激光点识别方法以及利用该方法的SS-OCT手术导航系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光点识别方法以及利用该方法的SS‑OCT手术导航系统，该方法包括以下步骤：1)对图像进行预处理；2)进行中值滤波处理；3)选择SS‑OCT的扫描区域作为感兴趣区域；4)将图像从RGB空间转换至HSV空间；5)进行直方图均衡化；6)进行二值化处理；7)进行开操作去除噪点，再进行闭操作连接连通域；8)利用霍夫圆检测算法获取引导激光点的圆心位置坐标，完成激光点的识别。本发明专利技术将HSV颜色空间与霍夫圆算法相结合，在实际应用中可以精确定位激光点并给出其空间位置，且受外部环境影响较小，识别效果很好；能克服传统的激光点识别方法中容易因噪声与背景变化的影响而造成识别准确率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
激光点识别方法以及利用该方法的SS-OCT手术导航系统
本专利技术涉及图像处理
，特别涉及一种激光点识别方法以及利用该方法的SS-OCT手术导航系统。
技术介绍
光学相干层析技术作为一种高分辨率、高灵敏度的非接触式断层成像方法，在医学成像方面得到了广泛的应用。随着高速扫频光学相干层析技术的飞速发展，其轴向扫描速度可达数百kHz，信号和灵敏度在深度方向上的衰减也得到了一定的抑制，实现了在手术过程中对人体组织内部断层、手术器械的三维实时成像，使得显微镜集成的SS-OCT手术导航系统成为神经外科手术、眼科手术等临床应用中不可或缺的一环。根据手术区域的显微图像与OCT图像，医生可以进行手术路径的规划、组织病变的判断、术中实时的导航以及手术效果的评估。但扫频光源所产生的扫描光位于近红外波段，人眼无法直接对其进行观察，故需通过其他手段对扫描区域进行确定。通过添加与样品臂同路的引导光源可以有效地对扫描区域进行标识，且将引导光源所产生激光点的空间位置信息进行提取可以对术前手术规划、术中实时导航以及术后效果评估带来极大的便利。Wang等人在文章(ALaserPointInteractionSystemIntegratingMouseFunctions,WorldAcademyofScience,EngineeringandTechnology,InternationalJournalofComputer,Electrical,Automation,ControlandInformationEngineering,4(7):1139-1144(2010).)中提出根据激光点的亮度与RGB值对图像进行阈值分割，在图像中寻找亮度最高且处于激光点RGB范围内的像素点。然而RGB颜色空间无法有效地将颜色信息与亮度信息进行区分，且无法通过设定阈值范围有效地分离相近颜色，在颜色分割中具有一定的局限性，此外外部光照与视角的转换对激光点识别效果也具有一定的影响。Ahmed等人在文章(LaserSpotDetectionandTracking,TheofficialscientificjournalofSalahaddinUniversity-ErbilZJPAS(2016)28(2)；s615-623(2016).)中提出了一种基于减背景和卡尔曼滤波相结合的激光点识别方法，对静态背景的激光点具有百分之九十以上的识别准确率。然而对于动态背景，噪声与背景变化对识别结果也具有较大影响，识别准确率较低。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种激光点识别方法以及利用该方法的SS-OCT手术导航系统。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种激光点识别方法，其用于对SS-OCT手术导航系统获取的手术区域的二维显微图像中的激光点进行识别，该方法包括以下步骤：1)对图像进行预处理；2)对所述步骤1)得到的图像进行中值滤波处理；3)在所述步骤2)得到的图像中选择SS-OCT的扫描区域作为感兴趣区域；4)针对感兴趣区域图像，将图像从RGB空间转换至HSV空间；5)对所述步骤4)得到的图像进行直方图均衡化；6)对所述步骤5)得到的图像进行二值化处理；7)对所述步骤6)得到的图像进行开操作去除噪点，再进行闭操作连接连通域，筛选出引导激光点区域；8)对所述步骤7)得到的图像，利用霍夫圆检测算法获取引导激光点的圆心位置坐标，完成激光点的识别。优选的是，所述步骤1)具体包括：首先人工选出激光点清晰的图像，然后将图像的比例重置为宽高比为16:9。优选的是，所述步骤4)中将图像从RGB空间转换至HSV空间后，还包括以下步骤：在HSV空间中，根据引导激光点的颜色特征设置用于进行引导激光点初步筛选的色调阈值范围T1、饱和度阈值范围T2和明度范围T3，将转换至HSV空间后的图像中色调在T1范围内、饱和度在T2范围内且明度在范围T3内的区域筛选为初步引导激光点。优选的是，所述步骤4)中，T1为0-180，T2为111-138，T3为179-247。优选的是，所述步骤6)中具体为：将所述步骤5)得到的图像中处于预先设置的HSV阈值范围内的像素置为前景，处于HSV阈值范围之外的像素置为背景。优选的是，还包括步骤9)：通过鼠标点击步骤7)得到的图像中的引导激光点图像区域，能获得该区域的坐标V0，然后将V0与步骤8)识别得到的引导激光点的圆心位置坐标进行比较，以对步骤8)的识别结果进行验证。本专利技术还提供一种SS-OCT手术导航系统，该系统中添加了引导激光光源，该系统利用如上所述的激光点识别方法对该系统获取的手术区域的二维显微图像中的激光点进行识别。优选的是，该系统包括手术显微单元、光学相干层析单元以及引导激光光源，所述手术显微单元用于采集并显示手术区域的二维显微图像，所述光学相干层析单元用于获取手术区域的OCT图像，所述引导激光光源用于对扫描区域进行标记。优选的是，所述手术显微单元包括照明光源、第一物镜、二向色镜、光学变倍模块、分束镜、第二物镜、手术显微镜以及双目相机；所述光学相干层析单元包括OCT扫频光源、第一耦合器、第一环形器、第一准直镜、第二准直镜、反射镜、平衡探测器、计算机、第二耦合器、第二环形器、波分复用器、第三准直镜以及二维扫描振镜；所述照明光源发出的照明光照射至手术区域，然后被反射，反射的照明光依次经过所述第一物镜、所述二向色镜透射、所述光学变倍模块后到达所述分束镜，一部分照明光进入所述手术显微镜，另一部分照明光经过所述第二物镜后进入所述双目相机，实现手术区域的二维显微成像；所述OCT扫频光源发出的OCT扫描光束经所述第一耦合器分为两路，一路为样品光，另一路为参考光；参考光依次经过所述第一耦合器、第一环形器、第一准直镜、第二准直镜后被所述反射镜反射，再原路返回，经过所述第一环形器后到达所述第二耦合器；样品光经过所述第二环形器后与所述引导激光光源发出的引导激光共同进入所述波分复用器中汇合，然后一同经过所述第三准直镜后入射至所述二维扫描振镜进行偏转，再经所述二向色镜反射后由所述第一物镜聚焦于手术区域；手术区域反射的样品光和一部分引导激光经过所述第一物镜收集后被所述二向色镜反射，再沿原路返回，依次经过所述二维扫描振镜、第三准直镜、波分复用器、第二环形器后到达所述第二耦合器，与到达该处的参考光进行干涉后由所述平衡探测器所接收，最后输出到所述计算机，实现OCT成像；手术区域反射的另一部分引导激光经过所述第一物镜收集后透射所述二向色镜，透射光经所述光学变倍模块后到达所述分束镜，之后一部分透射光进入所述手术显微镜，另一部分透射光进入所述双目相机中，对扫描区域进行标记。优选的是，通过所述手术显微单元获取手术区域的二维显微图像，该二维显微图像中含有用于对扫描区域进行标记的激光点；再利用如上所述的激光点识别方法对该二维显微图像中的激光点进行识别。本专利技术的有益效果是：本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光点识别方法，其特征在于，其用于对SS-OCT手术导航系统获取的手术区域的二维显微图像中的激光点进行识别，该方法包括以下步骤：/n1)对图像进行预处理；/n2)对所述步骤1)得到的图像进行中值滤波处理；/n3)在所述步骤2)得到的图像中选择SS-OCT的扫描区域作为感兴趣区域；/n4)针对感兴趣区域图像，将图像从RGB空间转换至HSV空间；/n5)对所述步骤4)得到的图像进行直方图均衡化；/n6)对所述步骤5)得到的图像进行二值化处理；/n7)对所述步骤6)得到的图像进行开操作去除噪点，再进行闭操作连接连通域，筛选出引导激光点区域；/n8)对所述步骤7)得到的图像，利用霍夫圆检测算法获取引导激光点的圆心位置坐标，完成激光点的识别。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光点识别方法，其特征在于，其用于对SS-OCT手术导航系统获取的手术区域的二维显微图像中的激光点进行识别，该方法包括以下步骤：
1)对图像进行预处理；
2)对所述步骤1)得到的图像进行中值滤波处理；
3)在所述步骤2)得到的图像中选择SS-OCT的扫描区域作为感兴趣区域；
4)针对感兴趣区域图像，将图像从RGB空间转换至HSV空间；
5)对所述步骤4)得到的图像进行直方图均衡化；
6)对所述步骤5)得到的图像进行二值化处理；
7)对所述步骤6)得到的图像进行开操作去除噪点，再进行闭操作连接连通域，筛选出引导激光点区域；
8)对所述步骤7)得到的图像，利用霍夫圆检测算法获取引导激光点的圆心位置坐标，完成激光点的识别。


2.根据权利要求1所述的激光点识别方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：首先人工选出激光点清晰的图像，然后将图像的比例重置为宽高比为16:9。


3.根据权利要求1所述的激光点识别方法，其特征在于，所述步骤4)中将图像从RGB空间转换至HSV空间后，还包括以下步骤：在HSV空间中，根据引导激光点的颜色特征设置用于进行引导激光点初步筛选的色调阈值范围T1、饱和度阈值范围T2和明度范围T3，将转换至HSV空间后的图像中色调在T1范围内、饱和度在T2范围内且明度在范围T3内的区域筛选为初步引导激光点。


4.根据权利要求3所述的激光点识别方法，其特征在于，所述步骤4)中，T1为0-180，T2为111-138，T3为179-247。


5.根据权利要求3所述的激光点识别方法，其特征在于，所述步骤6)中具体为：将所述步骤5)得到的图像中处于预先设置的HSV阈值范围内的像素置为前景，处于HSV阈值范围之外的像素置为背景。


6.根据权利要求5所述的激光点识别方法，其特征在于，还包括步骤9)：通过鼠标点击步骤7)得到的图像中的引导激光点图像区域，能获得该区域的坐标V0，然后将V0与步骤8)识别得到的引导激光点的圆心位置坐标进行比较，以对步骤8)的识别结果进行验证。


7.一种SS-OCT手术导航系统，该系统中添加了引导激光光源，其特征在于，该系统利用如权利要求1-6中任意一项所述的激光点识别方法对该系统获取的手术区域的二维显微图像中的激光点进行识别。


8....

【专利技术属性】
技术研发人员：唐宁，樊金宇，邢利娜，史国华，
申请(专利权)人：中国科学院苏州生物医学工程技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32