无线胶囊内视镜的自动曝光方法技术

一种通过微型成像设备拍摄内部器官的图像的方法，包括:向内部器官的目标区域提供具有第一光强度的光，并通过一个在默认曝光参数值下配置的微型成像设备拍摄目标区域的图像；基于所拍摄图像的亮度、方向、位置以及所述微型成像设备的运动来计算第二光强度和优化的曝光参数值；以及向目标区域提供具有所述第二光强度的光，并通过微型成像设备在所述优化的曝光参数值下重新拍摄目标区域的图像。第二光强度和优化的曝光参数值由一离体处理单元与所述微型成像设备进行无线数据通信来计算。所述微型成像设备进行无线数据通信来计算。所述微型成像设备进行无线数据通信来计算。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无线胶囊内视镜的自动曝光方法
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求2021年1月13日提交的美国专利申请第17/148,552号的优先权，其公开内容通过引用并入本文。


[0002]本专利技术总体上涉及医学成像领域。更具体地，本专利技术涉及对人和动物的内部器官进行图像捕获的方法和设备。

技术介绍

[0003]内视镜广泛用于医疗和工业领域。可以使用内视镜的人体内部区域包括胃肠道，例如食道、胃、十二指肠、小肠、大肠、直肠和结肠；呼吸道，例如鼻腔、喉咙和下呼吸道；尿路，例如尿道、膀胱、输尿管、肾盂和肾脏；女性生殖系统，例如阴道、子宫颈和子宫；腹腔；关节腔；胸腔等。随着技术的进步，内视镜的诊断用途越趋广泛。
[0004]传统内视镜的操作方法包括将一根细长的光学镜头通过管子伸入患者体内，以便操作员可以观察内部器官。这种技术仅允许将管子插入人体的开放腔室中。例如，将胃镜插入患者的口中、将膀胱镜插入患者的尿道中。然而，有一些器官不具有可供传统内视镜放置使用的开放腔室。
[0005]近年来，胶囊内视镜的引入提供了非侵入性的检查方法。胶囊内视镜通常包括用于照亮目标内部器官区域的照明机件、拍摄图像的微型相机以及电池和图像传感器。当患者吞入胶囊后，随着胶囊在胃肠道流动，可观察整个消化道的状况。当胶囊在管道中移动时，摄像头会连续拍摄图像直到电池的电力耗尽，接着便通过排尿和/或排便将其从体内排出。因此，医师能够根据胶囊内视镜拍摄的图像来诊断肠胃道疾病。然而，胶囊内视镜的局限性是电池容量非常有限，且在没有太多控制的情况下拍摄图像通常会导致图像质量差、信息丢失以及有关区域的图像太少。
[0006]无线胶囊内视镜检测是另一种通过使用带有微型摄像头和LED的无线胶囊拍摄消化道图像的方法。所拍摄的图像通过无线链接传输到外部记录器，然后将图像发送到计算机工作站进行进一步的后处理和观看。目前，无线胶囊内视镜已被设计成具备能主动移动和定位的功能，其可透过在与外部控制模块进行射频(RF)信号通信时，由离体磁性感应模块或机电机构施加的磁力来控制。
[0007]日本专利公开申请号2006305322A公开了一种胶囊内视镜系统，该系统能够在成像设备中获得适当的曝光值，而无需在胶囊内视镜中放置其他设备。还提供了胶囊内视镜系统在拍摄对象的消化道中时的操作方法。首先，佩戴体外装置的受试者吞入胶囊型内视镜，该胶囊型内视镜通过激活电源开关电路将其电源打开并将其移至胃中。此时，控制器指示驱动器在接通电源时以预定的初始值向发光二极管提供电流。驱动器向发光二极管提供电流的初始值，以使其发光。然后，图像传感器对由从发光二极管发射的照明光所照亮的体腔进行拍摄成像。
[0008]美国专利公开申请号2013/0314518A1公开了一种通过胶囊内视镜捕获图像的一系列过程。在控制单元的控制下，在执行主曝光处理(即第二图像)以获取实际图像之前，执行预先进行曝光的预曝光处理(即第一图像)。
[0009]中国专利公开申请号110477844A公开了一种用于判断图像的峰值亮度值在预定亮度值范围内的设备，及提供了一种避免所收集的图片过度曝光的方法。该方法包括获取图像、对收集的图像进行亮度分析处理，并确定图像的峰值亮度值。
[0010]然而，前述现有技术中的所有方法皆未考虑无线胶囊内视镜在器官内部的定向、位置或运动，这些因素会严重影响图像的曝光度。例如，在胃的检查中，在相对较大的胃腔内部，胶囊可以在外部磁性诱导模块的控制下快速移动，并且照明条件从一个位置到另一个位置发生很大变化，从而导致图像曝光不足或曝光过度，这反过来限制了胶囊内视镜可以拍摄的有用图像的数量，而胶囊内视镜的电池容量非常有限。
[0011]因此，鉴于现有的无线胶囊内视镜的缺点，有必要在本领域中提供一种方法，以针对胶囊在器官内部的每个位置和旋转来计算最佳发光水平。

技术实现思路

[0012]为了解决上述缺点，本专利技术提供了一种高效自动曝光(AE)方法，将AE计算过程卸载到离体处理单元，该处理单元将胶囊的方向、位置和运动数据与图像亮度信息结合起来，以获得所需的曝光参数值和相机的光强度。
[0013]由于本专利技术仅需体内胶囊拍摄一张试验图像进行校准，以找到所需的曝光，并且可以将校准计算卸载到离体处理单元，因此本专利技术可减少微型成像设备的电池功耗，并提高了无线胶囊内视镜检查程序的效率。
[0014]根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种用于拍摄内部器官的图像的方法，包括在内部器官内部区域产生具有第一光强度的光，并在默认的曝光参数值下通过微型成像设备拍摄该区域的第一图像；基于拍摄的第一图像的亮度、方向和位置以及在拍摄第一张图像时微型成像设备的运动，确定第二光强度和计算与第二光强度相关的优化的曝光参数值；以及向内部器官的相同区域提供具有所述第二光强度的光，并通过微型成像设备在优化的曝光参数值下重新拍摄该目标区域的图像。在一个实施例中，优化的曝光参数值的是由一离体处理单元与微型成像设备进行无线数据通信来计算，然后再将第二光强度和优化的曝光参数值传送给微型成像设备。
[0015]在一个实施例中，第二光强度和优化的曝光参数值的计算包括由离体处理单元中的自动曝光(AE)引擎模块使用微型成像设备的方向、位置和运动执行的AE过程；以及第一张图像的亮度以确定最佳的摄像头光强度(例如LED亮度水平)和图像传感器(例如CMOS传感器)曝光参数值。
[0016]在一个实施例中，获得微型成像装设备的位置和运动的步骤包括接收用于微型成像设备的远程磁力操纵的离体磁感应模块的控制数据；以及从控制数据估计微型成像设备的位置和运动。微型成像设备方向的获取步骤包括从微型成像设备中的惯性测量单位(IMU)接收测量数据。
[0017]在又一个实施例中，第一图像的亮度的计算步骤包括将第一图像划分为多个图像区域；以及将每个图像区域的亮度水平与多个图像区域的平均亮度进行比较，确认第一图
像处于曝光不足或是过度曝光的情形。
[0018]在一个实施例中，第一图像的亮度計算还包括在将拍摄的第一图像划分成多个图像区域之后，为多个图像区域的每个区域的亮度分配加权因子。
[0019]在一个实施例中，图像区域被配置为i
×
j的均匀正方形，其中i为1至6之间的正整数，j为1至6之间的正整数。
[0020]在一个实施例中，第一图像亮度的计算还包括计算图像区域的平均亮度值L；如果L小于目標亮度
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公差值(例如15)，则可确认第一张图像是在曝光不足的条件下拍摄的；如果L大于目標亮度+公差值(例如15)，则可确认第一张图像是在过度曝光的条件下拍摄的；如果第一张图像曝光不足，计算第一张图像中亮度值最低的三到五个图像区域的平均亮度值rL；如果微型成像设备的摄像头以约40至50度的俯仰角背对器官内壁并旋转，或微型成像设备远离器官内壁，将优化的曝光参数值设置为预定义的曝光参数值，并将光强度增加亮度D，其中D根据以下公式获得:D＝|目標亮度
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(rL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】1.一种通过微型成像设备拍摄内部器官的图像的方法，其特征在于，包括:向内部器官的内壁的目标区域提供具有第一光强度的光，并通过一个在默认曝光参数值下配置的微型成像设备拍摄所述目标区域的图像；基于所拍摄图像的亮度、方向、位置以及所述微型成像设备在拍摄所述图像时的运动来计算第二光强度和优化的曝光参数值；向所述目标区域提供具有所述第二光强度的光，并通过微型成像设备在所述优化的曝光参数值下重新拍摄所述目标区域的图像。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二光强度和所述优化的曝光参数值由一离体处理单元与所述微型成像设备进行无线数据通信来计算，然后将所述第二光强度和所述优化的曝光参数值传送给所述微型成像设备。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二光强度和所述优化的曝光参数值的计算包括由所述自动曝光(AE)引擎模块执行的AE过程，所述AE过程包括:将所述图像分成多个图像区域；计算所述图像区域的第一平均亮度；确认所述图像是否过度曝光，其中，如果所述第一平均亮度大于目标亮度和公差值的和，则所述图像过度曝光；确认所述图像是否曝光不足，其中，如果所述第一平均亮度小于所述目标亮度减去所述公差值，则所述图像曝光不足；如果确定所述图像曝光不足:计算所有所述图像区域中亮度值最低的两个或两个以上所述图像区域的第二平均亮度；如果所述微型成像设备的摄像头以一个俯仰角背离所述内部器官的内壁并且正在旋转，或如果所述微型成像设备的所述摄像头面向所述内部器官的内壁并且正在远离所述内部器官的内壁，则将所述优化的曝光参数值设置为第一组预定义的曝光参数值，并将所述第二光强度设置为所述第一光强度加上δ的亮度；否则，如果所述微型成像设备是静止的，则将所述优化的曝光参数值设置为默认曝光参数值，并将所述第二光强度设置为所述第一光强度加上δ的亮度；如果确定所述图像曝光过度:计算所有所述图像区域中亮度值最高的两个或两个以上所述图像区域的第二平均亮度；如果所述微型成像设备的所述摄像头紧贴及面向所述内部器官的内壁并且沿着所述内部器官的内壁向侧面移动，则将所述第二光强度设置为预定义的光强度，并将所述曝光参数值设置为针对过度曝光条件而调整的预定的曝光参数值；否则，如果所述微型成像设备以一个俯仰角背离所述内部器官的内壁并且正在旋转，或如果所述微型成像设备的所述摄像头面向所述内部器官的内壁并且正在朝向所述内部器官的内壁移动，则将所述优化的曝光参数值设置为第二组预定义的曝光参数值，并将所述第二光强度设置为所述第一光强度减去δ的亮度；否则，如果所述微型成像设备是静止的，则将所述优化的曝光参数值设置为默认曝光参数值，并将所述第二光强度设置为所述第一光强度减去δ的亮度；
其中所述δ是所述目标亮度和所述第二平均亮度之间的差。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述AE过程进一步包括为每个所述图像区域的每个亮度分配加权因子；其中所述平均亮度是所述图像区域的加权亮度的平均亮度。5.根据权利要求3所述的方法，其中所述图像区域被配置为i
×
j的均匀正方形，其中i为4至6，j为4至6。6.根据权利要求3所述的方法，其中所述AE过程进一步包括:如果确定所述图像既没有曝光过度也没有曝光不足，则确认一感兴趣区域(ROI)是否曝光过度，包含:根据所述图像区域的亮度将一个或多个图像区域分组到所述ROI中；计算所述ROI图像区域的组亮度；确定所述图像是否曝光过度，其中如果所述组亮度大于所述目标亮度和所述公差值的和，则所述图像过度曝光。7.根据权利要求6所述的方法，其中所述ROI包括在以下其中一种模式中具有明亮的图像区域:从明亮的左侧过渡到黑暗的右侧、从明亮的右侧过渡到黑暗的左侧、从明亮的顶部过渡到黑暗的底部、从明亮的底部过渡到黑暗的顶部、从明亮的角落过渡到黑暗的相对角落、或从明亮的中心过渡到黑暗的周围。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述微型成像设备的位置和运动是从一个电磁操纵所述微型成像设备的外部磁感应模块的控制数据获得的。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述微型成像设备的方向是从所述微型成像设备中的惯性测量单元(IMU)所生成的惯性数据获得的。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部器官选自食道、胃、十二指肠、小肠、大肠、直肠或结肠。11.一种用于拍摄内部器官的装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁智聪，黄汉强，
申请(专利权)人：香港应用科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：