一种基于图像曝光的多光谱成像系统和方法技术方案

本申请公开了基于图像曝光的多光谱成像系统和方法。多光谱成像系统包括：光源模块，提供可见光并产生激发光，被照射区由可见光和激发光组合照射，被照射区受激发光的激发而释放出荧光；相机模块，包括一个或多个图像传感器，所述图像传感器接收来自被照射区的反射光中的可见光和荧光，以形成包含可见光谱段图像信息和荧光谱段图像信息的多光谱图像；其中，可见光谱段图像的曝光时间值呈周期性变化，使可见光谱段的不同光强度的可见光谱段图像信息在视频连续帧图像中交替循环输出。本申请能够使可见光背景图像成像清晰明亮，同时荧光成像对比度高，噪点低。

A multispectral imaging system and method based on image exposure

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像曝光的多光谱成像系统和方法
本申请涉及光学成像技术，更具体地涉及内窥镜多光谱成像领域。
技术介绍
光学成像在临床医学中应用广泛，具有对人体无害、非侵入性、高灵敏度和可进行在体多目标成像的优点。其中，随着荧光显影剂的不断拓展和创新，荧光成像更是成为术中导航的重要工具。目前，基于近红外荧光显影剂吲哚菁绿(IndocyanineGreen,ICG)的应用技术也日益成熟。荧光显影剂吲哚菁绿通过静脉注射后，与血浆蛋白结合，通过805nm波段左右的近红外光的激发，释放出比激发光波长更长的835nm左右波段荧光。成像系统将捕捉到的荧光信号通过算法处理，在屏幕上实时地显示白光、荧光或叠加图像。这种实时荧光显影的方法与传统的有机染料相比，对比度更高，对目标组织的识别效果更佳，且避免了手术后期染料弥散。对于可见光和荧光同时成像而言，系统输出图像的每一图像帧为多光谱融合图像，根据光谱波长段的不同，一帧图像中可以分为可见光谱段图像信息和荧光谱段图像信息。在采用荧光显影剂导航进行肿瘤手术切割的时候，通常荧光标记的组织区域是希望能够被精准切除，而这就需要荧光组织区域清晰且荧光区域边界分明。同时，手术者也希望可见光谱段背景组织区域也能够清晰明确，以便更好的识别组织。然而，被标记的荧光区域组织上既包含荧光谱段又有可见光谱段的信息，且可见光谱段的光强度通常是远远强于荧光谱段的光强度。这导致了荧光通常被可见光淹没，导致在多光谱图像中荧光较暗，不清晰，对比度较低等问题，而通常荧光区域边界处组织病变程度更低，被激发的荧光通常更弱，在强的可见光谱段光强度下，荧光区域的边界更加的模糊不清楚。因此，本领域需要改进的多光谱成像技术，以提升可见光和激发荧光同时成像的图像质量。
技术实现思路
为了实现上述目的，本申请提供了一种多光谱成像系统，包括：光源模块，提供可见光并产生激发光，被照射区由可见光和激发光组合照射，被照射区受激发光的激发而释放出荧光；相机模块，包括一个或多个图像传感器，所述图像传感器接收来自被照射区的反射光中的可见光和荧光，以形成包含可见光谱段图像信息和荧光谱段图像信息的多光谱图像；其中，可见光谱段图像的曝光时间值在视频的连续帧图像中中呈周期性变化，使不同光强度可见光谱段图像信息在视频图像不同帧中交替循环输出。根据本申请的一个方面，可见光谱段图像的曝光时间值包括可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值，可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段的第二曝光时间值分别在视频图像的每个周期帧中交替周期性循环出现。根据本申请的一个实施例，所述多个图像传感器包括荧光谱段对应的第一图像传感器以及可见光谱段对应的第二图像传感器；每个周期帧为两帧图像，第一图像传感器的曝光时间值在图像的连续帧中保持不变，第二图像传感器的曝光时间值在上半个周期帧被设置成可见光谱段图像的第一曝光时间值，第二图像传感器的曝光时间值在下半个周期帧被设置成可见光谱段图像的第二曝光时间值，可见光谱段图像的第一曝光时间值不同于可见光谱段图像的第二曝光时间值。根据本申请的一个方面，可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值是根据系统预设的可见光谱段图像的基准曝光时间值来设置的。根据本申请的一个方面，可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值也可是根据荧光谱段的曝光时间值来设置的。根据本申请的一个方面，所述多个图像传感器采用逐行扫描曝光方式。根据本申请的一个方面，通过以下各项中的一者或多者来调解图像相邻帧图像之间的光强度差异：调解图像的相邻帧中可见光谱段图像的曝光时间值；对相邻帧图像的可见光谱段后期图像进行图像增强处理，或对后期图像进行加权算法处理调解所述多个图像传感器中输出后期图像硬件增益放大值；或提高图像帧率。根据本申请的另一个实施例，所述图像传感器采用隔行曝光方式，图像的每一帧分为两个场图像，奇场图像对应所述图像传感器滤色阵列的奇数行，偶场图像对应所述图像传感器滤色阵列的偶数行，每个周期帧图像包括连续四个场图像，其中第一场被设置成以可见光谱段图像的第一曝光时间值曝光，第二场被设置成以可见光谱段图像的第二曝光时间值曝光，第三场被设置成以可见光谱段图像的第二曝光时间值曝光，并且第四场被设置成以可见光谱段图像的第一曝光时间值曝光。根据本申请的一个方面，可见光谱段图像的第一曝光时间值大于可见光谱段图像的第二曝光时间值。根据本申请的一个方面，相邻奇场和偶场的图像信息进行后期图像增强处理后被分别输出。申请还提供了一种多光谱成像方法，包括：由可见光和激发光对被照射区组合照射，被照射区受激发光的激发而释放出荧光；接收来自被照射区的反射光中的可见光和荧光，以形成包含可见光谱段图像信息和荧光谱段图像信息的多光谱图像；其中，可见光谱段图像的曝光时间值呈周期性变化，使可见光谱段的不同光强度的可见光谱段图像信息在视频连续帧图像中交替循环输出。根据本申请的一个实施例，可见光谱段图像的曝光时间值包括可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值，可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值分别在视频连续帧图像中交替周期性循环出现。根据本申请的一个方面，每个周期帧为两帧图像，荧光谱段图像的曝光时间值在图像的连续帧中保持不变，可见光谱段图像的曝光时间值在上半个周期帧被设置成可见光谱段图像的第一曝光时间值，可见光谱段图像的曝光时间值在下半个周期帧被设置成可见光谱段图像的第二曝光时间值，可见光谱段图像的第一曝光时间值不同于可见光谱段图像的第二曝光时间值。根据本申请的另一个实施例，可见光谱段以隔行曝光方式被曝光，图像的每一帧分为两个场图像，奇场图像对应图像的奇数行，偶场图像对应图像的偶数行，每个周期帧包括连续四个场图像，其中第一场被设置成以可见光谱段图像的第一曝光时间值曝光，第二场被设置成以可见光谱段图像的第二曝光时间值曝光，第三场被设置成以可见光谱段图像的第二曝光时间值曝光，并且第四场被设置成以可见光谱段图像的第一曝光时间值曝光。申请还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储用于执行以下操作的计算机可执行指令：由可见光和激发光对被照射区组合照射，被照射区受激发光的激发而释放出荧光；接收来自被照射区的反射光中的可见光和荧光，以形成包含可见光谱段图像信息和荧光谱段图像信息的多光谱图像；其中，可见光谱段图像的曝光时间值呈周期性变化，使可见光谱段的不同光强度的可见光谱段图像信息在视频连续帧图像中交替循环输出。相比于已有技术，本申请提供的基于图像曝光的多光谱成像系统和方法能够使得可见光背景图像成像清晰明亮，同时荧光成像对比度高，噪点低。本申请可广泛应用于医疗成像
，包括医疗内窥镜、荧光显微镜等各个领域。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光谱成像系统，包括：/n光源模块，提供可见光并产生激发光，被照射区由可见光和激发光组合照射，被照射区受激发光的激发而释放出荧光；/n相机模块，包括一个或多个图像传感器，所述图像传感器接收来自被照射区的反射光中的可见光和荧光，以形成包含可见光谱段图像信息和荧光谱段图像信息的多光谱图像；/n其中，可见光谱段图像的曝光时间值呈周期性变化，使可见光谱段的不同光强度的可见光谱段图像信息在视频连续帧图像中交替循环输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种多光谱成像系统，包括：
光源模块，提供可见光并产生激发光，被照射区由可见光和激发光组合照射，被照射区受激发光的激发而释放出荧光；
相机模块，包括一个或多个图像传感器，所述图像传感器接收来自被照射区的反射光中的可见光和荧光，以形成包含可见光谱段图像信息和荧光谱段图像信息的多光谱图像；
其中，可见光谱段图像的曝光时间值呈周期性变化，使可见光谱段的不同光强度的可见光谱段图像信息在视频连续帧图像中交替循环输出。


2.根据权利要求1所述的多光谱成像系统，其特征在于：
可见光谱段图像的曝光时间值包括可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值，可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值分别在视频连续帧图像中交替周期性循环出现。


3.根据权利要求2所述的多光谱成像系统，其特征在于：
所述多个图像传感器包括荧光谱段对应的第一图像传感器以及可见光谱段对应的第二图像传感器；每个周期帧为两帧图像，第一图像传感器的曝光时间值在图像的连续帧中保持不变，第二图像传感器的曝光时间值在上半个周期帧被设置成可见光谱段图像的第一曝光时间值，第二图像传感器的曝光时间值在下半个周期帧被设置成可见光谱段图像的第二曝光时间值，可见光谱段图像的第一曝光时间值不同于可见光谱段图像的第二曝光时间值。


4.根据权利要求2所述的多光谱成像系统，其特征在于：
可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值是根据预设的可见光谱段的基准曝光时间值来设置的。


5.根据权利要求2所述的多光谱成像系统，其特征在于：
可见光谱段图像的第一曝光时间值和可见光谱段图像的第二曝光时间值是根据荧光谱段图像的曝光时间值来设置的。


6.根据权利要求3所述的多光谱成像系统，其特征在于：
所述多个图像传感器采用逐行扫描曝光方式。


7.根据权利要求3所述的多光谱成像系统，其特征在于，通过以下各项中的一者或多者来调解图像相邻帧之间的光强度差异：
调解图像的相邻帧中可见光谱段图像的曝光时间值；对相邻帧图像的可见光谱段后期图像进行图像增强处理，或进行加权算法处理调解所述多个图像传感器中输出后期图像硬件增益放大值；或提高图像帧率。


8.根据权利要求2所述的多光谱成像系统，其特征在于：
所述图像传感器采用隔行曝光方式，图像的每一帧分为两个场图像，奇场图像对应所述图像传感器的滤色阵列的奇数行，偶场图像对应所述图像传感器的滤色阵列的偶数行，每个周期帧包括连续四个场图像，其中第一场被设置成以可见光谱段图像的第一曝光时间值曝光，第二场被设置成以可见光谱段图像的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡文忠，张宇，戴玉蓉，陈继东，聂红林，
申请(专利权)人：上海逸思医学影像设备有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31