一种自动曝光方法及内窥镜图像处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种自动曝光方法及内窥镜图像处理装置，包括生成自动曝光索引表，在索引表中移动预设的步长实现固定比例的图像灰度调整；自动曝光时，等间距选取一定比例的像素点，得到抽样统计数据；计算子区域平均灰度和整体平均灰度；根据子区域的过曝率、所处的空间位置与目标灰度的差值，修正子区域的平均灰度和整体平均灰度；差异均小于阈值，则执行步骤八，否则执行步骤六；调整整体平均灰度步长和子区域平均灰度步长；根据曝光索引表及上一帧的曝光参数，结合整体平均灰度步长和子区域平均灰度步长，计算新的光源亮度和图像传感器的曝光参数；下发曝光参数。本发明专利技术解决自动曝光技术在医用内窥镜中容易出现的过曝问题。光技术在医用内窥镜中容易出现的过曝问题。光技术在医用内窥镜中容易出现的过曝问题。

【技术实现步骤摘要】
一种自动曝光方法及内窥镜图像处理装置


[0001]本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种自动曝光方法及内窥镜图像处理装置。

技术介绍

[0002]医用内窥镜因操作安全便捷、感染风险低、术后痛楚和并发症小等特点，在医疗领域获得了广泛的应用。作为微创手术过程中的导航系统，内窥镜通过人体自然孔道或者微小的创口进入人体内部，拍摄体内的器官组织为医生提供实时图像，从而指引医生完成手术的检查和治疗。手术过程中的图像质量将直接影响医生的手术效率和对病灶判断的准确程度，因此图像质量是医用内窥镜的核心性能指标，而合理的曝光可以避免图像出现过曝、过暗的现象，是实现高质量图像的重要基础。
[0003]医用内窥镜在使用过程中，因为场景动态范围高、场景变化迅速、照明角度不足的原因，非常容易出现局部过曝、局部过暗，这对医用内窥镜的自动曝光提出了更高的要求。以胃镜为例，其观察的对象一般为消化道侧壁，对于超广角的胃镜镜头，一般一部分视野会定格在褶皱的、近距离的消化道侧壁，一部分视野会定格在远距离的消化道孔道，这将导致胃镜拍摄场景的动态范围很高；其次，胃镜在工作过程中，会在狭窄的、弯曲的自然孔道内移动，拍摄距离忽远忽近，拍摄场景频繁发生大幅度变化；再者，胃镜的视场角一般≥140
°
，而现有的照明光纤很难突破125
°
的照明角上限，这导致胃镜在工作时，部分区域受到了过度的照明，部分区域则照明不足，这将进一步加剧过曝、过暗等曝光异常现象的发生。
[0004]现有技术中，一般通过控制镜头的光圈数，或者通过图像传感器的曝光时间、数字增益来控制摄像头的灵敏度，使摄像头适应场景的明暗变化，从而抑制图像的曝光异常，但是这种调节只能控制图像的整体亮度，在面对像消化道这样的复杂场景时，非常容易出现局部过曝、过暗这种曝光异常，而一旦出现这种现象，则意味着医生会丢失一部分术野，直接影响手术效率和手术质量。

技术实现思路

[0005]针对现有算法的不足，本专利技术将图像传感器的曝光参数和多光源的亮度参数配合，降低内窥镜曝光过程中容易出现的过曝问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：一种自动曝光方法包括以下步骤：
[0007]步骤一、自动曝光前，根据图像传感器的曝光时间AE_time、增益AE_gain、光源亮度L
n
的调整范围，生成自动曝光索引表，在表中移动预设的步长实现固定比例的图像灰度调整；
[0008]进一步的，自动曝光索引表中相邻位置满足如下关系：
[0009]para
code_n+1
＝para
code_n
*2
index
[0010]其中，para
code_n
为索引表格中第n步的值，para
code_n+1
为索引表格中第n+1步的值，index为亮度变化的固定比例，para为曝光时间AE_time、增益系数AE_gain和光源亮度L
n
。
[0011]步骤二、自动曝光时，首先对图像IMG进行抽样，等间距选取像素点，得到H*W大小的抽样统计数据I；
[0012]步骤三、将抽样统计数据I划分为N个子区域得到I
sub
‑
n
(n∈[0,N
‑
1])，由子区域抽样数据I
sub
‑
n
计算子区域平均灰度G
ave
‑
n
，由子区域平均灰度计算整体平均灰度G
ave
；
[0013]进一步的，子区域平均灰度G
ave
‑
n
和整体平均灰度G
ave
的计算公式为：
[0014][0015][0016]其中，大小为m*n的统计数据I
sub
是统计数据I的子，G
ave
‑
n
是I
sub
‑
n
(r,c)的平均灰度，r和c是像素的行和列坐标，W(r,c)为像素级的灰度修正因子。
[0017]进一步的，像素级的灰度修正因子的计算公式为：
[0018]W(r,c)＝Ws(r
c
,c
c
,r,c)*We(R
oe
,r,c)
[0019]其中，Ws(r
c
,c
c
,r,c)为空间位置决定的权重，We(R
oe
,r,c)为过曝因子的权重，R
oe
为过曝率。
[0020]进一步的，过曝率的公式为：
[0021][0022][0023]其中，T为预设的过曝阈值，OE
NUM
为统计数据I中过曝的像素数量，E
NUM
为统计数据I中未过曝的像素数量。
[0024]步骤四、根据子区域I
sub
‑
n
的过曝率R
oe
‑
n
、所处的空间位置与目标灰度的差值，修正子区域的平均灰度G
ave
‑
n
和整体平均灰度G
ave
；
[0025]进一步的，在计算曝光参数前，逐区域修正子区域的平均灰度G
ave
‑
n
的公式为：
[0026][0027]其中，w1、w2为线性系数，b1、b2为偏置，G
tar
为图像目标灰度，G
avg
‑
n
子为区域的平均灰度。
[0028]步骤五、当图像的G
ave
‑
n
、G
ave
与目标灰度G
tar
的差异均小于阈值y_range，
[0029]则直接进入步骤八进行参数下发，否则进入步骤六；
[0030]步骤六、根据图像的目标灰度G
tar
、整体平均灰度G
avg
、修正后的子区域平均灰度G
ave
‑
n
，计算调整整体平均灰度步长step和子区域平均灰度步长step
n
；
[0031]进一步的，整体曝光参数调整步长step、子区域曝光参数调整步长step
n
的计算公式为：
[0032][0033][0034]其中，spd
ae
为自动曝光的速度，bit_depth为灰度y的位深，G
tol
为灰度容差，
△
y
‑
n
为平均灰度G
ave
‑
n
与目标灰度G
tar
的灰度差值，
△
y
为整体平均灰度G
ave
与目标灰度G
tar
的灰度差值。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动曝光方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、自动曝光前，根据图像传感器的曝光时间、增益、光源亮度的调整范围，生成自动曝光索引表，在索引表中移动预设的步长实现固定比例的图像灰度调整；步骤二、自动曝光时，首先对图像IMG进行抽样，等间距选取像素点，得到抽样统计数据；步骤三、将抽样统计数据划分为N个子区域抽样数据，计算子区域平均灰度和整体平均灰度；步骤四、根据子区域的过曝率、所处的空间位置与目标灰度的差值，修正子区域的平均灰度和整体平均灰度；步骤五、当图像的子区域的平均灰度、整体平均灰度与目标灰度的差异均小于阈值，则执行步骤八，否则执行步骤六；步骤六、根据图像的目标灰度整体平均灰度、子区域平均灰度，得到整体曝光参数调整步长和子区域曝光参数调整步长；步骤七、根据曝光索引表及上一帧的曝光参数，结合整体曝光参数调整步长和子区域曝光参数调整步长，计算新的光源亮度和图像传感器的曝光参数；步骤八、下发曝光参数。2.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，自动曝光索引表中相邻位置满足如下关系：para
code_n+1
＝para
code_n
*2
index
其中，para
code_n
为索引表格中第n步的值，para
code_n+1
为索引表格中第n+1步的值，index为亮度变化的固定比例，para为曝光时间AE_time、增益系数AE_gain和光源亮度L
n
。3.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，子区域的平均灰度G
ave
‑
n
和整体平均灰度G
ave
的计算公式为：的计算公式为：其中，大小为m*n的统计数据I
sub
‑
n
是统计数据I的子区域之一，G
ave
‑
n
是I
sub
‑
n
的平均灰度，r和c是像素的行和列坐标，W(r,c)为像素级的灰度修正因子。4.根据权利要求3所述的自动曝光方法，其特征在于，像素级的灰度修正因子的计算公式为：W(r,c)＝Ws(r
c
,c
c
,r,c)*We(R
oe
,r,c)其中，Ws(r
c
,c
c
,r,c)为空间位置决定的权重，We(R
oe
,r,c)为过曝因子的权重，R
oe
为过曝率。5.根据权利要求4所述的自动曝光方法，其特征在于，过曝率的公式为：
其中，T为预设的过曝阈值，OE
NUM
为统计数据I中过曝的像素数量，E
NUM
为统计数据I中未过曝的像素数量。6.根据权利要求3所述的自动曝光方法，其特征在于，修正子区域的平均灰度的公式为：其中，w1、w2为线性系数，b1、b2为偏置，G
tar
为图像目标灰度，G
avg
‑
n
子为区域的平均灰度。7.根据权利要求1所述的自动曝光方法，其特征在于，计算子区域曝光参数调整步长的公式为：其中，spd
ae
为自动曝光的速度，bit_depth为灰度y的位深，G
tol
为灰度容差，
△
y
‑
n
为平均灰度G

【专利技术属性】
技术研发人员：谢文亮，都汶妮，印帅，刘奇松，
申请(专利权)人：湖南唯德康医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：