500在各像素位置处的亮度信息L(i,j)对镜头阴影矫正标定参数510进行修正，以得到与内窥镜11的光学特性、以及目标图像500的实际亮度均适配的镜头阴影矫正修订参数520，从而，利用镜头阴影矫正修订参数520对目标图像500进行镜头阴影矫正处理，既可以改善该目标图像500中的阴影缺陷，并且还可以同时抑制该目标图像500发生边缘过曝。
在本申请的实施例中，若如前文所述，镜头阴影矫正标定参数510可以包括各像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)，则：
每个像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i,j)可以由该像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)确定，例如，每个像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)可以为基础数值和增量数值之和，其中，基础数值优选地取1，增量数值此时可以认为是标定矫正系数GAINREF(i,j)超过1的数值部分，参见如下的表达式(2)。
ΔGAINREF(i,j)＝GAINREF(i,j)-1 表达式(2)
而且，无论基础数值和增量数值如何划分，每个像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)的增量数值都可以用于表征该像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i,j)。
从而，处理器组件310可以利用参数修正信息550修正镜头阴影矫正标定参数510中的各像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)，以实施对各像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i,j)的增益调节。如前述的表达式(2)，标定增益ΔGAINREF(i,j)可以看作是标定矫正系数GAINREF(i,j)真正产生增益的部分，因此，处理器组件310利用参数修正信息550对标定矫正系数GAINREF(i,j)的修正，可以是对标定矫正系数GAINREF(i,j)中用于表征标定增益ΔGAINREF(i,j)的增量数值的修正。相比于对标定矫正系数GAINREF(i,j)的整体数值进行修正的方式，通过修正标定矫正系数GAINREF(i,j)中的增量数值实施的增益调节可以具有更高的调节精度。
进而，处理器组件310可以基于对各像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)的修正结果(例如对各像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)中用于表征标定增益ΔGAINREF(i,j)的增量数值的修正结果)，生成镜头阴影矫正修订参数520，其中，对每个像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)的修正结果(例如对标定矫正系数GAINREF(i,j)中用于表征标定增益ΔGAINREF(i,j)的增量数值的修正结果)用于表征该像素位置处的目标增益ΔGAINOBJ(i,j)。
基于上述的处理方式，镜头阴影矫正修订参数520可以包括各像素位置处的目标矫正系数GAINOBJ(i,j)，每个像素位置处的目标矫正系数GAINOBJ(i,j)可以是基于对该像素位置处的标定矫正系数GAINREF(i,j)的修正结果确定的，并且，每个像素位置处的目标增益ΔGAINOBJ(i,j)由该像素位置处的目标矫正系数GAINOBJ(i,j)确定。例如，每个像素位置的目标矫正系数GAINOBJ(i,j)可以为该像素位置的标定矫正系数GAINREF(i,j)的基础数值(优选取1)与对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果(即的目标增益ΔGAINOBJ(i,j))之和，参见以基础数值优选地取1为例的如下的表达式(3)。
GAINOBJ(i,j)＝ΔGAINOBJ(i,j)+1 表达式(3)
在本申请的实施例中，为了便于镜头阴影矫正标定参数510中的标定矫正系数GAINREF(i,j)与镜头阴影矫正修订参数520中的目标矫正系数GAINoBJ(i，j)的对位映射转换，参数修正信息550可以包括各像素位置处的增益修正因子ρ(i，j)，例如，每个像素位置处的目标增益ΔGAINOBJ(i，j)是基于该像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i，j)与增益修正因子ρ(i，j)的乘积确定的，参见如下述的表达式(4)。
ΔGAINOBJ(i，j)＝ρ(i，j)×ΔGAINREF(i，j) 表达式(4)
而且，将表达式(4)代入至前文提及的表达式(3)，可以得到如下的表达式(5)。
GAINOBJ(i，j)＝ρ(i，j)×ΔGAINREF(i，j)+1 表达式(5)
在参数修正信息550包括各像素位置处的增益修正因子ρ(i，j)的情况下，处理器组件310在基于目标图像500在各像素位置处的亮度信息L(i，j)确定参数修正信息550时，可以被具体配置为：
以抑制目标图像500产生边缘过曝为目标条件，确定目标图像500在各像素位置处与亮度信息L(i，j)关联的增益修正因子p(i，j)，其中，每个像素位置的增益修正因子ρ(i，j)用于实施对该像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i，j)的增益调节，例如通过修正标定矫正系数GAINREF(i，j)实施对标定增益ΔGAINREF(i，j)的增益调节，并且，每个像素位置处的目标增益ΔGAINoBJ(i，j)是基于该像素位置处的标定增益和增益修正因子ρ(i，j)确定的，例如，每个像素位置处的目标增益可以由该像素位置处的目标矫正系数GAINoBJ(i，j)确定。
具体地，上述的目标条件可以与每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)、以及目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)关联，并且，若每个像素位置处的目标增益ΔGAINoBJ(i，j)是基于该像素位置处的标定增益ΔGAINREF(i，j)与增益修正因子ρ(i，j)的乘积确定的，则，该目标条件的约束作用可以使得：
每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)越大、和/或目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)越大，则，增益修正因子ρ(i，j)越小，以使得靠近边缘部分、且高亮的像素位置处的标定增益可以被削减，从而避免边缘过曝；
每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)越小、和/或目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)越小，则，增益修正因子ρ(i，j)越大，以使得靠近中心部分、且低亮的像素位置处的标定增益可以保持不变或进一步增加，从而确保对阴影缺陷的矫正效果。
在此情况下，处理器组件310在确定目标图像500在各像素位置处与亮度信息L(i，j)关联的增益修正因子ρ(i，j)时，可以被具体配置为：
基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)、以及目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)，确定该像素位置处的增益修正因子ρ(i，j)；
其中，满足前述目标条件的增益修正因子ρ(i，j)具有与任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)、以及该像素位置处的亮度信息L(i，j)均相反的单调性。
也就是，目标图像500在各像素位置处与亮度信息L(i，j)关联的增益修正因子ρ(i，j)可以表示为如下的表达式(6)。
其中，表达式(6)中的F(*)可以看作是以偏心距离D(i，j)和亮度信息L(i，j)为输入变量的目标函数，该目标函数可以以前述的目标条件为约束条件，并且，表达式(3)中将偏心距离D(i，j)和亮度信息L(i，j)表示为倒数形式，旨在表达作为输出值的增益修正因子ρ(i，j)与这两个输入变量的单调性相反，而非意图限定偏心距离D(i，j)和亮度信息L(i，j)在目标函数中必然是以倒数的形式存在。
例如，上述的表达式(6)可以被具体化为如下的表达式(7)。
基于该表达式(7)的含义，可以认为，处理器组件300基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)、以及目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)为自变量的反比例函数值，确定该像素位置处的增益修正因子ρ(i，j)，其中，表达式(3)中的m为预先设定的非零反比例系数。
再例如，上述的表达式(6)也可以被具体化为如下的表达式(8)。
ρ(i，j)＝e-m×L(i,j)×D(i，j) 表达式(8)
基于该表达式(8)的含义，可以认为，处理器组件300基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)、以及目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)为自变量的指数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子ρ(i，j)，其中，表达式(4)中的m为预先设定的非零调整因子。
再例如，上述的表达式(6)还可以被具体化为如下的表达式(9)。
ρ(i，j)＝log(-m×L(i，j)×D(i，j)+n) 表达式(9)
基于该表达式(9)的含义，可以认为，处理器组件300基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离D(i，j)、以及目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)为自变量的对数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子ρ(i，j)，其中，表达式(5)中的m和n为预先设定的非零调整因子，且n≤10。
另外，在本申请的实施例中，若镜头阴影矫正修订参数520包括各像素位置处的目标矫正系数GAINOBJ(i，j)，则，处理器组件310在利用镜头阴影矫正修订参数520对目标图像500进行镜头阴影矫正处理时，可以具体利用镜头阴影矫正修订参数520中的每个像素位置处的目标矫正系数GAINoBJ(i，j)，矫正目标图像500在该像素位置处的亮度信息L(i，j)，例如，每个像素位置处的亮度信息L(i，j)经矫正后的矫正亮度L’(i，j)可以基于该像素位置处的亮度信息L(i，j)与目标矫正系数GAINoBJ(i，j)的乘积确定，参见如下的表达式(10)。
L′(i，j)＝L(i，j)×GAINOBJ(i，j) 表达式(10)
上述实施例中的处理器组件310的处理过程，可以看作是用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法，并且，该镜头阴影矫正方法也可以应用于除内窥系统中的处理器组件310之外的其他执行主体。
图3为本申请的另一个实施例中用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法的流程示意图。请参见图3，在本申请的实施例中，用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法可以包括：
S310：获取通过内窥镜成像的目标图像。
S330：基于目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先基于内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，其中，镜头阴影矫正标定参数用于表征各像素位置处的标定增益，并且，参数修正信息用于对各像素位置处的标定增益实施以抑制目标图像产生边缘过曝为目标的增益调节。
S350：基于镜头阴影矫正标定参数、以及参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，其中，镜头阴影矫正修订参数用于表征各像素位置处的标定增益经增益调节后得到的目标增益。
S370：利用镜头阴影矫正修订参数，对目标图像进行镜头阴影矫正处理。
基于上述流程，对于利用内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数，可以利用通过内窥镜成像的每一帧目标图像的亮度信息进行修正，以得到与内窥镜的光学特性、以及该帧目标图像的实际亮度均适配的镜头阴影矫正修订参数，从而，利用镜头阴影矫正修订参数对目标图像进行镜头阴影矫正处理，既可以改善该目标图像中的阴影缺陷，并且还可以同时抑制该目标图像发生边缘过曝。
在本申请的实施例中，如图3所示的镜头阴影矫正方法使用的镜头阴影矫正标定参数可以包括各像素位置处的标定矫正系数，在此情况下，S330确定的参数修正信息可以包括各像素位置处的增益修正因子，并且，S330可以具体包括：
以抑制目标图像产生边缘过曝为目标条件，确定目标图像在各像素位置处与亮度信息关联的增益修正因子，其中，每个像素位置的增益修正因子用于实施对该像素位置处的标定增益的增益调节，并且，每个像素位置处的目标增益是基于该像素位置处的标定增益和增益修正因子确定的。
作为一种优选方式，S330确定目标图像在各像素位置处与亮度信息关联的增益修正因子的过程可以具体包括：
基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子；
其中，参见前文描述的表达式(6)，满足目标条件的增益修正因子具有与任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息均相反的单调性，并且，参见前文描述的表达式(4)，S350得到的镜头阴影矫正修订参数所表征的每个像素位置处的目标增益可以是基于该像素位置处的标定增益与增益修正因子的乘积确定的。
例如，如前文描述的表达式(7)，S330可以基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息为自变量的反比例函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
再例如，如前文描述的表达式(8)，S330可以基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的指数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
再例如，如前文描述的表达式(9)，S330可以基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的对数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
在本申请的实施例中，若如图3所示的镜头阴影矫正方法使用的镜头阴影矫正标定参数可以包括各像素位置处的标定矫正系数，则，S350可以具体包括：
利用参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数，例如，若每个像素位置处的标定增益与标定矫正系数之间的关系如前文描述的表达式(2)，即，每个像素位置处的标定矫正系数为基础数值和增量数值之和，并且，每个像素位置处的标定矫正系数的增量数值用于表征该像素位置处的标定增益，则，利用参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数的增量数值；
基于对各像素位置处的标定矫正系数的修正结果，生成镜头阴影矫正修订参数，例如，若每个像素位置处的标定矫正系数为基础数值和增量数值之和，则基于对各像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果生成镜头阴影矫正修订参数。
其中，镜头阴影矫正修订参数包括各像素位置处的目标矫正系数，每个像素位置处的目标矫正系数是基于对该像素位置处的标定矫正系数的修正结果确定的，并且，对每个像素位置处的目标矫正系数的修正结果用于表征该像素位置处的目标增益。例如，若如前文描述的表达式(3)或(5)，每个像素位置的目标矫正系数为该像素位置的标定矫正系数的基础数值与对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果之和，则，每个像素位置处的目标增益由对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果表征。
另外，若镜头阴影矫正修订参数包括各像素位置处的目标矫正系数，则，S370可以具体包括：利用镜头阴影矫正修订参数中的每个像素位置处的目标矫正系数，矫正目标图像在该像素位置处的亮度信息，例如，如前文描述的表达式(10)，每个像素位置处的亮度信息经矫正后的矫正亮度可以基于该像素位置处的亮度信息与目标矫正系数的乘积确定。
图4为本申请的另一个实施例中用于内窥镜成像的镜头阴影矫正装置的结构示意图。请参见图4，在本申请的实施例中，用于内窥镜成像的镜头阴影矫正装置可以包括：
图像获取模块410，用于获取通过内窥镜成像的目标图像。
修正估算模块430，用于基于目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先基于内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，其中，镜头阴影矫正标定参数用于表征各像素位置处的标定增益，并且，参数修正信息用于对各像素位置处的标定增益实施以抑制目标图像产生边缘过曝为目标的增益调节。
修正执行模块450，用于基于镜头阴影矫正标定参数、以及参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，其中，镜头阴影矫正修订参数用于表征各像素位置处的标定增益经增益调节后得到的目标增益。
矫正处理模块470，用于利用镜头阴影矫正修订参数，对目标图像进行镜头阴影矫正处理。
基于上述装置，对于利用内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数，可以利用通过内窥镜成像的每一帧目标图像的亮度信息进行修正，以得到与内窥镜的光学特性、以及该帧目标图像的实际亮度均适配的镜头阴影矫正修订参数，从而，利用镜头阴影矫正修订参数对目标图像进行镜头阴影矫正处理，既可以改善该目标图像中的阴影缺陷，并且还可以同时抑制该目标图像发生边缘过曝。
对于镜头阴影矫正标定参数、参数修正信息和镜头阴影矫正修订参数的具体形式，以及修正估算模块430、修正执行模块450和矫正处理模块470具体功能，可以参见前文对于镜头阴影矫正中的S330、S350以及S370的描述，此处不再赘述。
在本申请的另一个实施例中，还提供了一种非瞬时计算机可读存储介质，该非瞬时计算机可读存储介质存储指令，这些指令在由处理器执行时使得所述处理器执行前文描述的镜头阴影矫正方法。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正方法，其特征在于，包括：
获取通过内窥镜成像的目标图像；
基于所述目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先基于内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，其中，所述镜头阴影矫正标定参数用于表征各像素位置处的标定增益，并且，所述参数修正信息用于对各像素位置处的标定增益实施以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标的增益调节；
基于所述镜头阴影矫正标定参数、以及所述参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，其中，所述镜头阴影矫正修订参数用于表征各像素位置处的标定增益经增益调节后得到的目标增益；
利用所述镜头阴影矫正修订参数，对所述目标图像进行镜头阴影矫正处理。
2.根据权利要求1所述的镜头阴影矫正方法，其特征在于，
所述参数修正信息包括各像素位置处的增益修正因子；
所述基于所述目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先标定的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，包括：
以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标条件，确定所述目标图像在各像素位置处与亮度信息关联的增益修正因子，其中，每个像素位置的增益修正因子用于实施对该像素位置处的标定增益的增益调节，并且，每个像素位置处的目标增益是基于该像素位置处的标定增益和增益修正因子确定的。
3.根据权利要求2所述的镜头阴影矫正方法，其特征在于，
所述以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标条件，确定所述目标图像在各像素位置处与亮度信息关联的增益修正因子，包括：
基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及所述目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子；
其中，满足所述目标条件的增益修正因子具有与任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息均相反的单调性，并且，每个像素位置处的目标增益是基于该像素位置处的标定增益与增益修正因子的乘积确定的。
4.根据权利要求3所述的镜头阴影矫正方法，其特征在于，
所述基于每个像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及所述目标图像在该像素位置处的亮度信息，确定该像素位置处的增益修正因子，包括：
基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息为自变量的反比例函数值，确定该像素位置处的增益修正因子；
或者，
基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的指数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子；
或者，
基于以任意像素位置相比于图像中心位置的偏心距离、以及该像素位置处的亮度信息的为自变量的对数函数值，确定该像素位置处的增益修正因子。
5.根据权利要求1所述的镜头阴影矫正方法，其特征在于，
所述镜头阴影矫正标定参数包括各像素位置处的标定矫正系数，并且，每个像素位置处的标定增益由该像素位置处的标定矫正系数确定；
所述基于所述镜头阴影矫正标定参数、以及所述参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，包括：
利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数；
基于对各像素位置处的标定矫正系数的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数；
其中，所述镜头阴影矫正修订参数包括各像素位置处的目标矫正系数，每个像素位置处的目标矫正系数是基于对该像素位置处的标定矫正系数的修正结果确定的，并且，每个像素位置处的目标增益由该像素位置处的目标矫正系数确定。
6.根据权利要求5所述的镜头阴影矫正方法，其特征在于，
每个像素位置处的标定矫正系数为基础数值和增量数值之和，其中，每个像素位置处的标定矫正系数的增量数值用于表征该像素位置处的标定增益；
所述利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数，包括：利用所述参数修正信息修正各像素位置处的标定矫正系数的增量数值；
所述基于对各像素位置处的标定矫正系数的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数，包括：基于对各像素位置的标定矫正系数的增量数值的修正结果，生成所述镜头阴影矫正修订参数，其中，每个像素位置的目标矫正系数为该像素位置的标定矫正系数的基础数值与对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果之和，并且，每个像素位置处的目标增益由对该像素位置处的标定矫正系数的增量数值的修正结果表征。
7.根据权利要求6所述的镜头阴影矫正方法，其特征在于，
每个像素位置的标定矫正系数的基础数值为1，并且，每个像素位置的标定矫正系数超过1的数值部分为用于表征该像素位置处的标定增益的增量数值。
8.一种用于内窥镜成像的镜头阴影矫正装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于获取通过内窥镜成像的目标图像；
修正估算模块，用于基于所述目标图像在各像素位置处的亮度信息，确定对预先基于内窥镜的光学特性标定得到的镜头阴影矫正标定参数的参数修正信息，其中，所述镜头阴影矫正标定参数用于表征各像素位置处的标定增益，并且，所述参数修正信息用于对各像素位置处的标定增益实施以抑制所述目标图像产生边缘过曝为目标的增益调节；
修正执行模块，用于基于所述镜头阴影矫正标定参数、以及所述参数修正信息，生成镜头阴影矫正修订参数，其中，所述镜头阴影矫正修订参数用于表征各像素位置处的标定增益经增益调节后得到的目标增益；
矫正处理模块，用于利用所述镜头阴影矫正修订参数，对所述目标图像进行镜头阴影矫正处理。
9.一种内窥镜系统，其特征在于，包括：
内窥成像组件，包括内窥镜和摄像头，所述摄像头用于生成通过内窥镜成像的目标图像；
内窥光源组件，用于提供环绕内窥镜的镜头视野的补光亮度；
处理器组件，用于执行如权利要求1至7中任一项所述的镜头阴影矫正方法。
10.一种非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述非瞬时计算机可读存储介质存储指令，所述指令在由处理器执行时使得所述处理器执行如权利要求1至7中任一项所述的镜头阴影矫正方法。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
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Cited By (2)
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| CN117197004A (zh) * | 2023-11-08 | 2023-12-08 | 广东鸿威国际会展集团有限公司 | 一种低光照图像优化增强方法及系统 |
| CN117197004B (zh) * | 2023-11-08 | 2024-01-26 | 广东鸿威国际会展集团有限公司 | 一种低光照图像优化增强方法及系统 |
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