基于视觉的测试体对准待测通道的方法、导航方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于视觉的测试体对准待测通道的方法、导航方法及系统。包括：S1，获取测试体摄像头拍摄的测试体前端待测通道的图像，从图像中提取出待测通道区域并获取待测通道区域的中心位置；S2，获取前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角；S3，基于偏航角获取外部磁体的旋转角度，控制外部磁体按照旋转角度旋转。该方法能够使得测试体在待测通道内对准待测通道中心运动，能够加快检测速度，降低漏检率，能够依据图像中待测通道区域的中心位置坐标和摄像头的相机内部参数快速获得前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角，避免了坐标系之间复杂变换运算，提高了对准速度。

【技术实现步骤摘要】
基于视觉的测试体对准待测通道的方法、导航方法及系统
本专利技术涉及视觉导航领域，特别是涉及一种基于视觉的测试体对准待测通道的方法、导航方法及系统。
技术介绍
传统胶囊内窥镜主要依靠肠道蠕动和自身重力在体内移动，是一种被动式的检测方法，耗时长，漏检率高。采取主动控制的无线胶囊内窥镜(WirelessCapsuleEndoscopy，简称WCE)的能减少检测时长，提高病变区域诊断效率而减少疾病漏检率。为实现WCE的闭环主动控制，准确定位胶囊的位置是关键，现有胶囊定位技术中大多采用磁定位技术，磁定位技术主要是通过人体外的磁感应传感器阵列对体内胶囊磁体进行检测，再利用适当的数学模型计算得出胶囊的位置以实现定位。但是由于人体内待测通道内褶皱、弯曲等复杂结构，使得胶囊内窥镜在待测通道内的姿态不可控制，对待测通道内的胶囊内窥镜给出准确和快速的导航指导，在移动过程中无法确保前端摄像头对准待测通道中心拍摄，使得漏检率和重复拍摄率较高，检测耗时较长。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于视觉的测试体对准待测通道的方法、导航方法及系统。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第一个方面，本专利技术提供了一种基于视觉的测试体对准待测通道的方法，包括：步骤S1，获取测试体摄像头拍摄的测试体前端待测通道的图像，从所述图像中提取出待测通道区域并获取所述待测通道区域的中心位置；步骤S2，获取前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角；步骤S3，基于所述偏航角获取外部磁体的旋转角度，控制外部磁体按照所述旋转角度旋转。上述技术方案：该方法能够使得测试体在待测通道内对准待测通道中心运动，能够加快检测速度，降低漏检率，同时，在待测体前端设置摄像头，且摄像头的光入射口中心轴线与待测体的中心轴线重叠，因此使得摄像头的相机坐标系与拍摄的图像的坐标系一致，直观地引入了方向参考，能够依据图像中待测通道区域的中心位置坐标和摄像头的相机内部参数快速获得前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角，避免了坐标系之间复杂变换运算，提高了对准速度。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述步骤S1之后还包括如下步骤：计算所述图像中图像中心点与待测通道区域的中心位置的距离，记为第一距离，若所述第一距离大于距离阈值，则进入步骤S2，若所述第一距离不大于距离阈值，结束。上述技术方案：通过距离阈值对判断是否需要调整测试体的角度，增强了鲁棒性和稳态，避免了过调节，提高了测试体在待测通道中的检测速度。在本专利技术的一种优选实施方式中，步骤S11，对图像进行滤波处理和直方图均衡化处理；步骤S12，将步骤S11处理后图像转换为灰度－梯度二维直方图，通过模拟退火算法在灰度－梯度二维直方图的双峰结构的山谷点附近搜索最优阈值，基于所述最优阈值利用灰度－梯度Otsu阈值分割算法对步骤S11处理后的图像进行待测通道区域和背景分割处理；步骤S13，对分割处理后的图像进行空洞填充获得待测通道区域，获取待测通道区域的质心坐标，将所述质心作为待测通道区域的中心位置。上述技术方案：通过滤波处理，能很好保护图像边缘信息，采用直方图均衡化；增强图像的对比度，以免对图像造成暗亮干扰，降低图像质量，影响后续的图像分割；对图像进行了二值化分割，分割方法抗噪能力强，计算速度更快，更精准的分割出待测通道区域；通过空洞填充能够有效填补细小零散物体、平滑边界。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述步骤S1中，还包括对待测通道区域的中心位置进行修正的步骤，具体包括：以图像中心点为原点，建立XOY平面坐标系，设原点坐标为(0，0)，设待测通道区域的质心坐标为(ΔX',ΔY')，ΔX'表示待测通道区域的质心的X轴坐标，ΔY'表示待测通道区域的质心的Y轴坐标，则待测通道区域的中心位置坐标(ΔX,ΔY)为：其中，所述r表示图像中心点与待测通道区域的中心位置的距离，所述K表示比例系数，0＜K＜0.2。上述技术方案：能有效修正因摄像头中心没有正对待测通道区域所带来的视觉变形导致的待测通道区域形状和大小与真实情况的差异，因此将待测通道区域的质心坐标进行修正后作为待测通道区域的中心位置，提高了获取的待测通道区域的中心位置的准确性。在本专利技术的一种优选实施方式中，在所述步骤S2中，所述偏航角包括水平方向偏航角Ψ和竖直方向偏航角θ，具体为：其中，以图像中心点为原点，坐标为(0，0)；f表示前端摄像头的焦距；dX表示单位像素的水平方向长度值；dy表示单位像素的竖直方向长度值；ΔX表示待测通道区域的中心位置与图像中心点的水平方向偏移距离；ΔY表示待测通道区域的中心位置与图像中心点的竖直方向偏移距离。上述技术方案：将偏航角分解为水平方向偏航角和竖直方向偏航角，通过水平和竖直两个方向的偏航角，更便于控制和旋转。在本专利技术的一种优选实施方式中，所述步骤S3包括：步骤S31，基于前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角利用偏航角和外部永磁体的旋转角度的对应关系表查询获得外部永磁体的旋转角度；步骤S32，将获得的外部永磁体的旋转角度输入外部磁控装置，外部磁控装置控制外部磁铁按照所述旋转角度旋转。上述技术方案：通过预先设置对应关系表能快速通过偏航角获得外部永磁体的旋转角度，提高了对准速度。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第二个方面，本专利技术提供了一种测试体的导航方法，测试体在待测通道中运行时执行以下步骤：外部磁控装置获取测试体在待测通道内的位置，外部磁控装置控制外部磁铁驱动机构驱动外部磁铁移动来改变所述位置处的磁场进而带动测试体在待测通道内移动，同步地，外部磁控装置根据本专利技术所述的基于视觉的测试体对准待测通道的方法控制外部磁铁驱动机构旋转外部磁体使得测试体移动时对准待测通道。上述技术方案：该导航方法在推动测试体的过程中，使测试体对准待测通道中心运动，加快检测速度，极大地减少了漏检率。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第三个方面，本专利技术提供了一种磁控胶囊内窥镜，包括胶囊本体、设于所述胶囊本体内的处理器、第一无线通信单元和设于所述胶囊本体前端的摄像头；所述摄像头的光入射面的轴线位于所述磁控胶囊内窥镜的中心轴线上，所述处理器分别与摄像头和第一无线通信单元连接，所述处理器按照本专利技术所述的基于视觉的测试体对准待测通道的方法获得外部磁体的旋转角度并通过第一无线通信单元传输至外部磁控装置。上述技术方案：该磁控胶囊内窥镜能够加快检测速度，降低漏检率，同时，在待测体前端设置摄像头，且摄像头的光入射口中心轴线与待测体的中心轴线重叠，因此使得摄像头的相机坐标系与拍摄的图像的坐标系一致，直观地引入了方向参考，能够依据图像中待测通道区域的中心位置坐标和摄像头的相机内部参数快速获得前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角，避免了坐标系之间复杂变换运算，提高了对准速度。为了实现本专利技术的上述目的，根据本专利技术的第四个方面，本专利技术提供了一种用于磁控胶囊内窥镜的外部磁控装置，包括处理模块和第二无线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于视觉的测试体对准待测通道的方法，其特征在于，包括：/n步骤S1，获取测试体摄像头拍摄的测试体前端待测通道的图像，从所述图像中提取出待测通道区域并获取所述待测通道区域的中心位置；/n步骤S2，获取前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角；/n步骤S3，基于所述偏航角获取外部磁体的旋转角度，控制外部磁体按照所述旋转角度旋转。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于视觉的测试体对准待测通道的方法，其特征在于，包括：
步骤S1，获取测试体摄像头拍摄的测试体前端待测通道的图像，从所述图像中提取出待测通道区域并获取所述待测通道区域的中心位置；
步骤S2，获取前端摄像头的镜面中心点到待测通道区域的中心位置的偏航角；
步骤S3，基于所述偏航角获取外部磁体的旋转角度，控制外部磁体按照所述旋转角度旋转。


2.如权利要求1所述的基于视觉的测试体对准待测通道的方法，其特征在于，在所述步骤S1之后还包括如下步骤：
计算所述图像中图像中心点与待测通道区域的中心位置的距离，记为第一距离，若所述第一距离大于距离阈值，则进入步骤S2，若所述第一距离不大于距离阈值，结束。


3.如权利要求1所述的基于视觉的测试体对准待测通道的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，从所述图像中提取出待测通道区域并获取所述待测通道区域的中心位置的过程包括：
步骤S11，对图像进行滤波处理和直方图均衡化处理；
步骤S12，将步骤S11处理后图像转换为灰度－梯度二维直方图，通过模拟退火算法在灰度－梯度二维直方图的双峰结构的山谷点附近搜索最优阈值，基于所述最优阈值利用灰度－梯度Otsu阈值分割算法对步骤S11处理后的图像进行待测通道区域和背景分割处理；
步骤S13，对分割处理后的图像进行空洞填充获得待测通道区域，获取待测通道区域的质心坐标，将所述质心作为待测通道区域的中心位置。


4.如权利要求3所述的基于视觉的测试体对准待测通道的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，还包括对待测通道区域的中心位置进行修正的步骤，具体包括：
以图像中心点为原点，建立XOY平面坐标系，设原点坐标为(0，0)，设待测通道区域的质心坐标为(ΔX',ΔY')，ΔX'表示待测通道区域的质心的X轴坐标，ΔY'表示待测通道区域的质心的Y轴坐标，则待测通道区域的中心位置坐标(ΔX,ΔY)为：其中，所述r表示图像中心点与待测通道区域的中心位置的距离，所述K表示比例系数，0＜K＜0.2。


5.如权利要求1所述的基于视觉的测试体对准待测通道的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述偏航角包括水平方向偏航角Ψ和竖直方向偏航角θ，具体为：



其中，以图像中心点为原点，坐标为(0，0)；f表示前端摄像头的焦距；dX表示单位像素的水平方向长度值；dy表示单位像素的竖直方向长度值；ΔX表示待测通道区域的中心位置与图像中心点的水平方向偏移距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶波，闫强强，陈梦雪，钟照权，钟志峰，郭琳，刘胜，李向东，
申请(专利权)人：江苏势通生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32