本發(fā)明屬于醫(yī)學(xué)分子影像領(lǐng)域，涉及計算機圖像處理，光學(xué)圖像采集等，尤其是采用了多光譜圖像信息為內(nèi)窺鏡自動曝光系統(tǒng)提供圖像質(zhì)量參數(shù)，提供了針對內(nèi)窺鏡拍攝對象的自動曝光方法。

背景技術(shù)：

光學(xué)成像技術(shù)是近年來新興的一種分子影像技術(shù)，具有高靈敏度，輻射非電離，操作簡便等優(yōu)點，是一種可以在細(xì)胞分子水平上實現(xiàn)生物組織內(nèi)部生物物理過程成像的一種技術(shù)。此外，通過在內(nèi)窺鏡上搭載熒光相機與激光器光源等方法，光學(xué)成像技術(shù)正逐漸運用到臨床手術(shù)導(dǎo)航等領(lǐng)域中。通過對手術(shù)對象注射吲哚菁綠等熒光藥劑，并借由內(nèi)窺鏡搭載的激光器對觀測部位照射，以及熒光相機捕捉激光照射下觀測部位的熒光信息，再加上相機能捕捉到的白光圖像信息，內(nèi)窺鏡便可以對白光圖像中的病灶部位進行熒光標(biāo)記，從而有助于手術(shù)醫(yī)生對病灶進行精確切除。而由于內(nèi)窺鏡將為手術(shù)醫(yī)生提供實時的圖像信息，因此其對于手術(shù)對象內(nèi)部的光影變化需要進行正確的曝光變化。且由于內(nèi)窺鏡深入手術(shù)對象內(nèi)部，選用適合的，有針對性的自動曝光手段顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種多光譜內(nèi)窺鏡自動曝光的成像方法，以解決信背比低，熒光圖像拍攝的感興趣區(qū)域不合適以及白光圖像拍攝的曝光時間不合適的問題。

(二)技術(shù)方案

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明多光譜內(nèi)窺鏡自動曝光成像方法包括以下步驟：

步驟1：給定光圈大小(光圈級數(shù))F和最優(yōu)圖像質(zhì)量參數(shù)V_opt，設(shè)定初始熒光感興趣區(qū)域S；

步驟2：在感興趣區(qū)域S下，以曝光時間為T₀拍攝不同光譜波段下熒光圖像和白光圖像，并分別提取圖像質(zhì)量參數(shù)；

步驟3：以曝光時間T₀和光圈級數(shù)F可以計算得到當(dāng)前曝光值EV_pre，并計算目標(biāo)曝光值T_opt；

步驟4：在新的曝光時間T_opt下再次拍攝各個光譜波段的熒光圖，并劃分感興趣區(qū)域；對所有感興趣區(qū)域作并集合并，得到綜合感興趣區(qū)域S_n；重新計算該感興趣區(qū)域下各個圖像質(zhì)量參數(shù)V_n，熒光圖V_n總和與V_opt相差較大時，回到步驟2，以S_n作為S₀，T_opt作為T₀再次進行迭代；直至光影變化穩(wěn)定后，進入步驟5；

步驟5：在白光圖像上劃分綜合感興趣區(qū)域S_n，以初始白光曝光時間Tn₀拍攝白光圖；

步驟6：計算曝光值EVn_pre和目標(biāo)曝光時間Tn_opt；

步驟7：計算當(dāng)前白光圖圖像質(zhì)量參數(shù)V_nt，如果由于光影變化問題未能達到V_opt，則返回步驟4；否則一直進行計算對比，直至設(shè)備停止工作。

其中，所述步驟2還包括以下步驟：

步驟21：計算第k張熒光圖中感興趣區(qū)域S_k與非感興趣區(qū)域的面積A_Sk和計算中心區(qū)域權(quán)重系數(shù)R，計算方法為：

步驟22：計算感興趣區(qū)域的絕對中心力矩值A(chǔ)CM_sk和非感興趣區(qū)域的絕對中心力矩公式如下：

其中分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素點數(shù)量；h_i為像素點的灰度值，和分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素的平均灰度值，即：

步驟23：計算圖像質(zhì)量參數(shù)V，其計算公式為

其中，所述步驟3，其中EV_pre和T_opt的計算等式為：

${\mathrm{EV}}_{pre}={\log }_2\left(\frac{F^2}{T_0}\right)$

EV_opt＝EV_pre+log₂(V_pre)-log₂(V_opt)

$T_{opt}=\frac{F^2}{2^{{\mathrm{EV}}_{opt}}}$

其中，所述步驟5還包括以下步驟：

步驟51：計算白光圖中感興趣區(qū)域S_n和非感興趣區(qū)域的的面積A_Sn和計算白光圖的中心區(qū)域權(quán)重系數(shù)R_n，且以非熒光區(qū)域為側(cè)重點調(diào)整曝光時間，計算方法為：

步驟52：計算感興趣區(qū)域的絕對中心力矩值A(chǔ)CM_sn和非感興趣區(qū)域的絕對中心力矩公式如下：

其中分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素點數(shù)量；h_i為像素點的灰度值，和分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素的平均灰度值，即：

步驟53：計算圖像質(zhì)量參數(shù)V_n，其計算公式為

V_n＝(1-R_n)×ACM_sn+R_n×ACM_-sn

其中，所述步驟6，其中EVn_pre和Tn_opt計算公式如下，

${\mathrm{EVn}}_{pre}={\log }_2\left(\frac{F^2}{{\mathrm{Tn}}_0}\right)$

EVn_opt＝EVn_pre+log₂(V_n)-log₂(V_opt)

${\mathrm{Tn}}_{opt}=\frac{F^2}{2^{{\mathrm{FVn}}_{opt}}}$

其中，使用不同光譜熒光圖像的曝光時間進行總和，得到綜合的曝光時間，形成一種多光譜熒光圖像曝光時間校正方法。

其中，使用熒光圖像得到的熒光光斑劃定的區(qū)域作為白光圖像的感興趣區(qū)域。

(三)有益效果

本發(fā)明在病灶組織病灶位置和非病灶組織病灶位置的信背比(信號比背景信號)較高，可以分別在各個光譜熒光圖像上有效地劃分出病灶組織位置的感興趣區(qū)域，然后將多個感興趣區(qū)域合并，得到綜合感興趣區(qū)域。

以從熒光圖像上獲取的綜合感興趣區(qū)域為標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明可以在白光圖像上的相應(yīng)位置提取所需要的圖像質(zhì)量參數(shù)，進而計算內(nèi)窺鏡上相機的曝光時間修正量，達到自動曝光的目的。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明一實施例的多光譜內(nèi)窺鏡自動曝光成像方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明。

多光譜內(nèi)窺鏡自動曝光成像方法是一種基于多光譜熒光信息進行互相校正，并劃分興趣區(qū)域，從而對白光圖像進行曝光時間校正的自動曝光成像方法。其借由熒光相機，在初始曝光時間下，分光譜拍攝得到的不同光譜波段下的熒光圖像，借由其當(dāng)前曝光時間下的熒光結(jié)果劃分熒光感興趣區(qū)域。將這些熒光感興趣區(qū)域進行合并，利用中心權(quán)重平均評估的方式，綜合考慮熒光區(qū)域和非熒光區(qū)域的圖像信息，計算圖像曝光質(zhì)量參數(shù)，進而調(diào)節(jié)熒光圖像曝光時間。當(dāng)完成熒光圖像自動曝光后，再使用自動曝光后采集的圖像劃分的感興趣區(qū)域作為綜合感興趣區(qū)域，在白光圖像上進行中心權(quán)重平均評估，對白光圖像的曝光時間進行調(diào)整，得到合適的白光圖像。再將熒光圖像以偽彩色的方式與白光圖像進行融合，得到良好的多光譜內(nèi)窺鏡圖像。

該自動曝光成像方法的具體步驟如下：

步驟1：在已確定光圈大小(光圈級數(shù))F和最優(yōu)圖像質(zhì)量參數(shù)V_opt的情況下，設(shè)定內(nèi)窺鏡成像視野的中央矩形部分(長寬與成像視野比為1∶2)為初始熒光感興趣區(qū)域S。如果是在拍攝過程中發(fā)生光影變化時需要進行實時曝光調(diào)整的情況下，則初始熒光感興趣區(qū)域為之前劃分的綜合感興趣區(qū)域。

步驟2：在感興趣區(qū)域S下，以曝光時間為T₀拍攝不同光譜波段下熒光圖像和白光圖像，并分別提取圖像質(zhì)量參數(shù)。即假如需要拍攝4張圖像，每張圖像記錄1個光譜波段的圖像，4張圖像記錄4個光譜波段的圖像，每張圖像的曝光時間都是T₀。

所述步驟2進一步包括以下步驟：

步驟21，計算第k張熒光圖中感興趣區(qū)域S_k與非感興趣區(qū)域的面積A_Sk和計算中心區(qū)域權(quán)重系數(shù)R，計算方法為：

步驟22，計算感興趣區(qū)域的絕對中心力矩值A(chǔ)CM_sk和非感興趣區(qū)域的絕對中心力矩公式如下：

其中分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素點數(shù)量。h_i為像素點的灰度值，和分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素的平均灰度值，即：

步驟23，計算圖像質(zhì)量參數(shù)V，其計算公式為

步驟3：以曝光時間T₀和光圈級數(shù)F可以計算得到當(dāng)前曝光值EV_pre，并計算目標(biāo)曝光值T_opt，4張圖像每一張圖像都有一個新的T_opt，其中EV_pre和T_opt的計算等式為：

${\mathrm{EV}}_{pre}={\log }_2\left(\frac{F^2}{T_0}\right)$

EV_opt＝EV_pre+log₂(V_pre)-log₂(V_opt)

$T_{opt}=\frac{F^2}{2^{{\mathrm{FV}}_{opt}}}$

步驟4：在各自新的曝光時間T_opt下再次拍攝各個光譜波段的熒光圖，并劃分感興趣區(qū)域。對所有感興趣區(qū)域作并集合并，得到綜合感興趣區(qū)域S_n。重新計算該感興趣區(qū)域下各個圖像質(zhì)量參數(shù)V_n，如果由于光影變化，各熒光圖差異等原因造成各熒光圖V_n總和與V_opt相差較大時，回到步驟2，以S_n作為S₀，T_opt作為T₀再次進行迭代。直至光影變化穩(wěn)定后，進入步驟5。

步驟5：在白光圖像上劃分綜合感興趣區(qū)域S_n，以初始白光曝光時間Tn₀拍攝白光圖。

所述步驟5還包括以下步驟：

步驟51：計算白光圖中感興趣區(qū)域S_n和非感興趣區(qū)域的的面積A_Sn和計算白光圖的中心區(qū)域權(quán)重系數(shù)R_n，且以非熒光區(qū)域為側(cè)重點調(diào)整曝光時間，計算方法為：

步驟52：計算感興趣區(qū)域的絕對中心力矩值A(chǔ)CM_sn和非感興趣區(qū)域的絕對中心力矩公式如下：

其中分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素點數(shù)量；h_i為像素點的灰度值，和分別指感興趣區(qū)域和非感興趣區(qū)域內(nèi)像素的平均灰度值，即：

步驟53：計算圖像質(zhì)量參數(shù)V_n，其計算公式為

V_n＝(1-R_n)×ACM_sn+R_n×ACM_-sn

步驟6：計算曝光值EVn_pre，和目標(biāo)曝光時間Tn_opt，計算公式如下

${\mathrm{EVn}}_{pre}={\log }_2\left(\frac{F^2}{{\mathrm{Tn}}_0}\right)$

EVn_opt＝EVn_pre+log₂(V_n)-log₂(V_opt)

${\mathrm{Tn}}_{opt}=\frac{F^2}{2^{{\mathrm{FVn}}_{opt}}}$

步驟7：計算當(dāng)前白光圖圖像質(zhì)量參數(shù)V_nt，如果由于光影變化問題未能達到V_opt，則返回步驟4。即假如光影變化問題未能達到V_opt，將得到的綜合感興趣區(qū)域S_n帶入步驟4的初始值，重新進行計算。否則一直進行計算對比，直至設(shè)備停止工作。

其中，使用4個不同光譜熒光圖像的曝光時間進行總和，即4個目標(biāo)曝光值T_opt相加得到綜合的曝光時間，形成一種多光譜熒光圖像曝光時間校正方法。

其中，使用熒光圖像得到的熒光光斑劃定的區(qū)域作為白光圖像的感興趣區(qū)域。

本發(fā)明所提出的自動曝光方法，利用了多光譜熒光圖像高信背比的特點，在熒光圖像中選取感興趣區(qū)域，為中心區(qū)域權(quán)重系數(shù)的計算提供區(qū)域劃分的依據(jù)。

本發(fā)明針對熒光圖與白光圖分別進行自動曝光。且熒光圖以熒光區(qū)域為側(cè)重點調(diào)整熒光圖曝光時間，白光圖以非熒光區(qū)域為側(cè)重點調(diào)整白光圖曝光時間。使熒光圖與白光圖融合的多光譜內(nèi)窺鏡采集的圖像能夠兼顧前景圖像內(nèi)容(即熒光信號)和背景圖像內(nèi)容(即白光圖像提供的環(huán)境信息)。

本發(fā)明所提出的多光譜熒光圖像，在熒光圖自行確認(rèn)感興趣區(qū)域位置以及大小中，使用多譜段熒光圖互相進行驗證。進而調(diào)整熒光曝光時間，為感興趣區(qū)域的劃分提供更為保障的結(jié)果。

本發(fā)明使用多光譜內(nèi)窺鏡自動曝光成像方法，利用多光譜熒光圖像彼此之間互相驗證得以調(diào)整感興趣區(qū)域的劃分。并利用多光譜圖像獲取的感興趣區(qū)域?qū)Π坠鈭D像進行曝光調(diào)整，使用中心區(qū)域權(quán)重來平衡前景圖像和背景圖像之間的圖像質(zhì)量權(quán)衡系數(shù)，使用絕對中心力矩作為圖像質(zhì)量的衡量依據(jù)，得到了一種多光譜內(nèi)窺鏡自動曝光成像方法。區(qū)別于傳統(tǒng)的自動曝光方法，其在選擇圖像質(zhì)量信息的感興趣區(qū)域時有明顯的優(yōu)勢。由于經(jīng)過濾光片后的熒光信息在病灶組織病灶位置和非病灶組織病灶位置的信背比(信號比背景信號)較高，本方法可以分別在各個光譜熒光圖像上有效地劃分出病灶組織位置的感興趣區(qū)域，然后將多個感興趣區(qū)域合并，得到綜合感興趣區(qū)域。以從熒光圖像上獲取的綜合感興趣區(qū)域為標(biāo)準(zhǔn)，本方法可以在白光圖像上的相應(yīng)位置提取所需要的圖像質(zhì)量參數(shù)。進而計算內(nèi)窺鏡上相機的曝光時間修正量，達到自動曝光的目的。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。