內窺鏡設備及其控制方法
【專利摘要】公開了一種內窺鏡設備及其控制方法。所述內窺鏡設備包括：光源，具有輸出彼此交叉的光束的多個光源組件；估計器，估計對象的內表面的幾何形狀；控制器，進行控制，從而基于對象的內表面的估計的幾何形狀來可變地調節(jié)由所述多個光源組件中的任何一個光源組件輸出的光束的強度。
【專利說明】內窺鏡設備及其控制方法
[0001]本申請要求于2013年2月14日提交到韓國知識產權局的第10-2013-0015969號韓國專利申請的優(yōu)先權，該申請的公開內容通過引用完整地合并于此。
【技術領域】
[0002]與示例性實施例一致的方法和設備涉及一種內窺鏡設備及其控制方法，更具體地講，涉及一種使用多個光源的內窺鏡設備及其控制方法。
【背景技術】
[0003]內窺鏡設備是可用于拍攝并觀察狹窄空間(諸如人體或機器的內部)的設備。具體地講，醫(yī)學領域中的內窺鏡設備使用戶能夠通過使用小相機觀察人體的內部(例如，胃、支氣管、咽喉、大腸、小腸和/或任何其他內部器官或部分)并在不必切開腹部或形成切口的情況下檢查人體內部的條件 。
[0004]現(xiàn)有內窺鏡設備正被日益用于各種工業(yè)目的，諸如使用戶能夠在不必分解精密機器的情況下觀察精密機器的內部、使用戶能夠檢查管道內部的條件和/或其他相似類型的目的。
[0005]一般內窺鏡設備在彎曲設備的前端配備有被構造為獲得圖像的微型相機和光源，并且在彎曲設備內部提供有被構造為調節(jié)彎曲設備的彎曲度的調節(jié)線。調節(jié)線通常被嵌入在長且窄的插入管的內部，并連接到具有被構造為調節(jié)各彎曲方向的上/下左/右激勵器(activator)的手柄。插入管被形成為具有預定長度以便到達人體或精密機器的內部。
[0006]圖1A、圖1B和圖1C是示出現(xiàn)有技術的傳統(tǒng)內窺鏡設備的各個缺點的示圖。
[0007]如圖1A中所示，現(xiàn)有技術的內窺鏡設備將不同量的光提供給人體的內表面上的不同區(qū)域，因此存在的問題是，如圖所示，可能難以例如在如圖1B和圖1C中的圓中所示的深色區(qū)域中或者在諸如圖1C中的左側圓中所示的高亮區(qū)域中獲得清晰圖像。

【發(fā)明內容】

[0008]示例性實施例的目的在于提供一種基于身體的內表面的幾何形狀提供光照的內窺鏡設備及其控制方法。
[0009]根據(jù)示例性實施例，一種內窺鏡設備包括:光源，包括被構造為輸出彼此交叉的光束的多個光源組件；估計器，被構造為估計身體的內表面的幾何形狀；控制器，被構造為進行控制，從而基于身體的內表面的估計的幾何形狀來可變地調節(jié)由所述多個光源組件中的任何一個光源組件輸出的光束的強度。
[0010]另外，所述內窺鏡設備還可包括:光調節(jié)器，被構造為調節(jié)由所述多個光源組件輸出的多個光束中的至少一個光束的輸出狀態(tài)，控制器還可被構造為基于身體的內表面的估計的幾何形狀控制光調節(jié)器調節(jié)所述多個光束中的至少一個光束的發(fā)射方向和發(fā)射范圍中的至少一個。
[0011]控制器還被構造為進行控制，從而基于對象的內表面的估計的幾何形狀不同地調節(jié)所述多個光束中的由所述多個光源組件中的第一光源組件輸出的第一光束的強度，控制器還被構造為基于對象的內表面的估計的幾何形狀控制光調節(jié)器調節(jié)所述多個光束中的由所述多個光源組件中的第二光源組件輸出的第二光束的發(fā)射方向，并基于對象的內表面的估計的幾何形狀控制光調節(jié)器調節(jié)所述多個光束中的由所述多個光源組件中的第三光源組件輸出的第三光束的發(fā)射范圍。
[0012]另外，所述內窺鏡設備還可包括:拍攝器，被構造為拍攝身體的內表面，估計器還可被構造為基于由拍攝器產生的圖像估計身體的內表面的幾何形狀。
[0013]另外，所述內窺鏡設備還可包括:深度傳感器，被構造為感測身體的內表面的深度，估計器還可被構造為基于由深度傳感器感測的深度估計身體的內表面的幾何形狀。
[0014]另外，控制器還可被構造為基于關于身體的內表面的估計的幾何形狀的法線分量與所述多個光束中的至少一個光束的方向之間的角度來調節(jié)所述多個光束中的所述至少一個光束的強度。
[0015]根據(jù)示例性實施例，一種內窺鏡的控制方法可包括:估計身體的內表面的幾何形狀；基于身體的內表面的估計的幾何形狀來可變地調節(jié)由多個光源組件中的一個光源組件輸出的光束的強度，所述多個光源組件被構造為輸出彼此交叉的多個光束。
[0016]另外，所述控制方法還可包括:調節(jié)由所述多個光源組件輸出的多個光束中的至少一個光束的輸出狀態(tài)，所述調節(jié)多個光束中的至少一個光束的輸出狀態(tài)的步驟可包括:基于身體的內表面的估計的幾何形狀來可變地調節(jié)所述多個光束中的至少一個光束的發(fā)射方向和發(fā)射范圍中的至少一個。 [0017]另外，所述控制方法還可包括:拍攝身體的內表面，所述估計身體的內表面的幾何形狀的步驟可包括:基于通過拍攝獲得的圖像估計身體的內表面的幾何形狀。
[0018]所述控制方法還可包括:感測身體的內表面的深度，所述估計身體的內表面的幾何形狀的步驟可包括:基于感測的深度估計身體的內表面的幾何形狀。
[0019]所述可變地調節(jié)光束的強度的步驟可包括:基于關于身體的內表面的估計的幾何形狀的法線分量與光束的方向之間的角度、所述多個光源組件中的輸出光束的一個光源組件與身體的內表面之間的距離以及與身體的內表面相關的反射率中的至少一個，可變地調節(jié)光束的強度。
[0020]根據(jù)前述示例性實施例，提供基于身體的內表面的幾何形狀動態(tài)地改變的光照變得可行。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]通過參照附圖描述特定示例性實施例，以上和/或其他方面將更加清楚，在附圖中:
[0022]圖1A、圖1B和圖1C是示出現(xiàn)有技術的示圖；
[0023]圖2A和圖2B是示出根據(jù)各種示例性實施例的內窺鏡設備的配置的框圖；
[0024]圖3A、圖3B、圖3C和圖4是示出根據(jù)一個或更多個示例性實施例的調節(jié)多個光束中的每個光束的輸出狀態(tài)的方法的示圖；
[0025]圖5和圖6是示出根據(jù)一個或更多個示例性實施例的軟件補償方法的示圖；
[0026]圖7是示出根據(jù)一個或更多個示例性實施例的可通過使用內窺鏡設備執(zhí)行的控制方法的示圖。
【具體實施方式】
[0027]以下，參照附圖詳細描述特定示例性實施例。
[0028]圖2A和圖2B是示出根據(jù)各種示例性實施例的內窺鏡設備的配置的框圖。
[0029]如圖2A中所示，根據(jù)一個或更多個示例性實施例的內窺鏡設備100包括光源110、估計器120和控制器130。
[0030]光源110具有多個光源組件。具體地講，光源110具有輸出彼此交叉的任意形狀的光束的多個光源組件。
[0031]這里，光源110可被實施為發(fā)光二極管(LED)陣列，但是不限于此。例如，LED陣列可以排列在圓形二維布局上。
[0032]根據(jù)另一示例性實施例，可使用氙燈激光二極管作為光源110的組件。
[0033]估計器120被構造為經由各種方法中的任何一種或更多種方法估計人體的內表面的幾何形狀(geometry)。
[0034]具體地講，估計器120可使用深度傳感器，執(zhí)行強度分布分析，和/或通過執(zhí)行光探測來估計人體的內表面的幾何形狀。
[0035]控制器130控 制內窺鏡設備100的整體操作?？刂破?30可包括中央處理單元(CPU)、用于控制內窺鏡設備100的模塊和/或用于存儲數(shù)據(jù)的只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)中的至少一個。
[0036]具體地講，控制器130可進行控制以基于人體的內表面的幾何形狀來調節(jié)多個光束中的至少一個光束的強度。更具體地講，控制器130可進行控制以調節(jié)多個光束中的至少一個光束的強度，以提供對于人體的內表面的幾何形狀最優(yōu)的光照。這里，內表面的幾何形狀表示人體的內表面的空間局部解剖(spatial topography),包括高度。以下是對用于基于人體的內表面的幾何形狀調節(jié)多個光束中的至少一個光束的強度的特定方法的描述。
[0037]另外，內窺鏡設備100還可包括光傳輸件(未不出),光傳輸件被構造為傳輸從光源110發(fā)射的光，從而照射身體內部的特定身體區(qū)域。光傳輸件(未示出)可被實現(xiàn)為可插入身體中的窄且長的插入單元，所述插入單元包括多個光纖束。
[0038]圖2B是示出根據(jù)另一示例性實施例的內窺鏡設備的構造的框圖。將省略對圖2B中示出的構造元件中的與圖2A中示出的構造元件重復的部件的詳細解釋。
[0039]拍攝器140被構造為拍攝身體的內表面。由拍攝器140拍攝的圖像可用于通過估計器120對身體的內表面的幾何形狀進行估計。
[0040]具體地講，拍攝器140可基于經由光源110提供的多個光束來拍攝身體的內表面。為此，拍攝器140可包括相機單元，相機單元包括鏡頭和圖像傳感器，諸如電荷耦合器件(CCD)。
[0041]在示例性實施例中，輸入CXD的圖像被轉換為電信號，被發(fā)送到圖像處理器，然后通過圖像處理器(未示出)被重新轉換為圖像信號，然后經由顯示單元(未示出)輸出。
[0042]光調節(jié)器150調節(jié)由多個光源組件輸出的多個光束中的一個或更多個光束的各個輸出狀態(tài)。這里，多個光束中的特定光束的輸出狀態(tài)可由該特定光束的發(fā)射方向和該特定光束的發(fā)射范圍中的至少一個來指示。這里，術語“發(fā)射范圍”表示特定光束的直徑的增加的范圍。可通過調節(jié)與相應光源組件相關的發(fā)射角度來調節(jié)發(fā)射范圍。
[0043]具體地講，光調節(jié)器150可包括使多個光束中的每個光束沿預定方向反射的透鏡(未示出)、調節(jié)多個光束中的每個光束的發(fā)射范圍的光束發(fā)射角度調節(jié)透鏡(未示出)以及諸如發(fā)射角度變換器的濾波器(未示出)，但是不限于此。例如，透鏡可被構造為布置在LED陣列的前表面上的透鏡陣列。
[0044]光調節(jié)器150可基于身體的內表面的估計的幾何形狀不同地調節(jié)由多個光源組件輸出的多個光束中的至少一個光束的發(fā)射方向和發(fā)射范圍中的至少一個，其中，所述身體的內表面的估計的幾何形狀已由估計器120基于控制器130的控制估計出。例如，在身體的內表面相對高的情況下，光調節(jié)器150可將由多個光源組件輸出的多個光束中的至少一個光束與關于身體的內表面的估計的幾何形狀的法線分量之間的發(fā)射角度調節(jié)為小。
[0045]深度傳感器160被構造為感測身體的內表面的深度。深度傳感器160可被實現(xiàn)為深度相機，但是倘若深度傳感器160是能夠感測深度的設備，則其不限于此。
[0046]在此情況下，估計器120可被構造為基于由深度傳感器160感測的深度信息來估計身體的內表面的幾何形狀。
[0047]以下是參照圖3A、圖3B和圖3C對用于通過使用控制器130調節(jié)多個光束中的至少一個光束的輸出狀態(tài)的方法的描述。
[0048]如圖3A中所示，可基于身體的內表面的幾何形狀調節(jié)多個光束11、12、13、14和15中的每個光束的范圍。例如，可在身體的內表面的高度相同的部分311中將多個光束中的各個光束的強度調節(jié)為均勻的，而在身體的內表面的高度不相同的部分312中將多個光束中的各個光束的強度可變地調節(jié)為不同的。
[0049]另外，如圖3B中所示，可基于身體的內表面的幾何形狀調節(jié)多個光束中的每個光束的發(fā)射方向。例如，可調節(jié)多個光束中的各個光束的發(fā)射方向以針對表面高度為高的區(qū)域313趨于會聚，并針對表面高度為低的區(qū)域314趨于發(fā)散。
[0050]另外，如圖3C中所示，可基于身體的內表面的幾何形狀調節(jié)多個光束中的每個光束的發(fā)射范圍。例如，可在平均表面高度為高的區(qū)域315中通過將相對于法線的每個光束的發(fā)射角度調節(jié)為相對小來調節(jié)多個光束中的各個光束的發(fā)射范圍，并在平均表面高度為低的區(qū)域316中通過將相對于法線的每個光束的發(fā)射角度調節(jié)為相對大來調節(jié)多個光束中的各個光束的發(fā)射范圍。
[0051]此外,控制器130可基于關于身體的內表面的法線分量與多個光束中的每個光束的方向之間的角度、多個光源組件中的至少一個光源組件與身體的內表面之間的距離以及與身體的內表面相關的反射率中的至少一個來控制調節(jié)多個光束中的每個光束的范圍。
[0052]例如，拍攝的圖像的像素值I=[Ii，..., IN]T可通過應用下面的數(shù)學公式來計算:
[0053][數(shù)學公式I] [0054]I = kd (Aitl)
[0055]
【權利要求】
1.一種內窺鏡設備，包括: 光源，包括被構造為輸出彼此交叉的光束的多個光源組件； 估計器，被構造為估計對象的內表面的幾何形狀； 控制器，被構造為進行控制，從而基于對象的內表面的估計的幾何形狀來不同地調節(jié)由所述多個光源組件中的任何一個光源組件輸出的光束的強度。
2.根據(jù)權利要求1所述的內窺鏡設備，還包括:光調節(jié)器，被構造為調節(jié)由所述多個光源組件輸出的多個光束中的至少一個光束的輸出狀態(tài)， 其中，控制器還被構造為基于對象的內表面的估計的幾何形狀控制光調節(jié)器調節(jié)所述多個光束中的至少一個光束的發(fā)射方向和發(fā)射范圍中的至少一個。
3.根據(jù)權利要求2所述的內窺鏡設備，其中，控制器還被構造為進行控制，從而基于對象的內表面的估計的幾何形狀不同地調節(jié)所述多個光束中的由所述多個光源組件中的第一光源組件輸出的第一光束的強度， 其中，控制器還被構造為基于對象的內表面的估計的幾何形狀控制光調節(jié)器調節(jié)所述多個光束中的由所述多個光源組件中的第二光源組件輸出的第二光束的發(fā)射方向，并基于對象的內表面的估計的幾何形狀控制光調節(jié)器調節(jié)所述多個光束中的由所述多個光源組件中的第三光源組件輸出的第三光束的發(fā)射范圍。
4.根據(jù)權利要求 1所述的內窺鏡設備，還包括:拍攝器，被構造為拍攝對象的內表面， 其中，估計器還被構造為基于由拍攝器產生的圖像估計對象的內表面的幾何形狀。
5.根據(jù)權利要求4所述的內窺鏡設備，其中，控制器還被構造為對由拍攝器產生的圖像執(zhí)行局部對比度增強。
6.根據(jù)權利要求4所述的內窺鏡設備，其中，控制器還被構造為對由拍攝器產生的圖像執(zhí)行光亮度增強。
7.根據(jù)權利要求4所述的內窺鏡設備，其中，控制器還被構造為對由拍攝器產生的圖像執(zhí)行顏色補償。
8.根據(jù)權利要求1所述的內窺鏡設備，還包括:深度傳感器，被構造為感測對象的內表面的深度， 其中，估計器還被構造為基于由深度傳感器感測的深度估計對象的內表面的幾何形狀。
9.根據(jù)權利要求1所述的內窺鏡設備，其中，控制器還被構造為基于關于對象的內表面的估計的幾何形狀的法線分量與所述多個光束中的至少一個光束的方向之間的角度來調節(jié)所述多個光束中的至少一個光束的強度。
10.一種內窺鏡的控制方法，包括: 估計對象的內表面的幾何形狀； 基于對象的內表面的估計的幾何形狀來不同地調節(jié)由多個光源組件中的一個光源組件輸出的光束的強度， 其中，所述多個光源組件被構造為輸出彼此交叉的多個光束。
11.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，還包括: 調節(jié)由所述多個光源組件輸出的多個光束中的至少一個光束的輸出狀態(tài)， 其中，所述調節(jié)多個光束中的至少一個光束的輸出狀態(tài)的步驟包括:基于對象的內表面的估計的幾何形狀來不同地調節(jié)所述多個光束中的至少一個光束的發(fā)射方向和發(fā)射范圍中的至少一個。
12.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，還包括:拍攝對象的內表面， 其中，所述估計對象的內表面的幾何形狀的步驟包括:基于通過拍攝獲得的圖像估計對象的內表面的幾何形狀。
13.根據(jù)權利要求12所述的控制方法，還包括:對通過拍攝獲得的圖像執(zhí)行局部對比度增強。
14.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，還包括:感測對象的內表面的深度， 其中，所述估計對象的內表面的幾何形狀的步驟包括:基于感測的深度估計對象的內表面的幾何形狀。
15.根據(jù)權利要求10所述的控制方法，其中，所述不同地調節(jié)光束的強度的步驟包括:基于關于對象的內表面的估計的幾何形狀的法線分量與光束的方向之間的角度、所述多個光源組件中的輸出光束的一個光源組件與對象的內表面之間的距離以及與對象的內表面相關的反射率中的至少一個，不同地調節(jié)光束的強度。
【文檔編號】A61B1/04GK103989452SQ201410051099
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年2月14日 優(yōu)先權日:2013年2月14日
【發(fā)明者】斯特潘·圖里亞科夫, 李太熙, 趙昇紀, 韓熙喆 申請人:三星電子株式會社