非线性缩放模型处理图像数据的方法及医学视觉辅助系统技术方案

提出了一种用于通过使用包括内窥镜和监视器的医学视觉辅助系统来获得和处理图像数据的方法。该内窥镜被构造为被插入体腔中，并且包括图像捕获设备和发光设备。该方法包括利用该发光设备照亮该图像捕获设备的视场、使用该图像捕获设备捕获图像数据、提供适于该体腔的非线性缩放模型、通过应用该非线性缩放模型来调整该图像数据，使得形成经调整的图像数据，并且该方法包括在该监视器上呈现该经调整的图像数据。

The method of image data processing by nonlinear zoom model and medical Vision Assistant System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非线性缩放模型处理图像数据的方法及医学视觉辅助系统
本专利技术涉及内窥镜。更具体地讲，本专利技术涉及用于获得和处理图像数据的方法、医学视觉辅助系统、形成医学视觉辅助系统的一部分的内窥镜、以及形成视觉辅助系统的一部分的监视器。
技术介绍
内窥镜是用于目视检查比如人体的体腔等不可触及的地方的公知设备。典型地，内窥镜包括长形插入管，从操作者的视角来看，在该长形插入管的近端处具有手柄，而在该长形插入管的远端处具有比如带有图像传感器和光源的内置摄像头等视觉检查装置。内窥镜通常连接到监视器，以便在被插入到待观察的对象中时显示由摄像头捕获的图像。用于摄像头和光源(比如LED)的电线沿着长形插入管的内部从手柄延伸至远端处的端头。代替LED，内窥镜还可以是光纤的，在这种情况下光纤沿着长形插入管的内部延伸。为了能够操纵在体腔内部的内窥镜，内窥镜的远端可以包括具有增大的柔性的区段，例如，铰接式端头部允许操作者弯曲这个区段。典型地，这通过张紧或松弛拉线来完成，拉线也沿着长形插入管的内部从铰接式端头部延伸到手柄的控制机构。此外，工作通道可以沿着插入管的内部从手柄延伸到端头，例如允许从体腔中移除液体或者允许外科手术器械等插入体腔中。为了降低交叉污染的风险并避免使用后清洁内窥镜的繁琐程序，令人期望的是提供被设计用于一次性使用的内窥镜。为了将成本保持在较低水平，一次性使用的内窥镜通常被设计成具有尽可能少的部件。然而，仍然令人期望的是获得在屏幕上显示的最佳可能图像。在复杂的可重复使用内窥镜中，确保图像质量的一种方式是通过提供充分照亮待观察对象的光源来实现的，并且来自光源的光强度甚至可以通过分析由摄像头捕获的图像来自动调节。在一次性使用的内窥镜中，令人期望的是具有简单的光源(比如LED)，该光源可以设置在远侧端头处，而不需要比如透镜、光导或反光元件等任何光学部件来聚焦、成形或分布从LED发出的光。这种构型的实例从WO14106511中已知。虽然，这种构型由于设计简单而是令人期望的，但是光源可能引导待观察的对象的部分过度曝光，从而导致图像传感器的像素饱和，使得丢失关于所观察的对象的信息。因此，为了获得关于待观察的对象的所期望的信息，监视器上显示的图像将在某些区域显得太亮、而在其他区域显得太暗。当内窥镜被插入到管状结构(比如人的肺部)中时，情况尤其如此。鉴于此，目的是提供一种以简单且成本有效的方式改善图像质量的方法和内窥镜系统。
技术实现思路
因此，本专利技术优选地寻求单独地或以任何组合来减轻、缓解或消除本领域中上述缺陷和缺点中的一个或多个，并且至少解决上述问题，例如通过根据第一方面提供一种用于处理使用包括内窥镜和监视器的医学视觉辅助系统获得的图像数据的方法，其中该内窥镜被构造成被插入到体腔中，并且包括发光设备以及用于捕获图像数据的图像捕获设备，所述方法包括提供适于该体腔的非线性缩放模型、通过应用非线性缩放模型来调整该图像数据，使得形成经调整的图像数据，从而在该监视器上呈现该经调整的图像数据。优点是，通过使用非线性缩放模型并使此模型适于体腔，操作者可以容易且快速地分析基于经调整的图像数据的、被呈现在监视器上的图像，这进而意味着改善的健康监护。该方法可以进一步包括应用图像捕获设备的曝光设置，使得光没有使覆盖多于两个相邻像素、优选地多于单个像素的图像的区域饱和。优点是信息不会在图像的曝光过度区域中丢失。图像的最暗的区域可能会变得更暗，但信息仍在像素中。通过应用非线性缩放模型，将使得最暗区域中的信息对用户是可见的。该方法可以进一步包括应用强调图像捕获设备的视场的中心部分的曝光设置。在检查管形状的(tube-formed)空腔的情况下优点是，通过强调中心部分，反映这个部分的图像数据将包括附加信息，这进而意味着图像数据的细化结果(例如通过使用非线性缩放模型)可以在稍后阶段完成，使得附加细节对操作者是可见的。非线性缩放模型也可以适于监视器。不同的监视器可以不同地处理图像数据，并且从而通过知道正在使用哪种类型的监视器，非线性缩放模型可以相应地被适配，这进而使得操作者可以容易地分析监视器上呈现的图像。该非线性缩放模型也可以适于发光设备。不同的发光设备可以不同地启亮(enlighten)体腔。因此，通过知道内窥镜正在使用哪种类型的发光设备，该非线性缩放模型可以被适配，这进而使得操作者可以容易地分析监视器上呈现的图像。该非线性缩放模型可以是非线性强度缩放模型，比如非线性伽马校正模型。非线性强度缩放模型可以被构造为在监视器上显示的图像中，以某种方式增加该图像的暗部分中的对比度，并降低具有中等光强度的图像部分中的对比度，由此具有低像素强度值的像素被显著增强，并且具有中间范围的像素强度值的像素仅被稍微调整或根本不调整。因此，非线性缩放模型可以向具有中间范围像素强度值的像素提供比由标准伽马函数提供的平均增益更低的平均增益，向具有低像素强度值的像素提供与非线性缩放模式相同的平均增益。标准伽马函数定义为：V输出＝V输入γ这样的优点是，看起来好像光源可以以相同的光强度照亮靠近内窥镜端头的区域和更远离内窥镜端头的区域二者。图像的暗部分可以被定义为具有在最大强度的0％和7％之间的强度的图像部分。图像的具有中等光强度的部分可以被定义为具有在最大强度的8％和30％之间的强度的图像部分。非线性强度缩放模型可以是将输入强度映射到输出强度的缩放函数。缩放函数可以设置有弯曲部，即缩放函数的斜率可以既不连续增加也不连续减小。在一些实施例中，缩放函数具有第一部分，该第一部分之后是第二部分，该第二部分之后是第三部分，并且其中该第二部分的平均斜率低于该第一部分的平均斜率和该第三部分的平均斜率。这允许将高增益提供给图像的暗部分，将低增益提供给具有中等光强度的图像部分，同时利用监视器的整个动态范围。通过应用非线性强度缩放模型来调整图像数据使得形成经调整的图像数据的步骤可以进一步包括增加低强度图像数据子集的强度以及降低高强度图像数据子集的强度，其中该低强度图像数据子集包括具有最高达最大强度的25％的强度水平的图像数据，其中该高强度图像数据子集包括具有从最大强度的95％开始的强度水平的图像数据。这样做的优点是，操作者可以容易地分析表示体腔的位于远处(相对于图像捕获设备)区域的经调整的图像数据。非线性缩放模型可以被设置为通过第一增加因子来增加低强度图像数据子集的强度，其中该第一增加因子大于用于图像数据的其他子集的强度因子。将低图像强度图像数据子集的强度增加到比图像数据的其余部分更高的程度的优点在于，操作者可以容易地分析体腔的位于远处的区域。提供适于体腔的非线性缩放模型的步骤可以进一步包括确定与体腔相关的体腔类型，以及基于该体腔类型选择该非线性缩放模型。这样的优点是，可以考虑不同体腔的形状和光反射特性方面的差异，这进而提供了可以针对不同体腔定制非线性缩放模型，这进而使得可以为宽范围的不同体腔提供可以经由监视器容易地分析的图像。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于处理使用医学视觉辅助系统获得的图像数据的方法，该医学视觉辅助系统包括内窥镜和监视器，其中该内窥镜被构造为被插入体腔中，并且包括发光设备和用于捕获图像数据的图像捕获设备，所述方法包括/n提供适于该体腔的非线性缩放模型，/n通过应用该非线性缩放模型来调整该图像数据，使得形成经调整的图像数据，/n在该监视器上呈现该经调整的图像数据。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170619 EP 17176592.81.用于处理使用医学视觉辅助系统获得的图像数据的方法，该医学视觉辅助系统包括内窥镜和监视器，其中该内窥镜被构造为被插入体腔中，并且包括发光设备和用于捕获图像数据的图像捕获设备，所述方法包括
提供适于该体腔的非线性缩放模型，
通过应用该非线性缩放模型来调整该图像数据，使得形成经调整的图像数据，
在该监视器上呈现该经调整的图像数据。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，应用该图像捕获设备的曝光设置，使得光没有使覆盖多于两个相邻像素、优选地多于单个像素的图像的区域饱和。


3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括
应用强调该图像捕获设备的视场的中心部分的曝光设置。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该非线性缩放模型也适于该监视器。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该非线性缩放模型也适于该发光设备。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该非线性缩放模型是非线性强度缩放模型。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，该非线性强度缩放模型被构造为在该监视器上显示的该图像中，以某种方式增加该图像的暗部分中的对比度、并降低具有中等光强度的图像部分中的对比度，由此具有低像素强度值的像素被显著增强，并且具有中间范围的像素强度值的像素仅被稍微调整或根本不调整。


8.根据权利要求7所述的方法，其中，该非线性强度缩放模型是将输入强度映射到输出强度的缩放函数。


9.根据权利要求8所述的方法，其中，该缩放函数能够设有弯曲部。


10.根据权利要求9所述的方法，其中，该缩放函数具有第一部分，该第一部分之后是第二部分，该第二部分之后是第三部分，并且其中该第二部分的平均斜率低于该第一部分的平均斜率和该第三部分的平均斜率。


11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其中，该通过应用该非线性强度缩放模型来调整该图像数据使得形成经调整的图像数据的步骤进一步包括
增加低强度图像数据子集的强度，其中该低强度图像数据子集包括具有最高达最大强度的25％的强度水平的图像数据，以及
降低高强度图像数据子集的强度，其中该高强度图像数据子集包括具有从该最大强度的95％开始的强度水平的图像数据。


12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该非线性缩放模型被设置为通过第一增加因子来增加该低强度图像数据子集的强度，其中该第一增加因子大于用于该图像数据的其他子集的增加因子。


13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该提供适于该体腔的非线性缩放模型的步骤进一步包括
确定与该体腔相关的体腔类型，以及
基于该体腔类型选择该非线性缩放模型。


14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用于调整该图像数据的该非线性缩放模型是从包括第一非线性缩放模型和第二非线性缩放模型的一组非线性缩放模型中选择的。


15.根据权利要求14所述的方法，其中，该第一非线性缩放模型和该第二非线性缩放模型两者适于相同的监视器。


16.根据权利要求15所述的方法，其中，使用一次性使用内窥镜获得该图像数据，并且其中该监视器通过应用该非线性缩放模型来调整该图像数据。


17.根据权利要求16所述的方法，其中，该第一非线性缩放模型和该第二非线性缩放模型被存储在该监视器中。


18.医学视觉辅助系统，该医学视觉辅助系统包括内窥镜和监视器，其中该内窥镜被构造为被插入体腔中，并且包括图像捕获设备和发光设备，并且该监视器包括
图像数据处理设备，该图像数据处理设备用于通过应用适于...

【专利技术属性】
技术研发人员：芬恩·索尼伯格，布瑞恩·尼尔森，库尔特·阿兰·约翰松，塞巴斯蒂安·奥尔特加·扎夫拉，杨茜，陈凯诚，张玉旺，
申请(专利权)人：安布股份有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK