一种内窥镜亮度调节方法与流程

1.本技术涉及手术机器人技术领域，尤其涉及一种内窥镜亮度调节方法。


背景技术：

2.目前，内窥镜已经广泛应用于腔镜手术中，在进行腔镜手术时，内窥镜将拍摄到的图像传递至显示系统进行显示，图像的亮度以及亮度的稳定性将会对手术产生重要影响。
3.在内窥镜成像过程中，器官表面粘膜或者器械在光源照射下会发生高光反射，在图像上通常表现为存在亮度饱和的高亮区域，这些高亮区域会降低图像质量，对手术过程中的观察以及病灶判断造成较大的影响。
4.相关技术中，通常通过单独调节画面亮度或单独调节光源亮度的方案，调节内窥镜的光源亮度或来手动控制图像的亮度，然而，单独控制难以实现亮度的精细化调节，且容易使得图像亮度的稳定性变差。


技术实现要素：

5.为解决内窥镜亮度调节效果差的问题，本技术提供了一种内窥镜亮度调节方法。
6.本技术实施例提供了一种内窥镜亮度调节方法，该内窥镜亮度调节方法包括：
7.统计内窥镜图像的画面亮度以及过曝比例；
8.若所述画面亮度大于第一亮度阈值，按照降低增益、降低光源亮度、减小曝光时间的优先级进行亮度调节，直至所述画面亮度小于所述第一亮度阈值；
9.若所述画面亮度小于第二亮度阈值，按照提高光源亮度、增大曝光时间、提高增益的优先级进行亮度调节，直至所述画面亮度大于所述第二亮度阈值；
10.若所述画面亮度在所述第二亮度阈值和第一亮度阈值之间，不进行亮度调节。
11.在一些实施例中，按照降低增益、降低光源亮度、减小曝光时间的优先级进行亮度调节，直至所述画面亮度小于所述第一亮度阈值包括：
12.降低所述内窥镜图像的增益，直到所述画面亮度小于所述第一画面亮度阈值或所述增益降低至第二增益阈值；
13.若所述增益降低至所述第二增益阈值，且所述画面亮度大于所述第一画面亮度阈值，则降低光源亮度，直到所述画面亮度小于所述第一画面亮度阈值或所述光源亮度降低至第二光源亮度阈值；
14.若所述光源亮度降低至所述第二光源亮度阈值，且所述画面亮度大于所述第一画面亮度阈值，减小曝光时间，直到所述画面亮度小于所述第一画面亮度阈值。
15.在一些实施例中，内窥镜设置有第一光源和第二光源，所述第二光源的视场角大于所述第一光源的视场角，降低光源亮度包括提高第二光源的亮度，降低第一光源的亮度。
16.在一些实施例中，所述降低光源亮度包括提高第二光源的亮度占空比，降低第一光源的亮度占空比。
17.在一些实施例中，按照提高光源亮度、增大曝光时间、提高增益的优先级进行亮度
调节，直至所述画面亮度大于所述第二画面亮度阈值，包括：
18.提高光源亮度，直到所述画面亮度大于所述第二画面亮度阈值或所述光源亮度提高至第一光源亮度阈值；
19.若所述光源亮度提高至第一光源亮度阈值，且所述画面亮度小于所述第二画面亮度阈值，增大曝光时间，直到所述画面亮度大于所述第二画面亮度阈值或所述曝光时间增大至曝光时间阈值；
20.若所述曝光时间增大至曝光时间阈值，且所述画面亮度小于所述第二画面亮度阈值，提高增益，直到所述画面亮度大于所述第二画面亮度阈值。
21.在一些实施例中，内窥镜设置有第一光源和第二光源，所述第二光源的视场角大于所述第一光源的视场角，提高光源亮度包括提高第一光源的亮度和提高第二光源的亮度。
22.在一些实施例中，所述提高光源亮度包括提高第二光源的亮度占空比，提高第一光源的亮度占空比。
23.在一些实施例中，统计内窥镜图像的画面亮度以及过曝比例，包括：
24.获取所述内窥镜图像的感兴趣区域的亮度和背景区域的亮度，其中，所述背景区域为所述内窥镜图像中感兴趣区域之外的区域；
25.根据所述感兴趣区域的亮度和背景区域的亮度的加权和得到所述内窥镜图像的画面亮度；
26.获取所述感兴趣区域内的过曝比例，得到所述过曝比例。
27.在一些实施例中，获取所述内窥镜图像的感兴趣区域的亮度和背景区域的亮度，包括：
28.将所述内窥镜图像分成m*n个子区域；
29.将以m*n的中心为圆心，n/2为半径的圆形区域设置为感兴趣区域，将所述感兴趣区域之外的区域设置为背景区域，其中m》n；
30.统计所述感兴趣区域内的亮度和所述背景区域内的亮度。
31.在一些实施例中，获取所述感兴趣区域内的过曝比例，得到所述过曝比例，包括：
32.获取所述感兴趣区域内像素灰度值在第二过曝像素阈值和第一过曝像素阈值之间的像素占比，得到所述过曝比例。
33.本技术提供的内窥镜亮度调节方法的有益效果包括：
34.本技术在内窥镜图像的画面亮度大于第一亮度阈值时，按照降低增益、降低光源亮度、减小曝光时间的优先级自动通过多种调节方式实现亮度调节，不需要人工手动调节画面亮度或手动调节光源亮度，避免了手动调节精细化差、稳定性的问题，并且，按照上述优先级降低画面亮度，与直接降低光源亮度相比，能够保障光源的稳定性，避免亮度震荡，提高画面亮度调节的顺滑性，与直接减小曝光时间相比，能够保障内窥镜图像拍摄的流畅性，提高手术安全性；在内窥镜图像的画面亮度低于第二亮度阈值时，按照提高光源亮度、增大曝光时间、提高增益的优先级进行亮度调节，不需要人工手动调节画面亮度，避免了手动调节精细化差、稳定性的问题，并且，按照上述优先级提高画面亮度，能迅速提高画面亮度，避免内窥镜图像亮度太低而影响手术操作，提高手术安全性。
附图说明
35.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1中示例性示出了一种内窥镜的结构示意图；
37.图2中示例性示出了一种内窥镜的局部结构示意图；
38.图3中示例性示出了一种内窥镜亮度调节方法的流程示意图；
39.图4中示例性示出了一种内窥镜图像的感兴趣区域的示意图；
40.图5中示例性示出了一种感兴趣区域内的曝光区域示意图；
41.图6中示例性示出了一种内窥镜图像亮度降低方法的流程示意图；
42.图7中示例性示出了一种内窥镜图像亮度提高方法的流程示意图。
具体实施方式
43.为使本技术的目的和实施方式更加清楚，下面将结合本技术示例性实施例中的附图，对本技术示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，描述的示例性实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
44.需要说明的是，本技术中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本技术的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
45.本技术中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。
46.术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
47.术语“近侧”和“远侧”在本文中相对于机械臂的操作用户进行定义。术语“近侧”、“近端”是指元件的更靠近操作用户的位置，并且术语“远侧”、“远端”是指元件的更靠近镜头且因此更远离操作用户的位置。此外，诸如上方、下方、上、下、向上、向下、左、右等的方向术语相对于示例性实施方案如它们在图中所示进行使用，向上或上方向朝向对应附图的顶部，向下或下方向朝向对应附图的底部。
48.现在参照附图详细描述当前公开的实施例，其中在若干视图中的每个中，相同的附图标记指示相同或相应的元件。
49.参见图1，为本技术实施例提供的一种内窥镜的结构示意图。如图1所示，该3d内窥镜包括镜体100、手柄200、驱动座300和线缆400。
50.驱动座300和手柄200安装在镜体100的近端，驱动座300上安装驱动模块后，可驱动镜体100进行上、下、左、右四个方向地弯曲，以及驱动镜体100绕镜体100的轴线进行自转。
51.镜体100的远端可在患者的腔体内进行实时拍摄，拍摄的图像传递至显示系统进行显示，可为手术提供重要参考依据。参见图2，为本技术实施例提供的一种内窥镜的局部
结构示意图，如图2所示，镜体100的远端设置有第一光源101、第二光源102，以及位于第一光源101和第二光源102之间的镜头103。
52.在一些实施例中，第二光源102的视场角大于第一光源101的视场角，且第一光源101的视场角与第二光源102的视场角的差值大于50
°
。示例性的，第一光源101的视场角为60
°
，第二光源102的视场角为120
°
。
53.在一些实施例中，镜头103拍摄的图像可能存在亮度过高或过低的情况，这会干扰在显示系统上对图像的分析，影响手术效果。
54.为解决内窥镜图像亮度效果不佳的问题，本技术实施例提供了一种内窥镜亮度调节方法，参见图3，该方法可包括如下步骤：
55.步骤s101：统计内窥镜图像的画面亮度以及过曝比例。
56.在一些实施例中，内窥镜拍摄的图像可称为内窥镜图像，在手术过程中，通常需要将内窥镜的镜头调整至使得被拍摄对象位于内窥镜图像的中心区域，因此，可将该中心区域确定为感兴趣区域，对内窥镜图像进行亮度调节的目标是使得感兴趣区域的画面亮度符合要求。在实际实施中，一种感兴趣区域的示意图可参见图4，如图4所示，内窥镜图像的全部显示区域为区域z1，可将区域z1划分为m*n个子区域z0，其中，m和n的取值可根据实际情况确定，且m大于n。将以区域z1的中心为圆心，n/2为半径的圆形区域设置为感兴趣区域z2，将区域z1内除感兴趣区域z2之外的区域设置为背景区域。
57.在一些实施例中，在统计内窥镜图像的画面亮度时，可分别统计感兴趣区域z2的画面亮度和背景区域的亮度，根据感兴趣区域z2的亮度和背景区域的亮度的加权和得到内窥镜图像的画面亮度。示例性的，内窥镜图像的亮度的计算公式可为：
58.bv＝a*(bv1)+b*(bv2)
59.其中，感兴趣区域z2的亮度为bv1，权重为a，背景区域的亮度为bv2，权重可为b，0《b《a《1，a-b》0.3。
60.在一些实施例中，参见图5，内窥镜图像内的过曝区域通常可包括腔体内的黏膜等结构反光导致的第一过曝区域z21，以及手术器械的金属类部分，如器械头产生镜面反光导致的第二过曝区域z22，其中，第一过曝区域z21和第二过曝区域z22通常均位于感兴趣区域z2，因此，在统计内窥镜图像的过曝比例时，可将感兴趣区域z2内的过曝比例作为内窥镜图像的过曝比例，由于第二过曝区域z22对内窥镜图像的分析影响较小，因此，可只将第一过曝区域z21在感兴趣区域z2内的占比作为内窥镜图像的过曝比例。感兴趣区域z2内除第一过曝区域z21和第二过曝区域z22之外的区域可称为非过曝区域。
61.对于感兴趣区域z2，可根据像素的灰度值区分第一过曝区域z21、第二过曝区域z22和非过曝区域。若一个像素的灰度值小于c，则该像素属于非过曝区域内的像素，若一个像素的灰度值在c和d之间，则该像素属于第一过曝区域内的像素，若一个像素的灰度值大于d，在该像素属于第二过曝区域内的像素，其中，c和d的大小可根据实际情况确定。统计完感兴趣区域z2内所有像素的灰度值后，可得到如图5所示的第一过曝区域z21和第二过曝区域z22。
62.需要说明的是，在不同时刻，由于不同内窥镜图像的亮度不同，内窥镜图像内可能不存在过曝区域，也可能只存在第一过曝区域，不存在第二过曝区域。
63.在统计完感兴趣区域z2内所有像素的灰度值后，可计算内窥镜图像的过曝比例p：
64.p＝x2/(x1+x2+x3)
65.其中，x1为第一过曝区域z21内的像素个数，即感兴趣区域z2内灰度值小于c的像素个数，x2为第二过曝区域z22内的像素个数，即感兴趣区域z2内灰度值在c与d之间的像素个数，x3为非过曝区域的像素个数，即感兴趣区域z2内灰度值大于d的像素个数。
66.在一些实施例中，可预先设置内窥镜图像的目标亮度为bv
target
，亮度偏差阈值为p1，则内窥镜图像的画面亮度的第一亮度阈值为bv
max
，bvmax＝bv
target
+p1，第二亮度阈值为bv
min
，bv
min
＝bv
target-p1，若内窥镜图像的画面亮度bv不在bvmax与bvmin之间，则需要进行亮度调节，其中，bv
target
的大小可根据实际情况确定。
67.在一些实施例中，可预先设置内窥镜图像的目标过曝比例为p
target
，过曝比例偏差阈值为p2，则内窥镜图像的过曝比例的第一过曝比例阈值为pmax，pmax＝p
target
+p2，第二过曝比例阈值为pmin，pmin＝p
target-p2，若内窥镜图像的过曝比例p不在pmax与pmin之间，则需要进行亮度调节，其中，p
target
的大小可根据实际情况确定。
68.在一些实施例中，在得到过曝比例后，可根据过曝比例计算内窥镜的光源亮度l：
69.l＝(1-p)*l1+p*l2
70.其中，l1为第一光源101的亮度，l2为第二光源102的亮度。
71.步骤s102：若所述画面亮度大于第一亮度阈值，按照降低增益、降低光源亮度、减小曝光时间的优先级进行亮度调节，直至所述画面亮度小于所述第一亮度阈值。
72.在一些实施例中，若内窥镜图像的画面亮度bv大于bvmax，则可对内窥镜图像进行亮度调节，使画面亮度bv降低。
73.在一些实施例中，参见图6，降低画面亮度的方法可包括如下步骤：
74.步骤s201：降低所述内窥镜图像的增益，直到所述画面亮度小于所述第一画面亮度阈值或所述增益降低至第二增益阈值。
75.在一些实施例中，内窥镜图像的增益是指对镜头103拍摄的图像的亮度增益。降低内窥镜图像的增益的方法可为以1为步长逐步降低内窥镜图像的增益，直到画面亮度bv低于bvmax，若增益达到第二增益阈值，画面亮度bv仍然大于bvmax，则不再继续降低增益，其中，第二增益阈值为1。
76.步骤s202：若所述增益降低至所述第二增益阈值，且所述画面亮度大于所述第一画面亮度阈值，降低光源亮度，直到画面亮度小于第一画面亮度阈值或光源亮度降低至第二光源亮度阈值。
77.在一些实施例中，若增益为1时，画面亮度bv仍然大于bvmax，可降低光源亮度，直到画面亮度小于第一画面亮度阈值或光源亮度降低至第二光源亮度阈值。
78.在一些实施例中，在降低光源亮度时，可提高第二光源102的亮度，降低第一光源101的亮度，从而保障了光源亮度l能够降低，还能避免同时降低第一光源101的亮度和第二光源102的亮度导致光源亮度l变化较快而使得内窥镜图像的画面亮度出现震荡。
79.在一些实施例中，第一光源101和第二光源102设置有多个档位，可通过调节档位的方式调节第一光源101和第二光源102的亮度。示例性的，第一光源101和第二光源102均设置有5个档位，1到5档分别对应光源亮度的占空比为5％、10％、15％、20％、25％，从1档到5档，光源亮度逐渐增高。为降低内窥镜的画面亮度l，可增大l2的档位，减小l1的档位。
80.在一些实施例中，第一光源101的亮度和第二光源102的亮度为无极调节，可进一
步避免内窥镜画面亮度的震荡。
81.步骤s203：若所述光源亮度降低至所述第二光源亮度阈值，且所述画面亮度大于所述第一画面亮度阈值，减小曝光时间，直到所述画面亮度小于所述第一画面亮度阈值。
82.在一些实施中，若光源亮度降低至所述第二光源亮度阈值，画面亮度bv仍然大于bvmax，可通过减小内窥镜的镜头103的曝光时间来降低画面亮度bv，曝光时间的调整方法如下式所示：
83.bv
new
＝(1-s)*bv
pro
84.其中，bv
new
为调整后的曝光时间，bv
pro
为调整前的曝光时间，s为曝光时间的调整速速，内窥镜的镜头103的曝光时间最低可调整至1ms，在另一些实施例中，曝光时间可调整至小于1ms。
85.步骤s103：若所述画面亮度小于第二亮度阈值，按照提高光源亮度、增大曝光时间、提高增益的优先级进行亮度调节，直至所述画面亮度大于所述第二亮度阈值。
86.在一些实施例中，若内窥镜图像的画面亮度bv小于bvmin，则可对内窥镜图像进行亮度调节，使画面亮度bv提高。
87.在一些实施例中，参见图7，提高画面亮度的方法可包括如下步骤：
88.步骤s301：提高光源亮度，直到所述画面亮度大于所述第二画面亮度阈值或所述光源亮度提高至第一光源亮度阈值。
89.在一些实施例中，若内窥镜图像的画面亮度低于bvmin，则内窥镜图像将难以看清，为保障手术安全，需快速提高画面亮度bv，可通过提高光源亮度的方法快速提高画面亮度bv。
90.在一些实施例中，内窥镜的光源包括第一光源101和第二光源102，可通过提高第一光源101和第二光源102的档位的方式提高画面亮度bv。
91.步骤s302：若所述光源亮度提高至第一光源亮度阈值，且所述画面亮度小于所述第二画面亮度阈值，增大曝光时间，直到所述画面亮度大于所述第二画面亮度阈值或所述曝光时间增大至曝光时间阈值。
92.在一些实施例中，若第一光源101和第二光源102均提高到最大档位，则内窥镜的光源亮度已提高到最大，即达到第一光源亮度阈值，此时，若画面亮度bv仍然小于bvmin，可通过增大曝光时间的方式提高画面亮度bv。曝光时间的调整方法如步骤s203所示，在此不再赘述。
93.内窥镜的镜头103的曝光时间最大可调整至曝光时间阈值，若曝光时间过大，则会使内窥镜图像在切换到下一帧图像时产生运动拖影，影响内窥镜图像的清晰度。在一些实施例中，曝光时间阈值可为5ms。
94.步骤s303：若所述曝光时间增大至曝光时间阈值，且所述画面亮度小于所述第二画面亮度阈值，提高增益，直到所述画面亮度大于所述第二画面亮度阈值。
95.在一些实施例中，若曝光时间已经增大至曝光时间阈值，若画面亮度bv仍然小于bvmin，可通过增大增益的方式提高画面亮度bv，直到画面亮度大于所述第二画面亮度阈值。
96.步骤s104：若所述画面亮度在所述第二亮度阈值和第一亮度阈值之间，不进行亮度调节。
97.在一些实施例中，若内窥镜图像的画面亮度bv在bvmax与bvmin之间，则可不进行亮度调节。
98.由上述实施例可见，本技术在内窥镜图像的画面亮度大于第一亮度阈值时，按照降低增益、降低光源亮度、减小曝光时间的优先级自动通过多种调节方式实现亮度调节，不需要人工手动调节画面亮度或手动调节光源亮度，避免了手动调节精细化差、稳定性的问题，并且，按照上述优先级降低画面亮度，与直接降低光源亮度相比，能够保障光源的稳定性，避免亮度震荡，提高画面亮度调节的顺滑性，与直接减小曝光时间相比，能够保障内窥镜图像拍摄的流畅性，提高手术安全性；在内窥镜图像的画面亮度低于第二亮度阈值时，按照提高光源亮度、增大曝光时间、提高增益的优先级进行亮度调节，不需要人工手动调节画面亮度，避免了手动调节精细化差、稳定性的问题，并且，按照上述优先级提高画面亮度，能迅速提高画面亮度，避免内窥镜图像亮度太低而影响手术操作，提高手术安全性。
99.由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。
100.以上的本技术实施方式并不构成对本技术保护范围的限定。