電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)及電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)字醫(yī)療影像系統(tǒng)，具體涉及一種電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)及圖像處理方法。一種電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，包括前端內(nèi)窺鏡、圖像處理板、視頻監(jiān)視器，所述圖像處理板集成了視頻采集及編碼電路、DSP處理器、視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路；所述前端內(nèi)窺鏡的CCD圖像傳感器輸出信號連接視頻采集及編碼電路，所述視頻采集及編碼電路輸出連接DSP處理器，所述DSP處理器輸出連接視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路，所述視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路通過視頻輸出接口連接視頻監(jiān)視器；一種電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，采用小波變換與閥值收縮法對CCD圖像傳感器采集的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行圖像去噪及增強(qiáng)處理，得到增強(qiáng)后的圖像，然后對圖像進(jìn)行編解碼處理，并通過視頻監(jiān)視器顯示。
【專利說明】電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)及電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字醫(yī)療影像系統(tǒng)，具體的說，涉及了一種電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)及圖像處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字醫(yī)療影像處理與電子內(nèi)窺鏡診療技術(shù)是國家醫(yī)療體系發(fā)展和現(xiàn)代醫(yī)療設(shè)備建設(shè)的方向，也是提高醫(yī)院管理水平、運(yùn)行效率和醫(yī)療質(zhì)量的重要手段。
[0003]電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)、微電子、數(shù)字圖像處理等技術(shù)有機(jī)融合，通過內(nèi)窺鏡前端傳感器采集圖像信號，經(jīng)過高清視頻圖像處理，使醫(yī)生能直接觀察到人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài)、體內(nèi)病變情況，能夠?yàn)榕R床診斷、病情跟蹤和確定治療方案提供重要依據(jù)。隨著國家重視建設(shè)公共衛(wèi)生體系和各級衛(wèi)生條件的改進(jìn)提高，電子內(nèi)窺鏡作為各級醫(yī)院改善診療條件的主要手段而廣泛應(yīng)用，將為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展帶來突破，各種疑難病癥也會(huì)得到準(zhǔn)確的診斷和治療。
[0004]國外的電子內(nèi)窺鏡技術(shù)相對比較成熟，但產(chǎn)品技術(shù)具有壟斷性和保密性。我國中高端電子內(nèi)窺鏡主要依賴進(jìn)口產(chǎn)品，由于設(shè)備價(jià)格昂貴，導(dǎo)致目前看病難和價(jià)格高等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了我國的醫(yī)療水平和人民的身體健康。國內(nèi)電子內(nèi)窺鏡的研制水平相對落后，推出產(chǎn)品不多且檔次較低，無法滿足較高的診斷要求。
[0005]因此，通過產(chǎn)學(xué)研結(jié)合方式研究電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)及其應(yīng)用，開發(fā)可以替代進(jìn)口的現(xiàn)代電子內(nèi)窺鏡影像產(chǎn)品，可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，縮小與國際先進(jìn)技術(shù)的差距，對提高我國醫(yī)療水平，改善人民生活質(zhì)量有著積極的影響。
[0006]同時(shí)，電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)要求具有高速的數(shù)字信號處理能力，高分辨率CCD圖像傳感器進(jìn)行圖像采集，圖像處理電路對內(nèi)窺鏡圖像信號進(jìn)行處理、信息存儲(chǔ)和視頻圖像捕捉、放大、顯示等圖像處理功能。通過圖像處理與管理可以對疑點(diǎn)及病灶部位的圖像進(jìn)行追蹤、定位、凍結(jié)、放大、儲(chǔ)存、再現(xiàn)，實(shí)施治療前后效果對比，提供有效的病例資料，并可以為復(fù)查提供很好的依據(jù)。目前對于圖像處理的技術(shù)較多，技術(shù)也較成熟，但對于初始圖像信息的降噪處理，仍然是關(guān)乎到后期圖形處理的關(guān)鍵過程。
[0007]小波變換是傳統(tǒng)傅里葉變換的繼承和發(fā)展，由于小波的多分辨率分析具有良好的空間域和頻率域局部化特性，對高頻采用逐漸精細(xì)的時(shí)域或空域步長，可以聚焦到分析對象的任意細(xì)節(jié)，因此特別適合于圖像信號這一類非平穩(wěn)信源的處理，已成為一種信號/圖像處理的新手段。目前，小波分析已被成功地應(yīng)用于信號處理、圖象處理、語音與圖像編碼、語音識別與合成、多尺度邊緣提取和重建、分形及數(shù)字電視等科學(xué)領(lǐng)域。
[0008]現(xiàn)實(shí)中采集來的圖像往往含有大量噪聲，這些噪聲主要分布在小波變換域的小尺度小波系數(shù)上，而這些細(xì)節(jié)系數(shù)也包含了大量的圖像細(xì)節(jié)信息，傳統(tǒng)的方法對噪聲考慮不足，只是簡單的增強(qiáng)細(xì)節(jié)信號，存在著噪聲放大的問題。因此，如何對圖像進(jìn)行有效的處理，直接關(guān)系到獲得的影像質(zhì)量。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性強(qiáng)的電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，能以最低的成本為視頻圖像應(yīng)用提供理想的核心動(dòng)力；
[0010]本發(fā)明同時(shí)提供了一種電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，主要是采用小波變換與閥值收縮法對CCD圖像傳感器采集的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行圖像去噪與增強(qiáng)處理，從而提高了圖像信號的質(zhì)量。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0012]一種電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，包括前端內(nèi)窺鏡、照明光源、圖像處理板、視頻監(jiān)視器，所述前端內(nèi)窺鏡輸出信號連接圖像處理板，所述圖像處理板輸出連接視頻監(jiān)視器，所述圖像處理板集成了視頻采集及編碼電路、DSP處理器、視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路以及包括接口電路、電源電路在內(nèi)的外圍電路；所述前端內(nèi)窺鏡的CCD圖像傳感器輸出信號連接視頻采集及編碼電路，所述視頻采集及編碼電路輸出連接DSP處理器，所述DSP處理器輸出連接視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路，所述視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路通過視頻輸出接口連接視頻監(jiān)視器。
[0013]所述DSP處理器采用TI公司的DM365雙核DSP處理器，視頻采集及編碼電路采用視頻解碼器TVP5150，所述CXD圖像傳感器輸出信號接入視頻解碼器TVP5150的輸入端，所述視頻解碼器TVP5150輸出視頻編碼信號連接DSP處理器。
[0014]所述視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路包括數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路，所述DSP處理器DAC四個(gè)輸出端子分別連接一路數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路，通過所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路連接視頻監(jiān)視器。
[0015]所述的電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，包括音頻編解碼電路，所述音頻編解碼電路采用集成電路TLV320AIC23BPW，所述DSP處理器輸出音頻信號經(jīng)過雙向傳輸電平轉(zhuǎn)換器連接音頻編解碼電路，與所述音頻編解碼電路時(shí)鐘輸入端連接有多時(shí)鐘發(fā)生器，所述多時(shí)鐘發(fā)生器采用集成電路芯片PLL170OTBQ，所述多時(shí)鐘發(fā)生器輸出連接所述音頻編解碼電路。
[0016]所述的電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，含有時(shí)鐘分頻電路，所述時(shí)鐘分頻電路采用CPLD器件XC2C128，所述CPLD器件XC2C128通過相應(yīng)功能端口和控制端口分別連接DSP處理器、視頻編碼器TVP5150及擴(kuò)展通信接口電路。
[0017]一種電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其步驟包括:首先，對CCD圖像傳感器采集的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，完成圖像的自動(dòng)白平衡、自動(dòng)曝光和自動(dòng)聚焦，然后對經(jīng)過預(yù)處理的圖像進(jìn)行編解碼處理后形成RGB或YUV格式視頻圖像，再通過VGA或者S-Video接口直接顯示在高分辨率顯示器上，其中與現(xiàn)有技術(shù)不同的是:采用小波變換與閥值收縮法對CCD圖像傳感器采集的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)行圖像去噪及增強(qiáng)處理，步驟如下:
[0018]I)將含噪圖像在各尺度上進(jìn)行小波變換，保留大尺度低分辨率下的全部小波系數(shù)；
[0019]2)對于各尺度高分辨率下的小波系數(shù)，設(shè)定一個(gè)閥值，幅值不大于該閥值的小波系數(shù)置為0，幅值大于該閥值的小波系數(shù)保留或者收縮為該點(diǎn)值與閥值的差值；
[0020]3)設(shè)定增強(qiáng)系數(shù)，對每層得到的小波系數(shù)進(jìn)行增強(qiáng)變換，對經(jīng)過上述處理的小波系數(shù)進(jìn)行逆小波變換，即對圖像進(jìn)行重構(gòu)，得到增強(qiáng)后的圖像。
[0021]所述的電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，對含噪聲圖像進(jìn)行小波變換的步驟是:對于像素點(diǎn)數(shù)為N的含噪圖像X，設(shè)N = 2J,利用正交小波變換的Mallat快速算法獲得分辨率L(O^L< J)下的尺度系數(shù)!Λ,,，k= 1，2...，21}，以及各分辨率下的小波系數(shù)Iffj,k，j =L，L+1，-,J-l,k = I,…，2j)，其中尺度系數(shù)和小波系數(shù)共N個(gè)，其中N、J、L、K為自然數(shù)；采用周期延拓方法處理邊界。
[0022]所述的電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，對小波系數(shù)進(jìn)行非線性閥值處理的步驟如下:為保持圖像的整體形狀不變，保留所有的低頻系數(shù)Vuk，k = 1，2…，2S取閥值
【權(quán)利要求】
1.一種電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，包括前端內(nèi)窺鏡、照明光源、圖像處理板、視頻監(jiān)視器，所述前端內(nèi)窺鏡輸出信號連接圖像處理板，所述圖像處理板輸出連接視頻監(jiān)視器，其特征在于:所述圖像處理板集成了視頻采集及編碼電路、DSP處理器、視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路以及包括接口電路、電源電路在內(nèi)的外圍電路；所述前端內(nèi)窺鏡的CCD圖像傳感器輸出信號連接視頻采集及編碼電路，所述視頻采集及編碼電路輸出連接DSP處理器，所述DSP處理器輸出連接視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路，所述視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路通過視頻輸出接口連接視頻監(jiān)視器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，其特征在于:所述DSP處理器采用TI公司的DM365雙核DSP處理器，視頻采集及編碼電路采用視頻解碼器TVP5150，所述CXD圖像傳感器輸出信號接入視頻解碼器TVP5150的輸入端，所述視頻解碼器TVP5150輸出視頻編碼信號連接DSP處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，其特征在于:所述視頻解碼及驅(qū)動(dòng)放大電路包括數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路，所述DSP處理器DAC四個(gè)輸出端子分別連接一路數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路，通過所述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換電路連接視頻監(jiān)視器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，其特征在于:包括音頻編解碼電路，所述音頻編解碼電路采用集成電路TLV320AIC23BPW，所述DSP處理器輸出音頻信號經(jīng)過雙向傳輸電平轉(zhuǎn)換器連接音頻編解碼電路，與所述音頻編解碼電路時(shí)鐘輸入端連接有多時(shí)鐘發(fā)生器，所述多時(shí)鐘發(fā)生器采用集成電路芯片PLL1705DBQ，所述多時(shí)鐘發(fā)生器輸出連接所述音頻編解碼電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子內(nèi)窺鏡影像系統(tǒng)，其特征在于:含有時(shí)鐘分頻電路，所述時(shí)鐘分頻電路采用CPLD器件XC2C128，所述CPLD器件XC2C128通過相應(yīng)功能端口和控制端口分別連接DSP處理器、視頻編碼器TVP5150及擴(kuò)展通信接口電路。
6.一種電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其步驟包括:首先，對CCD圖像傳感器采集的圖像信息進(jìn)行預(yù)處理；然后對經(jīng)過預(yù)處理的圖像進(jìn)行編解碼處理后形成RGB或YUV格式視頻圖像；其特征是:采用小波變換與閥值收縮法對CCD圖像傳感器采集的圖像信息進(jìn)行去噪及增強(qiáng)處理，其步驟如下: 1)將含噪圖像在各尺度上進(jìn)行小波變換，保留大尺度低分辨率下的全部小波系數(shù)； 2)對于各尺度高分辨率下的小波系數(shù)，設(shè)定一個(gè)閥值，幅值不大于該閥值的小波系數(shù)置為O，幅值大于該閥值的小波系數(shù)保留或者收縮為該點(diǎn)值與閥值的差值； 3)設(shè)定增強(qiáng)系數(shù)，對每層得到的小波系數(shù)進(jìn)行增強(qiáng)變換，對經(jīng)過上述處理的小波系數(shù)進(jìn)行逆小波變換，即對圖像進(jìn)行重構(gòu)，得到增強(qiáng)后的圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征是:對含噪聲圖像進(jìn)行小波變換的步驟是:對于像素點(diǎn)數(shù)為N的含噪圖像X，設(shè)N = 2J,利用正交小波變換的Mallat快速算法獲得分辨率L(0≤L < J)下的尺度系數(shù):{Vu，k = 1,2-,2l}， 以及各分辨率下的小波系數(shù):{W」,k，j = L，L+l, -,J-Lk= I,…，2j}， 其中尺度系數(shù)和小波系數(shù)共N個(gè)，其中N、J、L、K為自然數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征是:對小波系數(shù)進(jìn)行非線性閥值處理的步驟如下: 為保持圖像的整體形狀不變，保留所有的低頻系數(shù)Vuk，k = 1，2…，2S取閥值
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征是:對每層得到的小波系數(shù)進(jìn)行增強(qiáng)變換的步驟如下: 結(jié)合前述對小波系數(shù)的處理，設(shè)增強(qiáng)系數(shù)Wv,i，其中，V為尺度系數(shù)，i取值1，2，3，分別代表HH、HL、LH子帶圖像，對每層得到的小波系數(shù)進(jìn)行增強(qiáng)變換:
10.根據(jù)權(quán)利要求6~9任一項(xiàng)所述的電子內(nèi)窺鏡圖像處理方法，其特征是:設(shè)相應(yīng)的尺度函數(shù)為心，小波函數(shù)為Ψ (X)，二維尺度函數(shù)
【文檔編號】G06T5/00GK103873830SQ201410105527
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】李振中, 周長林, 李卓, 高飛, 周敬召, 李曉斐, 李明安, 王永飛, 李明明, 陳歡歡 申請人:鄭州賽福特電子設(shè)備有限公司