使用遠側端帽進行校正的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 技術進步推動了醫用成像能力的發展。受益于某些最有利進步的一個領域是內窺鏡外科手術領域，該領域獲益于構成內窺鏡的組件的進步。
[0002]本公開整體涉及電磁感應與傳感器，其提高顏色準確度并降低固定模式噪聲。本公開的特征與優勢將在下面的說明書中予以闡述，并且根據說明書將是部分顯而易見的，或者本公開的做法無需過度的實驗即可被借鑒。本公開的特征與優勢將通過所附權利要求書中特別指出的器械與組合來實現和獲得。
【附圖說明】
[0003]本公開的非限制性和不完全具體實施結合下列附圖予以描述，其中除非另外指明，否則不同視圖中的類似標號是指類似的部件。本公開的優勢將結合以下描述和附圖得到更好地理解。
[0004]圖1不出了根據本公開的原理和教導內容的內窺鏡系統的各個實施例；
[0005]圖2A是根據本公開的原理和教導內容的遠側端帽的圖示；
[0006]圖2B是根據本公開的原理和教導內容的遠側端帽的圖示；
[0007]圖3示出了根據本公開的原理和教導內容的支持和啟用硬件的示意圖；
[0008]圖4A和4B分別示出了根據本公開的原理和教導內容的具有多個用于生成三維圖像的像素陣列的單片傳感器的具體實施的透視圖和側視圖；
[0009]圖5A和5B分別示出了構建在多個基板上的成像傳感器的具體實施的透視圖和側視圖，其中形成像素陣列的多個像素列位于第一基板上，并且多個電路列位于第二基板上，圖中顯示了一列像素與其相關的或對應的電路列之間的電氣連接和通信；
[0010]圖6A和6B分別示出了具有多個用于生成三維圖像的像素陣列的成像傳感器的具體實施的透視圖和側視圖，其中所述多個像素陣列和成像傳感器構建在多個基板上；
[0011]圖7為示出了根據本公開的原理和教導內容的用于調節白平衡的系統和方法的具體實施的流程圖；
[0012]圖8為示出了根據本公開的原理和教導內容的用于調節白平衡的系統和方法的具體實施的流程圖；并且
[0013]圖9為示出了根據本公開的原理和教導內容的用于調節白平衡的系統和方法的具體實施的流程圖。
【具體實施方式】
[0014]本公開涉及方法、系統和基于計算機的產品，所述方法、系統和基于計算機的產品用于可主要適用于醫療用途的數字成像，并且在啟動時或在操作期間的任何其他時間時用于在光線不足的環境中生成圖像和校正白平衡和/或固定模式噪聲。
[0015]在本公開的以下描述中，將參考構成本文一部分的附圖，這些附圖以舉例說明本公開可能實施的特定具體實施的方式示出。應當理解，在不脫離本公開的范圍的前提下，可采用其他具體實施并進行結構改變。
[0016]在描述及對本公開的主題提出權利要求時，將根據下列定義使用以下術語。
[0017]應該注意的是，除非上下文清楚地指明，否則本說明書和所附權利要求中所用的單數形式“一”、“一個”和“所述”包括復數指代物。
[0018]如本文所用，術語“包括(comprising) ”、“包括(including) ”、“包含(containing) ”、“其特征在于(characterized by)”以及它們的語法同等成分是非遍舉的或開放式的術語，不排除額外的、未述及的要素或方法步驟。
[0019]如本文所用，短語“由……組成”及其語法同等成分排除未載入權利要求書的任何要素或步驟。
[0020]如本文所用，短語“主要由……組成”及其語法同等成分將權利要求的范圍限制于規定的材料或步驟以及本質上不影響被要求保護的本公開的之一種或多種基本及新穎特征的材料或步驟。
[0021]如本文所用，術語“近側”廣義上是指靠近起始點的部分的概念。
[0022]如本文所用，術語“遠側” 一般是指與近側相反，因此根據上下文其是指距離起始點較遠的部分或最遠的部分的概念。
[0023]如本文所用，顏色傳感器或多光譜傳感器是那些已知具有顏色濾光器陣列(CFA)的傳感器，在其上以便將入射電磁輻射過濾為其單個分量。在電磁波譜的可見范圍中，此類CFA可以基于拜爾模板或其修改形式，以便分離光線中的綠色、紅色和藍色光譜分量。
[0024]現代數字視頻系統(諸如用于內窺鏡的那些)將各種校正級別相結合以實現獲得盡可能理想的圖像的目的。在本質上，首要動機是盡可能接近地模擬人類視覺系統。在不同類型的廣譜照明(諸如太陽光、鎢燈絲、熒光燈、白色LED等)下采集的原始彩色圖像均將具有總體上不同的色偏。人類視覺系統極其有效地自動平衡由照明光譜引起的偏差，以便(例如)獲得理想的白色和灰色場景組成的知覺。例如，一張白紙始終看起來是白色的，與光線為(例如)白熾光還是太陽光無關。然而，在不同光源下，一張白紙的原始數字圖像可能表現出不同色調的灰白色。為解決這一問題，與人類視覺系統相對的數字成像系統必須結合白平衡處理。事實上，大多數白平衡處理都是為了調整成像傳感器對各個顏色通道存在響應差異的現象。例如，娃光電二極管或其他感光兀件對藍色光子的量子效率低于對紅色和綠色光子的量子效率。
[0025]內窺鏡系統，諸如圖1所示的那些可具有這樣的優勢，即光源在操作過程中不變，只需執行單個校正步驟。對于連續的基于寬頻帶照明的系統而言，這可通過將內窺鏡指向平坦的白色目標來實現，采集一幅或多幅圖像，計算相對的紅色、綠色和藍色信號并將結果存儲在存儲器中。在操作過程中，可對圖像信號處理器(ISP)的三個顏色通道應用數字增益因子，以補償觀測到的相對響應。如果通過使三種不同波長的單色光(例如，紅色、綠色和藍色)發射脈沖來提供照明，則存在用于白平衡應用的兩種其他選項:
[0026]選項1-對光脈沖能量進行調制，使其為紅色、綠色和藍色分量提供相同的響應；以及
[0027]選項2-使光能最大化以充分利用系統的動態范圍，而不使其飽和。然后在光域中被增大的分量具有應用于ISP中的適當的數字衰減因子。
[0028]選項2具有信噪比的優勢，因為主要的噪聲源為光子到達率的泊松不確定性，它與信號的平方根成正比。
[0029]與CMOS成像傳感器相關聯的數字處理階段還涉及校正感測技術內固有的失真現象。一種此類失真現象是所謂的固定模式噪聲(FPN)，其對于圖像質量具有嚴重的不利影響。該失真現象起因于像素與像素之間暗電平的隨機變化。也可存在反映模擬讀出結構的列列組件(CFPN)。FPN對于圖像信號的影響程度取決于相對于真實噪聲源(諸如時間讀數噪聲和光子散粒噪聲)的對比度。在每秒60幀的條件下，隨機像素FPN的知覺閾值為時間噪聲的大約1/4，而CFPN的知覺閾值則為時間噪聲的大約1/20。
[0030]為實現這些目標，策略可包括使用存儲于相機或成像設備的暗基準緩沖來補償FPN，其可由ISP獲取。隨著ISP采集各個物理像素，其可能采取其專用的暗校正。如果照明在相機的快速控制下(可以通過LED和激光二極管實現)，可采集周期性暗幀以保持對黑偏移進行移動平均，從而說明溫度變化。FPN的重要組成來源于由光敏元件產生的熱載體，其對絕對溫度具有指數依賴關系。
[0031]本公開涉及一種在外科手術初始和在外科手術過程中的其他時間進行校正的簡便方法，用于完全控制其照明光源的內窺鏡系統。盡管本公開中支持的實例為在遠側末端處具有傳感器的單次使用系統，但該技術適用于可回用、可重復使用和可有限次使用內窺鏡，所述內窺鏡在遠側末端處或在近側攝像頭內具有傳感器，其具有多個傳感器(例如，用于3D成像)或單個傳感器，具有剛性或柔性鏡。一組用于微創外科手術(MIS)和內窺鏡的各種系統構造示于圖1中。
[0032]如圖1所示，應當理解，用于環境光線不足的環境中進行數字成像的系統100可包括受控的電磁輻射源114 ;包括像素陣列的成像傳感器108，該像素陣列感測反射的電磁輻射；光學器件，其用于將場景連續聚焦到所述像素陣列(例如位于內窺鏡尖端的成像傳感器108遠側位置的光學器件)上；包括管腔102的內窺鏡，該管腔允許電磁能量到達像素陣列；端帽230，其用于覆蓋管腔的遠側端部以防止電磁能量進入管腔(參見圖2A和2B)。
[0033]應當理解，暗幀可由像素陣列的單次感測形成，而端帽230覆蓋管腔的遠側端部。應當理解，端帽230可被配置成在規格、尺寸和形狀上緊密貼合到管腔的遠側端部上(在圖2A和2B中得到了最好的展示)。端帽可由柔順材料制成。端帽可不透過由發射器發射的電磁福射。
[0034]在不脫離本公開的范圍的前提下，內窺鏡可為可重復使用內窺鏡設備、可有限次使用內窺鏡設備、可回用內窺鏡設備或單次使用內窺鏡設備。
[0035]繼續參見圖1，系統100可包括許多不同的構造。圖1的1A顯示了一個示例，其中示出了內窺鏡系統100，其包括剛性成角度鏡102、光耦合器104、手持件106、成像傳感器108 (其可位于手持件106內或如虛線所示的內窺鏡102的尖端處的遠側)、電纜110、光電纜112 (諸如光纖)、光源114、控制單元116 (諸如相機控制單元(CCU))、視頻電纜118和顯示器120。
[0036]圖1的1B所示的系統構造示出了內窺鏡系統100，其包括剛性成角度鏡102、光耦合器104、手持件106、成像傳感器108(其可位于手持件106內或如虛線所示的內窺鏡102的尖端處的遠側)、電纜110、光電纜112(諸如光纖)、控制單元116(諸如相機控制單元(CXU)，其具有集成式光源1