用于内窥镜校准的系统和方法技术方案

描述了一种考虑使相机和光源在封闭环境中彼此靠近的用于校准内窥镜的系统和方法。在本发明专利技术的一个实施例中，提供了一种镜面反射的彩色图谱板，其具有径向延伸的彩色斑块，以及可处理相机的自动增益控制的圆形中央非彩色明场。彩色图谱可被安装到具有机械连接的保持器以支撑内窥镜臂的容器单元中。

System and method for endoscopic calibration

A system and method for calibrating endoscopes considering the proximity of cameras and light sources to each other in a closed environment are described. In one embodiment of the invention, there is provided a specularly reflective color atlas plate with radially extended color patches and a circular central achromatic light field for processing the automatic gain control of the camera. The color atlas can be installed in a container unit with a mechanically connected retainer to support the endoscope arm.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于内窥镜校准的系统和方法
本专利技术涉及用于校准内窥镜的方法和系统。背景可通过使相机系统获取彩色图谱的图像，并将所获得的不同斑块的值与指定颜色空间中的已知参考值(例如标准RGB)进行比较来对相机系统进行校准。校准算法计算变换以便减小斑块的获取值与参考值之间的误差。此变换会得到相机针对指定颜色空间的校正颜色。彩色图谱传统上是矩形的，具有若干方形或矩形斑块。斑块的颜色被仔细地选择使得它们覆盖指定彩色空间的色域，在特定情况下，图像中经常出现的颜色也会添加到图谱中以提高校准的精度。例如，图1中的彩色图谱针对医疗应用进行了优化(http://dsclabs.com/dsc-products/law-enforcement-medical/the-medicol-chart/)。该图谱包括32个提供扩展色域的精度彩色切片，据称是专为医疗成像界设计的。九阶灰度据称可提供中性的动态范围参考。背后的DSCCamWhite(白平衡测试卡)据称能提供分光光度法中性白参考以用于快速白平衡。再例如，如图1中的图像工程的彩色图谱TE188针对医疗应用进行了优化(http://www.image-engineering.de/products/solutions/starter-kits/637-starter-kit-medical-endoscopy和http://www.image-engineering.de/products/charts/all/516-te188)。该图谱包括18个提供扩展色域的精度彩色切片，据称是专为医疗成像界设计的。六阶灰度可提供中性的动态范围参考。●TE132-TE132ISO测试图案No.2(1-18LP/mm–具有12种图案的图纸)图谱大小D35●TE188-TE188彩色再现图谱大小D35(X-Rite颜色检查器)●TE240-TE240ISO21550动态范围图谱大小D35(最大可用密度4.0或6.0)●TE250–USAF1951目标图谱大小D35这些类型的彩色图谱可能不适用于具有用于检查封闭空间的集成光源的相机系统，诸如内窥镜。内窥镜可例如用于医疗保健应用或用于检查机器或引擎，或用于检查建筑物结构。校准内窥镜时需要克服若干障碍：a.大多数内窥镜都具有内置的自动增益控制系统以在要检查的结构内部的非常不同的照明条件下优化图像性能。根据相机的距离及其对环境的内置照明，图像可能会变深或变浅。为了补偿这一点，相机自动地改变其增益以便永远得到明亮的图像。自动增益控制算法基于增加增益直到特定数量的像素饱和并省略。这会对相机系统如何获取颜色产生影响。如果相机在某个颜色上饱和，那么此颜色的再现(以及可能依赖于其的其他颜色)将是不正确的。传统彩色图谱没有考虑相机的自动增益控制算法。b.内置光源的效果是图像照明是不均匀的并可类似于手电筒，即视野的中央非常明亮而在边缘处图像被阴影覆盖。结果可能是，对于传统的彩色图谱，中央斑块的照明与朝向边缘的斑块的照明不同。这对相机如何获取不同位置处的彩色斑块有很大影响。因此，传统的矩形彩色图谱不适用于具有内置光源的系统的颜色校准。c.校准过程可取决于对于不同斑块的坐标的了解。因此，了解相机像素与彩色图谱的坐标之间的关系是重要的，因此相机需要与彩色图谱对准。对于传统的相机系统，相机的外壳和视野通常是矩形的，因此将相机与矩形彩色图谱对准是直观的。内窥镜的视野也是矩形的，但是光学系统将图像裁剪为圆形。因此，在典型的圆管和小内窥镜外壳的情况下，或在玻璃纤维的情况下，选择矩形形状的自然对准方法无效了。因此，难以将内窥镜系统与传统的彩色图谱对准。d.替代地，可自动地检测斑块的位置，例如，通过标识斑块的矩形形状，还通过将斑块的获取值与参考值进行比较来定义彩色图谱的取向。为了确定斑块对应于参考值，必须校准图像。但要校准图像，首先需要提取斑块。因此，此替换方法不能解决对准的问题。e.内窥镜相机通常不直接插入待检查的结构内。具有透镜的管或玻璃纤维被连接到内窥镜的相机，并且该管或纤维被插入待检查的结构内。此光路并不完美。例如，管内的串扰导致斑块旁边的光结构，其在斑块内部创建光影边界。这对最终校准有影响，因为人为地增加了获取值与参考值之间的误差。传统的彩色图谱不考虑此串扰。f.彩色图谱种类繁多，但也有编号版本。许多颜色校准算法支持使用不同的彩色图谱。可手动选择或基于斑块的获取值而自动选择图谱。对于自动检测，假设所使用的图谱是参考值最接近于获取值的斑块的图谱。在任何一种情况下，都存在错误的彩色图谱被选择的风险，这将导致不正确的校准结果。在校准期间，还希望使彩色图谱和相机摄取与环境光隔离，以便在内窥镜操作期间模拟环境。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施例中，提供了一种用于颜色校准的系统，该系统包括具有图像捕捉设备(诸如，相机和光源)的内窥镜、具有保持器和圆形彩色图谱板的容器单元，其中彩色图谱板具有面向相机的主要呈镜面反射的表面、以及具有相同径向延伸的径向彩色斑块、半径在彩色斑块径向延伸的30-70％之间的圆形中央非彩色明场、并且该圆形中央非彩色明场具有至少彩色图谱中最亮的彩色斑块的亮度。圆形中央非彩色明场可以是白色的。圆形中央非彩色明场可被用于管理自动增益控制，使得来自圆形中央非彩色明场外的彩色斑块的信号不饱和。彩色图谱板可具有面向相机的透明和/或光滑表面，例如可以由玻璃或石英制成。这保护彩色图谱免受磨损并也使其易于保持清洁，这对于医疗应用尤为重要。彩色斑块和/或圆形中央非彩色明场可能具有黑色轮廓或边界，这将避免在斑块或白色场内具有光伪影(例如，由于用于增强对比度的相机亮度补偿)。彩色斑块周围的区域和圆形中央非彩色明场可以是白色的。这可补偿可能因内窥镜光源而导致的朝向相机视野边的可能的照明减少。彩色图谱板的外形可以是矩形或圆形或其任何组合。圆形中央非彩色明场的区域可被排除作为颜色校准的参考。这将避免使用饱和颜色参考值进行校准。附加地，可防止光源的中央强反射干扰彩色斑块读数。彩色图谱板可具有非对称标记和/或非对称放置的标记。因此，如果标记是非对称的，则它们可被对称或非对称地放置。如果标记是对称的，则它们应该是非对称放置的。如果使用彩色斑块的自动读取，则可使用这些标记来获得图谱的取向。彩色图谱可进一步包括用于标识的标记码，例如，QR码。该码可存储彩色图谱的相关信息(例如图谱类型)，也可存储用户特定信息。一般而言，QR码还可包括内窥镜系统的更新和升级，例如通过使用Java。容器单元可包括可更换的彩色图谱板。与每个测量规程和/或用户关联的彩色图谱板可被放置在容器单元内。容器单元可具有至少一个开口以接收内窥镜臂。容器单元可具有至少两个保持器，每个保持器可进而具有至少一个凹口或凹槽。保持器可彼此旋转，和/或保持器和容器可相对于彼此旋转。保持器将会把内窥镜臂保持在正确的位置。凹口或凹槽将在操作期间进一步稳定臂位置。容器的内壁可覆盖有光吸收材料和/或用于光散射的结构。这将减少容器内的镜面反射。在本专利技术的另一实施例中，提供了一种用于校准内窥镜图像捕捉设备(诸如，包括具有光源的内窥镜的相机)和图像捕捉设备(诸如，具有像素的相机、容器、以及彩色图谱板，其中彩色图谱具有圆形中央非彩色明场)的方法，该方法包括以下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于颜色校准的系统，所述系统包括具有相机和光源的内窥镜、具有保持器和圆形彩色图谱板的容器单元，其中所述彩色图谱板具有主要面向所述相机的镜面反射面、以及具有相同径向延伸的径向彩色斑块、半径在彩色斑块径向延伸的30‑70％之间的圆形中央非彩色明场、并且所述圆形中央非彩色明场具有至少所述彩色图谱中最亮的彩色斑块的亮度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.15 GB 1600873.21.一种用于颜色校准的系统，所述系统包括具有相机和光源的内窥镜、具有保持器和圆形彩色图谱板的容器单元，其中所述彩色图谱板具有主要面向所述相机的镜面反射面、以及具有相同径向延伸的径向彩色斑块、半径在彩色斑块径向延伸的30-70％之间的圆形中央非彩色明场、并且所述圆形中央非彩色明场具有至少所述彩色图谱中最亮的彩色斑块的亮度。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述圆形中央非彩色明场是白色的。3.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述彩色图谱板包括面向所述相机的透明和/或光滑表面，例如玻璃。4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，每个彩色斑块都具有黑色轮廓。5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述圆形中央非彩色明场具有黑色轮廓。6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，彩色斑块周围的区域和所述圆形中央非彩色明场是白色的。7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述圆形中央非彩色明场的区域不是用于颜色校准的参考。8.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述彩色图谱包括非对称标记和/或非对称放置的标记。9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述彩色图谱包括用于标识的至少一个标记或码，例如快速响应码。10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述彩色图谱板的外形是矩形或圆形或其任何组合。11.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述容器单元包括可更换的彩色图谱板。12.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述容器单元包括具有至少一个开口的容器。13.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述容器单元包括至少两个保持器。14.如前述权利要求中任一项所述的系统，其特征在于，所述至少两个保持器中的每一个保持器具有至少一个凹口。15.如权利要求12至14中任一项所述的系统，其特征在于，所述容器的内壁覆盖有光吸收材...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·德帕普，G·斯帕拉，A·韦特赛朋斯，G·范霍伊，
申请(专利权)人：巴科股份有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE