专利名称：内窥镜光亮度自动调节装置及其调节控制方法
技术领域：
本发明涉及内窥镜技术领域，特别涉及内窥镜控制装置技术领域，具体是指一种内窥镜光亮度自动调节装置及其调节控制方法。
背景技术：
内窥镜是一种常用的医疗器械，被广泛地应用于各种微创手术中。常见的内窥镜由头端部、弯曲部、主软管、操作部、微型光电耦合器(可以包括CCD和CMOS，这些都适用)、 图像输出接口和导光插头构成。其中头端部包括微型凸透物镜、传像光纤始端、传光光纤末端，微型凸透物镜设置于头端部的前端，用于接收来自物体表面的反射光；弯曲部是头端部与主软管的中段机械连接部件，头端部的后端与弯曲部的前端连接，弯曲部的后端与主软管的前端连接，主软管中的传像光纤后端与微型光电耦合器的输入端口连接；微型光电耦合器即微型电荷耦合图像传感器，微型光电耦合器的输出端口与图像输出接口连接；主软管中的传光光纤后端与导光插头光输出端口连接。导光插头光输入端口将冷光源光束送入传光光纤，经传光光纤将冷光源光束传输到头端部照明被观察物体或视场，被观察物体的反射光经过头端部得微型凸透物镜汇聚后，成像于传像光纤的端面上，经过传像光纤传出， 再经过微型凸透目镜放大后，投射到光电耦合器的靶面上通过光电转换，把光信号转变成图像像素序列电信号，通过图像输出接口将图像信号经图像采集卡传输到信号处理器。主软管除了包裹传像光纤和传光光纤之外，还包含一根调节内窥镜头端部窥视角度的微细钢丝，微细钢丝的前端与头端部的前端机械紧固，微细钢丝的后端与操作部的调节旋钮连接。 此类内窥镜能够通过操作部方便地进行控制，产生较好的成像效果。
但此类内窥镜也存在明显的缺点，当冷光源的发出的光过强时，就会造成被观察物体或视场过亮，内窥镜成像效果较差，反之亦然。因此，需要在手术过程中，对冷光源的光强进行调节，以取得最理想的成像效果。但内窥镜导光插头光输入端口进入传光光纤的冷光源的光强度无法在内窥镜的操作部进行调节，而通过冷光源处进行调节又较为麻烦，增加了利用内窥镜的手术的复杂程度。所以现有技术中亟需一种方便准确地调节内窥镜亮度的装置及方法以改善内窥镜成像效果，使其使用更为便利。发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能基于内窥镜的成像效果，对冷光源进入内窥镜的光强度进行自动调节，从而避免内窥镜光亮度过亮或过暗，有效保证内窥镜的成像效果，且结构简单，应用方式简便，适用范围较为广泛的内窥镜光亮度自动调节装置及其调节控制方法。
为了实现上述的目的，本发明的内窥镜光亮度自动调节装置具有如下构成
所述的内窥镜的光源入射口通过一光路连通一冷光源，所述的内窥镜光亮度自动调节装置包括图像处理模块、光路挡板和挡板驱动电机，所述的图像处理模块的图像信号输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像处理模块的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端，所述的光路挡板设置于所述的光路中，所述的挡板驱动电机的轴承连接所述的光路挡板的传动轴，并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。
该内窥镜光亮度自动调节装置中，所述的图像处理模块包括图像采集单元、信息处理单元和控制单元，所述的图像采集单元的输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像采集单元的输出端连接所述的信息处理单元的输入端，所述的信息处理单元的输出端连接所述的控制单元的输入端，所述的控制单元的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端。
该内窥镜光亮度自动调节装置中，所述的信息处理单元包括顺序连接的偏色校正子单元、亮度校正子单元和控制指令生成子单元，所述的偏色校正子单元的输入端连接所述的图像采集单元的输出端，所述的控制指令生成子单元的输出端连接所述的控制单元的输入端。
本发明还提供一种基于所述的装置实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法，该方法包括以下步骤
(1)所述的图像处理模块从所述的内窥镜获得图像信号；
(2)所述的图像处理模块根据所述的图像信号分析内窥镜的光亮度，并根据分析结果向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号；
(3)所述的挡板驱动电机根据所述的电机控制信号改变其运行状态，并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。
该实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法中，所述的图像处理模块包括图像采集单元、信息处理单元和控制单元，所述的图像采集单元的输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像采集单元的输出端连接所述的信息处理单元的输入端，所述的信息处理单元的输出端连接所述的控制单元的输入端，所述的控制单元的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端，所述的图像处理模块根据所述的图像信号分析内窥镜的光亮度并根据分析结果向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号，包括以下步骤
(21)所述的图像采集单元从所述的内窥镜获得图像信号，并将所述的图像信号发送至所述的信息处理单元；
(22)所述的信息处理单元对所获得的图像进行处理，并根据处理结果生成电机控制指令；
(23)所述的信息处理单元将所述的电机控制指令发送至所述的控制单元；
(24)所述的控制单元根据所述的电机控制指令向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号。
该实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法中，所述的信息处理单元包括顺序连接的偏色校正子单元、亮度校正子单元和控制指令生成子单元，所述的偏色校正子单元的输入端连接所述的图像采集单元的输出端，所述的控制指令生成子单元的输出端连接所述的控制单元的输入端，所述的信息处理单元对所获得的图像进行处理并根据处理结果生成电机控制指令，包括以下步骤
(31)所述的偏色校正子单元对所述的图像进行偏色校正，并将偏色校正后的图像发送至所述的亮度校正子单元；
(32)所述的亮度校正子单元对所述的图像进行亮度校正，并将亮度校正后的图像发送至所述的控制指令生成子单元；
(33)所述的控制指令生成子单元判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值；
(34)所述的控制指令生成子单元根据判断结果生成电机控制指令。
该实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法中，所述的控制指令生成子单元判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值，包括以下步骤
(41)所述的控制指令生成子单元分区提取图像信息；
(42)所述的控制指令生成子单元获取关键区域边缘信息；
(43)所述的控制指令生成子单元根据所获得的分区提取图像信息和关键区域边缘信息的二次均值和标准偏差获得该图像的光亮度估计值；
(44)所述的控制指令生成子单元将所述的图像光亮度估计值与预设值比较，以判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值。
采用了该发明的内窥镜光亮度自动调节装置，其包括图像处理模块、光路挡板和挡板驱动电机，所述的图像处理模块的图像信号输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像处理模块的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端，所述的光路挡板设置于所述的光路中，所述的挡板驱动电机的轴承连接所述的光路挡板的传动轴，并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。从而可以基于分析内窥镜输出的图像判断内窥镜的光亮度，并根据判断结果控制挡板驱动电机调节挡板，以改变内窥镜接收到的冷光源亮度，保证内窥镜有最佳的成像效果。且本发明的内窥镜光亮度自动调节装置及其调节控制方法结构简单，应用方式简便，适用范围较为广泛。
图1为本发明的内窥镜光亮度自动调节装置的结构示意图。
图2为本发明的内窥镜光亮度自动调节控制方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
在一种实施方式中，内窥镜的光源入射口通过一光路连通一冷光源。本发明的内窥镜光亮度自动调节装置，如图1所示，包括图像处理模块、光路挡板和挡板驱动电机，所述的图像处理模块的图像信号输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像处理模块的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端，所述的光路挡板设置于所述的光路中，所述的挡板驱动电机的轴承连接所述的光路挡板的传动轴，并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。
采用该实施方式的自动调节装置实现内窥镜光亮度自动调节控制方法，如图2所示，包括以下步骤
(1)所述的图像处理模块从所述的内窥镜获得图像信号；
(2)所述的图像处理模块根据所述的图像信号分析内窥镜的光亮度，并根据分析结果向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号；
(3)所述的挡板驱动电机根据所述的电机控制信号改变其运行状态，并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。
在一种较优选的实施方式中，如图1所示，所述的图像处理模块包括图像采集单元、信息处理单元和控制单元，所述的图像采集单元的输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像采集单元的输出端连接所述的信息处理单元的输入端，所述的信息处理单元的输出端连接所述的控制单元的输入端，所述的控制单元的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端。
在采用该实施方式的自动调节装置实现内窥镜光亮度自动调节控制方法中，所述的图像处理模块根据所述的图像信号分析内窥镜的光亮度并根据分析结果向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号，包括以下步骤
(21)所述的图像采集单元从所述的内窥镜获得图像信号，并将所述的图像信号发送至所述的信息处理单元；
(22)所述的信息处理单元对所获得的图像进行处理，并根据处理结果生成电机控制指令；
(23)所述的信息处理单元将所述的电机控制指令发送至所述的控制单元；
(24)所述的控制单元根据所述的电机控制指令向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号。
在进一步优选的实施方式中，所述的信息处理单元包括顺序连接的偏色校正子单元、亮度校正子单元和控制指令生成子单元，所述的偏色校正子单元的输入端连接所述的图像采集单元的输出端，所述的控制指令生成子单元的输出端连接所述的控制单元的输入端。
在采用该实施方式的自动调节装置实现内窥镜光亮度自动调节控制方法中，所述的信息处理单元对所获得的图像进行处理并根据处理结果生成电机控制指令，包括以下步骤
(31)所述的偏色校正子单元对所述的图像进行偏色校正，并将偏色校正后的图像发送至所述的亮度校正子单元；
(32)所述的亮度校正子单元对所述的图像进行亮度校正，并将亮度校正后的图像发送至所述的控制指令生成子单元；
(33)所述的控制指令生成子单元判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值；
(34)所述的控制指令生成子单元根据判断结果生成电机控制指令。
在一种更优选的实施方式中，该实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法中所述的控制指令生成子单元判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值，具体包括以下步骤
(41)所述的控制指令生成子单元分区提取图像信息；
(42)所述的控制指令生成子单元获取关键区域边缘信息；
(43)所述的控制指令生成子单元根据所获得的分区提取图像信息和关键区域边缘信息的二次均值和标准偏差获得该图像的光亮度估计值；
(44)所述的控制指令生成子单元将所述的图像光亮度估计值与预设值比较，以判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值。
在本发明的应用中，本发明的内窥镜光亮度的自动调节装置包括内窥镜、图像采集卡、信号处理器、控制器、电机、挡板和冷光源。其中，内窥镜的图像输出接口与图像采集卡的输入接口连接，图像采集卡的输出接口与信号处理器的输入接口连接，信号处理器的输出接口与控制器的输入接口连接，控制器的输出接口与电机的控制信号输入接口连接， 电机的轴承与挡板的转动轴连接，挡板的挡板臂可以遮蔽冷光源与内窥镜之间的部分光路，电机、挡板是由机械联结构成的电机传动装置。冷光源发出的光射入内窥镜，内窥镜将光信号转变成图像信号，并通过其图像输出接口将图像信号经图像采集卡传送给信号处理器；信号处理器接收图像采集卡传送的图像信号并进行处理后，对实时采集的图像进行偏色校正、图像亮度校正，并将电机转动输出控制指令传送给控制器；控制器根据接收到的信号处理器控制指令，改变电机的转动方向、速度与角度，使得所控制的挡板在光路中所遮蔽的光强产生相应的变化，内窥镜接从冷光源处接收到的光强，使得光亮度获得优化调节。
该内窥镜光亮度的自动调节装置中，所述信号处理器包括输入接口、信号处理模块和输出接口 ；其中输入接口输入端口接收来自图像采集卡输出的数字图像信号，输入接口输出端口与信号处理模块的输入端口连接；信号处理模块的输出端口与输出接口的输入端口连接；输出接口的输出端口与控制器的输入接口连接。而所述信号处理模块对接收到的图像信号进行处理，通过循环实现连续采集图像，再分区提取图像处理信息，然后获取 ROI (region of interest)边缘信息，并通过求二次均值、标准偏差的方法得出整个图像光强的评估值，通过比较图像评估值与设定值的大小，将调节电机转动的输出控制指令输出给控制器。
采用了该发明的内窥镜光亮度自动调节装置，其包括图像处理模块、光路挡板和挡板驱动电机，所述的图像处理模块的图像信号输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像处理模块的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端，所述的光路挡板设置于所述的光路中，所述的挡板驱动电机的轴承连接所述的光路挡板的传动轴，并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。从而可以基于分析内窥镜输出的图像判断内窥镜的光亮度，并根据判断结果控制挡板驱动电机调节挡板，以改变内窥镜接收到的冷光源亮度，保证内窥镜有最佳的成像效果。且本发明的内窥镜光亮度自动调节装置及其调节控制方法结构简单，应用方式简便，适用范围较为广泛。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
权利要求
1.一种内窥镜光亮度自动调节装置，所述的内窥镜的光源入射口通过一光路连通一冷光源，其特征在于，所述的内窥镜光亮度自动调节装置包括图像处理模块、光路挡板和挡板驱动电机，所述的图像处理模块的图像信号输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端， 所述的图像处理模块的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端，所述的光路挡板设置于所述的光路中，所述的挡板驱动电机的轴承连接所述的光路挡板的传动轴， 并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。
2.根据权利要求1所述的内窥镜光亮度自动调节装置，其特征在于，所述的图像处理模块包括图像采集单元、信息处理单元和控制单元，所述的图像采集单元的输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像采集单元的输出端连接所述的信息处理单元的输入端，所述的信息处理单元的输出端连接所述的控制单元的输入端，所述的控制单元的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端。
3.根据权利要求2所述的内窥镜光亮度自动调节装置，其特征在于，所述的信息处理单元包括顺序连接的偏色校正子单元、亮度校正子单元和控制指令生成子单元，所述的偏色校正子单元的输入端连接所述的图像采集单元的输出端，所述的控制指令生成子单元的输出端连接所述的控制单元的输入端。
4.一种基于权利要求1所述的装置实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤(1)所述的图像处理模块从所述的内窥镜获得图像信号；(2)所述的图像处理模块根据所述的图像信号分析内窥镜的光亮度，并根据分析结果向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号；(3)所述的挡板驱动电机根据所述的电机控制信号改变其运行状态，并驱动所述的挡板在光路中移动以调节所述的内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。
5.根据权利要求4所述的实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法，其特征在于，所述的图像处理模块包括图像采集单元、信息处理单元和控制单元，所述的图像采集单元的输入端连接所述的内窥镜的图像信号输出端，所述的图像采集单元的输出端连接所述的信息处理单元的输入端，所述的信息处理单元的输出端连接所述的控制单元的输入端，所述的控制单元的控制信号输出端连接所述的挡板驱动电机的信号输入端，所述的图像处理模块根据所述的图像信号分析内窥镜的光亮度并根据分析结果向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号，包括以下步骤(21)所述的图像采集单元从所述的内窥镜获得图像信号，并将所述的图像信号发送至所述的信息处理单元；(22)所述的信息处理单元对所获得的图像进行处理，并根据处理结果生成电机控制指令；(23)所述的信息处理单元将所述的电机控制指令发送至所述的控制单元；(24)所述的控制单元根据所述的电机控制指令向所述的挡板驱动电机输出电机控制信号。
6.根据权利要求5所述的实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法，其特征在于，所述的信息处理单元包括顺序连接的偏色校正子单元、亮度校正子单元和控制指令生成子单元，所述的偏色校正子单元的输入端连接所述的图像采集单元的输出端，所述的控制指令生成子单元的输出端连接所述的控制单元的输入端，所述的信息处理单元对所获得的图像进行处理并根据处理结果生成电机控制指令，包括以下步骤(31)所述的偏色校正子单元对所述的图像进行偏色校正，并将偏色校正后的图像发送至所述的亮度校正子单元；(32)所述的亮度校正子单元对所述的图像进行亮度校正，并将亮度校正后的图像发送至所述的控制指令生成子单元；(33)所述的控制指令生成子单元判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值；(34)所述的控制指令生成子单元根据判断结果生成电机控制指令。
7.根据权利要求6所述的实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法，其特征在于，所述的控制指令生成子单元判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值，包括以下步骤(41)所述的控制指令生成子单元分区提取图像信息；(42)所述的控制指令生成子单元获取关键区域边缘信息；(43)所述的控制指令生成子单元根据所获得的分区提取图像信息和关键区域边缘信息的二次均值和标准偏差获得该图像的光亮度估计值；(44)所述的控制指令生成子单元将所述的图像光亮度估计值与预设值比较，以判断所获得的图像的光亮度是否超过预设值。
全文摘要
本发明涉及一种内窥镜光亮度自动调节装置，该装置包括图像处理模块、光路挡板和挡板驱动电机，图像处理模块的输入端连接内窥镜的输出端，图像处理模块的输出端连接挡板驱动电机的输入端，光路挡板设置于光路中，挡板驱动电机的轴承连接光路挡板的传动轴并驱动挡板在光路中移动以调节内窥镜的光源入射口接收到的冷光源亮度。本发明还涉及基于所述的装置实现内窥镜光亮度自动调节控制的方法。采用了该发明的内窥镜光亮度自动调节装置及其调节控制方法，其基于分析内窥镜输出图像的光亮度控制挡板驱动电机调节挡板，以改变内窥镜接收到的冷光源亮度，保证内窥镜有最佳的成像效果。本发明的装置结构简单，其调节控制方法简便，适用范围较为广泛。
文档编号A61B1/00GK102499617SQ20111032042
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月20日 优先权日2011年10月20日
发明者赵彤 申请人:上海欧太医疗器械有限公司