基于彩色商用成像设备的手术照明光源设计方法技术

本发明专利技术涉及基于彩色商用成像设备的手术照明光源设计方法。光谱反射率重建阶段：从生物组织多光谱图像提取特征颜色及对应光谱反射率；将提取的生物组织特征颜色和光谱反射率数据建立为从成像设备响应值到光谱反射率的查找表，使用该查找表根据成像设备响应值插值生成生物组织的光谱反射率图像。手术照明设计阶段：从上述阶段反射率图像中提取特征光谱反射率样本；利用光谱波段选择方法选择三个最优波段。根据三个最优波段选择出三个基色LED光源用以组合出新光源来提高视觉清晰度。本发明专利技术借助彩色商用成像设备快速生成多光谱图像，并且从光谱层面分析不同生物组织间的差异来设计出能提高生物组织表面视觉清晰度的手术LED光源。光源。光源。

【技术实现步骤摘要】
基于彩色商用成像设备的手术照明光源设计方法


[0001]本专利技术属于生物医学光子学
，涉及一种手术照明光源设计方法，具体涉及一种基于彩色商用成像设备的手术照明光源设计方法。

技术介绍

[0002]在医学领域中手术光源质量对于外科手术的顺利进行至关重要，优质的照明光源可以有效提高生物组织的清晰度，使得外科医生能够精准区分组织的不同纹理，极大提高手术效率。手术光源对于照明质量有严格把控，通常会使用热辐射光源，这不可避免会导致在手术灯开启的条件下手术环境温度变高。另外现有手术照明光源只提供了较好的能见度，并未从生物组织本身光谱特性角度出发设计照明光源。为解决这些问题，已有学者提出了通过调整LED光源的方式来解决这些问题。
[0003]LED光源拥有节能、可调节性强等优秀的特性。基于这些特性，可以组合不同的LED以获得最佳照明性能。这一过程需要使用生物组织表面的光谱信息，而捕获多光谱图像则是可以有效得到这些信息的方式。然而，在现有方法中，捕获生物组织的多光谱图像需要使用多光谱成像系统(MSIS)，但是此类设备由复杂的光学器件组成，这导致本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于彩色商用成像设备的手术照明光源设计方法，其特征在于包括光谱反射率重建阶段和手术照明设计阶段；所述光谱反射率重建阶段，用于根据商用成像设备的响应值重建生物组织的光谱反射率图像；具体是：步骤1.1：使用多光谱成像系统MSIS采集生物组织的光谱反射率图像，使用公式(1)将其映射到一个商用相机的光谱敏感度函数空间，得到每个像素点对应的RGB值；D＝MR
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(1)其中D是一个3行n列的实矩阵，表示RGB空间像素集合，其中每一列表示一个3通道的相机RGB值；M是一个3行t列的实矩阵，表示t个光谱通道到RGB通道的变换矩阵；R是一个t行n列的实矩阵，是光谱反射率的向量化表示；步骤1.2：根据商用相机RGB值，使用聚类算法对像素点RGB值进行聚类，得到生物组织RGB特征颜色及其光谱反射率的数据集，并将其分为训练样本和测试样本；步骤1.3：根据晶格回归方法，将训练样本RGB值和对应的光谱反射率建立RGB值到同色异谱黑的查找表LUT，其具体过程如下：步骤1.3.1：将训练样本的光谱反射率使用公式(2)、(3)、(4)分解出同色异谱黑b；A＝L.*S
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(2)R＝A（A
T
A）
‑1A
T
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(3)b＝(I
‑
R)r
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(4)其中L为t行1列的向量，其为光源的光谱功率分布的向量表示，S为其t行3列的矩阵，其为三通道相机光谱灵敏度函数的矩阵表示；.*表示每行相乘；A为t行3列的矩阵；那么R矩阵可以由A矩阵通过公式(3)计算得到；步骤1.3.2：根据训练样本RGB三个维度上的最大最小值确定范围，再对每个维度进行手动平均分割，总共可以得到m个顶点，称为晶格点；步骤1.3.3：假如有n个训练样本对{d
i
,b
i
},i＝1,
…
,n，d表示商用相机RGB响应向量表示，为3行n列；b表示其对应的同色异谱黑的向量表示，为t行n列；因此对于每个训练样本的相机响应d
i
确定一套权重{w
i,j
}，每个训练样本对应同色异谱黑通过等式(5)进行线性表示：其中{s
j
}，j＝1,
…
,m表示查找表的m个晶格点对应的同色异谱黑；步骤1.3.4：真实训练样本与插值估计的训练样本间的回归误差可以写成等式(6)所示，并且添加二阶差分平滑约束，整个同色异谱黑重建模型如下：其中s
h
,s
j
,s
l
表示查找表中在维度k上相邻的三个晶格点对应的同色异谱黑；α表示正则参数，α>0；步骤1.3.5：对于需要重建的测试相机RGB响应，利用步骤1.3.4模型建立的同色异谱黑查找表，通过等式(7)可进行插值重建同色异谱黑；
其中b'表示测试样本重建的同色异谱黑，a
j
表示RGB空间中重建RGB与最近8个晶格点的插值权重系数，表示步骤1.3.4模型建立的同色异谱黑查找表中的晶格点对应的同色异谱黑；步骤1.4：使用公式(8)计算测试样本的基本刺激光谱；r'＝A(A
T
A)
‑1d
test
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中d
test
表示测试样本的RGB值向量矩阵，r'表示测试样本的基本刺激光谱；步骤1.5：使用公式(9)组合同色异谱黑和基本刺激光谱重建出光谱反射率；其中表示重建的光谱反射率；所述手术照明设计阶段，用于利用所述光谱反射率重建阶段得到生物组织的光谱反射率，处理得到新的照明光源。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于所述手术照明设计阶段具体是：步骤2.1：使用聚类算法将所述光谱反射率重建阶段得到的生物组织的光谱反射率图像进行聚类，提取n个特征光谱反射率样本；步骤2.2：将光谱反射率的波长范围分为3个区域，该3个区域主要代表红、绿、蓝三色所处波段范围，具体可根据实际情况选择三个区域的波段范围；步骤2.3：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐力豪，陈洋，汪苏宇，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：