【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)，具體涉及一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法。
技術(shù)介紹
1、內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)在現(xiàn)代醫(yī)療診斷和手術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，其圖像的穩(wěn)定性和清晰度直接影響診斷的準(zhǔn)確性和手術(shù)的安全性。然而，傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)在操作過(guò)程中容易受到手部顫抖、設(shè)備移動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)致圖像模糊和抖動(dòng)，影響診斷的準(zhǔn)確性和手術(shù)的安全性。因此，需要一種有效的圖像防抖方法及系統(tǒng)，以提高內(nèi)窺鏡圖像的穩(wěn)定性和質(zhì)量。
2、現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)：現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)主要依賴電子防抖技術(shù)，但在高精度醫(yī)療操作中，電子防抖存在局限性，無(wú)法完全消除圖像抖動(dòng)和模糊。傳統(tǒng)光學(xué)防抖技術(shù)雖然可以在一定程度上緩解抖動(dòng)問(wèn)題，但其應(yīng)用效果和實(shí)現(xiàn)方式還有待改進(jìn)和提升。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的電子防抖技術(shù)存在局限性的問(wèn)題，本專利技術(shù)的目的在于提供一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，該方法通過(guò)光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)穩(wěn)定和清晰輸出，可以為醫(yī)生提供更好的輔助診斷手段。
2、本專利技術(shù)通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：
3、一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，包括以下步驟：
4、實(shí)時(shí)采集內(nèi)窺鏡攝像頭的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，該運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)包括內(nèi)窺鏡攝像頭的三維位置變化和角速度變化信息；
5、基于采集到的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，使用圖像處理算法分析和識(shí)別出圖像抖動(dòng)的模式和程度，計(jì)算出光學(xué)和電子防抖所需的補(bǔ)償量；
6、集成高精度光學(xué)防抖組件，根據(jù)計(jì)算出的補(bǔ)
7、集成電子防抖組件，通過(guò)電子控制系統(tǒng)，調(diào)整圖像傳感器的讀出數(shù)據(jù)或圖像處理芯片的參數(shù)，進(jìn)一步消除殘余抖動(dòng)；
8、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)傳感器數(shù)據(jù)和圖像質(zhì)量，動(dòng)態(tài)調(diào)整光學(xué)防抖參數(shù)，確保持續(xù)的圖像穩(wěn)定和清晰。
9、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，在采集內(nèi)窺鏡攝像頭的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)檢測(cè)攝像頭的加速度變化，并進(jìn)而獲取位移數(shù)據(jù)，包括：
10、加速度傳感器以一定的頻率采集攝像頭的加速度數(shù)據(jù)，其中，這些數(shù)據(jù)以禁止歐拉角的形式進(jìn)行采集；
11、通過(guò)對(duì)采集到的加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分計(jì)算，得到速度數(shù)據(jù)，假設(shè)有三軸加速度數(shù)據(jù)ax,ay,az，則速度v的計(jì)算為以下公式：
12、v＝∫adt
13、進(jìn)一步對(duì)速度數(shù)據(jù)進(jìn)行積分計(jì)算，得到位移數(shù)據(jù)，假設(shè)有三軸速度數(shù)據(jù)vx,vy,vz，則位移s的計(jì)算為以下公式：
14、s＝∫vdt
15、其中，由于離散采樣和積分計(jì)算的誤差累積，位移數(shù)據(jù)隨著時(shí)間的推移而發(fā)生漂移，因此，需要對(duì)位移數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和補(bǔ)償，以提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性。
16、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，在采集內(nèi)窺鏡攝像頭的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)時(shí)，使用陀螺儀檢測(cè)攝像頭的角速度變化，從而獲取旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，包括：
17、讀取陀螺儀傳感器的數(shù)據(jù)，得到由陀螺儀傳感器輸出的關(guān)于角速度的數(shù)據(jù)；
18、將讀取到的角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換，得到攝像頭的旋轉(zhuǎn)角度變化，其中，通過(guò)積分來(lái)將角速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為角度數(shù)據(jù)，即將角速度數(shù)據(jù)按時(shí)間積分得到角度變化；
19、通過(guò)處理后的角度數(shù)據(jù)估計(jì)攝像頭的姿態(tài)，包括俯仰、橫滾和偏航角；
20、根據(jù)陀螺儀檢測(cè)到的角速度變化和姿態(tài)估計(jì)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭的運(yùn)動(dòng)控制和調(diào)整。
21、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，所述圖像處理算法包括：
22、通過(guò)卡爾曼濾波算法處理包含有加速度和角速度的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)并生成對(duì)攝像頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)結(jié)果，包括：
23、建立狀態(tài)空間模型：定義系統(tǒng)的狀態(tài)向量和狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，其中，將攝像頭的位置、速度和加速度作為狀態(tài)向量，狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣用于描述系統(tǒng)狀態(tài)如何隨時(shí)間演變；
24、初始化卡爾曼濾波器：初始化狀態(tài)向量、狀態(tài)協(xié)方差矩陣、過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣和觀測(cè)噪聲協(xié)方差矩陣等參數(shù)；
25、預(yù)測(cè)：使用狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣和控制輸入運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)和狀態(tài)的不確定性，而后更新狀態(tài)估計(jì)和狀態(tài)協(xié)方差矩陣；
26、更新：根據(jù)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，更新系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)和狀態(tài)的不確定性，計(jì)算卡爾曼增益，用于融合預(yù)測(cè)結(jié)果和測(cè)量結(jié)果；
27、生成估計(jì)結(jié)果：根據(jù)卡爾曼濾波算法得到的狀態(tài)估計(jì)，可以生成對(duì)攝像頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)結(jié)果；
28、實(shí)時(shí)更新：不斷重復(fù)預(yù)測(cè)和更新，實(shí)時(shí)更新系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)，以獲得最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)估計(jì)結(jié)果。
29、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，所述計(jì)算出光學(xué)和電子防抖所需的補(bǔ)償量，包括：
30、根據(jù)卡爾曼濾波算法的輸出結(jié)果，計(jì)算圖像需要調(diào)整的補(bǔ)償量，包括位移補(bǔ)償和旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償，具體包括：
31、對(duì)攝像頭運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)結(jié)果輸出包括以下信息：
32、攝像頭的當(dāng)前位移pk；
33、攝像頭的當(dāng)前速度vk；
34、攝像頭的當(dāng)前角度θk；
35、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的協(xié)方差矩陣pk；
36、這些輸出信息用于后續(xù)的圖像補(bǔ)償計(jì)算。
37、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，對(duì)于位移補(bǔ)償量計(jì)算，表示為以下公式：
38、δpk＝pk-pk-1
39、其中，δpk表示當(dāng)前時(shí)刻需要補(bǔ)償?shù)奈灰屏浚琾k是當(dāng)前位移，pk-1是上一個(gè)時(shí)刻的位移；
40、對(duì)于速度補(bǔ)償量計(jì)算，表示為以下公式：
41、δvk＝vk-vk-1
42、其中，δvk表示當(dāng)前時(shí)刻需要補(bǔ)償?shù)乃俣茸兓浚瑅k是當(dāng)前速度，vk-1是上一個(gè)時(shí)刻的速度。
43、對(duì)于旋轉(zhuǎn)補(bǔ)償量計(jì)算，表示為以下公式：
44、δθk＝θk-θk-1
45、其中，δθk表示當(dāng)前時(shí)刻需要補(bǔ)償?shù)男D(zhuǎn)量，θk是當(dāng)前角度，θk-1是上一個(gè)時(shí)刻的角度。
46、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，所述光學(xué)防抖組件包括：
47、光學(xué)穩(wěn)定器：將光學(xué)穩(wěn)定器內(nèi)置在鏡頭模塊中，根據(jù)計(jì)算的補(bǔ)償量，通過(guò)微型電機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)整鏡片位置，以補(bǔ)償攝像頭的位移和旋轉(zhuǎn)變化。
48、可變焦鏡頭：該鏡頭內(nèi)部配置有多個(gè)可獨(dú)立移動(dòng)的鏡片組，根據(jù)計(jì)算出的補(bǔ)償量通過(guò)電子控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)鏡片組的移動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)整光路，從而達(dá)到防抖效果。
49、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，所述電子防抖組件用于執(zhí)行：
50、傳感器數(shù)據(jù)校正：根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)，調(diào)整圖像傳感器的讀出參數(shù)，減少抖動(dòng)影響；
51、圖像后處理模塊：應(yīng)用數(shù)字濾波技術(shù)，對(duì)捕獲圖像進(jìn)行后處理，減少噪聲和抖動(dòng)。
52、根據(jù)本專利技術(shù)提供的一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，根據(jù)計(jì)算得到的補(bǔ)償量，進(jìn)行圖像后處理時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整以下參數(shù)，以補(bǔ)償攝像頭的運(yùn)動(dòng)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像處理算法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算出光學(xué)和電子防抖所需的補(bǔ)償量，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于：
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的圖像光學(xué)防抖方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圖像處理算法包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算出...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：遲崇巍，何坤山，范揚(yáng)楷，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：珠海市迪譜醫(yī)療科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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