[发明专利]一种用于数字内窥镜的颜色解混方法和图像处理装置

说明书

本发明提供了一种用于数字内窥镜的颜色解混方法及图像处理装置，其中方法包括：获取内窥镜彩色图像传感器采集的数字图像，并提取所述数字图像的三基色子像素灰度值，生成多维度数据；采集内窥镜彩色图像传感器的子像素光谱响应和光源光谱响应，分别获得子像素光谱响应函数和光源光谱响应函数；根据所述多维度数据和所述子像素光谱响应函数生成混合光谱函数；构建关于光源光谱响应函数、子像素光谱响应函数和被测生物组织反射光谱函数的积分方程组；根据所述混合光谱函数中的各个光谱数据点坐标求解所述积分方程组，获得被测生物组织反射光谱函数的光谱数据；该方法可增强内窥镜病变组织辨识能力，且具有成本低、易于实现的特点。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种用于数字内窥镜的颜色解混方法和图像处理装置。

背景技术

内窥镜技术的进步使内科诊断和治疗取得极大进展，绝大多数的内科手术和治疗，曾经依靠侵入性技术和大的开放性切口，现在可以使用基于内窥镜的微创技术进行。特别是近10年来，随着数字图像传感器在分辨率、帧频、灵敏度、信噪比等方面的飞速发展，基于数字图像传感器的内窥镜提供了快速和高质量的图像采集、传输及存储。目前，全高清(1920×1080像素)数字内窥镜已广泛应用，以日本OLYMPUS、德国KARL STOZE为代表的内窥镜制造商近期推出更高分辨率的4K(3640×2160像素)内窥镜，具有更强的细节分辨能力。

除了增强空间分辨能力此外，OLYMBUS、FUJIFILM等内镜制造商基于生物组织光谱特征发展了窄带成像(NBI)内窥镜,即采集特定波长的反射影像，凸显病变组织光学差异，提供较普通彩色成像更具诊断意义的信息。OLYMBUS的NBI内窥镜采用一组固定波长的干涉滤光片，由转轮高速旋转以固定时序提供415nm、540nm两个窄带光源以及一个全色光源，单色CMOS图像传感器按滤光片时序曝光，再合成窄带图像。这种方法对滤光片和图像传感器时序控制精度要求高，同时为减少曝光时长对同步的影响，还需增加光源亮度来减少曝光时间。复杂的光机结构、高亮度光源以及精密同步软硬件系统使OLYMBUS的NBI内窥镜售价高昂，同时，415nm，540nm固定滤色片对血管、粘膜等少数生物组织有增强识别能力，对于淋巴、脂肪的识别等效果不佳。FUJIFILM的NBI内窥镜采用彩色图像传感器采集R、G、B三个通道颜色数值，利用先验的光谱数据生成其它波长的窄带图像。这种方法可以反映图像中生物组织的光谱差异，但获得的数据实际上是“伪光谱”，一方面无法与生物组织真实光谱进行比对，另一方面则是光谱失真可能引起误判。

虽然可以利用病变组织和正常组织的光谱特征有差异来进行诊断和手术治疗，但光谱数据的获取则是一个难题。传统光谱分析系统不能覆盖大面积或小面积的高空间分辨率，因此，光谱分析技术不能提供内科诊断治疗所需的空间信息。把光谱分析和成像分析结合的光谱成像技术可以获得图像每个像素的光谱曲线，即对图像每一个像素的对应的生物组织特征进行量化和标准化分析，但目前光谱成像仪价格高昂，操作复杂，且光谱图像数据庞大，需要专门的处理计算机及软件系统，此外，光谱成像过程即光谱扫描过程需要较长时间，难以在内科手术过程中进行实时的识别分析。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的内窥镜病变组织识别能力低、光谱数据获得困难的问题，提出一种用于数字内窥镜的颜色解混方法和图像处理装置，能够有效提高内窥镜病变组织识别能力，降低生产成本。

一种用于数字内窥镜的颜色解混方法，包括：

获取内窥镜彩色图像传感器采集的数字图像，并提取所述数字图像的三基色子像素灰度值，生成多维度数据；

采集内窥镜彩色图像传感器的子像素光谱响应和光源光谱响应，分别获得子像素光谱响应函数和光源光谱响应函数；

根据所述多维度数据和所述子像素光谱响应函数生成混合光谱函数；

构建关于光源光谱响应函数、子像素光谱响应函数和被测生物组织反射光谱函数的积分方程组；