阴影目标数据定向分析装置及方法

摘要

本发明涉及一种阴影目标数据定向分析装置及方法，所述装置包括：阴影采集设备，用于将当前组合图像中灰度值落在预设阴影灰度分布范围内的像素点作为阴影像素点，并基于所述当前组合图像中各个阴影像素点的分布位置去除所述当前组合图像中的孤立的阴影像素点以获得多个剩余的阴影像素点；信号辨识设备，用于在所述多个剩余的阴影像素点的数量大于等于预设数量阈值时，发出存在阴影信号。本发明的阴影目标数据定向分析装置及方法逻辑清楚，操作简便。由于对无影灯下方场景是否存在阴影进行定向识别，并在存在阴影时及时进行提醒，以进行后续的无影灯故障清理，从而避免出现严重的手术事故。

权利要求

1.一种阴影目标数据定向分析装置，其特征在于，所述装置包括：阴影采集设备，与数据结合设备连接，用于接收当前组合图像，将所述当前组合图像中灰度值落在预设阴影灰度分布范围内的像素点作为阴影像素点，并基于所述当前组合图像中各个阴影像素点的分布位置去除所述当前组合图像中的孤立的阴影像素点以获得多个剩余的阴影像素点；

信号辨识设备，与所述阴影采集设备连接，用于在所述多个剩余的阴影像素点的数量大于等于预设数量阈值时，发出存在阴影信号；

所述信号辨识设备还用于在所述多个剩余的阴影像素点的数量小于所述预设数量阈值时，不发出存在阴影信号；

监控录像设备，设置在手术台的无影灯的侧面，用于对无影灯下方场景执行录像动作，以获得并输出当前录像帧；

数量识别设备，与所述监控录像设备连接，用于接收所述当前录像帧，并获得所述当前录像帧的每一行的像素点的数量以作为图像长度输出；

即时切分设备，与所述数量识别设备连接，用于确定与所述图像长度成正比的用于图像切分的碎片面积大小，并基于确定的碎片对所述当前录像帧执行切分以获得多个子图像；

GPU芯片，与所述即时切分设备连接，用于接收所述当前录像帧的各个子图像，对所述各个子图像的各个清晰度进行从小到大的排序操作以获得清晰度序列，用于将清晰度序列中中央序号对应的清晰度作为参考性平衡值，采用参考性清晰度对所述当前录像帧中的存在对象的子图像进行清晰度提升处理，所述参考性清晰度越高，进行的清晰度提升处理的次数越少；

数据结合设备，与所述GPU芯片连接，用于将所述当前录像帧中的不存在对象的子图像和对所述当前录像帧中的存在对象的子图像进行清晰度提升处理后获得的已处理分块进行图像组合以获得所述当前录像帧对应的当前组合图像，所述当前录像帧中的存在对象的子图像为一个或多个，所述当前录像帧中的不存在对象的子图像为一个或多个；

所述GPU芯片和所述数据结合设备被设置在同一块印刷电路板上；

其中，所述数量识别设备和所述即时切分设备使用同一石英振荡设备以获得不同频率的时钟信号；

复原处理设备，与所述监控录像设备连接，用于接收所述当前录像帧，对所述当前录像帧执行图像复原处理，以获得并输出相应的即时复原图像；

多元回归插值设备，与所述复原处理设备连接，用于接收所述即时复原图像，对所述即时复原图像执行多元回归插值处理，以获得对应的多元回归插值图像；

信噪比分析设备，与所述多元回归插值设备连接，用于接收所述多元回归插值图像和所述即时复原图像，获取所述多元回归插值图像的信噪比和所述即时复原图像的信噪比，将所述多元回归插值图像的信噪比除以所述即时复原图像的信噪比以获得信噪比倍数，并在所述信噪比倍数超过预设倍数阈值时，发出第一控制命令其中，所述信噪比分析设备还用于在所述信噪比倍数未超过所述预设倍数阈值时，发出第二控制命令；

嵌入式处理芯片，分别与所述多元回归插值设备和所述信噪比分析设备连接，用于在接收到所述第二控制命令时，控制所述多元回归插值设备对多元回归插值图像执行一次或多次多元回归插值处理直到处理后图像的信噪比除以所述即时复原图像的信噪比所获得的倍数超过所述预设倍数阈值，将所述处理后图像作为参考图像输出；

其中，所述嵌入式处理芯片还用于在接收到所述第一控制命令时，将所述多元回归插值图像作为参考图像输出；

信号增强设备，分别与所述数量识别设备、所述嵌入式处理芯片和所述信噪比分析设备连接，用于接收所述参考图像，并对所述参考图像执行图像增强处理，以获得相应的增强处理图像，并将所述增强处理图像替换所述当前录像帧发送给所述数量识别设备；

其中，所述GPU芯片中，GPU的所有计算均使用浮点算法，而且还没有位或整数运算指令，由于GPU专为图像处理设计，因此存储系统实际上是一个二维的分段存储空间，包括一个区段号，用于从中读取图像，和二维地址即图像中的X、Y坐标，GPU没有任何间接写指令， 输出写地址由光栅处理器确定，而且不能由程序改变；

所述信号增强设备、所述嵌入式处理芯片和所述信噪比分析设备之间通过32位并行数据总线进行数据交互。

2.一种阴影目标数据定向分析方法，所述方法包括使用如权利要求1所述的阴影目标数据定向分析装置以对无影灯下方场景是否存在阴影进行定向识别，并在存在阴影时及时进行提醒。

说明书

阴影目标数据定向分析装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及医疗器材领域，尤其涉及一种阴影目标数据定向分析装置及方法。

背景技术

[0002] 医疗器械是指直接或者间接用于人体的仪器、设备、器具、体外诊断试剂及校准物、材料以及其他类似或者相关的物品，包括所需要的计算机软件。

[0003] 医疗器械的效用主要通过物理等方式获得，不是通过药理学、免疫学或者代谢的方式获得，或者虽然有这些方式参与但是只起辅助作用。

[0004] 医疗器械的目的是疾病的诊断、预防、监护、治疗或者缓解；损伤的诊断、监护、治疗、缓解或者功能补偿；生理结构或者生理过程的检验、替代、调节或者支持；生命的支持或
者维持；妊娠控制；通过对来自人体的样本进行检查，为医疗或者诊断目的提供信息。

发明内容

[0005] 本发明至少具备以下两处关键的发明点：

[0006] (1)对无影灯下方场景是否存在阴影进行定向识别，并在存在阴影时及时进行提醒，以进行后续的无影灯故障清理，从而避免出现严重的手术事故；

[0007] (2)将清晰度序列中中央序号对应的清晰度作为参考性平衡值，采用所述参考性清晰度对图像中的存在对象的子图像进行清晰度提升处理，而不对图像中的不存在对象的
子图像进行清晰度提升处理，从而减少了图像处理的数据量。

[0008] 根据本发明的一方面，提供了一种阴影目标数据定向分析装置，所述装置包括：

[0009] 阴影采集设备，与数据结合设备连接，用于接收当前组合图像，将所述当前组合图像中灰度值落在预设阴影灰度分布范围内的像素点作为阴影像素点，并基于所述当前组合
图像中各个阴影像素点的分布位置去除所述当前组合图像中的孤立的阴影像素点以获得
多个剩余的阴影像素点；

[0010] 信号辨识设备，与所述阴影采集设备连接，用于在所述多个剩余的阴影像素点的数量大于等于预设数量阈值时，发出存在阴影信号；

[0011] 所述信号辨识设备还用于在所述多个剩余的阴影像素点的数量小于所述预设数量阈值时，不发出存在阴影信号；

[0012] 监控录像设备，设置在手术台的无影灯的侧面，用于对无影灯下方场景执行录像动作，以获得并输出当前录像帧；

[0013] 数量识别设备，与所述监控录像设备连接，用于接收所述当前录像帧，并获得所述当前录像帧的每一行的像素点的数量以作为图像长度输出；

[0014] 即时切分设备，与所述数量识别设备连接，用于确定与所述图像长度成正比的用于图像切分的碎片面积大小，并基于确定的碎片对所述当前录像帧执行切分以获得多个子
图像；

[0015] GPU芯片，与所述即时切分设备连接，用于接收所述当前录像帧的各个子图像，对所述各个子图像的各个清晰度进行从小到大的排序操作以获得清晰度序列，用于将清晰度
序列中中央序号对应的清晰度作为参考性平衡值，采用所述参考性清晰度对所述当前录像
帧中的存在对象的子图像进行清晰度提升处理，所述参考性清晰度越高，进行的清晰度提
升处理的次数越少；

[0016] 数据结合设备，与所述GPU芯片连接，用于将所述当前录像帧中的不存在对象的子图像和对所述当前录像帧中的存在对象的子图像进行清晰度提升处理后获得的已处理分
块进行图像组合以获得所述当前录像帧对应的当前组合图像，所述当前录像帧中的存在对
象的子图像为一个或多个，所述当前录像帧中的不存在对象的子图像为一个或多个。

[0017] 根据本发明的另一方面，还提供了一种阴影目标数据定向分析方法，所述方法包括使用如上述的阴影目标数据定向分析装置以对无影灯下方场景是否存在阴影进行定向
识别，并在存在阴影时及时进行提醒。

[0018] 本发明的阴影目标数据定向分析装置及方法逻辑清楚，操作简便。由于对无影灯下方场景是否存在阴影进行定向识别，并在存在阴影时及时进行提醒，以进行后续的无影
灯故障清理，从而避免出现严重的手术事故。

附图说明

[0019] 以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

[0020] 图1为根据本发明实施方案示出的阴影目标数据定向分析装置所应用的无影灯的外形结构图。

具体实施方式

[0021] 下面将参照附图对本发明的阴影目标数据定向分析装置及方法的实施方案进行详细说明。

[0022] 手术无影灯用来照明手术部位，以最佳地观察处于切口和体腔中不同深度的小的、对比度低的物体。由于施手术者的头、手和器械均可能对手术部位造成干扰阴影，因而
手术无影灯就应设计得能尽量消除阴影，并能将色彩失真降到最低程度。

[0023] 此外，无影灯还须能长时间地持续工作，而不散发出过量的热，因为过热会使手术者不适，也会使处在外科手术区域中的组织干燥。

[0024] 现有技术中，手术无影灯的故障清理非常重要，例如，在进行手术的过程中，如果因为无影灯出现故障而导致投射下来的光柱的照明效果中存在阴影，则会严重干扰主刀医
生的视线，甚至会产生误判或误操作，对手术成败的走向起到恶劣的干扰效果。

[0025] 为了克服上述不足，本发明搭建了一种阴影目标数据定向分析装置及方法，能够有效解决相应的技术问题。

[0026] 根据本发明实施方案示出的阴影目标数据定向分析装置包括：

[0027] 阴影采集设备，与数据结合设备连接，用于接收当前组合图像，将所述当前组合图像中灰度值落在预设阴影灰度分布范围内的像素点作为阴影像素点，并基于所述当前组合
图像中各个阴影像素点的分布位置去除所述当前组合图像中的孤立的阴影像素点以获得
多个剩余的阴影像素点；

[0028] 信号辨识设备，与所述阴影采集设备连接，用于在所述多个剩余的阴影像素点的数量大于等于预设数量阈值时，发出存在阴影信号；

[0029] 所述信号辨识设备还用于在所述多个剩余的阴影像素点的数量小于所述预设数量阈值时，不发出存在阴影信号；

[0030] 监控录像设备，设置在手术台的无影灯的侧面，用于对无影灯下方场景执行录像动作，以获得并输出当前录像帧；

[0031] 其中，手术台的无影灯的外形结构如图1所示；

[0032] 数量识别设备，与所述监控录像设备连接，用于接收所述当前录像帧，并获得所述当前录像帧的每一行的像素点的数量以作为图像长度输出；

[0033] 即时切分设备，与所述数量识别设备连接，用于确定与所述图像长度成正比的用于图像切分的碎片面积大小，并基于确定的碎片对所述当前录像帧执行切分以获得多个子
图像；

[0034] GPU芯片，与所述即时切分设备连接，用于接收所述当前录像帧的各个子图像，对所述各个子图像的各个清晰度进行从小到大的排序操作以获得清晰度序列，用于将清晰度
序列中中央序号对应的清晰度作为参考性平衡值，采用所述参考性清晰度对所述当前录像
帧中的存在对象的子图像进行清晰度提升处理，所述参考性清晰度越高，进行的清晰度提
升处理的次数越少；

[0035] 数据结合设备，与所述GPU芯片连接，用于将所述当前录像帧中的不存在对象的子图像和对所述当前录像帧中的存在对象的子图像进行清晰度提升处理后获得的已处理分
块进行图像组合以获得所述当前录像帧对应的当前组合图像，所述当前录像帧中的存在对
象的子图像为一个或多个，所述当前录像帧中的不存在对象的子图像为一个或多个。

[0036] 接着，继续对本发明的阴影目标数据定向分析装置的具体结构进行进一步的说明。

[0037] 所述阴影目标数据定向分析装置中：

[0038] 所述GPU芯片和所述数据结合设备被设置在同一块印刷电路板上；

[0039] 其中，所述数量识别设备和所述即时切分设备使用同一石英振荡设备以获得不同频率的时钟信号。

[0040] 所述阴影目标数据定向分析装置中还可以包括：

[0041] 复原处理设备，与所述监控录像设备连接，用于接收所述当前录像帧，对所述当前录像帧执行图像复原处理，以获得并输出相应的即时复原图像。

[0042] 所述阴影目标数据定向分析装置中还可以包括：

[0043] 多元回归插值设备，与所述复原处理设备连接，用于接收所述即时复原图像，对所述即时复原图像执行多元回归插值处理，以获得对应的多元回归插值图像。

[0044] 所述阴影目标数据定向分析装置中还可以包括：

[0045] 信噪比分析设备，与所述多元回归插值设备连接，用于接收所述多元回归插值图像和所述即时复原图像，获取所述多元回归插值图像的信噪比和所述即时复原图像的信噪
比，将所述多元回归插值图像的信噪比除以所述即时复原图像的信噪比以获得信噪比倍
数，并在所述信噪比倍数超过预设倍数阈值时，发出第一控制命令

[0046] 其中，所述信噪比分析设备还用于在所述信噪比倍数未超过所述预设倍数阈值时，发出第二控制命令。

[0047] 所述阴影目标数据定向分析装置中还可以包括：

[0048] 嵌入式处理芯片，分别与所述多元回归插值设备和所述信噪比分析设备连接，用于在接收到所述第二控制命令时，控制所述多元回归插值设备对多元回归插值图像执行一
次或多次多元回归插值处理直到处理后图像的信噪比除以所述即时复原图像的信噪比所
获得的倍数超过所述预设倍数阈值，将所述处理后图像作为参考图像输出；

[0049] 其中，所述嵌入式处理芯片还用于在接收到所述第一控制命令时，将所述多元回归插值图像作为参考图像输出。

[0050] 所述阴影目标数据定向分析装置中还可以包括：

[0051] 信号增强设备，分别与所述数量识别设备、所述嵌入式处理芯片和所述信噪比分析设备连接，用于接收所述参考图像，并对所述参考图像执行图像增强处理，以获得相应的
增强处理图像，并将所述增强处理图像替换所述当前录像帧发送给所述数量识别设备。

[0052] 所述阴影目标数据定向分析装置中：

[0053] 所述信号增强设备、所述嵌入式处理芯片和所述信噪比分析设备之间通过32位并行数据总线进行数据交互。

[0054] 同时，为了克服上述不足，本发明还搭建了一种阴影目标数据定向分析方法，所述方法包括使用如上述的阴影目标数据定向分析装置以对无影灯下方场景是否存在阴影进
行定向识别，并在存在阴影时及时进行提醒。

[0055] 另外，GPU在几个主要方面有别于DSP(Digital Signal Processing，简称DSP，数字信号处理)架构。其所有计算均使用浮点算法，而且此刻还没有位或整数运算指令。此外，
由于GPU专为图像处理设计，因此存储系统实际上是一个二维的分段存储空间，包括一个区
段号(从中读取图像)和二维地址(图像中的X、Y坐标)。此外，没有任何间接写指令。输出写
地址由光栅处理器确定，而且不能由程序改变。这对于自然分布在存储器之中的算法而言
是极大的挑战。最后一点，不同碎片的处理过程间不允许通信。实际上，碎片处理器是一个
SIMD数据并行执行单元，在所有碎片中独立执行代码。

[0056] 尽管有上述约束，但是GPU还是可以有效地执行多种运算，从线性代数和信号处理到数值仿真。虽然概念简单，但新用户在使用GPU计算时还是会感到迷惑，因为GPU需要专有
的图形知识。这种情况下，一些软件工具可以提供帮助。两种高级描影语言CG和HLSL能够让
用户编写类似C的代码，随后编译成碎片程序汇编语言。Brook是专为GPU计算设计，且不需
要图形知识的高级语言。因此对第一次使用GPU进行开发的工作人员而言，它可以算是一个
很好的起点。Brook是C语言的延伸，整合了可以直接映射到GPU的简单数据并行编程构造。
经GPU存储和操作的数据被形象地比喻成“流”(stream)，类似于标准C中的数组。核心
(Kernel)是在流上操作的函数。在一系列输入流上调用一个核心函数意味着在流元素上实
施了隐含的循环，即对每一个流元素调用核心体。Brook还提供了约简机制，例如对一个流
中所有的元素进行和、最大值或乘积计算。Brook还完全隐藏了图形API的所有细节，并把
GPU中类似二维存储器系统这样许多用户不熟悉的部分进行了虚拟化处理。用Brook编写的
应用程序包括线性代数子程序、快速傅立叶转换、光线追踪和图像处理。利用ATI的X800XT
和Nvidia的GeForce 6800Ultra型GPU，在相同高速缓存、SSE汇编优化Pentium 4执行条件
下，许多此类应用的速度提升高达7倍之多。

[0057] 本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序
在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读内存(英文：
Read‑Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：
RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

[0058] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依
然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术
方案的范围。