1.本发明涉及内窥镜技术领域，具体涉及内窥镜的成像技术。


背景技术：

2.由于不同组织器官颜色、结构、组分不同，所需要的光源的光谱也不相同，因此需要根据组织器官对于不同光谱的实际需求进行光源光谱的设计，近些年内窥镜摄像技术取得了长足的进步，图像清晰度、对比度都得到了很大的提升，在普通的白光照明下，形态和颜色明显改变的病灶(如凸起的肿块和凹陷的溃疡)都能清晰的显像。对于微小的，扁平的早期癌变和异性增生等不易诊断甚至造成漏诊。近些年，内窥镜公司大量引用了诸如色素内镜、电子分光、窄带成像、光活检、荧光成像等技术，大大提高了早期癌变的诊断水平。
3.目前大部分内窥镜光源产品产生的光波段都只是特定的几个波段，无法产生全光谱光源。小部分光源能产生高光谱的光，使用的方法是照明光经过不同波段的滤光片投射出不同波段的光，机械结构为在旋转自由的转盘圆周排列设置了这些滤光片，通过一个电机控制一个旋转盘来改变光透过的滤光片，从而实现选择输出波长的功能。结构图如图1所示：
4.使用特殊光源照射组织器官，需要图像传感器与光源配合才能达到曝光的最佳效果。快门主要用来控制摄像头传感器的有效曝光时间。一般而言快门的时间范围越大越好。秒数低适合拍运动中的物体，不过当你要拍的是夜晚的车水马龙，快门时间就要拉长，常见照片中丝绢般的水流效果也要用慢速快门才能拍出来。
5.目前主要有两种曝光shutter技术：rolling shutter和global shutter。
6.对于rolling shutter曝光技术：
7.参见图2，rolling shutter的sensor的曝光是按照逐行曝光的方式实现。在曝光开始的时候，sensor逐行扫描逐行进行曝光，直至所有像素点都被曝光。当然，所有的动作在极短的时间内完成。不同行像元的曝光时间不同。
8.对于global shutter曝光技术：
9.参见图3，与rolling shutter不同，是整幅画面同一时间曝光实现。摄像头传感器sensor的所有像素点同一时间感应光线，同时曝光。sensor读出的是同一时间的同一画面。
10.global shutter曝光时间更短，但会增加rms读出噪声：rolling shutter可以达到更高的帧速，但当曝光不当或物体移动较快时，会出现部分曝光、斜坡图形、晃动等现象。快速运动的物体，行曝光时间内的微小位移造成：部分曝光现象、斜坡现象、晃动现象，这种rolling shutter方式拍摄出现的现象，就定义为果冻效应。曝光时间短的应用(如＜500μs)适合global shutter，曝光时间长(如＞500μs)时，选择rolling shutter可以有更低的噪声和帧速。
11.参见图4-图5，其所以为两种曝光技术原理示例。图4是rolling shutter的曝光方式，逐行扫描。而图5则是global shutter的曝光方式，所有像素点一起曝光。
12.进一步地，在拍照的时候，rolling shutter成像过程如下图：
13.图6是一个常见的场景(上面风扇，下面小汽车)，rolling shutter对它进行逐行扫描，成像结果如图7。面对一个运动中的物体，rolling shutter是一行一行曝光，采集画面，所以形变非常严重。而global shutter是所有像素同时曝光，所以不会产生此形变。
14.从上面可以看出，如果rolling shutter的移动速度如果能达到机械式焦平面快门的水平，就可以解除对机械快门的依赖。也就是必须提高数据的读出速度。这个速度的主要瓶颈在于电荷从列放大器转移到公用数据线所需时间，具体来说就是通过一个运放给一个电容充电的过程，要提高其速度只能通过提高运放速度或降低电容值。前者会增加功耗和噪音，而后者则和传感器的行数成正比，所以像素数目越多则读出速度会越慢。短时间内，rolling shutter速度还达不到机械式焦平面快门的水平。
15.之所以global shutter能够做到全局曝光，跟rolling shutter相比，参见图8，主要是global shutter在每一个像素上都增加了一个存储单元，才能使得所有的像素能够同时曝光。
16.而与rolling shutter最主要的区别是在每个像素处增加了采样保持单元，在指定时间达到后对数据进行采样然后顺序读出，这样虽然后读出的像素仍然进行曝光，但存储在采样保持单元中的数据却并未改变。
17.这种机构的主要缺点在于增加了每个像素的元件数目，使得填充系数降低，所以很难设计出高像素数的传感器，另外采样保持单元还引入了新的噪音源。同rolling shutter技术相比，global shutter技术可以很好地解决一下问题：
18.1、高速物体变形，参见图9-图10，图8为global shutter技术的smartsens sc132gs拍摄的图片，图9为rolling shutter sensor拍摄的图片。
19.可以明显看出用rolling shutter sensor拍摄高速运动的风扇，物体会变形。
20.2、明暗现象，参见图11-图12，图10为global shutter技术的sc132gs拍摄的图片，图11为采用hdr技术拍摄的图片。
21.再者，现有技术主要采用单一色轮的方式，根据上述介绍可知，使用rolling shutter sensor时在滤光片切入区域图像数据会出现上升值，在滤光片的透光区图像的数据是均匀的，在滤光片的切出区图像数据会出现下降值，导致只有滤光片的透光区的图像数据是有效的，其他部分的图像数据所呈现的图像会出现过曝、形变或色彩不均匀的现象。
22.所以针对这种图像数据时序，需要匹配图像传感器，目前有global shutter sensor和rolling shutter sensor两种图像采集时序的传感器。
23.对于global shutter sensor的采样时序：
24.通过整幅场景在同一时间曝光实现的。sensor所有像素点同时收集光线，同时曝光。即在曝光开始的时候，sensor开始收集光线；在曝光结束的时候，光线收集电路被切断。然后sensor值读出即为一幅照片。ccd就是global shutter工作方式。所有像元同时曝光。如果被拍摄物体相对于相机高速运动时。用global shutter方式拍摄，假如曝光时间过长，照片会产生模糊(拖尾)现象。
25.对于rolling shutter sensor的采样时序：
26.目前大多数cmos传感器采用rolling shutter这种快门。对任一像素，在曝光开始时现将其清零，然后等待曝光时间过后，将信号值读出。因为数据的读出是串行的，所以清零/曝光/读出也只能逐行顺序进行，通常是从上至下，和机械的焦平面快门非常像。和机械
shutter sensor的曝光时序，其中，1代表透光，0代表完全遮光。
35.进一步地，所述光源装置还包括有第二转盘；所述第二转盘上设有若干第二透光区，每个第二透光区内分别设置对应波长的滤光片，形成对应的滤光片区，所述第二转盘上非透光区形成第二挡光区；所述第二转盘相对于第一转盘设置，并可通过转动将其上的第二透光区或第二挡光区依次切入进光源产生的光路中。
36.进一步地，所述驱动组件可配合内窥镜成像模组工作状态进行调整形成101010的透光形式的时间和频率，1对应于成像模组曝光区域，0对应于成像模组曝光外区域。
37.进一步地，所述第一转盘上的第一挡光区呈扇形状。
38.进一步地，所述第一转盘上的第一透光区中可设置中性灰度片或格网，从而改变光线的强弱。
39.进一步地，所述第一转盘上的第一透光区中可设置滤光片，与第二转盘配合来选择性地改变透射光线的光谱。
40.进一步地，所述第二转盘上的第二透光区内可设置格网中性灰度片或格网，从而改变光线的强弱。
41.进一步地，所述第二转盘上若干第二透光区沿第二转盘的周向依次分布，相邻完第二透光区之间的间隔区域构成第二挡光区。
42.进一步地，所述驱动组件包括驱动单元和控制单元；
43.所述驱动单元分别驱动第一转盘和第二转盘转动，同时实时反馈第一转盘和第二转盘的转动位置信息；
44.所述控制单元根据驱动单元反馈的第一转盘和第二转盘的转动位置信息确定第一转盘与第二转盘之间的相对位置，并控制驱动单元，以驱动第一转盘的第一透光区和第二转盘的多个滤光片区域中的一个滤光片区域同时重合实现第一转盘与第二转盘相对于光路同时透光；以及驱动第一转盘上的第一挡光区和第二转盘上非滤光片所在的第二挡光区同时重合实现第一转盘与第二转盘相对于光路同时完全挡光。
45.为了达到上述目的，本发明提供的一种内窥镜成像系统，包括上述的光源装置、导光元件以及图像传感器rolling shutter sensor或global shutter sensor；所述导光元件一端与光源装置配合设置，另一端与图像传感器rolling shutter sensor或global shutter sensor配合设置。
46.本发明提供的内窥镜光源方案，其通过控制相应转盘相对光路的位置或状态，如通过控制第一转盘转动形成实现101010的光透过形式，从而产生global shutter sensor的曝光时序，同时第二转盘配合第一转盘调节光路中光线特性。
47.本发明提供的方案不仅可以满足global shutter sensor的曝光要求，还可以满足rolling shutter sensor的曝光要求，提高了方案的实用性。
附图说明
48.以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
49.图1为现有内窥镜光源系统的结构示意图；
50.图2为现有rolling shutter的sensor曝光结构示例图；
51.图3为现有global shutter的sensor的曝光结构示例图；
52.图4为现有rolling shutter的曝光方式示例图；
53.图5为现有global shutter的曝光方式示例图；
54.图6为现有global shutter所拍摄的常见场景示例图；
55.图7为现有rolling shutter所拍摄的常见场景示例图
56.图8为现有global shutter的像素结构示例图；
57.图9为现有global shutter技术的smartsensor sc132gs拍摄的示例图；
58.图10为现有rolling shutter sensor拍摄的示例图；
59.图11为现有global shutter技术的smartsensor sc132gs拍摄的示例图；
60.图12为现有hdr技术拍摄的示例图；
61.图13为本内窥镜光源装置的结构示意图；
62.图14为本光源装置中第一转盘的结构示意图；
63.图15为本光源装置中第二转盘的结构示意图；
64.图16为本光源系统中电机急停急启的结构示意图；
65.图17为本光源装置实现透光的转盘位置示意图；
66.图18为本光源装置实现完全挡光的转盘位置示意图；
67.图19为本光源装置的两个转盘配合rolling shutter sensor曝光的时序示意图；
68.图20为采用本光源装置的内窥镜成像系统的控制流程示意图；
69.图21为采用本光源系统的用rolling shutter sensor内窥镜的工作状态示例图。
具体实施方式
70.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
71.针对现有技术中rolling shutter sensor曝光时序的不足，这里通过在光源光路中设置两个控光转盘，并通过配合控制两个控光转盘的相对光路的位置和状态，有效改善rolling shutter sensor曝光时序。
72.本方案中具体通过控制第一转盘的相对光路的位置，实现101010的光透过形式，从而产生global shutter sensor的曝光时序，与此同时控制第二转盘配合第一转盘调节光路中光线特性。
73.参见图13，其所示为本方案提供的内窥镜光源装置的一种构成示例。由图可知，本实例中的光源装置主要由光源600，第一转盘100，第二转盘200、驱动组件以及电源900配合构成。
74.其中第一转盘100与第二转盘200依次相对的设置在光源600产生的光路700中；通过驱动组件控制两个转盘的相对光路的位置和状态，实现101010的光透过的形式，来产生匹配rolling shutter sensor图像数据采集最佳曝光时序的光源；这里1代表完全透光，0代表完全遮光。
75.参见图14，其所示为本方案中第一转盘100的构成示例。
76.由图可知，本第一转盘100上包括至少一对相对设置的第一挡光区120，以及至少一对相对分布的第一透光区110。
77.这里需要说明的，在具体实施时，对于第一转盘110设置的第一挡光区的对数不
限。
78.作为举例，图示方案中的第一转盘100上包括一对相对设置的第一挡光区120，两者之间形成一对相对分布的第一透光区110。
79.这里需要说明的，本方案中第一转盘100上的挡光区和透光区的大小不限，设置为大小相同则在一个周期内产生相同的曝光时间，设置为大小不同则产生不同的曝光时间。
80.如此，在本实例的一些具体实施方式中，第一转盘100均分为大小相同的4部分，即第一转盘100整体为圆盘状，并在其上对称的挖去两个扇形区域，留下两个扇形区域。
81.去除的两个对称的扇形区域所形成的区域为第一透光区110；留下的两个扇形区域为第一挡光区120。第一转盘的第一挡光区120和第一透光区110大小相同，这样能够在一个周期内产生相同的曝光时间。
82.如此形成的第一转盘100相对于光源600产生的光路700设置，可通过转动将其上呈扇形状的透光区110或挡光区120切入进光源600产生的光路中。光路在第一转盘100的完全挡光区域120的通光量为0；光路在第一转盘100的完全透光区域110的通光量为1。这样通过驱动组件驱动第一转盘100相对光源产生的光路进行转动来实现101010的光透过形式，从而产生global shutter sensor的曝光时序。
83.在此基础上，本方案进一步增设第二转盘200，该第二转盘200相对于第一转盘100设置在光源600产生的光路中，并位于第一转盘100的后方，通过旋转配合第一转盘100调节光路中光线特性。
84.参见图15，其所示为本实例中给出的第二转盘200的构成示例。由图可知，本第二转盘200上设有若干第二透光区210，第二透光区210内设置对应波长的滤光片形成对应的滤光片区域；同时第二转盘200上非滤光片所在的区域则构成对应的第二挡光区220。
85.如此结构的第二转盘200沿光源600产生光路700的传播方向，设置在第一转盘100之后，并位于该光路中。该第二转盘200可通过转动将其上的第二透光区210或第二挡光区220依次切入进光源600产生的光路700中。而光路在第二转盘200的第二透光区域210的通光量为1，光路在第二转盘200的第二挡光区220的通光量为0。
86.在本实例的一些具体实施方式中，第二转盘200整体呈圆环状，其上若干第二透光区210沿第二转盘200的圆周向依次分布，相邻第二透光区域之间的间隔区域构成第二挡光区域220。
87.作为优选，第二转盘200上若干第二透光区210沿第二转盘200的圆周向依次等距分布，若干第二透光区210等距分布，可以降低信号的处理难度。
88.这里需要说明的，本方案对第二转盘200上的第二透光区210的数量不做限定，可根据实际情况而定。滤光片数量越多，能产生的光波段越多，功能越强，但控制需要的精度越高，控制难度越高。
89.因此在具体应用时为了提高信息采集速度，在满足功能的前提下尽可能减少滤光片的数量。
90.为了进一步提高采集速度，还可以定制滤光片，使得每个滤光片可以出两个不同的波长，这样滤光片的数量还能降低。
91.同时，参见图13，本内窥镜光源装置中的驱动组件包括驱动单元和控制单元500。
92.驱动单元分别驱动第一转盘100和第二转盘200转动，同时实时反馈第一转盘100
和第二转盘200的转动位置信息。
93.驱动单元包括电机驱动板800，第一电机300和第二电机400。电机驱动板800与控制单元500进行连接；第一电机300与第二电机400分别与电机驱动板800进行连接。
94.第一电机300与第二电机400分别通过相应的传动机构驱动连接第一转盘100与第二转盘200，可分别驱动第一转盘100与第二转盘200相对于光源600产生光路700进行转动。
95.其次，本实例进一步在第一电机300与第二电机400上还可分别装有行程传感器。通过相应的行程传感器能够实时反馈出行程传感器所感应到的第一转盘100和第二转盘200相对于光源600产生光路700的位置和转动状态，从而确定第一转盘100和第二转盘200之间的相对位置。以确保第一转盘100和第二转盘200在转动切换时的准确性。
96.参见图16，其为本实例给出的完成第一转盘100和第二转盘200的配合时序的一种示例。
97.该示例方案中，第一转盘100和第二转盘200对应的第一电机300和第二电机400要实现急停、急启的功能，迅速启动旋转到达指定角度停下；并且在对转盘的旋转角度进行控制时，能够通过第一电机300和第二电机400上的行程传感器检测转盘的位置，从而保证位置的精确性。
98.本方案中的控制单元500可根据驱动单元反馈的第一转盘100和第二转盘200的转动位置信息确定第一转盘100与第二转盘200之间的相对位置，并控制驱动单元，以驱动第一转盘100的第一透光区域110和第二转盘200的多个滤光片区域中的一个滤光片区域分别转入光路，并同时重合实现第一转盘100与第二转盘200对光路同时透光；
99.与之对应的，本方案中的控制单元500还可控制驱动单元来驱动第一转盘100上的第一挡光区域120和第二转盘上非滤光片所在的第二挡光区域220分别转入光路，并同时重合实现第一转盘100与第二转盘200对光路同时挡光；
100.据此配合，来控制第一转盘100和第二转盘200在光路上实现形成101010的光透过形式。
101.同时，本内窥镜光源装置中的电源900用于提供光源600、驱动组件稳定的工作电流。具体的构成此处不加以限定。
102.针对上述的内窥镜光源装置方案，这里还给出了进一步地改进方案，以进一步提高性能和实用性。
103.进一步地，本实例还可在第一转盘100上的第一透光区域设置中性灰度片或格网，由此来实现改变光线的强弱。
104.同时，在第一转盘100上的第一透光区域中还可以设置滤光片，如此可以与第二转盘配合来选择性地改变透射光线的光谱。
105.再者，本实例还可在第二转盘上的若干第二透光区域内设置格网中性灰度片或格网，从而改变光线的强弱。
106.基于上述光源装置，本方案还提供了内窥镜成像系统，其包括上述的光源装置，导光元件以及图像传感器rolling shutter sensor。
107.导光元件用于对光源600提供的照明光进行引导给光源装置，导光元件的一端与光源装置配合设置，另一端与图像传感器rolling shutter sensor配合设置。
108.由此形成的内窥镜成像系统中，通过光源装置中的第一转盘100，第二转盘200和
图像传感器rolling shutter sensor三者的时序相互配合，来实现完，图像传感器rolling shutter sensor每采集一帧图像需要依次切换滤光片，用多个不同波段的光对同一个物体进行信息采集仪获取更多光谱信息。
109.参见图17-图19，本系统中的图像传感器rolling shutter sensor每帧数据都要切换第二转盘200的透光区域210，挡光区域220和第一转盘的透光区域110和挡光区域120，使得图像传感器rolling shutter sensor在数据采集的有效部分充分曝光，在数据采集的无效部分不进行曝光。
110.具体实现时，在图像传感器rolling shutter sensor的采集光路上，当图像传感器rolling shutter sensor处于数据采集的有效部分时，光源装置中的第一电机300驱动第一转盘100相对于光路切换至完全透光区域110，即将第一转盘100上的完全透光区域110切换进光路，与此同时，第二电机400驱动第二转盘200相对于光路切换至透光区域210，即将第二转盘200上的透光区域210切换进光路。并且使得，第一转盘100的透光区域110和第二转盘200滤光片所在的透光区域210在光路发射方向上重合实现第一转盘100和第二转盘200的透光。
111.该过程中，第一转盘100上的透光区域110和第二转盘200上滤光片所在的透光区域210需同步切换；切换后第一转盘100的透光区域110和第二转盘200滤光片所在的透光区域210保持相对静止，光源通过导光元件的引导所形成的光路，则依次穿过第一转盘100的透光区域110和第二转盘200滤光片所在的透光区域210，并到达图像传感器rolling shutter sensor，这样图像传感器rolling shutter sensor感应到光源后进行图像采集。
112.第一转盘100的透光区域110和第二转盘200滤光片所在的透光区域210保持相对静止一段时间后第一转盘100与第二转盘200再进行下一轮的同步转动切换。
113.由此使得图像传感器rolling shutter sensor每采集一帧图像能够依次切换所有的滤光片，实现用多个不同波段的光对同一个物体进行信息采集仪获取更多光谱信息。
114.在图像传感器rolling shutter sensor的采集光路上，当图像传感器rolling shutter sensor处于数据采集的无效部分时，第一电机300驱动第一转盘100相对于光路切换至挡光区域120或处于切换状态，第二电机400驱动第二转盘200相对于光路处于切换状态进行滤光片的切换，切换至挡光区域220。第一转盘100的挡光区域120和第二转盘200滤光片所在的挡光区域220需重合，实现第一转盘100和第二转盘200的挡光。
115.具体实现时，第一转盘100的挡光区域120和第二转盘200的挡光区域220需同步切换，且第二转盘200挡光区域220需在第一转盘100的挡光区域120内完成切换和位置调整；切换后第一转盘100的挡光区域120和第二转盘200的挡光区域220保持相对静止，此时，图像传感器rolling shutter sensor无光源的穿透则停止拍摄。
116.第一转盘100的挡光区域120和第二转盘200的挡光区域220保持相对静止一段时间后第一转盘100与第二转盘200再进行下一轮的同步转动切换。
117.下面举例说明本内窥镜成像系统在具体应用时的工作过程：
118.这里为便于表述，将光路的透光状态，表述为透光1，将光路的完全挡光状态，表述为挡光0。
119.据此，本方案提供的内窥镜成像系统在具体应用时，可适用rolling shutter sensor内窥镜。
120.内窥镜中的驱动组件(如控制单元)根据内窥镜成像模组(如图像传感器rolling shutter sensor)工作状态进行调整形成101010的透光形式的时间和频率，其中1对应于成像模组曝光区域，0对应于成像模组曝光外区域，在该区域光路完全遮光。
121.如图21所示，t为成像模组完整曝光周期，t1为成像模组工作状态信号，这样，配合内窥镜成像模组(如图像传感器rolling shutter sensor)的工作状态信号，形成预期时间和频率配合的101010的透光形式，系统中光源装置的第一转盘在
△
t时间内为1(在光路中为透光状态)，其余时间为0(在光路中为遮光状态)，与之配合的，第二转盘在
△
t时间内也为1，其余时间为0，其中1代表透光，0代表完全遮光。这里的第二转盘有多个透光区域，可根据驱动组件控制第二透光区域所处状态。
122.在此工作模式下，本内窥镜成像系统在工作于rolling shutter sensor内窥镜时，整个流程如图20所示：
123.首先，先将光源600启动，为光源装置照明光。
124.此时控制单元500接收到转盘驱动命令，控制单元500向电机驱动板800发送旋转指令，电机驱动板800控制第一电机300和第二电机400带动第一转盘100的透光区域110与第二转盘200的透光区域210同步切换重合形成光路的透光1状态。
125.在设定的时间之后，电机驱动板800控制第一电机300和第二电机400带动第一转盘100的挡光区域120与第二转盘200的挡光区域220同步切换重合形成光路的挡光0状态。
126.透光1状态和挡光0状体按照101010的形式进行同步切换，形成匹配rolling shutter sensor图像数据采集最佳曝光时序的光源。
127.rolling shutter sensor按照时序曝光来采集图像信息，图像数据采集完成进行后续的处理。
128.由上述方案构成的内窥镜光源装置及系统，其不仅可以满足global sensor的曝光要求，还可以满足rolling shutter sensor的曝光要求，兼容多种类型的图像传感器，如图像传感器global shutter sensor；提高了装置的稳定性与适用性。
129.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。