專利名稱：膠囊內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膠嚢內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法。
背景技術(shù)：
膠嚢內(nèi)窺鏡是一種集成了生物醫(yī)學(xué)圖像、信號(hào)處理、信息通訊、光電工程 和封裝技術(shù)等多學(xué)科為一體的智能微系統(tǒng)。膠嚢內(nèi)窺鏡^皮患者吞咽后，隨消化 道蠕動(dòng)，經(jīng)食道、胃、小腸、大腸，最后由肛門自然排出。膠嚢內(nèi)窺鏡圖像數(shù) 據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送體外，無線數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)的主要耗能環(huán)節(jié)。由于
功耗限制，目前膠嚢內(nèi)窺鏡的工作時(shí)間約8小時(shí)，原始圖像數(shù)據(jù)率約為lMbps, 所采用的無線射頻收發(fā)器的發(fā)送速率在1Mbps左右?？梢灶A(yù)見，隨著CMOS圖 像傳感器工藝的提高，膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的分辨率必將進(jìn)一步提高，相應(yīng)地?zé)o線 數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間也將延長(zhǎng)，導(dǎo)致功耗升高。但是，鋰電池工藝的發(fā)展相對(duì)緩慢， 因此對(duì)膠嚢內(nèi)窺鏡圖像進(jìn)行處理，從而減少膠嚢內(nèi)窺鏡無線傳輸?shù)墓氖欠浅?必要的。目前主要的方案是圖像壓縮方法。
圖像壓縮方法包括無損壓縮和有損壓縮。無損壓縮后的容量一般為原來的 96%至98%，但是壓縮算法本身也要消耗能量，因此無損壓縮對(duì)總功耗的降低意 義并不大。有損壓縮后的容量可以小于原來的92%, ^t人而顯著地降低數(shù)據(jù)傳輸 量及功耗。但是有損壓縮將不可避免的丟失圖像的細(xì)節(jié)信息，增加了醫(yī)生確診 的難度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要針對(duì)無損壓縮耗能大及有損壓縮會(huì)丟失圖像細(xì)節(jié)信息的 問題，提供一種耗能小且不丟失圖像細(xì)節(jié)信息的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法。
一種膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法，包括獲取膠嚢內(nèi)窺鏡圖像；篩選所述膠 嚢內(nèi)窺鏡圖像；傳送篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像。優(yōu)選的，篩選所述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像包括計(jì)算所述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的成像 質(zhì)量；根據(jù)所述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的成像質(zhì)量進(jìn)行篩選。
優(yōu)選的，計(jì)算所述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的成像質(zhì)量包括提取有效區(qū)域；對(duì)有 效區(qū)域進(jìn)行邊緣監(jiān)測(cè)；計(jì)算邊緣點(diǎn)的方向及擴(kuò)散度；計(jì)算有效區(qū)域的清晰度。
優(yōu)選的，提取有效區(qū)域是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)?zāi)０暹M(jìn)行有效區(qū)域的提取。
優(yōu)選的，對(duì)有效區(qū)域進(jìn)行邊緣監(jiān)測(cè)是采用sobel邊緣監(jiān)測(cè)算法。
優(yōu)選的，根據(jù)所述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的成像質(zhì)量進(jìn)行篩選是將有效區(qū)域的清 晰度與規(guī)定的閾值進(jìn)行比較。
優(yōu)選的，傳送篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像是由發(fā)射裝置通過無線傳播的方式 將篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像傳送至體外的無線接收裝置中。
優(yōu)選的，傳送篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像是直接通過人體將篩選后的膠嚢內(nèi) 窺鏡圖像傳送至與身體表面接觸的體表接收裝置中。
此外，還提供了 一種采用上述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法的膠嚢內(nèi)窺鏡。
優(yōu)選的，所述膠囊內(nèi)窺鏡包括攝像裝置、圖像處理電路及發(fā)射裝置，所述 攝像裝置用于拍攝圖像，所述圖像處理電路對(duì)攝像裝置所拍攝的圖像進(jìn)行篩選， 所述發(fā)射裝置用于傳送篩選后的圖像。
優(yōu)選的，所述圖像處理電路包括直接內(nèi)存存取器和數(shù)字信號(hào)處理器，所述 數(shù)字信號(hào)處理器包括第一緩沖器和第二緩沖器，膠嚢內(nèi)窺鏡的圖像數(shù)據(jù)通過所 述直接內(nèi)存存取器進(jìn)入所述第一緩沖器或所述第二緩沖器，所述數(shù)字信號(hào)處理 器采用乒乓運(yùn)行的方式進(jìn)行工作。
上述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法對(duì)膠嚢內(nèi)窺鏡產(chǎn)生的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)篩選，僅 發(fā)送成像質(zhì)量好的圖像，并且所發(fā)送的圖像不進(jìn)行壓縮處理。因?yàn)樗l(fā)送的圖 像僅是全部圖像的一小部分，所以采用該膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法的膠嚢內(nèi)窺 鏡的能耗大大減小。又因?yàn)樗l(fā)送的圖像不進(jìn)行壓縮處理，所以該膠嚢內(nèi)窺鏡 圖像處理方法不丟失圖像的細(xì)節(jié)信息。


圖l是膠嚢內(nèi)窺鏡的示意圖。圖2是膠嚢內(nèi)窺鏡的圖像處理電路的示意圖。
圖3是膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法的流程圖。 圖4是膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的示意圖。 圖5是sobel邊緣監(jiān)測(cè)算法的算子示意圖。 圖6是邊緣點(diǎn)的灰度分布示意圖。
具體實(shí)施例方式
膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法包括獲取膠嚢內(nèi)窺鏡圖像；篩選所述膠嚢內(nèi)窺 鏡圖像；傳送篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像。
圖1是膠嚢內(nèi)窺鏡的示意圖。膠嚢內(nèi)窺鏡100包括攝像裝置101、圖像處理 電路102及發(fā)射裝置103。攝像裝置101用于拍攝圖像，圖像處理電路102對(duì)攝 像裝置101所拍攝的圖像進(jìn)行篩選，發(fā)射裝置103用于傳送篩選后的圖像。
圖2是膠嚢內(nèi)窺鏡的圖像處理電路102的示意圖。該圖像處理電路102包 括直接內(nèi)存存取器112和數(shù)字信號(hào)處理器111,數(shù)字信號(hào)處理器111包括第一緩 沖器121和第二緩沖器122。膠嚢內(nèi)窺鏡的圖像數(shù)據(jù)通過直接內(nèi)存存取器112進(jìn) 入第一緩沖器121或第二緩沖器122。數(shù)字信號(hào)處理器111采用乒乓運(yùn)行的方式 進(jìn)行工作，即當(dāng)?shù)谝痪彌_器121接收數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器111對(duì)第二緩沖 器122存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；當(dāng)?shù)谝痪彌_器121接收數(shù)據(jù)完成時(shí)，數(shù)字信號(hào)處 理器111開始對(duì)第一緩沖器121存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，第二緩沖器122同時(shí)開 始接收新的數(shù)據(jù)。這樣數(shù)字信號(hào)處理器111可以不間斷的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，從而 提高膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的處理速度。
圖3 AM嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法的流程圖。該膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法包 括以下步驟
Sl:獲取膠嚢內(nèi)窺鏡圖像。
該步驟由攝像裝置101實(shí)現(xiàn)。攝像裝置101按著設(shè)定的頻率拍攝圖像，所 拍攝的圖像隨即送入圖像處理電路102。 S2:提取有效區(qū)域。
在膠嚢內(nèi)窺鏡圖像中，背景區(qū)域和圖像區(qū)域之間有非常清晰的邊界，這個(gè)邊界對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)的結(jié)果的影響非常嚴(yán)重，所以 一定要去除這個(gè)邊界及背景 區(qū)域。由于膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的邊界比較固定，所以可以在邊界內(nèi)直接選定有效 區(qū)域，這樣省去通常的有效區(qū)域提取方法，大大提高了圖像處理的速度，同時(shí)
減小了芯片處理的功耗。在邊界內(nèi)直接選定有效區(qū)域的方法如下
如圖4所示，背景區(qū)域201和圖像區(qū)域202之間有一個(gè)非常清晰的圓形邊 界203，而且圓形邊界203的位置相對(duì)固定。又因?yàn)橐环鶊D像中間部分的清晰程 度足以代表整幅圖像的清晰程度，所以可以直接在圓形邊界203內(nèi)選定一個(gè)有 效區(qū)域204,有效區(qū)域204外的像素全部剔除?；蛘咧苯訌膱D像邊緣向內(nèi)剔除若 干個(gè)(例如30個(gè))像素，未剔除的像素即構(gòu)成該有效區(qū)域204。 S3:對(duì)有效區(qū)域進(jìn)行邊緣監(jiān)測(cè)。
邊緣監(jiān)測(cè)是整個(gè)算法中最耗時(shí)同時(shí)也是能量消耗最多的地方，這里采用 sobel邊緣監(jiān)測(cè)算法。圖5是sobel邊緣監(jiān)測(cè)算法的算子示意圖。sobel邊緣監(jiān)測(cè) 算法通過圖5中的水平方向算子301和垂直方向算子302分別與有效區(qū)域204 做巻積運(yùn)算，得到有效區(qū)域204沿著水平方向和垂直方向的分量，通過綜合這 兩個(gè)方向的分量即可得到有效區(qū)域204的梯度場(chǎng)。
S4:判斷是否監(jiān)測(cè)到邊緣信息，若是，執(zhí)行S5，若否，執(zhí)行S9。
當(dāng)有效區(qū)域204的梯度場(chǎng)大于設(shè)定的閾值時(shí)，則認(rèn)為監(jiān)測(cè)到邊緣信息，否 則認(rèn)為沒有監(jiān)測(cè)到邊緣信息。通過對(duì)近千幅的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該閾 值取70很適合本系統(tǒng)的應(yīng)用。
S5:計(jì)算邊緣點(diǎn)的方向。
根據(jù)步驟S3中計(jì)算出的有效區(qū)域204的梯度場(chǎng)確定每個(gè)邊緣點(diǎn)的方向。用 (ij)表示某個(gè)邊緣點(diǎn)的坐標(biāo)，以該邊緣點(diǎn)為中心，選取一個(gè)邊長(zhǎng)為w的正方形， 通過以下公式計(jì)算出該邊緣點(diǎn)的方向
乙("力=S !]2x(^("，"xG,(",v)
=i-iW2 v=乂'一W2
W，力=會(huì)arctan其中，Gx(u，v)為有效區(qū)域204的梯度場(chǎng)沿著水平方向(即x方向)的分量， Gy(u，v)為有效區(qū)域204的梯度場(chǎng)沿著垂直方向(即y方向)的分量，V"u，v)和 Vy(u,v)為計(jì)算過程中的中間值，e(i,j)表示該邊緣點(diǎn)的方向。
S6:計(jì)算邊緣點(diǎn)的擴(kuò)散度。
計(jì)算某個(gè)邊緣點(diǎn)的擴(kuò)散度的方法是以該邊緣點(diǎn)為中心沿著e(ij)+7i/2的方 向(即該邊緣點(diǎn)方向的垂直方向)取若干個(gè)(例如15個(gè))像素，將這些像素按 著與邊緣點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近進(jìn)行排列，如圖6所示?？v坐標(biāo)表示各像素的灰度，橫 坐標(biāo)表示與邊緣點(diǎn)的距離。用W表示最大灰度像素和最小灰度像素之間的距離， G表示最大灰度與最小灰度之間的差值，則該邊緣點(diǎn)的擴(kuò)散度可通過以下公式 計(jì)算得到
『
S7:計(jì)算有效區(qū)域的清晰度。
有效區(qū)域204的清晰度IQM可以通過下面的公式計(jì)算得到 /，= *丄玄鄉(xiāng))
其中n表示所有邊緣點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
S8:判斷有效區(qū)域的清晰度IQM是否大于規(guī)定的闊值，若是，執(zhí)行步驟S10, 若否，執(zhí)行步驟S9。
通過近千幅圖像的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比人眼本身的觀測(cè)結(jié)果得到該規(guī)定的閾值 為210，即IQM〉210則認(rèn)為是清晰的圖像，否則認(rèn)為該圖像不清晰。
S9:剔除該膠嚢內(nèi)窺鏡圖像。
S10:傳送篩選后的膠嚢內(nèi)蔬鏡圖像。
該步驟由發(fā)射裝置103實(shí)現(xiàn)。將篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像送入發(fā)射裝置103 ， 發(fā)射裝置103通過無線傳播的方式將篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像傳送至體外的無 線接收裝置中，然后傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
因?yàn)槿梭w是導(dǎo)體，篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像是數(shù)字信號(hào)，所以篩選后的膠 嚢內(nèi)窺鏡圖像也可以不通過發(fā)射裝置103傳輸(即膠嚢內(nèi)窺鏡100可以沒有發(fā) 射裝置103),而是直接通過人體傳輸，與身體表面接觸的體表接收裝置接收該
8信號(hào)，然后傳送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。
上述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法的步驟S2至S9由圖^f象處理電路102實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)一幅膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理完成后，該圖像處理電路102按著相同的方法進(jìn)行 下一幅圖像的處理。
根據(jù)臨床大夫的經(jīng)驗(yàn)，膠嚢內(nèi)窺鏡圖像數(shù)量不是越多越好，少量高清晰度 的內(nèi)窺鏡圖像比多幅有一定失真率的內(nèi)窺鏡圖像更具有診斷價(jià)值。在整個(gè)檢查 周期內(nèi)，膠嚢內(nèi)窺鏡產(chǎn)生的圖像超過50,000幅，其中普通的圖像(非病理圖像) 和成像質(zhì)量很差的圖像(暗部圖像、異物圖像、眩光圖像、過度基金圖像和其 他觀察不適當(dāng)圖像等)占很大比例，真正對(duì)醫(yī)生有重要診斷價(jià)值的圖像不足100 幅，即僅占全部圖像的千分之一到千分之二。采用上述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方 法可以對(duì)膠嚢內(nèi)窺鏡產(chǎn)生的圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)篩選，僅傳送成像質(zhì)量好的圖像，并 且所傳送的圖像不進(jìn)行壓縮處理。如果篩選率在95%左右，即發(fā)送圖像占全部 圖像的5%,則無線傳輸功耗可降低到原來的二十分之一左右。這樣，使用現(xiàn)有 的電池和無線收發(fā)器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全消化道的4全查，并有可能在膠嚢上增加更 多的功能。又因?yàn)樗l(fā)送的圖像不進(jìn)行壓縮處理，所以圖像的細(xì)節(jié)信息沒有丟 失，這樣無疑大大提高了醫(yī)生確診的準(zhǔn)確度。
以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)， 但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和 改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附 權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種膠囊內(nèi)窺鏡圖像處理方法，包括獲取膠囊內(nèi)窺鏡圖像；篩選所述膠囊內(nèi)窺鏡圖像；傳送篩選后的膠囊內(nèi)窺鏡圖像。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征在于篩選所 述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像包括計(jì)算所述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的成像質(zhì)量；根據(jù)所述膠嚢 內(nèi)窺鏡圖像的成像質(zhì)量進(jìn)行篩選。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征在于計(jì)算所 述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的成像質(zhì)量包括提取有效區(qū)域；對(duì)有效區(qū)域進(jìn)行邊緣監(jiān)測(cè)； 計(jì)算邊緣點(diǎn)的方向及擴(kuò)散度；計(jì)算有效區(qū)域的清晰度。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征在于對(duì)有效 區(qū)域進(jìn)行邊緣監(jiān)測(cè)是采用sobel邊緣監(jiān)測(cè)算法。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征在于根據(jù)所 述膠嚢內(nèi)窺鏡圖像的成像質(zhì)量進(jìn)行篩選是將有效區(qū)域的清晰度與規(guī)定的閾值進(jìn) 行比較。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征在于傳送篩 選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像是由發(fā)射裝置通過無線傳播的方式將篩選后的膠嚢內(nèi)窺 鏡圖像傳送至體外的無線接收裝置中。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征在于傳送篩 選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像是直接通過人體將篩選后的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像傳送至與身 體表面接觸的體表接收裝置中。
8、 一種釆用權(quán)利要求1所述的膠嚢內(nèi)窺鏡圖像處理方法的膠嚢內(nèi)窺鏡。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的膠嚢內(nèi)窺鏡，其特征在于包括攝像裝置、圖像 處理電路及發(fā)射裝置，所述攝像裝置用于拍攝圖像，所述圖像處理電路對(duì)攝像 裝置所拍攝的圖像進(jìn)行篩選，所述發(fā)射裝置用于傳送篩選后的圖像。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的膠嚢內(nèi)窺鏡，其特征在于所述圖像處理電路 包括直接內(nèi)存存取器和數(shù)字信號(hào)處理器，所述數(shù)字信號(hào)處理器包括第一緩沖器和第二緩沖器，膠嚢內(nèi)窺鏡的圖像數(shù)據(jù)通過所述直接內(nèi)存存取器進(jìn)入所述第一 緩沖器或所述第二緩沖器，所述數(shù)字信號(hào)處理器采用乒乓運(yùn)行的方式進(jìn)行工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及膠囊內(nèi)窺鏡及其圖像處理方法，膠囊內(nèi)窺鏡圖像處理方法包括獲取膠囊內(nèi)窺鏡圖像；篩選所述膠囊內(nèi)窺鏡圖像；傳送篩選后的膠囊內(nèi)窺鏡圖像。采用該膠囊內(nèi)窺鏡圖像處理方法的膠囊內(nèi)窺鏡的能耗較小，并且該膠囊內(nèi)窺鏡圖像處理方法不丟失圖像的細(xì)節(jié)信息。
文檔編號(hào)A61B1/00GK101480331SQ20091010502
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月13日
發(fā)明者騰 張, 磊 王, 鄧又軍 申請(qǐng)人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院