一种光源光谱自动调节的内窥镜系统及其光谱调节方法与流程

本发明涉及内窥镜领域，尤其涉及的是一种光源光谱自动调节的内窥镜系统及其光谱调节方法。

背景技术：

医用内窥镜系统对颜色的分辨率能力和色彩还原程度是医用内窥镜系统的重要性能指标，关系到能否正确区分正常组织和病理组织，对临床治疗的影响至关重要。如果内窥镜系统的色彩还原误差较大，可能会影响医生对组织的观察和操作，造成误诊甚至手术失败。

为了获得良好的色彩分辨能力和色彩还原能力，目前的主要技术方向和产品标准是提高内窥镜照明光源的显色性。例如在医用内窥镜冷光源标准yy1081-2011中，明确规定医用冷光源显色指数不低于90。

然而，光源显色性并不能保证医用内窥镜系统色彩还原性能。内窥镜系统的色彩还原性还受到内窥镜光学系统的光谱透过率；导光束光谱透过率；图像传感器的光谱响应曲线；显示器的显色特性等等因素影响。

目前一套医用内窥镜摄像系统的主要组成部分：内窥镜冷光源、内窥镜摄像系统、导光束、内窥镜光学镜体和显示器，各个部分往往是由不同生产商设计和生产的，不同生产商和不同型号的产品的技术参数存在差异。在这种情况下，提高光源显色性无法保证医用内窥镜系统的色彩还原性能。

例如图1为一款医用内窥镜图像传感器的光谱响应曲线，从图中可见，传感器对红光灵敏度比蓝光和绿光要低的多。使用这款图像传感器时，即使使用显色性高的光源，由于图像传感器对红光灵敏度较低，也不能获得良好的色彩还原性。如图2所示，是另一款医用内窥镜图像传感器的光谱响应曲线，从图中可见，使用这款图像传感器时，即使使用显色性高的光源，由于图像传感器对蓝光部分灵敏度较低，也不能获得良好的色彩还原性。

因此，现有的技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种光源光谱自动调节的内窥镜系统及其光谱调节方法，通过检测内窥镜系统整体的色彩特性，调节内窥镜光源发光光谱，从而获得最佳的色彩还原效果。

本发明的技术方案如下：一种光源光谱自动调节方法，其中，具体包括以下步骤：

s1：控制发出红绿蓝三种光线，将三种光线合成白光后输出并成像；

s2：获取图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例。

s3：将得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较，通过调节红绿蓝三种光线的输出功率比值，直至计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例相等。

所述的光源光谱自动调节方法，其中，所述s1中，控制红led、绿led、蓝led分别发出红、绿、蓝三种光线。

所述的光源光谱自动调节方法，其中，预先根据需要设定标准红绿蓝三通道的图像强度值比例，记为：r0：g0：b0。

所述的光源光谱自动调节方法，其中，所述s2具体包括以下步骤：

s21：将图像分为红绿蓝三个通道；

s22：获取图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例。

所述的光源光谱自动调节方法，其中，所述s3具体包括以下步骤：

s31：将得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较，若两者相等，则执行s32，若两者不相等，则执行s33；

s32：结束图像色彩还原性的调节；

s33：重新执行s1至s33。

一种采用如上述任一所述的光源光谱自动调节方法调节内窥镜图像色彩还原效果的内窥镜系统，其中，包括光源模块控制、发光模块、合束光路、导光束、内窥镜镜体、中性灰度板、成像镜头、图像传感器和图像处理模块；光源模块控制与发光模块连接，所述发光模块包括红led、绿led和蓝led；图像处理模块和光源控制模块通讯连接；

光源模块控制控制发光模块发光，红led、绿led和蓝led发出的红光、绿光和蓝光经过合束光路合成白光照明光，并进入导光束；白光照明光通过导光束和内窥镜镜体后，照明到中性灰度板上；在中性灰度板上反射的照明光，由内窥镜镜体收集，被成像镜头成像到图像传感器上；在图像传感器所成的图像，传输到图像处理模块中；图像传感器将图像分解为红绿蓝三个通道，并计算红绿蓝三通道的图像强度值比例，将计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较；将图像处理模块的计算和判断结果反馈到光源控制模块；光源控制模块根据计算和判断结果调整发光模块中三种led的发光功率比值，直至计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例相等。

所述的内窥镜系统，其中，所述图像处理模块和光源控制模块通过通讯模块通讯连接。

所述的内窥镜系统，其中，设定红光led的发光功率为pr；绿光led的发光功率为pg；蓝光led发光功率为pb；波长610~660nm范围的红光在导光束、内窥镜镜体、成像镜头中的透过率分别为为trf、tre、trl；波长510~560nm范围的绿光在导光束、内窥镜镜体、成像镜头中的透过率分别为tgf、tge、tgl；波长430~480nm范围的红光在导光束、内窥镜镜体、成像镜头中的透过率分别为tbf、tbe、tbl；设定波长610~660nm范围的红光在图像传感器上的光电转换效率为γr；波长510~560nm范围的绿光在图像传感器上的光电转换效率为γg；波长430~480nm范围的蓝光在图像传感器上的光电转换效率为γb；对第一中性灰度板（16）成像时，红光、绿光和蓝光的反射率为1：1：1；则从发光模块中红led、绿led和蓝led发出的红绿蓝光线输出功率比值为pr：pg：pb的光线，经过本内窥镜系统后，最终所成图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例为：

r：g：b=pr*trf*tre*trl*γr：pg*tgf*tge*tgl*γg：pb*tbf*tbe*tbl*γb。

一种采用如上述任一所述的光源光谱自动调节方法调节内窥镜图像色彩还原效果的内窥镜系统，其中，包括光源模块控制、发光模块、合束光路、导光束、内窥镜镜体、中性灰度板、成像镜头、图像传感器、显示器和色彩照度计；光源模块控制与发光模块连接，所述发光模块包括红led、绿led和蓝led；所述显示器与色彩照度计连接；

光源模块控制控制发光模块发光，红led、绿led和蓝led发出的红光、绿光和蓝光经过合束光路合成白光照明光，并进入导光束；白光照明光通过导光束和内窥镜镜体后，照明到中性灰度板上；在中性灰度板上反射的照明光，由内窥镜镜体收集，被成像镜头成像到图像传感器上；在图像传感器所成的图像，在显示器上进行显示；色彩照度计测量显示器显示图像的光谱特性，根据光谱特性计算红绿蓝三光谱段的图像强度值比例和对应的红绿蓝三光谱段的发光功率比值，将计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较；将比较结果和计算得到的对应的红绿蓝三光谱段的发光功率比值反馈到光源控制模块；光源控制模块根据反馈结果调整发光模块中三种led的发光功率比值，直至计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例相等。

所述的内窥镜系统，其中，所述红光led波长在610~660nm范围内；绿光led波长在510~560nm范围内；蓝光led波长在430~480nm范围内。

本发明的有益效果：本发明通过提供一种光源光谱自动调节的内窥镜系统及其光谱调节方法，控制发出红绿蓝三种光线，将三种光线合成白光后输出并成像；获取图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例；将得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较，通过调节红绿蓝三种光线的输出功率比值，直至计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例相等；本技术方案中，可以根据通过获取的图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例来调节内窥镜光源红绿蓝led的发光功率比例，使内窥镜系统在搭配不同色彩特性的内窥镜镜体、导光束和图像传感器时，都可以获得最佳的色彩还原特性。

附图说明

图1和图2是现有技术中其中两款图像传感器的光谱响应曲线。

图3是本发明中光源光谱自动调节方法的步骤流程图。

图4是本发明中实施例1的内窥镜系统的结构示意图。

图5是本发明中实施例2的内窥镜系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

如图3所示，一种光源光谱自动调节方法，具体包括以下步骤：

s1：控制发出红绿蓝三种光线，将三种光线合成白光后输出并成像。

在某些具体实施例中，可以通过控制红绿蓝三种led发出红绿蓝三种光线。

s2：获取图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例。

s3：将得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较，通过调节红绿蓝三种光线的输出功率比值，直至计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例相等。

在某些具体实施例中，可以预先根据需要设定标准红绿蓝三通道的图像强度值比例为：r0：g0：b0。

在某些具体实施例中，所述s2具体包括以下步骤：

s21：将图像分为红绿蓝三个通道；

s22：获取图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例。

在某些具体实施例中，所述s3具体包括以下步骤：

s31：将得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较，若两者相等，则执行s32，若两者不相等，则执行s33；

s32：结束图像色彩还原性的调节；

s33：重新执行s1至s33。

本技术方案中，可以根据通过获取的图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例来调节内窥镜光源红绿蓝led的发光功率比例，使内窥镜系统在搭配不同色彩特性的内窥镜镜体、导光束和图像传感器时，都可以获得最佳的色彩还原特性。

一种通过上述所述的光源光谱自动调节方法调节内窥镜图像色彩还原效果的内窥镜系统，可以采用如下实施例实现：

实施例1

如图4所示，所述内窥镜系统包括第一光源模块控制11、第一发光模块12、第一合束光路13、第一导光束14、第一内窥镜镜体15、第一中性灰度板16、第一成像镜头17、第一图像传感器18、图像处理模块19和通讯模块110；第一光源模块控制11与第一发光模块12连接，所述第一发光模块12包括红led、绿led和蓝led；图像处理模块19和光源控制模块11通过通讯模块110通讯连接；

第一光源模块控制11控制第一发光模块12发光，红led、绿led和蓝led发出的红光、绿光和蓝光经过第一合束光路13合成白光照明光，并进入第一导光束14；白光照明光通过第一导光束14和第一内窥镜镜体15后，照明到第一中性灰度板16上；在第一中性灰度板16上反射的照明光，由第一内窥镜镜体15收集，被第一成像镜头17成像到第一图像传感器18上；在第一图像传感器18所成的图像，传输到图像处理模块19中；图像传感器19将图像分解为红绿蓝三个通道，并计算红绿蓝三通道的图像强度值比例，将计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较；通讯模块110将图像处理模块19的计算和判断结果反馈到光源控制模块11；光源控制模块11根据计算和判断结果调整第一发光模块12中三种led的发光功率比值，直至计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例相等。

在某些具体实施例中，所述红光led波长在610~660nm范围内；绿光led波长在510~560nm范围内；蓝光led波长在430~480nm范围内。

对第一中性灰度板16成像时，在理想状态下，最终所成图像的红绿蓝三通道图像灰度值比应为1：1：1，即对第一中性灰度板16成像，红绿蓝三通道的图像强度值比例为：r0：g0：b0=1：1：1时系统的色彩还原性达到最佳状态。实际使用时，用户可以根据实际情况设定标准红绿蓝三通道的图像强度值比例r0：g0：b0，以获得所期望的效果。

在某些具体实施例中，假设红光led的发光功率为pr；绿光led的发光功率为pg；蓝光led发光功率为pb。波长610~660nm范围的红光在第一导光束14、第一内窥镜镜体15、第一成像镜头17中的透过率分别为为trf、tre、trl；波长510~560nm范围的绿光在第一导光束14、第一内窥镜镜体15、第一成像镜头17中的透过率分别为tgf、tge、tgl；波长430~480nm范围的红光在第一导光束14、第一内窥镜镜体15、第一成像镜头17中的透过率分别为tbf、tbe、tbl。假设波长610~660nm范围的红光在第一图像传感器18上的光电转换效率为γr；波长510~560nm范围的绿光在第一图像传感器18上的光电转换效率为γg；波长430~480nm范围的蓝光在第一图像传感器18上的光电转换效率为γb。对第一中性灰度板16成像时，红光、绿光和蓝光的反射率为1：1：1。则从发光模块2中红led、绿led和蓝led发出的红绿蓝光线输出功率比值为pr：pg：pb的光线，经过本内窥镜系统后，最终所成图像的红绿蓝三通道的图像强度值比例为：

r：g：b=pr*trf*tre*trl*γr：pg*tgf*tge*tgl*γg：pb*tbf*tbe*tbl*γb。

实施例2

如图5所示，所述内窥镜系统包括第二光源模块控制21、第二发光模块22、第二合束光路23、第二导光束24、第二内窥镜镜体25、第二中性灰度板26、第二成像镜头27、第二图像传感器28、显示器29和色彩照度计210；第二光源模块控制21与第二发光模块22连接，所述第二发光模块22包括红led、绿led和蓝led；所述显示器29与色彩照度计210连接；

第二光源模块控制21控制第二发光模块22发光，红led、绿led和蓝led发出的红光、绿光和蓝光经过第二合束光路23合成白光照明光，并进入第二导光束24；白光照明光通过第二导光束24和第二内窥镜镜体25后，照明到第二中性灰度板26上；在第二中性灰度板26上反射的照明光，由第二内窥镜镜体25收集，被第二成像镜头27成像到第二图像传感器28上；在第二图像传感器28所成的图像，在显示器29上进行显示；色彩照度计210测量显示器29显示图像的光谱特性，根据光谱特性计算红绿蓝三光谱段的图像强度值比例和对应的红绿蓝三光谱段的发光功率比值，将计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例进行比较；将比较结果和计算得到的对应的红绿蓝三光谱段的发光功率比值反馈到光源控制模块21；光源控制模块21根据反馈结果调整第二发光模块22中三种led的发光功率比值，直至计算得到的红绿蓝三通道的图像强度值比例与设定的标准红绿蓝三通道的图像强度值比例相等。

本实例中，可以根据显示器29最终的显示效果调整第二发光模块22中三种led的发光功率比值，使人眼直接观察到的图像达到最佳的色彩还原性。

在某些具体实施例中，所述红光led波长在610~660nm范围内；绿光led波长在510~560nm范围内；蓝光led波长在430~480nm范围内。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

附图标号：

第一光源模块控制11；第一发光模块12；第一合束光路13；第一导光束14；第一内窥镜镜体15；第一中性灰度板16；第一成像镜头17；第一图像传感器18；图像处理模块19；通讯模块110；第二光源模块控制21；第二发光模块22；第二合束光路23；第二导光束24；第二内窥镜镜体25；第二中性灰度板26；第二成像镜头27；第二图像传感器28；显示器29；色彩照度计210。