使用远侧端帽进行校正的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 技术进步推动了医用成像能力的发展。受益于某些最有利进步的一个领域是内窥镜外科手术领域，该领域获益于构成内窥镜的组件的进步。
[0002]本公开整体涉及电磁感应与传感器，其提高颜色准确度并降低固定模式噪声。本公开的特征与优势将在下面的说明书中予以阐述，并且根据说明书将是部分显而易见的，或者本公开的做法无需过度的实验即可被借鉴。本公开的特征与优势将通过所附权利要求书中特别指出的器械与组合来实现和获得。
【附图说明】
[0003]本公开的非限制性和不完全具体实施结合下列附图予以描述，其中除非另外指明，否则不同视图中的类似标号是指类似的部件。本公开的优势将结合以下描述和附图得到更好地理解。
[0004]图1不出了根据本公开的原理和教导内容的内窥镜系统的各个实施例；
[0005]图2A是根据本公开的原理和教导内容的远侧端帽的图示；
[0006]图2B是根据本公开的原理和教导内容的远侧端帽的图示；
[0007]图3示出了根据本公开的原理和教导内容的支持和启用硬件的示意图；
[0008]图4A和4B分别示出了根据本公开的原理和教导内容的具有多个用于生成三维图像的像素阵列的单片传感器的具体实施的透视图和侧视图；
[0009]图5A和5B分别示出了构建在多个基板上的成像传感器的具体实施的透视图和侧视图，其中形成像素阵列的多个像素列位于第一基板上，并且多个电路列位于第二基板上，图中显示了一列像素与其相关的或对应的电路列之间的电气连接和通信；
[0010]图6A和6B分别示出了具有多个用于生成三维图像的像素阵列的成像传感器的具体实施的透视图和侧视图，其中所述多个像素阵列和成像传感器构建在多个基板上；
[0011]图7为示出了根据本公开的原理和教导内容的用于调节白平衡的系统和方法的具体实施的流程图；
[0012]图8为示出了根据本公开的原理和教导内容的用于调节白平衡的系统和方法的具体实施的流程图；并且
[0013]图9为示出了根据本公开的原理和教导内容的用于调节白平衡的系统和方法的具体实施的流程图。
【具体实施方式】
[0014]本公开涉及方法、系统和基于计算机的产品，所述方法、系统和基于计算机的产品用于可主要适用于医疗用途的数字成像，并且在启动时或在操作期间的任何其他时间时用于在光线不足的环境中生成图像和校正白平衡和/或固定模式噪声。
[0015]在本公开的以下描述中，将参考构成本文一部分的附图，这些附图以举例说明本公开可能实施的特定具体实施的方式示出。应当理解，在不脱离本公开的范围的前提下，可采用其他具体实施并进行结构改变。
[0016]在描述及对本公开的主题提出权利要求时，将根据下列定义使用以下术语。
[0017]应该注意的是，除非上下文清楚地指明，否则本说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”、“一个”和“所述”包括复数指代物。
[0018]如本文所用，术语“包括(comprising) ”、“包括(including) ”、“包含(containing) ”、“其特征在于(characterized by)”以及它们的语法同等成分是非遍举的或开放式的术语，不排除额外的、未述及的要素或方法步骤。
[0019]如本文所用，短语“由……组成”及其语法同等成分排除未载入权利要求书的任何要素或步骤。
[0020]如本文所用，短语“主要由……组成”及其语法同等成分将权利要求的范围限制于规定的材料或步骤以及本质上不影响被要求保护的本公开的之一种或多种基本及新颖特征的材料或步骤。
[0021]如本文所用，术语“近侧”广义上是指靠近起始点的部分的概念。
[0022]如本文所用，术语“远侧” 一般是指与近侧相反，因此根据上下文其是指距离起始点较远的部分或最远的部分的概念。
[0023]如本文所用，颜色传感器或多光谱传感器是那些已知具有颜色滤光器阵列(CFA)的传感器，在其上以便将入射电磁辐射过滤为其单个分量。在电磁波谱的可见范围中，此类CFA可以基于拜尔模板或其修改形式，以便分离光线中的绿色、红色和蓝色光谱分量。
[0024]现代数字视频系统(诸如用于内窥镜的那些)将各种校正级别相结合以实现获得尽可能理想的图像的目的。在本质上，首要动机是尽可能接近地模拟人类视觉系统。在不同类型的广谱照明(诸如太阳光、钨灯丝、荧光灯、白色LED等)下采集的原始彩色图像均将具有总体上不同的色偏。人类视觉系统极其有效地自动平衡由照明光谱引起的偏差，以便(例如)获得理想的白色和灰色场景组成的知觉。例如，一张白纸始终看起来是白色的，与光线为(例如)白炽光还是太阳光无关。然而，在不同光源下，一张白纸的原始数字图像可能表现出不同色调的灰白色。为解决这一问题，与人类视觉系统相对的数字成像系统必须结合白平衡处理。事实上，大多数白平衡处理都是为了调整成像传感器对各个颜色通道存在响应差异的现象。例如，娃光电二极管或其他感光兀件对蓝色光子的量子效率低于对红色和绿色光子的量子效率。
[0025]内窥镜系统，诸如图1所示的那些可具有这样的优势，即光源在操作过程中不变，只需执行单个校正步骤。对于连续的基于宽频带照明的系统而言，这可通过将内窥镜指向平坦的白色目标来实现，采集一幅或多幅图像，计算相对的红色、绿色和蓝色信号并将结果存储在存储器中。在操作过程中，可对图像信号处理器(ISP)的三个颜色通道应用数字增益因子，以补偿观测到的相对响应。如果通过使三种不同波长的单色光(例如，红色、绿色和蓝色)发射脉冲来提供照明，则存在用于白平衡应用的两种其他选项:
[0026]选项1-对光脉冲能量进行调制，使其为红色、绿色和蓝色分量提供相同的响应；以及
[0027]选项2-使光能最大化以充分利用系统的动态范围，而不使其饱和。然后在光域中被增大的分量具有应用于ISP中的适当的数字衰减因子。
[0028]选项2具有信噪比的优势，因为主要的噪声源为光子到达率的泊松不确定性，它与信号的平方根成正比。
[0029]与CMOS成像传感器相关联的数字处理阶段还涉及校正感测技术内固有的失真现象。一种此类失真现象是所谓的固定模式噪声(FPN)，其对于图像质量具有严重的不利影响。该失真现象起因于像素与像素之间暗电平的随机变化。也可存在反映模拟读出结构的列列组件(CFPN)。FPN对于图像信号的影响程度取决于相对于真实噪声源(诸如时间读数噪声和光子散粒噪声)的对比度。在每秒60帧的条件下，随机像素FPN的知觉阈值为时间噪声的大约1/4，而CFPN的知觉阈值则为时间噪声的大约1/20。
[0030]为实现这些目标，策略可包括使用存储于相机或成像设备的暗基准缓冲来补偿FPN，其可由ISP获取。随着ISP采集各个物理像素，其可能采取其专用的暗校正。如果照明在相机的快速控制下(可以通过LED和激光二极管实现)，可采集周期性暗帧以保持对黑偏移进行移动平均，从而说明温度变化。FPN的重要组成来源于由光敏元件产生的热载体，其对绝对温度具有指数依赖关系。
[0031]本公开涉及一种在外科手术初始和在外科手术过程中的其他时间进行校正的简便方法，用于完全控制其照明光源的内窥镜系统。尽管本公开中支持的实例为在远侧末端处具有传感器的单次使用系统，但该技术适用于可回用、可重复使用和可有限次使用内窥镜，所述内窥镜在远侧末端处或在近侧摄像头内具有传感器，其具有多个传感器(例如，用于3D成像)或单个传感器，具有刚性或柔性镜。一组用于微创外科手术(MIS)和内窥镜的各种系统构造示于图1中。
[0032]如图1所示，应当理解，用于环境光线不足的环境中进行数字成像的系统100可包括受控的电磁辐射源114 ;包括像素阵列的成像传感器108，该像素阵列感测反射的电磁辐射；光学器件，其用于将场景连续聚焦到所述像素阵列(例如位于内窥镜尖端的成像传感器108远侧位置的光学器件)上；包括管腔102的内窥镜，该管腔允许电磁能量到达像素阵列；端帽230，其用于覆盖管腔的远侧端部以防止电磁能量进入管腔(参见图2A和2B)。
[0033]应当理解，暗帧可由像素阵列的单次感测形成，而端帽230覆盖管腔的远侧端部。应当理解，端帽230可被配置成在规格、尺寸和形状上紧密贴合到管腔的远侧端部上(在图2A和2B中得到了最好的展示)。端帽可由柔顺材料制成。端帽可不透过由发射器发射的电磁福射。
[0034]在不脱离本公开的范围的前提下，内窥镜可为可重复使用内窥镜设备、可有限次使用内窥镜设备、可回用内窥镜设备或单次使用内窥镜设备。
[0035]继续参见图1，系统100可包括许多不同的构造。图1的1A显示了一个示例，其中示出了内窥镜系统100，其包括刚性成角度镜102、光耦合器104、手持件106、成像传感器108 (其可位于手持件106内或如虚线所示的内窥镜102的尖端处的远侧)、电缆110、光电缆112 (诸如光纤)、光源114、控制单元116 (诸如相机控制单元(CCU))、视频电缆118和显示器120。
[0036]图1的1B所示的系统构造示出了内窥镜系统100，其包括刚性成角度镜102、光耦合器104、手持件106、成像传感器108(其可位于手持件106内或如虚线所示的内窥镜102的尖端处的远侧)、电缆110、光电缆112(诸如光纤)、控制单元116(诸如相机控制单元(CXU)，其具有集成式光源1