具有拍照后聚焦功能的光场式胶囊内窥镜相机制造技术

一种能够拍照后重新聚焦的医疗用光场式胶囊内窥镜相机。成像系统由主镜片，微镜片阵列及相应的光电传感器构成，生成能进行任意局部聚焦的影像。在这样的胶囊相机中可以重复设置普通与光场技术成像系统，仅对模糊图像再处理以减少重新聚焦的工作量。

【技术实现步骤摘要】

光场式医疗诊断用胶囊内窥镜成像技术
技术介绍
胶囊内窥镜相机是一种微型数码相机，外部体积一般介于一到两厘米，形状是胶囊颗粒状。相机被病人吞咽后，用来进行消化道成像造影。这种体内造影技术，由于无创伤无痛，是近年来国际医疗探测诊断领城的一項技术突破，是未来二十年发展最快的高科技医学诊疗技术之一。其市场规模具备百亿美元的年销售额潜能。它的结构，在专利文件(US560453L 1997 ；CN 1427692 A, 2003)中有详细的描述。总之，这个相机的构成主要包括透明的外壳，光学成像系统，LED照明光源，无线电发射器，微电池供电系统。胶囊相机获取的图像信息由内置无线发报器播发，被病人体外接收装备实时接收成像。胶囊相机进入消化道后，依靠肠胃组织蠕动，自上向下单向通行。体内滞留时间大约四至八小时以上。其间拍摄五万张以上照片，经计算机软件转换整理，生成的系列图像可供医生查阅并用做诊断病变的依据。所获取的视频信号可通过即时无线播送后体外存放，也可以暂存于相机内部(专利US8472795 B2，2013)。胶囊相机可内置调频器改变信号的播发频率，也可内置无线接收模块而具备遥控功能。由于受到可吞咽胶囊体积的极度限制，胶囊内窥镜相机一般采用单一的固定焦距的光学镜片作为主镜头。在消化道内部的成像距离一般是以厘米长度为计算单位。在这种超短程物距条件下，成像的景深范围被大尺度压缩，因而最终得到的单张图像清晰度没有绝对保障。优化图像的聚焦范围并提高其清晰度一直是微型成像装置的一个设计难点。普通相机一般采用的多个镜头组和以及相应的自动聚焦光电控制系统，由于体积过大，在当今技术条件下尚无法应用于胶囊内窥镜相机。虽然胶囊内窥镜相机在一次内视体检过程中向体外发送几万张图像照片，真正有价值的只有关键十几张。如果这十几张照片沒有准确对焦，相机通过后就不能重新成像。除非重复进行一次或多次造影，再无有效的方法可进行弥补。总之，无法控制自动对焦以及一次性成像不能重拍，是胶囊内窥镜相机的先天性系统设计缺陷。本专利技术的目的是要提供一个新的镜头设计方案以期改善胶囊内窥镜相机的成像质量，使病人体内消化道造影检查能一次性完成。
技术实现思路
光场相机是近几年来流行的新颖数码相机(专利US8724014，2014)。除了与传统照相机一样测量光线的强度和颜色外，它还能测量某个既定时间内光线移动的方向。使用光场成像技术可以从一幅模糊的图像中解析出一组局部清晰的照片。本专利技术利用了光场技术的这个特点，通过在微型内窥镜相机中加载一组微镜片阵列，对所摄消化道局部视面的整体三维光场进行重造，进而提高了胶囊内窥镜相机的四维成像质量。本专利技术的特点是在国际上率先提出了一个在现阶段切实可行的镜头设计优化方案，提高了胶囊内视镜相机图像的任意局部清晰度。所加载的微镜片阵列没有增加原有胶囊内窥镜相机的体积，从而不会增加病人的吞咽及排泄负担。作为图像后处理的计算机软件程序，可以通过商业途径获得。除此之外，在微型胶囊内窥镜相机中可重复设置两个独立的一个普通的与一个光场式成像系统，获取俩组相关的图像。这样仅当关健的照片模糊时，其相关的光场相片被重新聚焦产生局部清晰的图像，以节省大量人力资源。【附图说明】图1是光场技术成像原理图；图2是胶囊内窥镜相机结构图；图3是光场式胶囊内窥镜相机结构图；图4是胶囊内窥镜相机具备重复设置的光场式及普通成像系统结构图；图5是胶囊内窥镜相机具备重复设置的光场式及普通成像系统结构图；下面结合附图和实施例对本专利技术作进一部说明。图1是光场技术成像原理图。外部光线经光学镜头折射后，汇集于固定焦点附近。而内置于此处的微镜片阵列再次将入射光线折射到光电传感器。经此过程，入射光线的强度及入射角度被重新解析。每一个微镜头记录到入射光束的一个特定角度分量。所有阵列的微镜头将各分量集合后还原成原来的入射光总量。光电传感器由此获得了入射光线的4D光场信息(2D光强度及2D光角度)，增加了接收到的入射光伩息量。图2是胶囊内窥镜相机结构图。入射光线由光学镜头(10)聚焦成像于光电传感器(30)。内置照明光源(40)，图像内存系统(50)，无线传输系统(60)，供电系统(70)。图3是光场式胶囊内窥镜相机结构图。光学镜头(10)微镜片阵列(20)，光电传感器(30)，内置照明光源(40)，图像内存系统(50)，无线传输系统(60)，供电系统(70)。图4是胶囊内窥镜相机具备重复设置的光场式及普通成像系统结构图。光学镜头(10)，微镜片阵列(20)，光电传感器(30)，内置照明光源(40)，图像内存系统(50)，无线传输系统(60)，供电系统(70) ο图5是胶囊内窥镜相机具备重复设置的光场式及普通成像系统结构图。光学镜头(10)，微镜片阵列(20)，光电传感器(30)，内置照明光源(40)，图像内存系统(50)，无线传输系统(60)，供电系统(70) ο【具体实施方式】根据本专利技术的一个实用例是创建一个具有重新聚焦功能的光场式胶囊内窥镜相机。如图3所示，这个胶囊相机具备有LED照明光源(40)，光学镜片(10)，微镜片阵列(20)，光电传感嚣(30)，图像内存系统(50)，无线电视频发射器(60)，供电系统(70)。这里的光学镜片(10)是固定焦距的单镜片。至少一组微镜片阵列(20)被插入在主镜片(10)和光电传感嚣(30)之间。它们彼此之间的相对距离已经预先设定。微镜片阵列一般位于主镜头焦点处。微镜片阵列(30)所含微镜密度越高，其解析度也越好。光电传感嚣(30)将接受的光信号转换成电图像信号暂存(50)并由发射机(60)播送出体外。如图3所示，相机内的入射光线经光学镜片(10)聚焦汇合后，再通過一组微镜片阵列(20)重新折射散射后被光电传感嚣(30)接收。以此得到的图像信号，包含了被摄物光场的信息，例如光束的强度，颜色及照射方向。而后经过图像计算模型解析以及计算机软件处理，被拍摄物的整体三维光场被重造，四周场景被逼真还原。在这个拍照后处理过程中，聚焦于主平面前后的光线信息被重新解析与整合，从而生成自前向后的一组任意局部的清晰照片。这实际上等同于增加了固定镜头的景深范围，或等同于改变了镜头的焦距值，使固定焦距单镜头变成了变焦镜头。相较于一般胶囊相机，本专利技术的主要结构特征是在极其有限的体积内加载了一组微镜片阵列(20)，使胶囊相机具备了所谓先拍照而后聚焦的功能。另外，图像信号可以即时无线播放(60)，也可暂时存放在相机内部(50)，待相机被排出体外以后，再进行回收处理。根据本专利技术构建的这一种新型相机，能用来观察体内管腔和体腔。所获得的图像含有被摄物体的光场信息。即使初次图像不够清楚，在完成造影程序后，所获图像都能经计算机进行再处理，从而解析出任意局部的清晰聚焦的像片。另外，光场式胶囊相机适用于暗光以及高速环境，这对于该相机在穿过胃囊时总是以提速穿行而导致的成象困难是一个极好的适用。根据本专利技术的另一个实用例是创建一个内置双重成像系统的具有重新聚焦功能的光场式胶囊内窥镜相机。如图4所示，这个相机内置有普通与光场式双重成像系统。普通成像镜片(10)与光场式成像镜片组(20)位于相机的同一端，紧密平行相联并且共用同一组光电传感器(30)。入射光成像在光电传感器(30)的不本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有拍照后重新聚焦功能的光场式胶囊内窥镜相机，其特征是：成像系统由主镜片，微镜片阵列及相应的光电传感器构成，生成能进行任意局部聚焦的影像。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：白欣立，白凯文，
申请(专利权)人：白欣立，白凯文，
类型：新型
国别省市：河北;13