[发明专利]一种腹腔镜手术视频帧率自适应的实时去烟雾方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，具体涉及一种腹腔镜手术视频帧率自适应的实时去烟雾方法。

背景技术

腹腔镜手术是一门新发展起来的微创方法，是未来手术方法发展的一个必然趋势。它是电子、光学、摄像等高科技技术在临床手术中应用的典范，具有创伤小、并发症少、安全、康复快的特点，近几年来，外科腔镜手术发展很快，可同时检查和治疗，是目前最先进、最尖端的微创技术。在治疗外科疾病中的作用已越来越受到人们的瞩目。并在国际上呈风靡性发展。腹腔镜手术使用冷光源提供照明，将腹腔镜镜头(直径为3-10mm)插入腹腔内，运用数字摄像技术使腹腔镜镜头拍摄到的图像通过光导纤维传导至后级信号处理系统，并且实时显示在专用监视器上。然后医生通过监视器屏幕上所显示患者器官不同角度的图像，对病人的病情进行分析判断，并且运用特殊的腹腔镜器械进行手术。而高温切割器械是进行腹腔镜手术时最常见的一种器械，它在切割人体组织时会产生明显的固体颗粒状的烟，同时使腹腔内气体温度上升，遇到温度较低的腹腔镜镜片时，会产生腹腔镜镜片起雾(Laparoscopic lens fogging，LLF)，严重阻挡医生的手术视野，常常令手术需要暂停，相当于外科医生突然失去视力，大大影响了手术的流畅度，甚至有时引起不必要的医疗安全问题。

目前的研究表明提高腹腔镜视野清晰度的方法大致可分为四类：a)物理方法加温腹腔镜；b)防雾溶液的物理擦拭；c)腹腔镜设备的材料技术革新；d)组织擦拭。

上述方法基本都属于物理去雾方法，大量的时间耗费在保持手术视野的清晰上，使手术变得冗长，并且效果有限，而且往往费时，成本高，并且没有足够的数据来支持其改善的效果。而将利用计算机的强大运算能力，将数字图像处理运用于视频去雾具有成本低、操作简单的特点。对于单帧图像，暗通道先验去雾是数字图像去雾的常用算法。它通过求取原图像的暗通道矩阵、大气光照成分，估计原图的透射率矩阵，最后由雾图成像模型计算求得去雾图。为了获取更加精细的透射率矩阵，通常采用导向滤波的方法。然而这个过程中包含很多浮点运算，所以处理图像的速度比较慢，难以满足近些年腹腔镜手术高分辨率视频实时去雾的要求。

由于硬件设备的升级，近些年腹腔镜手术视频的分辨率普遍为1920*1080，所以优化暗通道先验去雾算法，实现高分辨率视频的实时去雾，构建一套数字化去雾系统，将处理后的清晰图像实时显示，能够给医生的腹腔镜手术带来极大的便利，降低手术风险。因此这样的一套实时去雾方法是很有必要的。

发明内容

针对腹腔镜手术视频的去烟雾方法中图像处理速度慢、实时性低、且获取的图像精度低的问题，本申请提供一种腹腔镜手术视频帧率自适应的实时去烟雾方法，包括步骤：

获取腹腔镜手术视频的帧率；

对视频进行帧率自适应采样，获得原含雾图像；将原含雾图像通过暗通道先验去雾原理计算后获得暗通道图像，并根据暗通道先验去雾原理估计暗通道图像的大气光照系数和透射率图；

利用原含雾图像、暗通道图、大气光照系数和透射率图求解雾图成像模型方程，获得去雾图像；将去雾图像实时输出形成去雾后的视频。

一种实施例中，对视频进行帧率自适应采样，具体是：判断帧率是否大于25FPS，若大于，对所述帧率视频进行隔帧采样，否则，对所述帧率视频进行逐帧采样。

一种实施例中，通过指针操作符遍历储存在内存空间的原含雾图像、暗通道图和透射率图。

一种实施例中，将原含雾图像通过暗通道先验去雾原理计算之前还包括对采样帧的原含雾图像进行降采样的步骤。

一种实施例中，将原含雾图像通过暗通道先验去雾原理计算后获得暗通道图的过程中包括步骤：对暗通道图进行中值滤波处理。

一种实施例中，在多核条件下，采用多个中值滤波器对暗通道图并行处理。

一种实施例中，中值滤波器的滤波窗口的大小为3像素*3像素。一种实施例中，获得透射率之前还包括对透射率图进行归一化处理。

一种实施例中，求解雾图成像方程，获得去雾图像，包括步骤：

对原含雾图像进行降采样；

将降采样后的原含雾图像、大气光照系数和透射率图通过求解雾图成像模型方程，获得去雾图像。

一种实施例中，将去雾图像实时输出形成去雾视频之前还包括对去雾图像进行放大插值处理的步骤。

依据上述实施例的实时去烟雾方法，对视频进行帧率自适应采样，对低帧率视频进行逐帧采样，对高帧率视频进行隔帧采样，并对采样帧的原含雾图像进行降采样，大幅减少了需要处理的数据量，进一步，提升了去烟雾的实时性。