CC BY
59
УДК 680.5.01:621.384, 616-072.1
А. Н. Стрелкова, А. А. Степченко
Курский государственный технический университет
УСТРОЙСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЯ
ПРИ ЭНДОСКОПИИ
Представлено устройство повышения качества эндоскопических изображений при анализе желудка. Путем цифровой обработки изображений в реальном времени устройство обеспечивает коррекцию яркостных искажений, вызванных отражением источника света от слизистой оболочки, и коррекцию дистор-сии оптической системы эндоскопа.
В настоящее время перед разработчиками эндоскопов остаются не полностью решенными две задачи. Первая связана со значительной потерей яркости света в месте стыковки фиброволокна с узлом эндоскопа, предназначенным для передачи света. Известным решением данной проблемы является применение мощных источников света. Однако при увеличении интенсивности освещения существенно увеличивается вероятность появления на получаемом эндоскопом изображении засвеченных областей и бликов. Вторая задача заключается в коррекции искажений периферических областей поля зрения, вызванных дисторсией оптической системы эндоскопа. Эта задача в настоящее время частично решается введением в оптическую систему эндоскопа корректирующих линз, устраняющих искажение изображения. Однако введение в оптическую систему дополнительных корректирующих элементов вносит другие искажения и увеличивает габариты эндоскопа, что недопустимо.
Решением указанных задач является коррекция искажений после получения изображения на основе его цифровой обработки без изменения конструкции оптической системы путем введения предлагаемого устройства повышения качества изображения между датчиком изображения и приемником изображения.
Устройство повышения качества изображения при эндоскопии состоит из блока ввода изображения БВИ (рис. 1), блока вывода восстановленного изображения БВ, блока контроля чувствительности датчика изображения БКЧ, блока обработки изображения БОИ, блока коррекции БК, блока медианной фильтрации МФ, блока регистров БР, запоминающих устройств ЗУ1, ЗУ2, ЗУЗ, ЗУ4 (рис. 2).
Рис. 1
БВ
Рис. 2
Принцип функционирования устройства заключается в коррекции дисторсии при получении изображения и последующем восстановлении искаженных бликами областей изображения двумя различными способами в зависимости от величины блика.
В процессе функционирования устройства на вход блока ввода изображения поступает изображение исследуемого участка желудка. Блок ввода изображения осуществляет аналого-цифровое преобразование видеосигнала и одновременно производит коррекцию дисторсии оптической системы эндоскопа посредством записи каждого поступающего пикселя изображения в позицию, определяемую скорректированными координатами [1].
Для описания дисторсии используется модель, в соответствии с которой искажения, вызванные дисторсией линз, имеют вид [2]:
Ахг = хк1Г 2;
Ьуг = ук1г 2, (1)
где (ахг, ауг) — отклонения точки изображения от ее истинного положения, которое занимала бы точка при отсутствии дисторсии; к} — коэффициент дисторсии, постоянный для опти-
1/2
ческой системы эндоскопа; г = (х2+у2) — расстояние от центра кадра до точки с координатами (х, у).
Предварительно (до начала работы устройства) в блок ввода изображения (см. рис. 1) исправленные координаты (х,у ) для каждого пикселя изображения с координатами (х, у) записываются в ОЗУ таблиц коррекции по адресу А, равному
А = х + уХ, (2)
где X — количество пикселей кадра изображения по горизонтали.
В процессе ввода изображения от источника видеосигнала поступает аналоговый сигнал на вход АЦП и управляющие сигналы на вход схемы управления (см. рис. 1) блока БВИ. Схема управления выделяет импульсы начала строки и столбца и подает их на соответст-
вующие счетчики. С выходов счетчиков строки и столбца координаты текущего обрабатываемого пикселя поступают на вход формирователя адреса. Формирователь адреса определяет адрес в ОЗУ с таблицей коррекции, где ранее были записаны исправленные координаты текущего пикселя. На выходе ОЗУ таблицы коррекции формируются значения (х/,у/), которые вторым формирователем адреса преобразуются в адрес А
А = х + у1 х. (3)
По адресу А/ в ОЗУ видеоданных записывается значение яркости текущего пикселя. После прихода всех пикселей очередного кадра в ОЗУ видеоданных записано изображение, не искаженное влиянием дисторсии.
Из БВИ изображение передается на дальнейшую обработку для коррекции бликов. Принцип коррекции бликов на изображении при эндоскопии заключается в следующем. На вход устройства поступает исходное изображение, по которому производится обнаружение бликов и определение количества точек, их составляющих. При условии, что площадь блика не превышает заданную пороговую величину, устройство корректирует блик посредством медианной фильтрации [3]. В противном случае дополнительно производится получение кадра изображения в текущей позиции эндоскопа с уменьшенной чувствительностью датчика изображения, позволяющей уменьшить влияние блика, и замена искаженной области на исходном изображении на соответствующую область дополнительно полученного изображения. После коррекции бликов устройство передает скорректированное изображение для дальнейшего анализа.
Устройство повышения качества эндоскопических изображений представлено на рис. 3. Устройство производит последовательную обработку получаемых эндоскопом изображений слизистой оболочки до момента окончания эндоскопического анализа желудка (блок 1). Обработка каждого изображения заключается в следующем.
До начала обработки изображения в блоке регистров, состоящем из регистров А, В, С, Б и Е, в регистре Б, являющемся регистром флагов, устанавливаются начальные значения переменных (флагов) ЕЕ, Е8Т, Ь8Т, ВЯ и ЕХС, используемых в процессе работы устройства: Е£Т=1, Ь8Т= 0, ВЯ =0, ЕХС=0.
После операции установки флагов (блок 2 алгоритма) блок контроля чувствительности устанавливает в регистре С чувствительность датчика изображения, при которой получают кадр изображения.
Далее с блока контроля чувствительности на датчик изображения поступает значение чувствительности датчика изображения. После этого блок ввода изображения записывает изображение в ЗУ2 при значении „1" флага Е5Т, а при значении „0" - в ЗУ2 (блок 4). При этом значение флага Е8Т подается на блок ввода изображения с блока регистров.
Затем с ЗУ1 на блок обработки изображения последовательно поступают значения яркостей точек изображений (блок 6), причем смещение текущей точки (адрес) относительно начала ЗУ1 поступает на блок обработки изображения с блока регистров и хранится в регистре В.
Блок обработки изображения производит сравнение полученного значения яркости текущей точки с пороговым значением (блок 7), хранящимся в регистре А. При условии, что полученное значение меньше порогового, блок обработки изображения подает на блок регистров сигнал, свидетельствующий об увеличении значения в регистре В; в результате в нем будет храниться смещение следующей точки относительно начала ЗУ1. После блок обработки изображения приступает к обработке следующей точки (блок 5).
Если же значение яркости текущей точки больше порогового (блок 8), то блок обработки изображения производит проверку на наличие в ЗУ3 признака необходимости применения медианного фильтра или признака, свидетельствующего о необходимости замены значения яркости текущей точки значением яркости точки изображения, полученного при уменьшен-
ной чувствительности датчика. При положительном результате проверки блок обработки изображения приступает к обработке следующей точки (блок 5). В противном случае блок обработки изображения подсчитывает число точек в блике, которому принадлежит текущая точка (блок 9). При этом блок обработки изображения записывает в ЗУ4 смещения (относительно начала ЗУ1) точек, принадлежащих текущему блику.
Рис. 3
Затем блок обработки изображения получает с выхода блока регистров, которому соответствует регистр Е, пороговое значение количества точек блика для применения медианного фильтра и сравнивает полученное значение с количеством точек текущего блика (блок 10). Если полученное значение меньше порогового, с блока обработки изображения на ЗУЗ по-
ступает сигнал, свидетельствующий о необходимости записи признаков применения медианного фильтра в позиции, смещения которых поступают на блок обработки изображения с ЗУ4 (блок 11). В противном случае блок обработки изображения (блок 16) записывает в ЗУ3 в те же позиции признаки необходимости замены и на блок регистров подает значение флага ЕХС, равное „1".
После того как по заданному алгоритму устройством проанализированы и обработаны все точки изображения, блок обработки изображения подает на блок регистров значение флага Ь8Т, равное „1". В результате для тех точек, которые принадлежат бликам, в зависимости от размера засвеченной области в ЗУ3 в позициях, соответствующих смещениям точек относительно начала ЗУ1, расположен либо признак необходимости применения медианного фильтра, либо признак замены.
После того как проанализированы яркости всех точек изображения, блок обработки изображения направляет на блок медианной фильтрации сигнал, свидетельствующий о том, что в тех точках, для которых в позициях ЗУЗ, соответствующих их смещениям относительно начала ЗУ1, находится признак необходимости применения медианного фильтра [3], получаемый блоком медианной фильтрации с ЗУ3, следует применить медианную фильтрацию (блок 13). Блок медианной фильтрации после применения медианного фильтра к каждой из указанных точек записывает их новые значения в ЗУ1 вместо уже имеющихся.
После этого (блок 14) блок обработки изображения осуществляет проверку значения флага ЕХС. Если оно равно „1", то блок обработки изображения (блок 15) направляет на вход блока контроля чувствительности сигнал, свидетельствующий о том, что на время получения одного кадра необходимо уменьшить значение чувствительности датчика изображения, и на блок регистров подает значение флага ЕХС, равное „0".
Затем вновь полученное изображение блок ввода изображения записывает в ЗУ2. БОИ 8 (блок 12), получив с блока обработки изображения сигнал о том, что второе изображение находится в ЗУ2, направляет на блок коррекции сигнал о том, что необходимо произвести замену значений яркости точек ЗУ1, подавая на блок коррекции значения яркостей точек, полученных с ЗУ2 на блок коррекции, в позициях, в которых в ЗУ3 на соответствующих смещениям данных точек от начала блока памяти находится признак необходимости замены, получаемый блоком коррекции с ЗУЗ.
После этого блок обработки изображения подает сигнал на блок вывода восстановленного изображения о том, что с ЗУ1 на блок вывода поступает изображение, на котором засвеченные области восстановлены и которое может быть передано для дальнейшего анализа. Устройство переходит к обработке следующего изображения, если таковое получено (блок 1).
Таким образом, предлагаемое устройство позволит повысить качество эндоскопических изображений слизистой оболочки пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки и, как следствие, точность выявления патологических изменений и правильность постановки диагноза, что будет способствовать оптимизации терапии, улучшению прогноза заболевания, сокращению сроков лечения, уменьшению экономических затрат.
список литературы
1. Пат. № 2295153 РФ, МКИ в09К32/00. Корректирующее устройство ввода изображения в ЭВМ / М. И. Труфанов, Д. В. Титов. - № 2005120848; заявлено 4.07.2005; опубл. 10.03.2007 // Б. И. № 7. 6 с.
2. Пат. № 2289111 РФ, МКИ в01М11. Способ адаптивной калибровки радиальной дисторсии оптической подсистемы системы технического зрения / С. В. Дегтярев, В. С. Титов, М. И. Труфанов. - № 2004104494/09; заявлено 16.02.2004; опубл. 10.12.2006 // Б. И. № 34. 10 с.
3. Шапиро Л., Стокман Дж. Компьютерное зрение / Пер. с англ. М.: Бином. Лаборатория знания, 2006. 752 с. Рекомендована кафедрой Поступила в редакцию вычислительной техники 0l.09.07 г.
