一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统技术方案

本发明专利技术公开了一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，包括胶囊内窥镜本体和图像接收端；胶囊内窥镜本体包括分别与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接的第一MCU控制模块，CMOS图像传感器、无线发射模块和MCU控制模块分别与第一电源管理模块连接，图像接收端包括分别与无线接收模块、SD卡存储模块、串口通讯模块和USB通讯模块连接的第二MCU控制模块，第二MCU控制模块与第二电源管理模块连接，无线发射模块和无线接收模块均为双向无线通讯模块。本发明专利技术的系统图像采集功能完善，体积紧凑，系统工作稳定，可以很好的完成图像采集发送、接收、存储功能，软件上编写的循环工作状态大大降低了功耗，延长了系统工作时间。

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统
本专利技术属于图像采集和处理
，具体涉及一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统。
技术介绍
胶囊内窥镜主要依靠其内部的摄像装置完成受检者体内图像的拍摄，并通过数据处理装置对图像进行压缩等处理，由无线发送方式传到体外，所有这些设备均由胶囊内部电池供电。一方面，现有的胶囊内窥镜持续的拍摄肠道图片，并发送外部监控设备中，直到电池耗尽，这样的工作模式，使得整个胶囊内窥镜处于高功耗高耗电的状态；另一方面，胶囊内窥镜完成一次完整拍摄过程大约会拍摄大量的图像，而在拍摄过程中往往会存在很多的重复图像，这种重复图像的存在浪费胶囊有限的电量。因此需要降低功耗，延长胶囊内窥工作时长；另一方面给会使医生增加了工作负担，降低诊疗效率。专利CN102973236B公开了一种通过检测电池电压是否小于门限值来决定是不是要RF进入窄带、间隔发送低功耗工作模式的方法，该方法并没有解决胶囊内窥镜的重复图像问题；专利CN201710979327公开了一种图像帧率自适应的无线胶囊内窥镜系统及帧率自适应方法，通过胶囊内窥镜的第一姿态信息和便携式记录器的第二姿态信息得到的结果判断是否存在相对运动，来生成相应指令信号调整胶囊内窥镜的拍摄帧率。目前低功耗内窥镜与所接收到图片直接进行三维重建实现起来比较困难，目前的胶囊内窥镜存在采样帧率较低，被动前行、随机拍摄、不能对可以病灶部位进行重点的拍摄观察问题，并且由于图像数量大会导致诊疗效率的降低，因此，在低功耗胶囊内窥镜采集完图像后所接收的图片直接三维重建，构建成三维数据，直接供医师快速的诊断是有必要的。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于：解决上述现有技术中的不足，提供一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，减少拍摄过程中无效重复图像的张数，提高胶囊的工作效率，节省胶囊内部有限的电量，通过疑似病灶区域的三维重建减少医生的阅片数量，提高诊疗效率。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，包括胶囊内窥镜本体和图像接收端；所述的胶囊内窥镜本体包括第一MCU控制模块，所述的第一MCU控制模块分别与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接，所述的无线发射模块和MCU控制模块分别与第一电源管理模块连接，所述的电源管理模块还与所述的CMOS图像传感器连接，所述的CMOS图像传感器还包括短焦镜头；所述的图像接收端包括第二MCU控制模块，所述的第二MCU控制模块分别与无线接收模块、SD卡存储模块、串口通讯模块和USB通讯模块连接，所述的第二MCU控制模块还与第二电源管理模块连接，所述的无线发射模块和无线接收模块均为双向无线通讯模块。进一步的，上述的电源管理模块包括2.5V电源和1.2V电源，所述的2.5V电源分别与所述的第一MCU控制模块和无线发射模块连接，所述的1.2V电源与所述的CMOS图像传感器连接。进一步的，上述的第一MCU控制模块分别通过第一SPI总线与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接，所述的第二MCU控制模块通过第二SPI总线与所述的无线接收模块连接，所述的第二MCU控制模块通过SDIO接口与SD卡存储模块连接。进一步的，上述的CMOS图像传感器还通过I2C总线与LED照明模块连接。进一步的，上述的第一MCU控制模块通过单端零欧姆电阻共地方式分别与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接。进一步的，上述的无线接收模块的信号输入端还连接有接收前端放大单元。一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建方法，应用上述的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，包括以下步骤：步骤一：将胶囊内窥镜本体服入体内，胶囊内窥镜本体启动，第一MCU控制模块、CMOS图像传感器和无线发射模块正常工作，CMOS图像传感器拍摄肠道内的影像并通过无线发射模块传输至图像接收端中保存；步骤二：系统对影像进行三维重建。进一步的，上述的步骤一中：胶囊内窥镜本体启动时，CMOS图像传感器和LED照明模块开始工作，无线发射模块处于断电状态；拍摄完成并通过CMOS图像传感器内置的图像压缩模块将图片压缩完成后，CMOS图像传感器和LED照明模块断电，同时启动无线发射模块将图片发送至图像接收端；图像接收端中的第二MCU控制模块检测到SD卡存储模块将图片保存完成后，通过无线发射模块通知第一MCU控制模块，第一MCU控制模块收到通知后，控制无线发射模块进入断电状态且控制CMOS图像传感器和LED照明模块开始工作；所述的胶囊内窥镜本体和图像接收端重复上述步骤，直到影像采集工作完成。进一步的，上述的步骤二具体为：步骤201：对图像接收端中保存的影像进行预处理，得到预处理图像，所述的预处理包括去除肠腔粘液的气泡引起的拍照时的高亮反光区域和对图片噪声进行差值处理；步骤202：对得到的预处理图像进行栅格区域划分，根据栅格区域的特征分布参数提取数目稳定且分布均匀的特征，按照特征分布值从大至小对栅格区域重新排序；步骤203：从特征分布值较大的前k个栅格区域中提取n个随机特征点且每个像素间的距离大于预设的距离阈值，然后对随机特征点进行匹配，得到序列图像；步骤204：对相邻两帧序列图像进行匹配，得到CMOS图像传感器的运动参数和三维坐标；步骤205：根据CMOS图像传感器的运动参数的三维坐标构建离散的三维网络，然后对离散的三维网络进行表面光滑，得到病灶区重建图像。进一步的，上述的步骤203中对随机特征点进行匹配时，若存在匹配效果不达预期的非期望观测，则进行消除不稳定特征处理；若在肠道中运行时胶囊内窥镜本体突然抖动引起当前帧与之前若干帧图像的特征点匹配失败，且在当前帧之后的若干帧图片中又重新匹配到已拍摄的序列图像，则删除当前帧之后的五帧图像，只对可疑病灶的特征区域三维重建。由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统选用低功耗的MCU控制胶囊内窥镜本体，拍照时无线收发模块处于断电状态-拍照后CMOS图像传感器和LED照明断电—MCU控制启动无线发送模块和无线接收模块发送且接收图片完成后断电—MCU控制SD卡存储图片—MCU控制启动CMOS图像传感器和LED照明工作，循环工作状态下平均电流大大减小，低功耗效果明显。本专利技术的系统由胶囊内窥镜本体和体外的图像接收端两部分组成。胶囊内窥镜本体硬件电路在电路设计选型的时候都尽量选用低功耗、小封装的器件。胶囊图像接收端能移动接收SD卡存储图片，可与电脑USB口通讯，以拷贝图片且在电脑上位机软件上实时显示所得图片。本专利技术的系统图像采集功能完善，体积紧凑，系统工作稳定，可以很好的完成图像采集发送、接收、存储功能，软件上编写的循环工作状态大大降低了功耗，延长了系统工作时间。对于重建的结果图，从光面光滑程度、凸起以及凹陷的检测率、肠道边缘清晰程度、是否接近真实表面等方面对比，可明显获得形状不一、大小不一的凹陷，褶皱在三维图中显示效果明显，形状各异的凸起均得到明显三维显示。同时，结果图的毛刺锯齿状现象得到改善，轮廓清晰，边缘表面比较光滑，有效的反映出肠道内部的基本特征。附图说明图1为本专利技术的图像采集控制流程示意图。图2为本专利技术的胶囊内窥镜本体结构示意图。图3为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于：包括胶囊内窥镜本体和图像接收端；所述的胶囊内窥镜本体包括第一MCU控制模块，所述的第一MCU控制模块分别与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接，所述的无线发射模块和第一MCU控制模块分别与第一电源管理模块连接，所述的第一电源管理模块还与所述的CMOS图像传感器连接，所述的CMOS图像传感器还包括短焦镜头；所述的图像接收端包括第二MCU控制模块，所述的第二MCU控制模块分别与无线接收模块、SD卡存储模块、串口通讯模块和USB通讯模块连接，所述的第二MCU控制模块还与第二电源管理模块连接，所述的无线发射模块和无线接收模块均为双向无线通讯模块。

【技术特征摘要】
1.一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于：包括胶囊内窥镜本体和图像接收端；所述的胶囊内窥镜本体包括第一MCU控制模块，所述的第一MCU控制模块分别与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接，所述的无线发射模块和第一MCU控制模块分别与第一电源管理模块连接，所述的第一电源管理模块还与所述的CMOS图像传感器连接，所述的CMOS图像传感器还包括短焦镜头；所述的图像接收端包括第二MCU控制模块，所述的第二MCU控制模块分别与无线接收模块、SD卡存储模块、串口通讯模块和USB通讯模块连接，所述的第二MCU控制模块还与第二电源管理模块连接，所述的无线发射模块和无线接收模块均为双向无线通讯模块。2.根据权利要求1所述的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于：所述的第一电源管理模块包括2.5V电源和1.2V电源，所述的2.5V电源分别与所述的第一MCU控制模块和无线发射模块连接，所述的1.2V电源与所述的CMOS图像传感器连接。3.根据权利要求1所述的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于：所述的第一MCU控制模块分别通过第一SPI总线与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接，所述的第二MCU控制模块通过第二SPI总线与所述的无线接收模块连接，所述的第二MCU控制模块通过SDIO接口与SD卡存储模块连接。4.根据权利要求1所述的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于：所述的CMOS图像传感器还通过I2C总线与LED照明模块连接。5.根据权利要求1所述的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于：所述的第一MCU控制模块通过单端零欧姆电阻共地方式分别与CMOS图像传感器、图像压缩模块和无线发射模块连接。6.根据权利要求1所述的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于：所述的无线接收模块的信号输入端还连接有接收前端放大单元。7.一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建方法，应用权利要求1-6中任一项所述的一种低功耗胶囊内窥镜图像采集及三维重建系统，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将胶囊内窥镜本体服入体内，胶囊内窥镜本体启动，第一MCU控制模块、CMOS图像传感器和无...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡乐才，刘鑫，张超洋，刘川莉，阳万安，
申请(专利权)人：宜宾学院，
类型：发明
国别省市：四川,51