一种偏振成像内窥镜及其成像方法与流程

本发明属于内窥镜成像技术领域，具体涉及一种偏振成像内窥镜系统及其成像方法。

背景技术：

现代外科手术已经微创化，内窥镜作为微创手术的重要工具，能够进入人体腔体内，将体内拍摄到的图像实时传输到屏幕上供手术或检查医生观察。

如图1所示，现有内窥镜摄像系统的结构主要由以下部分构成：光学内窥镜01，光学镜头02，摄像模组03，图像处理主机04，冷光源05，图像显示器06。其中光学内窥镜01用于腔体体内组织光学成像，光学镜头02用于连接光学内窥镜01，并实现光学变焦和对焦功能；摄像模组03接收经光学内窥镜01和光学镜头02传过来的光学成像，通过摄像模组内的图像传感器，进行光电转换，将光学成像信号转换为数字图像信号，转换后的电信号传送到图像处理主机对图像信号，进行图像处理；图像显示部用于将图像显示在显示屏或其他显示设备上供用户观察。光学照明部用于为成像提供照明。

现有内窥镜成像设备在使用过程中，往往因为腔体光滑内表面产生的镜面反射发生过度曝光的问题，在过度曝光的区域内，腔体局部的细节由于传感器饱和，不能被接收以及显示出来。在临床观察上可能会影响医生对于病灶等结构的判断。

针对以上问题，现有的部分内窥镜采用了类似于hdr(highdynamicrangeimaging)高动态范围成像的方法，即采用不同曝光时间的两帧图像融合来实现过曝区域的控制，但是由于传统hdr是基于连续曝光整帧图像进行融合，所以图像之间的间隔就是多帧图像的周期，因此画面在移动过程中会产生很多重影，因此，传感器的曝光时间并不能过长或过短，致使过曝区域并不能彻底消除；另外，该方法会降低总体的成像速率，产生图像延时，影响手术安全。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是提供一种偏振成像内窥镜系统，具有成像速率高，更有利于手术或者观察的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种偏振成像内窥镜系统，包括：光源、光学成像镜头、偏振发生装置、图像采集装置以及图像处理主机；所述偏振发生装置设于所述光源和所述光学成像镜头之间、或所述光学成像镜头和所述图像采集装置之间；所述图像处理主机在接收到所述图像采集装置采集的不同偏振方向的图像后，识别过度曝光区域再对图像进行融合。

本发明的进一步设置，所述图像采集装置包括阵列拼接的n个图像传感器；所述偏振发生装置为对应n个图像传感器的、且偏振方向不同的偏振滤波器，能够将垂直于该偏振方向的偏振光滤除，由此获取n张滤除不同偏振方向反光的图像。

本发明的进一步设置，所述偏振发生装置为绕中心轴360°高速旋转的偏振滤光片；所述偏振滤光片旋转一周，所述图像采集装置获取n张滤除不同偏振方向全反光的图像。

本发明的进一步设置，所述偏振滤光片在旋转中、设有供所述图像采集装置获取n张滤除不同偏振方向全反光的图像的n个暂停位置。

本发明的进一步设置，所述图像采集装置包括n个图像传感器；所述偏振发生装置为包括：分光棱镜以及对应n个图像传感器的、且偏振方向不同的偏振滤光片；所述分光棱镜将光束分像到n个图像传感器上，途中经所述偏振滤光片进行滤除，由此获取n张滤除不同偏振方向全反光的图像。

本发明的进一步设置，所述偏振发生装置装配于所述光学成像镜头、或装配于所述图像采集装置、或单独设置。

本发明的另一个目的是提供一种偏振成像内窥镜系统的成像方法，具有成像效率高、成像清晰的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种偏振成像内窥镜系统的成像方法，基于以上所述的偏振成像内窥镜系统，所述方法包括：s1:光源发出的光线照射到人体组织上产生不同的光反射后；

s2:经过偏振发生装置滤除全反射光，进入光学成像镜头进行光学成像；

s3:图像采集装置同时采集n张滤除不同偏振方向的反射光的图像；

s4:图像处理主机获取n张滤除不同偏振方向的反射光的图像后，识别过度曝光区域，再将图像融合为一帧均匀曝光的图像输出；或，

s1:光源发出的光线照射到人体组织上产生不同的光反射后，进入光学成像镜头进行光学成像；

s2:经过偏振发生装置滤除全反射光；

s3:图像采集装置同时采集n张滤除不同偏振方向的反射光的图像；

s4:图像处理主机获取n张滤除不同偏振方向的反射光的图像后，识别过度曝光区域，再将图像融合为一帧均匀曝光的图像输出。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、本发明中的一种偏振成像内窥镜系统，在光源和光学成像镜头之间、或光学成像镜头和图像采集装置之间设置偏振产生装置，由于光线偏振原理，会造成过度曝光全反射线偏振光将被偏振产生装置阻挡而不能通过，而正常成像的漫反射光能正常通过，最终偏振产生装置的合理光线抵达图像采集装置，实现电子成像。

2、本发明中的一种偏振成像内窥镜系统的成像方法，通过同时采集不通偏振方向的图像，对这些图像进行辨别，识别出过度曝光的成像区域，再对这些图像进行融合，即在同一视野画面中，不同区域采用不同偏振光成像的图像，即最佳曝光图像，进行再次融合，最终将融合后的最佳曝光效果图像输出到显示器上，供医生或使用用户观看。

附图说明

图1是本发明中现有内窥镜摄像系统的结构示意图；

图2是本发明实施例一、二、三中的结构示意图；

图3是本发明实施例一中的原理图；

图4是本发明实施例一中的另一结构示意图；

图5是本发明实施例一中偏振发生装置的结构示意图；

图6是本发明实施例二中的原理图；

图7是本发明实施例二中的另一结构示意图；

图8是本发明实施例三中的另一结构示意图。

附图标记说明：1、光源；2、光学成像镜头；3、偏振发生装置；4、图像采集装置；31、偏振滤波器；32、偏振图像传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

实施例一：本实施例涉及一种偏振成像内窥镜系统，如图2所示，包括：光源1、光学成像镜头2、偏振发生装置3、图像采集装置4以及图像处理主机；所述偏振发生装置3设于所述光源1和所述光学成像镜头2之间、或所述光学成像镜头2和所述图像采集装置4之间；所述图像处理主机在接收到所述图像采集装置4采集的不同偏振方向的图像后，识别过度曝光区域再对图像进行融合。

如图4和图5所示，在本实施例中，所述图像采集装置4包括阵列拼接的n个图像传感器；所述偏振发生装置3为对应n个图像传感器的、且偏振方向不同的偏振滤波器31，能够将垂直于该偏振方向的偏振光滤除，同时保持其他偏振方向的光正常进入感光区域。使得该偏振成像内窥镜系统能够同时获取n张滤除不同偏振方向的反射光的图像。图像处理主机通过图像算法分析该n张图像，识别出过度曝光区域，进行图像融合时，过度曝光区域则采用滤除了全反射光的图像，最终合成为一帧均匀曝光的图像并输出。

在本实施例中，该偏振发生装置3设于所述光学成像镜头2和所述图像采集装置4之间，且偏振发生装置3装配于光学成像镜头2、或装配于图像采集装置4、或单独设置。

需要说明的是，本实施例中的图像采集装置4与偏振发生装置3为一体，如图3所示，具体为自带偏振滤波器31的偏振图像传感器32。

实施例二：本实施例涉及一种偏振成像内窥镜系统，如图2所示，包括：光源1、光学成像镜头2、偏振发生装置3、图像采集装置4以及图像处理主机；所述偏振发生装置3设于所述光源1和所述光学成像镜头2之间、或所述光学成像镜头2和所述图像采集装置4之间；所述图像处理主机在接收到所述图像采集装置4采集的不同偏振方向的图像后，识别过度曝光区域再对图像进行融合。

本实施例与实施例一不同的是，如图6和图7所示，在本实施例中，所述偏振发生装置3为绕中心轴360°高速旋转的偏振滤光片，所述偏振滤光片每旋转一周，所述图像采集装置4获取n张滤除不同偏振方向全反光的图像。由于该偏振滤光片绕中心轴高速旋转，故n张图像之间的时间差可忽略不计。进一步的，所述偏振滤光片在旋转中、设有供所述图像采集装置4获取n张滤除不同偏振方向全反光的图像的n个暂停位置。图像处理主机通过图像算法分析该n张图像，识别出过度曝光区域，进行图像融合时，过度曝光区域则采用滤除了全反射光的图像，最终合成为一帧均匀曝光的图像并输出。

在本实施例中，该偏振发生装置3设于所述光学成像镜头2和所述图像采集装置4之间，且偏振发生装置3装配于光学成像镜头2、或装配于图像采集装置4、或单独设置。

实施例三：本实施例涉及一种偏振成像内窥镜系统，如图2所示，包括：光源1、光学成像镜头2、偏振发生装置3、图像采集装置4以及图像处理主机；所述偏振发生装置3设于所述光源1和所述光学成像镜头2之间、或所述光学成像镜头2和所述图像采集装置4之间；所述图像处理主机在接收到所述图像采集装置4采集的不同偏振方向的图像后，识别过度曝光区域再对图像进行融合。

本实施例与实施例一不同的是，在本实施例中，如图8所示，所述图像采集装置4包括n个图像传感器；所述偏振发生装置3为包括：分光棱镜以及对应n个图像传感器的、且偏振方向不同的偏振滤光片；所述分光棱镜将光束分像到n个图像传感器上，途中经所述偏振滤光片进行滤除，由此获取n张滤除不同偏振方向全反光的图像。图像处理主机通过图像算法分析该n张图像，识别出过度曝光区域，进行图像融合时，过度曝光区域则采用滤除了全反射光的图像，最终合成为一帧均匀曝光的图像并输出。

在本实施例中，该偏振发生装置3设于所述光学成像镜头2和所述图像采集装置4之间，且偏振发生装置3装配于光学成像镜头2、或装配于图像采集装置4、或单独设置。

基于以上所述的偏振成像内窥镜系统，本实施例还涉及一种偏振成像内窥镜系统的成像方法，所述方法包括：

s1:光源1发出的光线照射到人体组织上产生不同的光反射后；

s2:经过偏振发生装置3滤除全反射光，进入光学成像镜头2进行光学成像；

s3:图像采集装置4同时采集n张滤除不同偏振方向的反射光的图像；

s4:图像处理主机获取n张滤除不同偏振方向的反射光的图像后，识别过度曝光区域，再将图像融合为一帧均匀曝光的图像输出；或，

s1:光源1发出的光线照射到人体组织上产生不同的光反射后，进入光学成像镜头2进行光学成像；

s2:经过偏振发生装置3滤除全反射光；

s3:图像采集装置4同时采集n张滤除不同偏振方向的反射光的图像；

s4:图像处理主机获取n张滤除不同偏振方向的反射光的图像后，识别过度曝光区域，再将图像融合为一帧均匀曝光的图像输出。

本发明中的一种偏振成像内窥镜系统，在光源1和光学成像镜头2之间、或光学成像镜头2和图像采集装置4之间设置偏振产生装置，由于光线偏振原理，会造成过度曝光全反射线偏振光将被偏振产生装置阻挡而不能通过，而正常成像的漫反射光能正常通过，最终偏振产生装置的合理光线抵达图像采集装置4，实现电子成像。通过同时采集不通偏振方向的图像，对这些图像进行辨别，识别出过度曝光的成像区域，再对这些图像进行融合，即在同一视野画面中，不同区域采用不同偏振光成像的图像，即最佳曝光图像，进行再次融合，最终将融合后的最佳曝光效果图像输出到显示器上，供医生或使用用户观看。

具体工作过程以及原理：本方案相比于传统的消除过度曝光区域的图像方法相比，由于偏振片的消光比往往能够达到1:10000以上，而普通传感器的曝光时间最长与最短的比往往为1000:60，因此本方案能够有效地消除过量的局部光亮。

另外传统方案需要2帧甚至更多帧图像合成1帧作为最终输出，往往会降低整体成像的速度。而以上的实施案例中，n张用于合成的图像是同时采集的，因此图像的实时性更高，更有利于手术或者观察。