一种基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方法，其通过探查通道的导光束和相机配合相干激光照明，采集通道内原始激光散斑图像，通过划取图像中垂直划痕的直线进行散斑域高斯分布拟合，来测定目标划痕的深度和宽度。本发明专利技术提供的方案能够应用到特定内窥镜管道直径下，有效的测定划痕的深度和宽度。度和宽度。度和宽度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方法


[0001]本专利技术涉及光学成像领域，特别是涉及通道划痕测定方法。

技术介绍

[0002]内镜器械通道是外科手术中的一种新兴工具，可以提供实时深度感知。通过三维重建人体内部组织器官或病灶部位的轮廓数据，内镜器械通道有效提高了当前诊疗过程的准确性、可行性和科学性。目前，在腹腔、颅腔、消化内科等多种科室都已经引入使用了内镜器械通道。
[0003]但是内窥镜使用过程中会受到污染，包括血液，人体组织碎片附着到内窥镜管道中，因此术后需要清洗。清洗刷在一定程度上对内窥镜内壁造成损伤。
[0004]在使用内镜器械通道管道探伤成像时，由于镜头的畸变效果，在没有参照物的情况下，很难对镜头中的划痕深度和宽度进行测量，更不能对不同直径的清洗刷造成的损伤程度作出有效的统计。长期以往，将逐渐成为内窥镜寿命，质量安全，术后清洁程度的一大隐患。
[0005]因此，如何有效对内镜器械通道划痕进行有效测定为本领域亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]针对现有使用内镜器械通道管道探伤成像时，很难对镜头中的划痕深度和宽度进行测量的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方法，实现对内镜器械通道划痕进行有效测定。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供的基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方法，通过探查通道的导光束和相机配合相干激光照明，采集通道内原始激光散斑图像，通过划取图像中垂直划痕的直线进行散斑域高斯分布拟合，来测定目标划痕的深度和宽度。
[0008]在本专利技术的一些实施例中，所述测定方法包括如下步骤：
[0009]步骤S1，将相干激光光源接入通道的导光束，使用探查相机同步采集原始散斑图像，一个照明周期采集N张原始散斑图像；
[0010]步骤S2，对图像的每一个像素位置，计算每个像素位置对应的衬比度值，将初始原始散斑图像转化为衬比度值图像；
[0011]步骤S3，对衬比度值图像做动态范围拉伸；
[0012]步骤S4，在衬比度值图像中标注中心点坐标和算法有效区域；
[0013]步骤S5，拟合划痕位置高斯曲线，在衬比度值图像上划取一条直线，所述划取直线的范围在算法有效区域，且划取直线垂直于划痕；通过划取直线上的L个像素点的值够勾勒出一条曲线，通过高斯分布来进行拟合曲线；
[0014]步骤S6，在拟合得到的最优高斯拟合曲线上，计算半宽高和半高宽；
[0015]步骤S7，根据半高宽来进行拟合真实的物理空间下划痕的宽度，并根据半宽高来进行拟合真实的物理空间下划痕的深度。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S2中在将初始原始散斑图像转化为衬比度值图像时，依据激光散斑衬比度计算公式计算原始散斑图像中每一个像素点(x,y)的衬比度值K2，设置空间窗W大小为3*3*3，且空间窗以点(x,y)为中心，并通过连续三帧图像来算出散斑衬比度值。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S4中标注的算法有效区域为环形，根据中心点和图像大小来生成。
[0018]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S5中划取直线的长度一半覆盖在划痕上，另外一半对称覆盖到划痕的两侧。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S5中将划取直线的上各点像素值组成Sdata一维矩阵。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S6中计算公式如下：
[0021]w＝2.355*σ；
[0022]h＝|G(μ)
‑
max(Sdata)|；
[0023]公式中，w和h为最佳拟合高斯分布曲线的半高宽和半宽高，max(Sdata)为Sdata一维矩阵的最大值，Sdata矩阵中最大像素值在图像中的坐标为(x1,y1)。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤S7中对真实物理空间中的划痕深度
[0025]和宽度拟合公式如下：
[0026][0027][0028]公式中a,b,c,β1,β2,β3为待拟合量，W和H分别为真实物理空间划痕的宽度和深度，对于拟合算法采用随机梯度下降法(SGD)，最终拟合得到两组a,b,c,β1,β2,β3值。公式中L的计算公式如下：
[0029][0030]本专利技术提出的基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方案，基于高斯分布拟合得到的半宽高和半高宽等参数能够提取到划取划痕直线中隐含的关于深度和宽度的信息，具有很好的鲁棒性和抗噪声干扰，从而能够准确的测定目标划痕的深度和宽度。
[0031]再者，本专利技术提出的基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方案，进一步采用新的真实物理空间距离和图像上像素之间距离的对应方程，且考虑到了镜头畸变和距离图像中心点不同长度L的畸变程度，在算法有效区域内，能够达到很好的拟合。
[0032]本专利技术提供的方案可以应用到特定内窥镜管道直径下，划痕的深度和宽度测定中。
附图说明
[0033]以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。
[0034]图1是本专利技术实例中基于散斑域高斯分布拟合的内镜器械通道划痕深度和宽度测定方法的流程图；
[0035]图2是本专利技术实例中使用的内镜器械通道前端示意图。
具体实施方式
[0036]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。
[0037]本专利技术针对现有方案所存在的问题，创新的基于散斑域高斯分布拟合来测定内镜器械通道划痕深度和宽度测。
[0038]本专利技术提供的测定方案，其通过探查通道的导光束和相机配合相干激光照明，采集通道内原始激光散斑图像，通过划取图像中垂直划痕的直线，并进行散斑域高斯分布拟合，由此来测定目标划痕的深度和宽度。
[0039]本专利技术提供的基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定，在实施时，通过如下步骤相互配合来实现：
[0040]步骤S1，将相干激光光源接入通道的导光束，使用探查相机同步采集原始散斑图像，一个照明周期采集N张原始散斑图像；
[0041]步骤S2，对图像的每一个像素位置，计算每个像素位置对应的衬比度值，将初始原始散斑图像转化为衬比度值图像；
[0042]步骤S3，对衬比度值图像做动态范围拉伸；
[0043]步骤S4，在衬比度值图像中标注中心点坐标和算法有效区域；
[0044]步骤S5，拟合划痕位置高斯曲线，在衬比度值图像上划取一条直线，所述划取直线的范围在算法有效区域，且划取直线垂直于划痕；通过划取直线上的L个像素点的值够勾勒出一条曲线，通过高斯分布来进行拟合曲线；
[0045]步骤S6，在拟合得到的最优高斯拟合曲线上，计算半宽高和半高宽；
[0046]步骤S7，根据半高宽来进行拟合真实的物理空间下划痕的宽度，并根据半宽高来进行拟合真实的物理空间下划痕的深度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于散斑域高斯分布拟合的通道划痕深度和宽度测定方法，其特征在于，通过探查通道的导光束和相机配合相干激光照明，采集通道内原始激光散斑图像，通过划取图像中垂直划痕的直线进行散斑域高斯分布拟合，来测定目标划痕的深度和宽度。2.根据权利要求1所述的通道划痕深度和宽度测定方法，其特征在于，所述测定方法包括如下步骤：步骤S1，将相干激光光源接入通道的导光束，使用探查相机同步采集原始散斑图像；步骤S2，对图像的每一个像素位置，计算每个像素位置对应的衬比度值，将初始原始散斑图像转化为衬比度值图像；步骤S3，对衬比度值图像做动态范围拉伸；步骤S4，在衬比度值图像中标注中心点坐标和算法有效区域；步骤S5，拟合划痕位置高斯曲线，在衬比度值图像上划取一条直线，所述划取直线的范围在算法有效区域，且划取直线垂直于划痕；通过划取直线上的L个像素点的值够勾勒出一条曲线，通过高斯分布来进行拟合曲线；步骤S6，在拟合得到的最优高斯拟合曲线上，计算半宽高和半高宽；步骤S7，根据半高宽来进行拟合真实的物理空间下划痕的宽度，并根据半宽高来进行拟合真实的物理空间下划痕的深度。3.根据权利要求2所述的通道划痕深度和宽度测定方法，其特征在于，所述步骤S2中在将初始原始散斑图像转化为衬比度值图像时，依据激光散斑衬比度计算公式计算原始散斑图像中每一个像素点(x,y)的衬比度值K2，设置空间窗W大小为3*3*3，且空间窗以点(x,y...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：上海施美德源高新科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：