根据激光标测成像系统中的抖动规范来驱动光发射技术方案

本发明专利技术描述了根据激光标测成像系统中的抖动规范来驱动发射器以发射电磁辐射脉冲。本发明专利技术提供了一种系统，该系统包括用于发射电磁辐射脉冲的发射器以及包括用于感测反射电磁辐射的像素阵列的图像传感器。该系统包括用于根据抖动规范来驱动该发射器发射的驱动器。所述系统使得由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲的至少一部分包括激光标测模式。脉冲的至少一部分包括激光标测模式。脉冲的至少一部分包括激光标测模式。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】根据激光标测成像系统中的抖动规范来驱动光发射


[0001]本公开涉及数字成像，并且具体地涉及缺光环境中的激光标测成像。

技术介绍

[0002]科技的进步已提供了医用成像能力的进步。内窥镜可用于观察身体内部并检查身体的器官或腔体的内部。内窥镜用于调查患者的症状、确认诊断或提供医学治疗。医学内窥镜可用于观察多种身体系统和部分，诸如胃肠道、呼吸道、尿道、腹腔等。内窥镜还可用于外科手术，诸如整形外科手术、在关节或骨上进行的手术、在神经系统上进行的手术、在腹腔内进行的手术等。
[0003]在内窥镜成像的一些情况下，观察彩色空间可能是有利的或有必要的。数字彩色图像包括累积形成具有一系列色调的图像的至少三个层或“颜色通道”。颜色通道中的每个测量光谱带的光的强度和色度。通常，数字彩色图像包括红色光谱带、绿色光谱带和蓝色光谱带的颜色通道(这可称为红绿蓝或RGB图像)。红色、绿色和蓝色颜色通道中的每个包括红色、绿色或蓝色光谱带的亮度信息。单独的红色层、绿色层和蓝色层的亮度信息被组合以生成彩色图像。因为彩色图像由单独层构成，所以常规数字相机图像传感器包括颜色滤光器阵列，该颜色滤光器允许红色可见光波长、绿色可见光波长和蓝色可见光波长击中所选择的像素传感器。每个单独的像素传感器元件对红色、绿色或蓝色波长敏感，并且将仅返回该波长的图像数据。将来自像素传感器的总阵列的图像数据组合以生成RGB图像。至少三种不同类型的像素传感器占用大量物理空间，使得完整的像素阵列不能装配在内窥镜的较小远侧端部中。
[0004]因为传统图像传感器不能装配在内窥镜的远侧端部中，所以图像传感器传统上位于内窥镜的手持件单元中，手持件单元由内窥镜操作者握持并且不放置在体腔内。在此类内窥镜中，光沿内窥镜的长度从手持件单元传输到内窥镜的远侧端部。该配置具有显著限制。具有该配置的内窥镜是精密的，并且当其在常规使用期间发生碰撞或冲击时可容易地不对准或损坏。这可显著降低图像的质量并且需要频繁修理或更换内窥镜。
[0005]具有放置在手持件单元中的图像传感器的传统内窥镜进一步被限制为仅捕获彩色图像。然而，在一些具体实施中，除了彩色图像数据之外，还可能期望用激光标测图像数据捕获图像。激光标测成像可捕获对象和景观的表面形状并测量场景内的对象之间的距离。在一些具体实施中，可能期望在内窥镜成像规程期间测量体腔内的距离和表面形状。
[0006]然而，本领域已知的激光标测技术的应用通常需要高度专业化的设备，该设备对于多种应用可能是不可用的。此外，激光标测技术提供有限的环境视野，并且通常必须与多个独立的系统结合使用。在内窥镜医学成像规程的上下文中，所有传感器必须适配于体腔内的小物理区域内。在一些情况下，地理区域可能特别小并且可能仅容纳内窥镜的非常小的末端。因此，本领域已知的医学内窥镜必然较小，并且不能容纳多个不同的成像和测距系统。因此，期望开发出能够在诸如体腔的小空间中生成激光标测数据的内窥镜成像系统。
[0007]根据前述内容，本文描述了用于在缺光环境中进行激光标测成像的系统、方法和
装置。此类系统、方法和装置可提供多个数据集，用于识别身体内的关键结构并提供关于体腔的精确且有价值的信息。
附图说明
[0008]参考以下附图描述了本公开的非限制性和非完全性的具体实施，其中除非另外指明，否则在各个视图中类似的附图标号指示类似的部分。参照以下说明和附图将更好地理解本公开的优点，其中：
[0009]图1是具有成对发射器和像素阵列的用于在缺光环境中进行数字成像的系统的示意图；
[0010]图2是用于向缺光环境提供照明以进行内窥镜成像的系统；
[0011]图2A是互补系统硬件的示意图；
[0012]图3A至图3D是用于构造曝光帧的传感器的操作循环的图示；
[0013]图4A是电磁发射器的一个实施方案的操作的图形表示；
[0014]图4B是改变所发射电磁脉冲的持续时间和量值以提供曝光控制的图形表示；
[0015]图5是将图3A至图4B的传感器的操作循环、电磁发射器和所发射电磁脉冲组合的本公开的一个实施方案的图形表示，示出了操作期间的成像系统；
[0016]图6A是用于在从t(0)至t(1)的时间段内用全光谱光记录视频的过程的示意图；
[0017]图6B是通过在从t(0)至t(1)的时间段内脉冲分区光谱光来记录视频的过程的示意图；
[0018]图7A至图7E示出了在一定时间间隔内用于记录全光谱光和分区光谱光两者的视频帧的过程的示意图；
[0019]图8是通过发射器在控制信号和电磁辐射发射之间的延迟或抖动的图形显示；
[0020]图9是包括中心纤维和多个周边纤维的光纤束的剖视图；
[0021]图10是用于将电磁辐射发送至光纤束的顶帽式轮廓和高斯轮廓的图形显示；
[0022]图11是示出与相机的视场相比，来自光纤束的电磁辐射(光)的输出的侧视图；
[0023]图12是示出来自光纤束的电磁辐射的输出的侧视图，其中单独的纤维的端部旨在提供电磁辐射的更均匀分布；
[0024]图13是示出来自光纤束的电磁辐射的输出的侧视图，其中光纤束包括耦合在输出附近的塑料纤维和玻璃纤维；
[0025]图14是示出来自光纤束的电磁辐射输出的侧视图，该光纤束包括位于输出附近的漫射器；
[0026]图15是根据抖动规范的驱动发射器来照明场景的方法的示意性流程图；
[0027]图16是用于向缺光环境中的图像场景提供电磁辐射的方法的示意性流程图；
[0028]图17A至图17C示出了具有多个发射器的光源；
[0029]图18示出了在输出处经由漫射器输出以照明缺光环境中的场景的单根光纤；
[0030]图19示出了根据本公开的原理和教导内容被分成可由光源的发射器发射的多个不同子光谱的电磁光谱的一部分；
[0031]图20是示出用于生成包括由脉冲光的不同分区产生的多个曝光帧的图像帧的发射和读出时序的示意图；
[0032]图21示出了包括用于过滤电磁辐射波长的单个截止滤光器的成像系统；
[0033]图22示出了包括用于过滤电磁辐射波长的多个截止滤光器的成像系统；
[0034]图23示出了可由成像系统脉冲的示例性激光标测模式；
[0035]图24A和图24B示出了根据本公开的原理和教导内容的具有用于产生三维图像的多个像素阵列的具体实施；
[0036]图25A和图25B分别示出了构建在多个基板上的成像传感器的具体实施的透视图和侧视图，其中形成像素阵列的多个像素列位于第一基板上，并且多个电路列位于第二基板上，并且示出了一列像素与其相关联的或对应的电路系统列之间的电连接和通信。并且
[0037]图26A和图26B分别示出了具有多个像素阵列用于产生三维图像的成像传感器的具体实施的透视图和侧视图，其中多个像素阵列和图像传感器构建在多个基板上。
具体实施方式
[0038]本文公开了用于可能主要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种系统，包括：用于发射电磁辐射脉冲的发射器；图像传感器，所述图像传感器包括用于感测反射的电磁辐射的像素阵列，其中在所述图像传感器的读出周期期间读出像素数据；控制器，所述控制器与所述发射器和所述图像传感器电子通信；以及驱动器，所述驱动器用于至少部分地基于抖动规范来驱动由所述发射器发射的发射，其中所述抖动规范包括由所述系统的部件经历的不可预测的时间变化；其中由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲的至少一部分包括激光标测模式。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述抖动规范表示以下中的一者或多者：用于启动和/或中断所述电磁辐射脉冲的发射的可预测延迟的变化；或由所述发射器、所述控制器或所述驱动器中的一者或多者所经历的抖动。3.根据权利要求1所述的系统，其中：所述驱动器为所述控制器的部件；所述控制器被配置为控制所述图像传感器和所述发射器的定序，使得由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲在所述图像传感器的消隐周期期间发射；并且所述控制器被配置为使所述驱动器驱动所述发射器以在所述图像传感器的读出周期之间发射电磁辐射脉冲。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述抖动规范包括以下中的一者或多者：使所述发射器发射电磁辐射脉冲的控制信号之间的时间延迟；以及关断所述发射器并结束电磁辐射脉冲的控制信号之间的时间延迟；其中所述时间延迟中的一者或两者小于或等于所述图像传感器的所述读出周期的持续时间的约10％至约25％。5.根据权利要求4所述的系统，其中用于读出所述像素阵列的单个像素的像素数据的持续时间为像素读出长度，并且其中所述一个或两个时间延迟小于或等于所述像素读出长度。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制器包括用于执行存储在非暂态计算机可读存储介质中的指令的一个或多个处理器，所述指令包括：确定所述抖动规范是否具有超过阈值的持续时间；以及响应于所述抖动规范具有超过所述阈值的持续时间，使所述驱动器限制由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲中的每一个电磁辐射脉冲的持续时间，使得电磁辐射脉冲不与所述图像传感器的所述读出周期重叠。7.根据权利要求6所述的系统，其中如果所述抖动规范具有小于或等于以下中的一者或多者的持续时间，则所述抖动规范不具有超过所述阈值的持续时间：一微秒；五十纳秒；所述图像传感器读出所述像素阵列的一排像素所需的持续时间；所述图像传感器读出所述像素阵列的一个像素所需的持续时间；所述图像传感器读出所述像素阵列中所有有效像素所需的持续时间的10％至25％；或者
所述图像传感器的所述读出周期的持续时间的10％至25％。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像传感器的所述读出周期：在读出所述像素阵列的光学黑色像素的初始行或初始列之后开始；并且在读出所述像素阵列的光学黑色像素的最终行或最终列之后结束。9.根据权利要求1所述的系统，其中：所述图像传感器被配置为基于所述反射的电磁辐射生成和读出曝光帧的像素数据；所述像素阵列包括用于读出有效像素数据的多个排；并且所述读出周期为用于读出所有多个排以读出所述有效像素数据的所述持续时间。10.根据权利要求1所述的系统，还包括与所述控制器通信的相机控制单元(CCU)，其中所述CCU向所述控制器提供信号以避免电磁辐射脉冲与所述图像传感器的所述读出周期重叠。11.根据权利要求1所述的系统，其中所述抖动规范表示由所述发射器经历的所述不可预测的时间变化。12.根据权利要求1所述的系统，其中所述抖动规范小于或等于以下中的一者或多者：一微秒；五十纳秒；所述图像传感器读出所述像素阵列的一排像素所需的持续时间；所述图像传感器读出所述像素阵列的一个像素所需的持续时间；所述图像传感器读出所述像素阵列中所有有效像素所需的持续时间的10％至25％；或者所述图像传感器的所述读出周期的持续时间的10％至25％。13.根据权利要求1所述的系统，其中所述图像传感器被配置为生成多个曝光帧，其中所述多个曝光帧中的每一个曝光帧对应于由所述发射器发射的一个或多个电磁辐射脉冲。14.根据权利要求1所述的系统，其中在所述像素阵列的所述读出周期期间，所述图像传感器的所述像素阵列感测反射的电磁辐射以生成所述多个曝光帧，其中所述读出周期包括当所述像素阵列中的有效像素被读取时的持续时间。15.根据权利要求1所述的系统，其中所述发射器被配置为在脉冲持续时间期间发射电磁辐射的多个子脉冲，所述多个子脉冲具有短于所述脉冲持续时间的子持续时间。16.根据权利要求1所述的系统，其中由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲中的一个或多个电磁辐射脉冲包括作为单个脉冲或单个子脉冲以两个或更多个波长同时发射的电磁辐射。17.根据权利要求1所述的系统，其中由所述发射器发射的所述电磁辐射脉冲的至少一部分是导致由所述图像传感器形成的荧光曝光帧的荧光激发发射，并且其中所述控制器被配置为将所述荧光曝光帧提供给对应荧光系统，所述对应荧光系统基于所述荧光曝光帧确定场景内关键组织结构的位置。18.根据权利要求17所述的系统，其中所述荧光激发发射包括以下中的一者或多者：具有约770nm至约790nm的波长的电磁辐射；或者具有约795nm至约815nm的波长的电磁辐射。19.根据权利要求18所述的系统，其中所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：西拉格国际有限公司，
类型：发明
国别省市：