《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》是深圳市開立科技有限公司於2014年3月9日申請的專利，該專利的公布號為CN103860129A，申請公布日為2014年6月18日，發明人是馮能雲、陳雲亮、黃磊。
《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》解決了內窺鏡光源亮度調節不精確、易受光源功率衰減影響的問題。所述方法包括：S1.獲取當前圖像亮度值I1，以及當前光通量輸出級別P1；S2.調整所述內窺鏡光源，使光通量輸出級別改變N個級別，記改變後的光通量輸出級別為P2；S3.獲取調整後的圖像亮度值I2；S4.根據公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），計算出目標光通量輸出級別P0；其中I0是預設的圖像亮度基準值；S5.調整所述內窺鏡光源至所述目標光通量輸出級別P0。該發明通過測量不同光通量輸出級別的兩次圖像亮度值，計算出目標光通量輸出級別，從而不受光源功率穩定性的影響，對內窺鏡光源亮度進行精確自動調整。
2017年12月11日，《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置
- 申請人：深圳市開立科技有限公司
- 申請日：2014年3月9日
- 申請號：2014101021255
- 發明人：馮能雲、陳雲亮、黃磊
- 公布號：CN103860129A
- 公布日：2014年6月18日
- 地址：廣東省深圳市南山區玉泉路毅哲大廈4樓
- 分類號：A61B1/00(2006.01)I、A61B1/07(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,操作內容,實施案例,榮譽表彰,
專利背景
內窺鏡手術過程中，醫生控制鏡體對腔體進行成像，成像環境實時變化，會對圖像亮度的穩定性造成影響。為了獲得理想、穩定亮度的圖像，需要對圖像做加工處理，或者對光源做調節處理。
2014年3月之前的技術中，可以通過數字圖像處理，或者調節顯示器亮度，來調節圖像顯示的亮度，但這樣獲得的圖像並不真實，使得醫生不能獲得待觀察操作部位的有效病變信息，使用效果不佳。
一些內窺鏡產品中，採用控制光源發光功率的方法，調節內窺鏡成像環境的光照射強度，從而獲得合適的圖像亮度，但不斷改變光源的發光功率會影響光源的使用壽命，並且光源的輸出光譜會隨功率變化，即發射的光的色溫會變化，從而導致圖像色調變化。
一些內窺鏡產品中，採用在恆定光源的輸出光路上設定遮光片的方法，調節光源的輸出光通量，來調節內窺鏡成像環境的光照強度，但是，這些內窺鏡產品中，有的遮光片的位置只能在有限的幾個檔位進行切換，不能精細準確地調節光通量；有的遮光片位置調節算法對光源的恆定功率依賴性強，當光源經過長時間使用，產生一定的衰減後，調節算法就變得不準確，調節效果不佳。
發明內容
專利目的
《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》的目的在於：克服2014年3月之前的技術中內窺鏡產品光源亮度調節不精確、易受光源功率衰減的影響等缺陷，提供一種內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置，能不受內窺鏡光源衰減的影響，自動精確調節內窺鏡光源的亮度，提升成像質量。
技術方案
《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》所述方法包括以下步驟：
S1：獲取當前圖像亮度值I1，以及當前光通量輸出級別P1；
S2：調整所述內窺鏡光源，使光通量輸出級別改變N個級別，記改變後的光通量輸出級別為P2；
S3：獲取調整後的圖像亮度值I2；
S4：根據公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），計算出目標光通量輸出級別P0；其中I0是預設的圖像亮度基準值；當I2大於I1時，所述N取正值，當I2小於I1時，所述N取負值；
S5：調整所述內窺鏡光源至所述目標光通量輸出級別P0。
進一步，所述步驟S2之前，還包括：S11：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1等於I0，則不調整所述內窺鏡光源，否則，執行步驟S2。
進一步，所述步驟S2之前，還包括：S12：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若二者的差值小於閾值，則不調整所述內窺鏡光源，否則，執行步驟S2。
進一步，所述步驟S2具體為：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1小於I0，則調整所述內窺鏡光源增加N個光通量輸出級別；若I1大於I0，則調整所述內窺鏡光源減少N個光通量輸出級別。
進一步，所述步驟S5還包括：若所述目標光通量輸出級別P0大於所述內窺鏡光源的最大光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最大光通量輸出級別；若所述目標光通量輸出級別P0小於所述內窺鏡光源的最小光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最小光通量輸出級別。
進一步，所述步驟S2之前還包括：S11：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1大於I0，且所述當前光通量輸出級別P1為最小光通量輸出級別，或者，若I1小於I0，且所述當前光通量輸出級別P1為最大光通量輸出級別，則不調整所述內窺鏡光源；否則，執行S2。
該發明還提供一種內窺鏡光源亮度自動調節的裝置，包括：第一信息獲取單元，用於獲取當前圖像亮度值I1，以及當前光通量輸出級別P1；第一調整單元，用於調整所述內窺鏡光源，使光通量輸出級別改變N個級別，即為P2；第二信息獲取單元，用於獲取調整後的圖像亮度值I2；計算單元，用於根據公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），計算出目標光通量輸出級別P0；其中I0是預設的圖像亮度基準值；當I2大於I1時，所述N取正值，當I2小於I1時，所述N取負值；第二調整單元，用於調整所述內窺鏡光源至所述目標光通量輸出級別P0。
進一步，所述第一調整單元還具有以下功能：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1等於I0，或者二者的差值小於閾值，則不調整所述內窺鏡光源；否則，若I1小於I0，則調整所述內窺鏡光源增加N個光通量輸出級別；若I1大於I0，則調整所述內窺鏡光源減少N個光通量輸出級別。
進一步，所述第二調整單元還具有以下功能：若所述目標光通量輸出級別P0大於最大光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最大光通量輸出級別；若所述目標光通量輸出級別P0小於最小光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最小光通量輸出級別。進一步，所述光通量輸出級別，是通過設定在內窺鏡光源中用於遮擋光束的遮光片的不同位置來實現的。
有益效果
《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》可根據成像環境自動精確調節內窺鏡光源的光輸出強度，不受內窺鏡光源功率衰減的影響，使內窺鏡可以穩定地獲得理想亮度的圖像。
附圖說明
圖1是該發明內窺鏡光源亮度自動調節方法所採用的內窺鏡系統的結構示意圖；
圖2是圖1所示結構示意圖中，內窺鏡光源的結構示意圖。
圖3是該發明實施例一的內窺鏡光源亮度自動調節方法流程圖。
圖4是該發明實施例一的內窺鏡光源亮度自動調節方法的原理圖。
圖5是該發明實施例二的內窺鏡光源亮度自動調節裝置的結構示意圖。
權利要求
1.一種內窺鏡光源亮度自動調節的方法，其特徵在於，包括以下步驟：
S1：獲取當前圖像亮度值I1，以及當前光通量輸出級別P1；
S2：調整所述內窺鏡光源，使光通量輸出級別改變N個級別，記改變後的光通量輸出級別為P2；
S3：獲取調整後的圖像亮度值I2；
S4：根據公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），計算出目標光通量輸出級別P0；其中I0是預設的圖像亮度基準值；當I2大於I1時，所述N取正值，當I2小於I1時，所述N取負值；
S5：調整所述內窺鏡光源至所述目標光通量輸出級別P0。
2.根據權利要求1所述的內窺鏡光源亮度自動調節的方法，其特徵在於，所述步驟S2之前，還包括：S11：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1等於I0，則不調整所述內窺鏡光源，否則，執行步驟S2。
3.根據權利要求1或2所述的內窺鏡光源亮度自動調節的方法，其特徵在於，所述步驟S2之前，還包括：S12：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若二者的差值小於閾值，則不調整所述內窺鏡光源，否則，執行步驟S2。
4.根據權利要求1所述的內窺鏡光源亮度自動調節的方法，其特徵在於，所述步驟S2具體為：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1小於I0，則調整所述內窺鏡光源增加N個光通量輸出級別；若I1大於I0，則調整所述內窺鏡光源減少N個光通量輸出級別。
5.根據權利要求1所述的內窺鏡光源亮度自動調節的方法，其特徵在於，所述步驟S5還包括：若所述目標光通量輸出級別P0大於所述內窺鏡光源的最大光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最大光通量輸出級別；若所述目標光通量輸出級別P0小於所述內窺鏡光源的最小光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最小光通量輸出級別。
6.根據權利要求1所述的內窺鏡光源亮度自動調節的方法，其特徵在於，所述步驟S2之前還包括：S11：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1大於I0，且所述當前光通量輸出級別P1為最小光通量輸出級別，或者，若I1小於I0，且所述當前光通量輸出級別P1為最大光通量輸出級別，則不調整所述內窺鏡光源；否則，執行S2。
7.一種內窺鏡光源亮度自動調節的裝置，其特徵在於，包括：第一信息獲取單元，用於獲取當前圖像亮度值I1，以及當前光通量輸出級別P1；第一調整單元，用於調整所述內窺鏡光源，使光通量輸出級別改變N個級別，即為P2；第二信息獲取單元，用於獲取調整後的圖像亮度值I2；計算單元，用於根據公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），計算出目標光通量輸出級別P0；其中I0是預設的圖像亮度基準值；當I2大於I1時，所述N取正值，當I2小於I1時，所述N取負值；第二調整單元，用於調整所述內窺鏡光源至所述目標光通量輸出級別P0。
8.根據權利要求7所述的內窺鏡光源亮度自動調節的裝置，其特徵在於，所述第一調整單元還具有以下功能：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1等於I0，或者二者的差值小於閾值，則不調整所述內窺鏡光源；否則，若I1小於I0，則調整所述內窺鏡光源增加N個光通量輸出級別；若I1大於I0，則調整所述內窺鏡光源減少N個光通量輸出級別。
9.根據權利要求7或8所述的內窺鏡光源亮度自動調節的裝置，其特徵在於，所述第二調整單元還具有以下功能：若所述目標光通量輸出級別P0大於最大光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最大光通量輸出級別；若所述目標光通量輸出級別P0小於最小光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最小光通量輸出級別。
10.根據權利要求7或8所述的內窺鏡光源亮度自動調節的裝置，其特徵在於，所述光通量輸出級別，是通過設定在內窺鏡光源中用於遮擋光束的遮光片的不同位置來實現的。
實施方式
操作內容
如圖1所示，《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》實施例所採用的內窺鏡系統包括內窺鏡光源10、鏡體20、處理器30以及顯示器40，其中，所述內窺鏡光源10內部細節以及與鏡體20連線的部分如圖2所示，所述內窺鏡光源10包括帶拋物面反光碗的氙燈（或LED燈等）2、熱反射鏡3、熱吸收玻璃4、透鏡1和遮光片5，所述鏡體20包括導光棒6、光纖傳光束7及發散用平凹透鏡（圖中未示出）。所述導光棒6位於所述鏡體20的一端，該端與所述內窺鏡光源10相接，所述遮光片5位於所述內窺鏡光源10中的聚光透鏡1與所述鏡體20中的導光棒6之間，所述導光棒6的另一端與光纖傳光束7相接，從而使得所述內窺鏡光源10發出的光經過導光棒6、光纖傳光束7及發散用平凹透鏡後到達人體內，為所述鏡體20中的成像鏡頭提供照明。所述鏡體20同時又與所述處理器30相連，處理器30將鏡體20得到的圖像信號進行處理後送給顯示器40顯示出圖像。
所述遮光片5繞垂直於光軸的旋轉軸旋轉，通過步進電機控制其轉動角度。在某些實施例中，遮光片5也可以繞平行於光軸的旋轉軸旋轉。將所述遮光片5從完全遮擋住光束旋轉到完全不遮擋光束的過程依照實際套用所需的精度劃分成若干個位置，例如是M個位置，則對應M個光通量輸出級別，根據內窺鏡套用的成像環境，在這M個光通量輸出級別之間實現自動調節。由於遮光片5由步進電機驅動，因此最終體現在步進電機驅動方向和步數的自動調節上，步進電機對應有M個位置級別。
相對穩定的光源，在空間的某個區域內，獲取的圖像亮度值和光源輸出光通量近似成正比，因此可以建立步進電機位置和圖像亮度值的對應曲線，也即光通量輸出級別和圖像亮度值的對應曲線。在相對短的時間內，可以認為成像對象是穩定的，因此相對短的時間段內，光通量輸出級別和圖像亮度值的對應曲線是一段直線。通過當前點與步進電機微調之後的點之間的圖像亮度差值，以及這兩點之間光通量輸出級別的差值，可計算得到所述直線的斜率，該發明中稱為所述曲線的近似斜率。已知直線的斜率，根據微調之後的點的圖像亮度值，與預設的圖像亮度基準值之間的差值，可計算出直線上的第三點，即目標點的光通量輸出級別，從而控制電機帶動遮光片旋轉到目標位置。所述圖像亮度值可以通過圖像YCbCr空間內的Y信號計算獲取。
實施案例
實施例一
該發明實施例一提供一種內窺鏡光源亮度自動調節的方法。參見圖3，該發明實施例一的內窺鏡光源亮度自動調節方法包括步驟S1-S5：
S1：獲取當前圖像亮度值I1，以及內窺鏡光源的當前光通量輸出級別P1；
根據測光值評價方法，例如2014年3月之前技術中的平均測光或峰值測光等技術，對當前圖像YCbCr空間內的Y信號進行評估，實現當前圖像亮度值I1的計算。當前光通量輸出級別P1，可根據步進電機的當前位置所處級別來標記光通量的輸出級別，並不需要量化出當前光通量的具體值。
S2：調整所述內窺鏡光源，使光通量輸出級別改變N個級別，記改變後的光通量輸出級別為P2；
所述N是該方法中預設的數值，根據內窺鏡光源光通量輸出級別的總數量M，以及光通量輸出級別和圖像亮度值對應的完整曲線的斜率變化情況，選取合適的N值。所述N值使得光通量輸出級別改變前後的兩點所對應的曲線段無論落在所述完整曲線的哪一段，所述曲線段的近似斜率都大致相等，以提高該發明方法亮度調節的準確性。為增加調節的準確性，所述N個級別一般為小距離的調整，例如為5個級別。所述N作為已知量，在後續步驟中參與計算。
在一些實施例中，當比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1小於I0，則調整所述內窺鏡光源增加N個光通量輸出級別；若I1大於I0，則調整所述內窺鏡光源減少N個光通量輸出級別。
在另一些實施例中，當比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1等於I0，或者二者的差值小於閾值，則不調整所述內窺鏡光源。此時P1=P2，N=0
在另一些實施例中，當比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1大於I0，且所述當前光通量輸出級別P1為最小光通量輸出級別，或者，若I1小於I0，且所述當前光通量輸出級別P1為最大光通量輸出級別，則不調整所述內窺鏡光源，此時P1=P2，N=0。
S3：獲取調整後的圖像亮度值I2；同樣，根據測光值評價方法，例如2014年3月之前技術中的平均測光或峰值測光等技術，對調整後的圖像YCbCr空間內的Y信號進行評估，實現調整後的圖像亮度值I2的計算。
S4：根據公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），計算出目標光通量輸出級別P0；其中I0是預設的圖像亮度基準值；當I2大於I1時，所述N取正值，當I2小於I1時，所述N取負值；
參見圖4，由當前圖像亮度值I1、當前光通量輸出級別P1、調整後的圖像亮度值I2、調整後的光通量輸出級別P2、光通量輸出改變的級別數N，計算獲得目標光通量輸出級別P0。如圖4所示，光通量輸出級別P和圖像亮度值I的對應曲線在相對短的時間內可作為一段直線處理，改變光通量輸出級別的過程中，圖像亮度值I的改變數（I2-I1），與光通量輸出改變的級別數N的比值，即為該段直線的斜率，結合預設的圖像亮度基準值I0與改變光通量輸出級別後的圖像亮度值I2的差值，計算出光通量輸出需要進一步調整的級別數，在調整後的光通量輸出級別P2的基礎上，調整光源至目標光通量輸出級別P0。
由於光通量輸出級別P和圖像亮度值I一直成正比，因此，所述計算公式中，N的符號取值與（I2-I1）的正負一致。S5：調整所述內窺鏡光源至所述目標光通量輸出級別P0。
在一些實施例中，所述調整的過程中，還可能遇到這樣的情況：由於成像環境的原因或其他偶然因素，導致S1步驟獲取到的當前圖像亮度值I1、S3步驟獲取到的調整後的圖像亮度值I2過亮或者過暗，使得S4步驟中計算出的目標光通量輸出級別P0大於內窺鏡光源的最大輸出級別，或者小於其最小輸出級別，這種情況下，若所述目標光通量輸出級別P0大於最大光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最大光通量輸出級別；若所述目標光通量輸出級別P0小於最小光通量輸出級別，則調節所述內窺鏡光源至最小光通量輸出級別。由於內窺鏡在長期使用後，或者在外部因素影響下，才可能出現功率衰退，或者步進電機控制的遮光片旋轉角度出現誤差，，因此，絕大多數情況下，內窺鏡光源可以按照該發明的亮度自動調節方法正常調節使用，上述情況是為了考慮到內窺鏡光源亮度調節機制的完善性而設定，增加該調節方法的魯棒性。
由以上技術方案可見，當光源功率發生衰減，或者因偶然因素髮生異常時，光通量輸出級別P和圖像亮度值I的對應曲線的斜率隨之發生變化，計算出的目標光通量輸出級別也隨之發生變化，該發明的光源亮度調節方法可以適應新的光源功率，準確調整光通量輸出級別來獲得理想的圖像亮度。光通量輸入級別數量可以根據需要劃分得足夠精確，因此該發明的光源亮度自動調節方法可以不依賴於光源功率的恆定性，進行精確的亮度調節。
實施例二
參見圖5，該發明實施例二提供一種內窺鏡光源亮度自動調節裝置。所述裝置包括：第一信息獲取單元501，用於獲取當前圖像亮度值I1，以及當前光通量輸出級別P1；第一調整單元502，用於調整所述內窺鏡光源，使光通量輸出級別改變N個級別，即為P2；第二信息獲取單元503，用於獲取調整後的圖像亮度值I2；計算單元504，用於根據公式P0=P2+N*（I0-I2）/（I2-I1），計算出目標光通量輸出級別P0；其中I0是預設的圖像亮度基準值；當I2大於I1時，所述N取正值，當I2小於I1時，所述N取負值；第二調整單元505，用於調整所述內窺鏡光源至所述目標光通量輸出級別P0。
優選地，所述第一調整單元502還具有以下功能：比較所述當前圖像亮度值I1與預設的圖像亮度基準值I0，若I1等於I0，或者二者的差值小於閾值，則不調整所述內窺鏡光源；否則，若I1小於I0，則調整所述內窺鏡光源增加N個光通量輸出級別；若I1大於I0，則調整所述內窺鏡光源減少N個光通量輸出級別。
優選地，所述第二調整單元505還具有以下功能：若所述目標光通量輸出級別P0大於內窺鏡光源最大光通量輸出級別，則調整所述內窺鏡光源至最大光通量輸出級別；若所述目標光通量輸出級別P0小於內窺鏡光源最小光通量輸出級別，則調節所述內窺鏡光源至最小光通量輸出級別。
該發明實施例二的裝置由運行於內窺鏡系統處理器30上的各個單元模組組成，由於所述裝置與該發明實施例一的方法相對應，所以描述的比較簡單，相關之處參見方法部分說明即可。
榮譽表彰
2017年12月11日，《內窺鏡光源亮度自動調節的方法和裝置》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
