[发明专利]一种电子内窥镜图像增强的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及医疗电子内窥镜成像技术领域，尤其涉及一种电子内窥镜图像增强的方法及装置，以及采用这种图像增强装置的电子内窥镜。

背景技术

在医疗领域，检查脏器内部病变时使用电子内窥镜系统，内窥镜系统的组成包括出射照明光的光源装置、前端装配有摄像单元、导光光缆的挠性插入镜体、对摄像单元驱动控制及对拍摄到的图像进行处理增强的图像处理装置、显示处理后图像的显示器。

在内窥镜的成像过程中，由于摄像装置和被检器官的相对运动、电子噪声、干扰等因素的影响，获取的内镜图像不可避免的出现降质和退化，为了改善图像的视觉效果，抑制噪声，突出图像中的有用信息，同时削弱或去除某些不需要的信息，使处理后的图像更适合医生的观察和诊断，在内镜图像处理器中加入图像增强算法，以改善内镜图像的成像质量，如轮廓增强、对比度增强、亮度补偿、色彩增强等方法，这些方法在图像照明亮度比较均匀时有较好的增强效果。

但是，内窥镜检查对象不是光滑平面，而是大肠等内壁有突起的管腔状被摄体，而且受内镜插入部管径不能过大的限制，内镜照明的结构方案受到空间限制，无法针对不同观测对象特征提供亮度一致的均匀全视场照明，在这种照明条件下，内窥镜获取的图像整幅画面往往明暗不均，内窥镜系统根据图像明亮区域调整照明光亮度，则较暗区域会被摄成全黑，反之，内窥镜系统根据图像较暗区域调整照明光亮度，则图像较亮区域过度曝光，图像亮度饱和发白。以上两种图像均会因失去部分图像区域细节信息而影响内窥镜观察效果。解决这种问题的有效方法是增加图像的动态范围，使摄像装置对明暗区域均能清晰成像，现在已有超过100dB的宽动态范围摄像头，但受到摄像头体积和成本限制，无法应用到电子内窥镜系统中。

在医疗内窥镜成像及以外的摄像技术领域，有一些通过电子控制和算法合成等途径提高摄像头成像动态范围的方法，诸如以下文献。

专利文献1：CN102708549A

专利文献2：CN102572245A

专利文献3:WO2013069644

文献1采用多个摄像头拍摄同一物体对象，对多幅图像进行数据融合、滤波、匹配等处理，使不清晰的单一图像得到明显增强。文献2采用一个摄像头两次曝光的方式，通过短曝光获取亮区域图像信息，长曝光获取暗区域图像信息，将长短曝光的两幅图像进行数据融合，从而达到提高图像动态范围的目的。文献3采用LED照明光源，通过电路控制，改变摄像机相邻两帧曝光照明亮度，通过图像融合达到提高图像动态范围的目的。

上述方法应用在医疗电子内窥镜成像领域，均有一定不足，文献1的方法受到内窥镜尺寸的限制，完全不适用于医疗电子内窥镜成像领域，文献2的方法可以应用在医疗电子内窥镜成像领域，但由于内窥镜摄像头和被检器官存在相对运动，增加曝光时间必然会降低运动目标摄像的清晰度，图像融合后的成像质量相应降低，达不到图像增强的目的。文献3采用LED光源作为照明光，由于LED光源的光谱特性相对于氙灯等光源，与自然光照明的差异较大，LED照明的彩色成像效果也不如氙灯等光源的照明成像效果，因此目前医用内窥镜光源均采用氙灯光源，而文献3的亮度调节方法用于氙灯等金属灯源时，会极大降低灯源寿命并对周边产生电磁辐射干扰。

发明内容

本发明目的是针对医疗电子内窥镜采集图像亮度不均匀的问题，克服现有摄像装置动态范围有限造成的整幅图像局部不清晰问题，提供一种提高电子内窥镜图像动态范围和改变光源照明亮度输出的方法，该方法通过改变摄像机相邻两帧图像成像时的光源输出照明亮度，然后将两帧图像合成，实现内窥镜高动态范围图像增强，克服增加曝光时间导致的运动目标成像模糊。根据本发明方法，提供一种实现图像动态范围提高的电子内窥镜装置。

根据本发明实施例的一个方面，本发明提供一种提升电子内窥镜图像动态范围的图像增强方法，包括：图像特征获取步骤，根据采集的图像计算图像区域亮度分布特征；照明光亮度输出变化获取步骤，根据图像的亮度区域分布特征，计算相邻两帧图像成像时输出光亮度变化量；执行照明光调节参量获取步骤，根据照明光输出亮度变化量和亮度变化调节方式，计算亮度调节机构在相邻两幅图像成像时的调节量；照明与摄像头曝光同步输出步骤，根据摄像头的曝光采集时序，同步控制照明光在每帧曝光时的光输出；图像融合步骤，将两幅不同照明亮度的曝光图像合成，获取大动态范围的图像。