一种基于颜色偏移量估计的内窥镜颜色校正方法技术

本发明专利技术提供了一种基于颜色偏移量估计的内窥镜颜色校正方法。该方法首先用内窥镜采集图像，其次估计原图中的偏色值，利用距离公式构建与原图同等大小的偏色分量；然后采集同一距离不同光源亮度下的灰阶图像，并分离图像中的R通道；对不同光源亮度下的R通道利用最小二乘法进行光照曲面估计，并对中等光源亮度下的光照曲面系数再次进行最小二乘法拟合，利用光照曲面拟合的公式对偏色分量估计光照曲面，并与偏色分量进行卷积获得光照分量，再将偏色分量的R、G、B三通道分别减去其光照分量，同时进行增益补偿，从而可获得偏色分量的反射分量。最后计算偏色分量和反射分量之间的颜色偏移量，利用颜色偏移量对原图进行颜色校正，最终得到颜色校正图像。本发明专利技术在保持全局一致性的前提下，解决了不同光源亮度、不同距离下的内窥镜图像偏色问题，提升图像的观感，经校正后的图像更加符合人眼观察。的图像更加符合人眼观察。的图像更加符合人眼观察。

【技术实现步骤摘要】
一种基于颜色偏移量估计的内窥镜颜色校正方法


[0001]本专利技术涉及医学图像处理及计算机视觉领域，特别是一种基于颜色偏移量估计的内窥镜颜色校正方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断进步，医疗领域、光学领域、计算机领域和电子领域的结合越来越密切，使得内窥镜技术日趋成熟，内窥镜成为了当今应用最广泛的医疗设备之一，成为临床检查及其治疗中必不可少的一种工具。
[0003]由于内窥镜的应用场景及其应用需求，内窥镜图像往往会存在亮度阴影和偏色。主要是由于镜头的一些光学特性及其光源不均匀所带来的，进而影响图像的质量。若认为真实世界是无颜色的，我们所感知的颜色就是物体自身的反射性质和物体周围的光照强度作用的结果；根据颜色恒常性理论，物体有自身的固有属性，不会受到光照的影响，一个物体对于不同光波的反射能力才能够决定物体的颜色。而在实际应用中很难获得均匀性光源，而光源不均匀性不仅会带来亮度阴影还会带来颜色的偏差。
[0004]目前对偏色校正方法之一是采用图像的光照曲面，利用原图消除光照曲面，从而得到校正图像。其中光照曲面的估计最早使用高斯函数与原图像卷积获得，但此方法依赖于高斯函数的相关系数，光照曲面估计的准确与否在于高斯函数的系数设置，而且处理后的图像容易出现光晕现象。后来研究者通过采用最小二乘法、多项式等对图像进行直接估计光照曲面，从而去消除原图像中的光照分量的影响，进而校正图像的偏色。
[0005]专利技术人在研究发现，直接对原图像进行估计光照曲面的时候，对于高、低光源亮度下图像的光照曲面估计不准确，因而不能适用于所有光源亮度下的图像，在低、高光源亮度下的图像校正效果不佳。

技术实现思路

[0006]基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于颜色偏移量估计的内窥镜图像颜色校正方法。通过估计原图的偏色值构建与原图同等大小的偏色分量，利用中等光源亮度下的灰阶图像对光照曲面系数进行拟合，估计偏色分量的光照曲面，从而得到偏色分量的反射分量。利用反射分量和偏色分量求解图像的颜色偏移量，根据颜色偏移量对图像的各通道进行颜色校正。本专利技术解决了光源不均匀性带来的图像偏色问题，校正后的图像更加符合真实颜色。
[0007]一种基于颜色偏移量估计的内窥镜图像的颜色校正方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤S1：用内窥镜采集图像。
[0009]步骤S2：对步骤S1中的图像，利用图像R、G和B三通道像素值进行倒序排列取其阈值范围内像素点值求平均，估计图像的偏色值，并根据两点间的距离公式构建与原图同等大小的偏色分量。
[0010]步骤S3：针对步骤S2中的偏色分量，通过采集灰阶图像并利用最小二乘法拟合光
照曲面，将中等光源的光找曲面系数再次利用最小二乘法来拟合光照曲面系数拟合模型，估计其偏色分量的光照曲面。
[0011]步骤S4：根据步骤S3中的光照曲面，通过与偏色分量进行卷积得到光照分量，将偏色分量R、G、B三通道分别减去光照分量，从而获得反射分量，并对其进行增益补偿。
[0012]步骤S5：对步骤S4中的反射分量和偏色分量，将反射分量和偏色分量之间的差值作为颜色偏移量。根据颜色偏移量利用变形的亮度公式对原图进行颜色校正，最终得到颜色校正图像。
[0013]上述技术方案中，进一步地，步骤S1中用内窥镜采集图像的方法为：在内窥镜的主动照明、暗室环境中，采集任意物体的图像。
[0014]进一步地，步骤S2根据距离公式估计与原图同等大小的偏色分量：
[0015][0016]g(x，y)＝pixel
i
×
Distance(x，y)(i＝R
′
，G
′
，B
′
)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0017]式(1)中，x0和y0为图像的中心点，Distance(x，y)为离图像中心点的距离；式(2)中，g(x，y)为图像的偏色分量，其中pixel计算方法为：
[0018]先将单通道图像中的像素值进行倒序排列并设定阈值，取阈值范围之内的所有像素值进行求和，其公式如下：
[0019][0020]num＝m
×
n
×
thr
ꢀꢀꢀ
(4)
[0021]式(3)中sumP为像素值的和，num为像素值的数量，f为原图；式(4)中m和n为原图像的大小，thr为阈值，根据图像可自行调整。然后对式(3)中的像素值的和求平均，即可以计算出pixel
i
的数值。
[0022]进一步地，步骤S3中，光照曲面的具体步骤为：
[0023]步骤S31：采集不同光源亮度下的灰阶图像；
[0024]步骤S32：计算不同光源亮度下光照曲面的系数；
[0025]步骤S33：根据最小二乘估计法拟合光照曲面系数；
[0026]步骤S34：估计偏色分量的光照曲面。
[0027]更进一步地，步骤S31具体为：在内窥镜的主动照明、暗室环境中，采集同一距离不同光源亮度下的灰阶图像，在这里采集光源亮度从0到100之间的光源亮度图像；并分离图像中的R通道分量，由于内窥镜中R通道分量较其它通道分量强，故采用R通道分量进行相关的计算。
[0028]更进一步地，步骤S32具体为：对不同光源亮度下的R通道分量进行计算其光照曲面的系数，其式如下：
[0029][0030]式(5)中f(x，y)表示原图像像素点值，x0和y0分别为图像的中心点，A和C分别为光照曲面的相关系数。对(1)进行两边取对数：
[0031]lnf(x，y)＝lnA
‑
C
×
[(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2]ꢀꢀꢀ
(6)
[0032]根据最小二乘法使得拟合数据和目标数据之间误差的平方和达到最小，即式(7)中的Loss(x，y)最小，从而可求出不同光源亮度下的光照曲面系数A和C。其式如下：
[0033]Loss(x，y)＝lnA—C
×
[(x—x0)2+(y—y0)2]‑
lnf(x，y)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0034]更进一步地，步骤S32中，对于中等光源亮度下的图像估计其光照曲面系数较为准确，对于低、高光源亮度图像，其光照曲面系数估计不准确。为了准确的估计其图像的光照曲面，根据中等光源亮度图像的光照曲面系数进行最小二乘法拟合，从而进一步准确的估计所有光源亮度图像的光照曲面。
[0035]更进一步地，步骤S33具体为：对中等光源亮度图像的光照曲面系数A和C建立如下数学模型，其式如下：
[0036][0037]Q
i
(x)＝D*x2+E*x+P(i＝A，C)
ꢀꢀꢀ
(9)
[0038]式(8)中α＝0.216、β＝0.7152、γ＝0.0722采用Rec.709中的数值，式(8)中α＝0.216、β＝0.71本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于颜色偏移量估计的内窥镜图像的颜色校正方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤S1:用内窥镜采集图像；步骤S2：对步骤S1中的图像，利用图像R、G和B三通道像素值进行倒序排列取其阈值范围内像素点值求平均，估计图像的偏色值，并根据两点间的距离公式构建与原图同等大小的偏色分量；步骤S3:针对步骤S2中的偏色分量，通过采集灰阶图像并利用最小二乘法拟合光照曲面，将中等光源的光找曲面系数再次利用最小二乘法来拟合光照曲面系数拟合模型，估计其偏色分量的光照曲面；步骤S4:根据步骤S3中的光照曲面，通过与偏色分量进行卷积得到光照分量，将偏色分量R、G、B三通道分别减去光照分量，从而获得反射分量，并对其进行增益补偿；步骤S5：对步骤S4中的反射分量和偏色分量，将反射分量和偏色分量之间的差值作为颜色偏移量，根据颜色偏移量利用变形的亮度公式对原图进行颜色校正，最终得到颜色校正图像。2.根据权利要求1所述的颜色校正方法，其特征在于，步骤S1中用内窥镜采集图像的方法为：在内窥镜的主动照明、暗室环境中，采集任意物体的图像。3.根据权利要求1所述的颜色校正方法，其特征在于，步骤S2根据距离公式估计与原图同等大小的偏色分量：g(x，y)＝pixel
i
×
Distance(x，y)(i＝R
′
，G
′
，B
′
)
ꢀꢀꢀꢀ
(2)式(1)中，x0和y0为图像的中心点，Distance(x，y)为离图像中心点的距离；式(2)中，g(x，y)为图像的偏色分量，其中pixel计算方法为：先将单通道图像中的像素值进行倒序排列并设定阈值，取阈值范围之内的所有像素值进行求和，其公式如下：num＝M
×
N
×
thr
ꢀꢀꢀꢀ
(4)式(3)中sumP为像素值的和，num为像素值的数量，f为原图；式(4)中m和n为原图像的大小，thr为阈值，根据图像可自行调整；然后对式(3)中的像素值的和求平均，即可以计算出pixel
i
的数值。4.根据权利要求1所述的颜色校正方法，其特征在于，步骤S3中，光照曲面的具体步骤为：步骤S31:采集不同光源亮度下的灰阶图像；步骤S32:计算不同光源亮度下光照曲面的系数；步骤S33:根据最小二乘估计法拟合光照曲面系数；步骤S34:估计偏色分量的光照曲面；优选地，步骤S31具体为：在内窥镜的主动照明、暗室环境中，采集同一距离不同光源亮度下的灰阶图像，在这里采集光源亮度从0到100之间的光源亮度图像；并分离图像中的R通道分量，由于内窥镜中R通道分量较其它通道分量强，故采用R通道分量进行相关的计算。
5.根据权利要求4所述的颜色校正方法，其特征在于，步骤S32具体为：对不同光源亮度下的R通道分量进行计算其光照曲面的系数，其式如下：式(5)中f(x,y)表示原图像像素点值，x0和y0分别为图像的中心点，A和C分别为光照曲面的相关系数。对(1)进行两边取对数：lnf(x，y)＝lnA
‑
C
×
[(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2]
ꢀꢀꢀꢀ
(6)根据最小二乘法使得拟合数据和目标数据之间误差的平方和达到最小，即式(7)中的Loss(x，y)最小，从而可求出不同光源亮度下的光照曲面系数A和C。其式如下：Loss(x，y)＝lnA
‑
C
×
[(x
‑
x0)2+(y
‑
y0)2]
‑
lnf(x，y)
ꢀꢀꢀꢀ
(7)。6.根据权利要求4所述的颜色校正方法，其特征在于，步骤S32中，对于中等光源亮度下的图像估计其光照曲面系数较为准确，对于低、高光源亮度图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏博，王立强，江春才，刘贤健，何明科，王卫东，李卫平，王桃红，
申请(专利权)人：浙江优亿医疗器械股份有限公司，
类型：发明
国别省市：