电子内窥镜影像系统及电子内窥镜图像处理方法
【专利摘要】本发明涉及一种数字医疗影像系统，具体涉及一种电子内窥镜影像系统及图像处理方法。一种电子内窥镜影像系统，包括前端内窥镜、图像处理板、视频监视器，所述图像处理板集成了视频采集及编码电路、DSP处理器、视频解码及驱动放大电路；所述前端内窥镜的CCD图像传感器输出信号连接视频采集及编码电路，所述视频采集及编码电路输出连接DSP处理器，所述DSP处理器输出连接视频解码及驱动放大电路，所述视频解码及驱动放大电路通过视频输出接口连接视频监视器；一种电子内窥镜图像处理方法，采用小波变换与阀值收缩法对CCD图像传感器采集的图像信息进行预处理，进行图像去噪及增强处理，得到增强后的图像，然后对图像进行编解码处理，并通过视频监视器显示。
【专利说明】电子内窥镜影像系统及电子内窥镜图像处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数字医疗影像系统，具体的说，涉及了一种电子内窥镜影像系统及图像处理方法。
【背景技术】
[0002]数字医疗影像处理与电子内窥镜诊疗技术是国家医疗体系发展和现代医疗设备建设的方向，也是提高医院管理水平、运行效率和医疗质量的重要手段。
[0003]电子内窥镜影像系统将计算机、微电子、数字图像处理等技术有机融合，通过内窥镜前端传感器采集图像信号，经过高清视频图像处理，使医生能直接观察到人体内脏器官的组织形态、体内病变情况，能够为临床诊断、病情跟踪和确定治疗方案提供重要依据。随着国家重视建设公共卫生体系和各级卫生条件的改进提高，电子内窥镜作为各级医院改善诊疗条件的主要手段而广泛应用，将为现代医学发展带来突破，各种疑难病症也会得到准确的诊断和治疗。
[0004]国外的电子内窥镜技术相对比较成熟，但产品技术具有垄断性和保密性。我国中高端电子内窥镜主要依赖进口产品，由于设备价格昂贵，导致目前看病难和价格高等现象，严重影响了我国的医疗水平和人民的身体健康。国内电子内窥镜的研制水平相对落后，推出产品不多且档次较低，无法满足较高的诊断要求。
[0005]因此，通过产学研结合方式研究电子内窥镜影像系统及其应用，开发可以替代进口的现代电子内窥镜影像产品，可以带动相关产业和技术的发展，缩小与国际先进技术的差距，对提高我国医疗水平，改善人民生活质量有着积极的影响。
[0006]同时，电子内窥镜影像系统要求具有高速的数字信号处理能力，高分辨率CCD图像传感器进行图像采集，图像处理电路对内窥镜图像信号进行处理、信息存储和视频图像捕捉、放大、显示等图像处理功能。通过图像处理与管理可以对疑点及病灶部位的图像进行追踪、定位、冻结、放大、储存、再现，实施治疗前后效果对比，提供有效的病例资料，并可以为复查提供很好的依据。目前对于图像处理的技术较多，技术也较成熟，但对于初始图像信息的降噪处理，仍然是关乎到后期图形处理的关键过程。
[0007]小波变换是传统傅里叶变换的继承和发展，由于小波的多分辨率分析具有良好的空间域和频率域局部化特性，对高频采用逐渐精细的时域或空域步长，可以聚焦到分析对象的任意细节，因此特别适合于图像信号这一类非平稳信源的处理，已成为一种信号/图像处理的新手段。目前，小波分析已被成功地应用于信号处理、图象处理、语音与图像编码、语音识别与合成、多尺度边缘提取和重建、分形及数字电视等科学领域。
[0008]现实中采集来的图像往往含有大量噪声，这些噪声主要分布在小波变换域的小尺度小波系数上，而这些细节系数也包含了大量的图像细节信息，传统的方法对噪声考虑不足，只是简单的增强细节信号，存在着噪声放大的问题。因此，如何对图像进行有效的处理，直接关系到获得的影像质量。
【发明内容】
[0009]本发明针对现有技术的不足，提供了一种结构简单、实用性强的电子内窥镜影像系统，能以最低的成本为视频图像应用提供理想的核心动力；
[0010]本发明同时提供了一种电子内窥镜图像处理方法，主要是采用小波变换与阀值收缩法对CCD图像传感器采集的图像信息进行预处理，进行图像去噪与增强处理，从而提高了图像信号的质量。
[0011]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0012]一种电子内窥镜影像系统，包括前端内窥镜、照明光源、图像处理板、视频监视器，所述前端内窥镜输出信号连接图像处理板，所述图像处理板输出连接视频监视器，所述图像处理板集成了视频采集及编码电路、DSP处理器、视频解码及驱动放大电路以及包括接口电路、电源电路在内的外围电路；所述前端内窥镜的CCD图像传感器输出信号连接视频采集及编码电路，所述视频采集及编码电路输出连接DSP处理器，所述DSP处理器输出连接视频解码及驱动放大电路，所述视频解码及驱动放大电路通过视频输出接口连接视频监视器。
[0013]所述DSP处理器采用TI公司的DM365双核DSP处理器，视频采集及编码电路采用视频解码器TVP5150，所述CXD图像传感器输出信号接入视频解码器TVP5150的输入端，所述视频解码器TVP5150输出视频编码信号连接DSP处理器。
[0014]所述视频解码及驱动放大电路包括数字/模拟转换电路，所述DSP处理器DAC四个输出端子分别连接一路数字/模拟转换电路，通过所述数字/模拟转换电路连接视频监视器。
[0015]所述的电子内窥镜影像系统，包括音频编解码电路，所述音频编解码电路采用集成电路TLV320AIC23BPW，所述DSP处理器输出音频信号经过双向传输电平转换器连接音频编解码电路，与所述音频编解码电路时钟输入端连接有多时钟发生器，所述多时钟发生器采用集成电路芯片PLL170OTBQ，所述多时钟发生器输出连接所述音频编解码电路。
[0016]所述的电子内窥镜影像系统，含有时钟分频电路，所述时钟分频电路采用CPLD器件XC2C128，所述CPLD器件XC2C128通过相应功能端口和控制端口分别连接DSP处理器、视频编码器TVP5150及扩展通信接口电路。
[0017]一种电子内窥镜图像处理方法，其步骤包括:首先，对CCD图像传感器采集的图像信息进行预处理，完成图像的自动白平衡、自动曝光和自动聚焦，然后对经过预处理的图像进行编解码处理后形成RGB或YUV格式视频图像，再通过VGA或者S-Video接口直接显示在高分辨率显示器上，其中与现有技术不同的是:采用小波变换与阀值收缩法对CCD图像传感器采集的图像信息进行预处理，进行图像去噪及增强处理，步骤如下:
[0018]I)将含噪图像在各尺度上进行小波变换，保留大尺度低分辨率下的全部小波系数；
[0019]2)对于各尺度高分辨率下的小波系数，设定一个阀值，幅值不大于该阀值的小波系数置为0，幅值大于该阀值的小波系数保留或者收缩为该点值与阀值的差值；
[0020]3)设定增强系数，对每层得到的小波系数进行增强变换，对经过上述处理的小波系数进行逆小波变换，即对图像进行重构，得到增强后的图像。
[0021]所述的电子内窥镜图像处理方法，对含噪声图像进行小波变换的步骤是:对于像素点数为N的含噪图像X，设N = 2J,利用正交小波变换的Mallat快速算法获得分辨率L(O^L< J)下的尺度系数!Λ,,，k= 1，2...，21}，以及各分辨率下的小波系数Iffj,k，j =L，L+1，-,J-l,k = I,…，2j)，其中尺度系数和小波系数共N个，其中N、J、L、K为自然数；采用周期延拓方法处理边界。
[0022]所述的电子内窥镜图像处理方法，对小波系数进行非线性阀值处理的步骤如下:为保持图像的整体形状不变，保留所有的低频系数Vuk，k = 1，2…，2S取阀值
【权利要求】
1.一种电子内窥镜影像系统，包括前端内窥镜、照明光源、图像处理板、视频监视器，所述前端内窥镜输出信号连接图像处理板，所述图像处理板输出连接视频监视器，其特征在于:所述图像处理板集成了视频采集及编码电路、DSP处理器、视频解码及驱动放大电路以及包括接口电路、电源电路在内的外围电路；所述前端内窥镜的CCD图像传感器输出信号连接视频采集及编码电路，所述视频采集及编码电路输出连接DSP处理器，所述DSP处理器输出连接视频解码及驱动放大电路，所述视频解码及驱动放大电路通过视频输出接口连接视频监视器。
2.根据权利要求1所述的电子内窥镜影像系统，其特征在于:所述DSP处理器采用TI公司的DM365双核DSP处理器，视频采集及编码电路采用视频解码器TVP5150，所述CXD图像传感器输出信号接入视频解码器TVP5150的输入端，所述视频解码器TVP5150输出视频编码信号连接DSP处理器。
3.根据权利要求2所述的电子内窥镜影像系统，其特征在于:所述视频解码及驱动放大电路包括数字/模拟转换电路，所述DSP处理器DAC四个输出端子分别连接一路数字/模拟转换电路，通过所述数字/模拟转换电路连接视频监视器。
4.根据权利要求2或3所述的电子内窥镜影像系统，其特征在于:包括音频编解码电路，所述音频编解码电路采用集成电路TLV320AIC23BPW，所述DSP处理器输出音频信号经过双向传输电平转换器连接音频编解码电路，与所述音频编解码电路时钟输入端连接有多时钟发生器，所述多时钟发生器采用集成电路芯片PLL1705DBQ，所述多时钟发生器输出连接所述音频编解码电路。
5.根据权利要求4所述的电子内窥镜影像系统，其特征在于:含有时钟分频电路，所述时钟分频电路采用CPLD器件XC2C128，所述CPLD器件XC2C128通过相应功能端口和控制端口分别连接DSP处理器、视频编码器TVP5150及扩展通信接口电路。
6.一种电子内窥镜图像处理方法，其步骤包括:首先，对CCD图像传感器采集的图像信息进行预处理；然后对经过预处理的图像进行编解码处理后形成RGB或YUV格式视频图像；其特征是:采用小波变换与阀值收缩法对CCD图像传感器采集的图像信息进行去噪及增强处理，其步骤如下: 1)将含噪图像在各尺度上进行小波变换，保留大尺度低分辨率下的全部小波系数； 2)对于各尺度高分辨率下的小波系数，设定一个阀值，幅值不大于该阀值的小波系数置为O，幅值大于该阀值的小波系数保留或者收缩为该点值与阀值的差值； 3)设定增强系数，对每层得到的小波系数进行增强变换，对经过上述处理的小波系数进行逆小波变换，即对图像进行重构，得到增强后的图像。
7.根据权利要求6所述的电子内窥镜图像处理方法，其特征是:对含噪声图像进行小波变换的步骤是:对于像素点数为N的含噪图像X，设N = 2J,利用正交小波变换的Mallat快速算法获得分辨率L(0≤L < J)下的尺度系数:{Vu，k = 1,2-,2l}， 以及各分辨率下的小波系数:{W」,k，j = L，L+l, -,J-Lk= I,…，2j}， 其中尺度系数和小波系数共N个，其中N、J、L、K为自然数。
8.根据权利要求7所述的电子内窥镜图像处理方法，其特征是:对小波系数进行非线性阀值处理的步骤如下: 为保持图像的整体形状不变，保留所有的低频系数Vuk，k = 1，2…，2S取阀值
9.根据权利要求8所述的电子内窥镜图像处理方法，其特征是:对每层得到的小波系数进行增强变换的步骤如下: 结合前述对小波系数的处理，设增强系数Wv,i，其中，V为尺度系数，i取值1，2，3，分别代表HH、HL、LH子带图像，对每层得到的小波系数进行增强变换:
10.根据权利要求6~9任一项所述的电子内窥镜图像处理方法，其特征是:设相应的尺度函数为心，小波函数为Ψ (X)，二维尺度函数
【文档编号】G06T5/00GK103873830SQ201410105527
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月20日 优先权日:2014年3月20日
【发明者】李振中, 周长林, 李卓, 高飞, 周敬召, 李晓斐, 李明安, 王永飞, 李明明, 陈欢欢 申请人:郑州赛福特电子设备有限公司