[0001] 本发明涉及内窥镜技术领域， 具体涉及一种内窥镜系统及其控制方法。

[0002]

[0003] 背景技术

[0004] 医疗领域中， 基于内窥镜系统的诊断越来越多的应用于微创 领域。 可借助医疗 用内窥镜对生物体内部进行观察。 内窥镜的构成为： 为内窥镜提供照明光的光 源装置、 可插入到生物体内部进行组织观察的插入部、 对输出图像进行处理的 图像处理器。 在使用内窥镜的活体组织观察中， 除了使用可见光 （普通光） 照 明的普通光观察外， 还应具备能进行血管增加观察的特殊光观察。

[0005] 对于肿瘤性病变， 过去的常规白光诊断是通过病变组织和正常组 织的对比差异 进行分析， 近年来， 特殊光成像在肿瘤诊断中得到应用。 在窄带宽成像 （Narro w Band Imaging, NBl) 中， 利用能被血液强烈吸收的窄带蓝光或窄带绿光 照明 组织， 能提高毛细血管的对比度。 在活体组织发生癌变等的异常组织中血管的 状态与正常组织不同， 血管强调观察在早期癌症发现的诊断上认为有 适用性。 因此， 如何配置内窥镜装置， 使内窥镜装置在兼备普通光观察和特殊光观察 的 同吋， 能实现好的图像采集， 是该领域内技术人员一直努力去解决的技术问 题

[0006]

[0007] 发明内容

[0008] 根据本发明的第一方面， 提供一种可输出彩色图像的内窥镜系统， 该系统包括 光源装置、 插入部和成像控制部。 光源装置包括半导体光源单元， 半导体光源 单元用于分吋提供不同波长范围的多个单色光 。 插入部的前端配有用于图像采 集的灰度传感器， 灰度传感器在多个单色光下分吋采集图像信号 。 成像控制部 根据灰度传感器分吋采集的图像信号， 对应生成多个单色图像， 并将单色图像 合成为彩色图像。 [0009] 根据本发明的第二方面， 提供一种内窥镜系统的控制方法， 该内窥镜系统包括 光源装置、 插入部和成像控制部， 光源装置包括半导体光源， 插入部包括用于 图像采集的灰度传感器。 该内窥镜系统的控制方法包括： 半导体光源交替提供 具有不同波长范围的第一单色光和第二单色光 ， 第一单色光和第二单色光导向 插入部； 灰度传感器在第一单色光和第二单色光下分别 进行图像采集， 且交替 生成第一图像信号和第二图像信号； 以及成像控制部根据第一图像信号和第二 图像信号， 分别生成第一单色图像和第二单色图像， 将第一单色图像和第二单 色图像合成为彩色图像。

[0010] 根据本发明的第三方面， 提供一种包括普通光观察模式和特殊光观察模 式的内 窥镜系统。 该系统包括：

[0011] 光源控制部， 其用于控制第一半导体光源部在普通光观察模 式下工作， 和控制 第二半导体光源在特殊光模式下工作；

[0012] 所述第一半导体光源部， 用于分吋提供不同波长范围的多个宽波段光；

[0013] 所述第二半导体光源， 用于提供窄带光；

[0014] 内窥镜， 包括能插入到生物体内部的插入部， 所述插入部的前端配有用于图像 采集的灰度传感器； 以及

[0015] 成像控制部， 其在特殊光观察模式下根据灰度传感器采集的 图像信号生成单色 图像， 在普通光观察模式下根据灰度传感器分吋采集 的图像信号生成彩色图像

[0016]

[0017] 附图说明

[0018] 图 1是本发明第一实施例的内窥镜系统的示意图� �

[0019] 图 2是图 1中分光轮的结构示意图；

[0020] 图 3是灰度传感器的光谱响应曲线图；

[0021] 图 4是本发明第二实施例的内窥镜系统的示意图� �

[0022] 图 5a是本发明中补偿灰度传感器光谱响应不一致� ��第一配置图；

[0023] 图 5b是本发明中补偿灰度传感器光谱响应不一致� ��第二配置图； 以及

[0024] 图 6是本发明的内窥镜系统的控制方法的流程图� � [0025]

[0026] 具体实施方式

[0027] 以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一 步详细说明。 应该理解的是， 结 合具体实施例所做的说明用于清楚地阐释本发 明， 而不对本发明做任何限制。 本发明所说的 "近端 "和"远端"指内窥镜系统在使用过程中相对于操 作者的远近布 局， 同样不具备限制性含义。

[0028] 本发明提供了一种内窥镜系统， 该系统从光源装置和图像采集器两个角度出发 ， 使得内窥镜系统能输出更高的图像质量、 具有更高的图像采集效率、 更适用 于窄带光下的特殊光成像。 所采用的光源装置利用了半导体光源光通量可 调的 照明优势， 能配合补偿该系统的灰度传感器对不同单色光 的响应特性， 提高输 出图像的整体质量。 所采用的灰度传感器可降低能量损失， 提高色彩分辨率， 更易于采集各颜色光线下的颜色分量， 且灰度传感器能配合半导体光源单元的 发光设计， 在多个单色光分吋照射下分别曝光， 提高光线能量的利用率。

[0029] 本发明可提供一种内窥镜系统， 该内窥镜系统包括内窥镜、 光源装置、 主机和 显示器； 在其他可选配置下， 该内窥镜系统可进一步包括起设备承载作用的 台 车、 形成微创环境下气腹的气腹机、 清洗内窥镜的清洗设备等等。 该内窥镜系 统可将光源装置的光线经内窥镜导入到待观察 部位， 例如生物体内部， 内窥镜 的采集器件进行图像采集， 主机根据采集信号生成待观察部位的图像， 该图像 最终可由显示器显示。

[0030] 该光源装置的发光部件为半导体光源， 可提供宽波段光或窄波段光 （也称为窄 带光） 。 宽波段光对应普通光照明， 使光源装置能用于普通光观察， 宽波段可 指几十个纳米的波长带宽， 但不限于此； 窄波段光对应特殊光照明， 使光源装 置能用于特殊光观察， 窄波段通常指几纳米的波长带宽， 但不限于此。 半导体 光源的使用寿命长， 约 20000小吋， 尽可能避免在使用内窥镜系统的过程中需要 更换光源单元的情形。 半导体光源的光通量可以实吋调节， 这样该单元分吋提 供的多个单色光， 可根据系统需求， 尤其配合内窥镜的采集器件的响应特性， 输出不同光通量的光线。

[0031] 该光源装置可包括第一半导体光源部， 其用于提供普通光照明， 该第一半导体 光源部可包括第一半导体光源和分光器， 第一半导体光源产生的光经分光器获 得多个宽波段光， 各宽波段光具有不同的波长范围， 使得该第一半导体光源部 照明下， 内窥镜系统能够进行彩色成像。 在下文的具体实施例中， 第一半导体 光源可产生激发光， 进一步激发荧光材料产生单色光； 也可为直接产生不同波 长范围的单色光的多个发光单元。 分光器可为部分或全部设置有不同荧光材料 的荧光色轮， 荧光材料可涂覆在荧光色轮表面， 也可嵌入在荧光色轮内部。 分 光器也可为能对不同波长范围的光进行不同光 学传播的光学元件。

[0032] 该系统的内窥镜包括插入部和摄像部， 插入部为一部分的镜体主体， 可由操作 者插入到生物体内部。 插入部一方面具有将光源装置产生的光线传输 到待观察 部位的导入部 （以及出光光学系统 114) ， 另一方面具有用于图像采集的物方光 学系统和图像采集器件。 该导入部可为导光光纤， 光源装置内因此配备有用于 将光线聚焦的光学系统设计， 以将产生的光线聚焦后导入到光纤内。 该图像采 集器件为灰度传感器， 灰度传感器接收到自待观察部位反射的光线后 ， 经光电 转换对应产生电信号形式的图像信号。 该图像信号随后传输到主机， 形成采集 图像。 灰度传感器具有较高的分辨率， 且对不同单色光的响应范围动态可调， 能尽可能避免出现图像饱和的现象， 灰度传感器的所有像素点在单次光照射下 均可响应， 能量利用率高。 灰度传感器和半导体光源单元在该内窥镜系统 的组 合应用， 可协同配合， 整体提高内窥镜系统的光线能量利用率和输出 图像质量

[0033] 该系统的主机可包括成像控制部、 系统控制部和图像处理器等， 上述部件可集 成设置， 也可是主机内的分立元器件。 成像控制部可控制灰度传感器的帧率和 曝光吋间， 以及可接收灰度传感器输出的图像信号， 据此生成图像。 该系统的 光源装置发出的是单色光， 成像控制部接收图像信号后对应输出单色图像 ， 然 后将各单色图像合成为彩色图像。 成像控制部将彩色图像传输给系统控制部， 随后由图像处理器对所形成的彩色图像进行后 处理， 例如图像细节增强、 图像 去噪等， 最后在显示器上显示处理后的图像。 一些实施例中， 该成像控制部也 可仅根据单色光照射下采集的图像信号， 生成对应的单色图像， 随后输出显示 [0034] 上述内窥镜系统采用半导体光源进行照明， 采用灰度传感器进行图像采集， 可 克服光源寿命短、 光通量不可调节、 特殊光光强弱的缺点， 同吋可克服图像传 感器分辨率低、 易饱和、 特殊光观察分辨率及能量损失的缺点， 两者相互协同 可使内窥镜系统高效获得高质量图像。

[0035] 图 1示出了本发明第一实施例的内窥镜系统 100。 该内窥镜系统 100包括内窥镜 1 、 光源装置 2、 主机 3和显示器 4; 其中光源装置 2可利用半导体光源单元 21， 分 吋提供不同波长范围的多个单色光， 用于照明； 内窥镜 1可包括设置在其插入部 11前端的灰度传感器 113， 用于图像采集； 主机 3可包括成像控制部 31， 用于控 制灰度传感器 113在各个单色光下的曝光吋间和用于生成图像 。 该内窥镜系统 10 0可将光源装置 2分吋产生的单色光经内窥镜 1导入到待观察部位， 内窥镜 1的灰 度传感器 113在单色光照明下进行图像采集， 分吋产生图像信号， 主机 3的成像 控制部 31利用灰度传感器 113分吋采集到的图像信号， 分别生成对应的单色光图 像， 再将单色光图像合成为反映待观察部位的彩色 图像。 该内窥镜系统 100既可 克服光源端可能存在的光源寿命短、 光通量不可调的缺点， 也可克服图像采集 端可能存在的分辨率低、 易饱和、 能量损失高的缺点， 且使用半导体光源单元 2 1和灰度传感器 113构建的系统， 具有更高的光线能量利用率、 更灵活的系统调 节方式和更优的图像质量。

[0036] 光源装置 2可基于宽波段光线进行普通光照明。 光源装置 2的半导体光源单元 21 可分吋提供不同波长范围的多个宽波段单色光 ， 用于普通光观察模式， 内窥镜 系统 100在普通光照明下生成彩色图像。 例如， 不同波长范围的多个单色光， 可 感知为不同颜色的光； 例如， 不同波长范围的多个单色光， 可为红光、 绿光、 蓝光、 黄光等。 后续将半导体光源单元 21描述为分吋提供不同颜色的光线， 仅 为具体示例。 在利用单色光进行普通光照明吋， 灰度传感器 113能利用其全部像 素点， 分吋对不同颜色的单色光做出全像素点响应， 分辨率和能量利用率高， 从而提高图像质量。

[0037] 光源装置 2可基于窄波段光线进行特殊光照明。 在半导体光源单元 21的基础上 ， 光源装置 2还可包括用于产生窄带光的窄带光源 22， 用于特殊光观察模式， 内 窥镜系统 100在特殊光照明下生成具有血管增强效应的单 色图像。 窄带光源 22可 为激光器、 LED光源或激光 LED , 例如窄带光源 22可为发出窄带蓝激光的激光器 ， 峰值波长取 390nm-460nm范围内至少任意 1个值的蓝色光。 窄带光源 22和半导 体光源单元 21分吋工作， 从而分吋提供窄带光和普通光。 配备该光源装置 2的内 窥镜系统 200既可进行普通光观察， 也可进行特殊光观察。 在利用窄带光进行特 殊光照明吋， 灰度传感器 113同样能利用其全部像素点， 对窄带光做出全像素点 响应， 分辨率和能量利用率高， 进一步提高特殊光观察下的图像质量。

[0038] 光源装置 2可进一步包括光源控制部 23和二向色镜 24。 该光源控制部 23在主机 3 的控制下， 控制窄带光源 22和半导体光源单元 21分吋工作； 即， 窄带光源 22幵 启吋， 半导体光源单元 21关闭， 反之亦然。 该二向色镜 24设置在多个单色光和 窄带光的传输光路上， 且多个单色光的光路和窄带光的光路经二向色 镜 24后合 成为同一光路。 例如， 如图 1所示， 多个单色光可透射二向色镜 24， 窄带光可被 二向色镜 24反射， 从而两者的光路合成为同一光路； 反之亦然。 在二向色镜 24 后的光路上， 窄带光和多个单色光则分吋沿合成的同一光路 ， 向内窥镜 1的方向 传输。

[0039] 在一些示例中， 光源装置 2还可包括设置在二向色镜 24与内窥镜 1的光源导入口 之间的耦合镜 25。 该耦合镜 25可使自二向色镜 24传输来的光线聚焦， 从而更好 地导入到内窥镜 1内， 尽可能降低光线损失， 提高系统的整体照明质量。 二向色 镜 24的光路合成作用和耦合镜 25的聚焦作用， 均能将光线更好地导入到内窥镜 1 内 （例如导光光纤内） 。 同吋， 二向色镜 24的使用可使光源装置 2整体结构更紧 凑、 光线传播路径更短。

[0040] 成像控制部 31根据光源装置 2发出各光线吋的出光吋间， 控制灰度传感器 113的 曝光吋间， 使灰度传感器 113在各光线照射下的曝光吋间与各光线的出光 吋间相 同或成相同比例。 灰度传感器 113可在光源装置分吋提供各光线吋， 在各光线下 同步曝光， 分吋采集相应图像信号。

[0041] 例如， 如图 1所示， 光源装置 2的半导体光源单元 21可包括第一半导体光源 211 和第一分光轮 212。 第一半导体光源 211可为发出蓝激光的激光器， 蓝色激光的 波长范围为 400nm-480nm， 该蓝色激光为半导体光源单元 21的激发光。 第一分光 轮 212包括至少两个 （即多个） 分光区， 部分或全部的分光区涂覆有荧光粉， 多 个分光区在激发光的照射下， 分吋提供不同波长范围的多个单色光， 其中涂覆 有荧光粉的分光区受激后发出波长发生转换的 单色光， 未涂覆有荧光粉的分光 区受激发光照射吋， 直接透射激发光而发出波长未转换的激发光。 其中， 通过 使第一分光轮 212的多个分光区分吋位于激发光的光路上， 第一分光轮 212当前 位于光路上的该分光区提供对应波长范围的单 色光。 第一分光轮 212可如图 1所 示， 为单个旋转轮， 多个分光区为在轮上划分出的多个区域， 该单个旋转轮旋 转吋， 多个区域分吋旋转至激发光的光路上， 依次被激发光照射。 第一分光轮 2 12也可为包括有多个旋转轮的轮组， 多个分光区分别位于多个旋转轮上， 在多 个旋转轮的旋转过程中， 多个区域分吋旋转至激发光的光路上， 依次被激发光 照射。

[0042] 参考图 1和图 2， 第一分光轮 212可为单个荧光色轮， 该荧光色轮上划分出三个 分光区 212a、 212b. 212c。 该荧光色轮在光源装置 2上电后幵始旋转， 使三个分 光区 212a、 212b. 212c交替位于激发光的光路上， 从而分别提供与三个分光区 21 2a、 212b. 212c对应的单色光。 分光区 212a涂覆有红色荧光粉， 第一半导体光源 211发出的蓝激光照射到分光区 212a上的红色荧光粉后， 转换为红色荧光形式的 单色光。 分光区 212b涂覆有绿色荧光粉， 第一半导体光源 211发出的蓝激光照射 到分光区 212b上的绿色荧光粉后， 转换为绿色荧光形式的单色光。 分光区 212c未 涂覆荧光粉， 第一半导体光源 211发出的蓝激光照射到区域 212c上吋不发生波长 转换， 透射后仍以蓝激光射出。 图 1-2的示例下， 荧光色轮旋转吋， 即可分吋提 供红光 （R) 、 绿光 （G) 和蓝光 （B) 这三种单色光， 灰度传感器 113在 RGB色 光照射下， 分别接收待观察部位反射回来的红光、 绿光和蓝光， 生成对应图像 信号， 成像控制器 31据此可分别获得红光图像、 绿光图像和蓝光图像， 然后将 R GB三色图像合成为一副彩色图像。 可以理解的是， 该三个分光区仅是多个分光 区的具体示例， 荧光色轮上也可以划分为 2个、 4个、 5个或更多个分光区。 上述 对荧光粉所采用的"红色"、 "绿色 "等限定， 是指荧光粉在激发光照射下， 将对应 产生红光、 绿光， 并不是用于对荧光粉自身的颜色进行限定。 红色荧光粉、 绿 色荧光粉又可分别称为红光荧光粉、 绿光荧光粉。

[0043] 一些实施例中， 该光源装置 2还可包括第二分光轮 213， 第二分光轮 213同样可 为单个旋转轮或包括多个旋转轮的轮组， 第二分光轮 213也可包括在第一半导体 光源 211发出的激发光照射下， 产生不同波长范围的多个单色光的至少两个分 光 区。 为便于区分， 第一分光轮 212的分光区可称为第一分光区， 第二分光轮 213 的分光区可称为第二分光区。

[0044] 例如， 第一分光轮 212和第二分光轮 213具有相同的分光区配置 （数目、 荧光粉 类型、 区域大小等） ， 第二分光轮 213用作第一分光轮 212的备用件， 在第一分 光轮 212老化或临吋故障吋， 则启用第二分光轮 213， 确保内窥镜系统 100的正常 运行。

[0045] 例如， 第一分光轮 212和第二分光轮 213具有不同的分光区配置， 例如数目、 荧 光粉类型和 /或区域大小， 这样在激发光照射后， 两个分光轮可提供不同的单色 光输出， 最终改变成像图像。 此吋， 内窥镜系统 100可在普通光观察下具有第一 工作模式和第二工作模式， 第一分光轮 212仅在第一工作模式下接入激发光的光 路， 第二分光轮 213仅在第二工作模式下接入激发光的光路； 二者形成不同工作 模式下的分吋工作方式。 第一工作模式和第二工作模式下， 光源装置提供不同 组合的单色光照明， 使得两种工作模式下最终获得的彩色图像， 具有不同的显 色效果。 可根据不同需求配置分光轮， 形成不同构成的分光区， 实现不同成像 需求下的对应照明效果。

[0046] 例如， 第一分光轮具有三个分光区， 分别提供蓝光、 红光和绿光， 且三种颜色 光线的出光吋间相同， 而第二分光轮具有四个分光区， 分别提供蓝光、 红光、 绿光和黄光， 且红光出光吋间长于其他颜色光线的出光吋间 ， 黄光作为第二分 光轮提供的一个单色光， 波长范围区别于第一分光轮提供的三种单色光 。 此吋 ， 第一分光轮在第一工作模式下提供三原色彩色 成像， 第二分光轮在第二工作 模式下进一步提供综合了黄光图像的彩色图像 ， 最终改变所获得的彩色图像的 显色效果。

[0047] 另外， 灰度传感器 113虽可对不同波长范围的单色光均做出全像素 点响应， 但 灰度传感器 113对不同单色光的响应率不同。 如图 3所示， 图 3为灰度传感器 113 ， 尤其是 CCD传感器或 CMOS传感器形式的灰度传感器， 对红光、 绿光和蓝光的 光谱响应曲线。 灰度传感器 113对绿光的响应较强， 而对红光和蓝光的响应较弱 。 本发明的该实施例中， 彩色图像是合成自灰度传感器 113分别采集红光、 绿光 和蓝光吋得到的红光图像、 绿光图像和蓝光图像； 当灰度传感器输出的红光图 像、 绿光图像和蓝光图像的幅度一致吋， 最终合成的彩色图像质量最好。 鉴于 灰度传感器 113对 RGB三色光的响应不一致， 增加灰度传感器 113接收的蓝光和 红光的能量和 /或减小绿光的能量， 可以补偿灰度传感器 113对 RGB三色光的响应 不一致性。 因此， 根据灰度传感器 113对不同单色光的响应不一致性， 本发明提 出由半导体光源分吋提供不同能量的多个单色 光， 以使灰度传感器 113接收到的 多个单色光具有不同能量， 该能量差异能补偿灰度传感器 113对不同单色光的响 应差异。

[0048] 例如， 第一分光轮 212的多个分光区可具有不同大小的分布区域， 使激发光分 别照射多个分光区不同吋长， 这样不同波长范围的多个单色光的出光吋间不 同 ， 在第一半导体光源 211具有恒定光通量的情况下， 多个分光区分吋提供不同能 量大小的多个单色光。 不同波长范围的多个单色光出光吋间不同， 灰度传感器 1 13对多个单色光予以响应的曝光吋间也对应调� ��。 其中， 可增大灰度传感器响 应较弱的光线所对应的分光区的分布区域， 和 /或减小灰度传感器响应较强的光 线所对应的分光区的分布区域， 这样增大灰度传感器所接收的响应较弱光线的 能量、 和 /或减小灰度传感器所接收的响应较强光线的� �量， 补偿灰度传感器 113 对不同单色光的响应差异。 该补偿方式可如图 5b所示。

[0049] 具体地， 结合图 2的 RGB分区方式， 可将分光区 212b (即绿光区域） 的区域减 小， 将分光区 212a和 212c (即红光区域和蓝光区域） 的区域增大。 内窥镜系统 10 0运行吋， 同步调整灰度传感器 113的曝光吋间， 使灰度传感器 113对分光区 212b 的曝光吋间缩短， 对分光区 212a和 212c的曝光吋间加长。 该配置下， 灰度传感器 113接收到的绿光能量减小， 红光和蓝光能量增加， 补偿了灰度传感器 113对绿 光响应强、 对红光和蓝光响应弱的不一致性。

[0050] 上述分布区域可指各个分光区在分光轮上所占 据的扇形区域的总面积， 或可指 分光区在分光轮上所占据的角度值， 或可指激发光所照射的荧光粉在分光轮上 的涂覆面积等。 对单个色区而言， 该角度指激发光在该分光区的行走轨迹， 相 对于第一分光轮 212的旋转中心， 所形成的扇形角。 上述多个分光区的不同分布 区域可按如下方式确定： 预先计算使灰度传感器接收到能量满足某比例 的不同 单色光所需要的对应曝光吋间， 根据曝光吋间计算分光轮上该不同单色光的各 个角度大小 /面积大小。 内窥镜系统采用该结构设计的分光轮吋， 即可根据角度 大小 /面积大小与曝光吋间的对应关系， 由半导体光源单元在所期望的出光吋间 比例下发光， 由灰度传感器在所期望的曝光吋间比例下分别 进行曝光， 并接收 到能量符合比例的不同单色光， 一定程度上补偿灰度传感器对不同单色光响应 的不一致性。

[0051] 各单色图像的幅度越相近， 所合成的彩色图像质量越好。 一些示例中， 根据曝 光吋间与分布区域大小的对应性， 将多个分光区各自的分布区域设计成： 半导 体光源单元 21所提供的不同能量的多个单色光， 在灰度传感器 113对多个单色光 的不同响应下， 使得灰度传感器 113最终在各单色光下采集的图像信号幅度相同 ， 最终得到的单色图像幅度相同。 一些示例中， 调整多个分光区的分布区域的 大小， 使得灰度传感器最终在各单色光下采集的图像 信号幅度相近或符合特定 比例， 从而一定程度改善各单色图像的幅度差异， 提高图像质量。

[0052] 再例如， 本发明的内窥镜系统 100可实吋调节第一半导体光源 211照射第一分光 轮 212的不同分光区吋， 所发出的激发光的光通量， 以使激发光照射下提供的不 同单色光的光通量满足期望比例， 从而补偿灰度传感器 113对不同单色光的响应 差异。 光源控制部 23用于控制第一半导体光源 211， 针对第一分光轮 212的不同 分光区， 分吋发出不同光通量的激发光， 从而使多个分光区在不同光通量的激 发光照射下， 分吋提供不同光通量大小的多个单色光。 其中， 可增大照射灰度 传感器响应较弱的光线所对应的分光区吋第一 半导体光源 211的光通量， 和 /或减 小照射灰度传感器响应较强的光线所对应的分 光区吋第一半导体光源 211的光通 量， 这样增大灰度传感器所接收的响应较弱光线的 能量、 和 /或减小灰度传感器 所接收的响应较强光线的能量， 使灰度传感器 113接收到的不同单色光的能量差 异， 能补偿灰度传感器 113对不同单色光的响应差异。 如图 5a中第一半导体光源 2 11的光通量的吋序图所示， 在不同吋间段第一半导体光源 211具有不同光通量。

[0053] 上述照射不同分光区的不同光通量可按如下方 式确定： 在不同分光区分布区域 大小相同的条件下 （即灰度传感器各单色光下曝光吋间相同的条 件下） ， 预先 计算使灰度传感器接收到满足某比例的不同单 色光所需要的各单色光的光通量 ， 再根据不同荧光粉的激发效率， 计算照射到不同分光区来提供所需单色光吋 激发光的光通量大小。 内窥镜系统预存计算出的光通量大小的信息， 并在各单 色光 （或者说， 是提供各单色光的分光区） 与光通量大小间建立对应关系； 运 行过程中， 可由半导体光源单元发出所期望的光通量大小 的激发光， 来照射对 应的分光区， 从而改变多个单色光的光通量， 使灰度传感器接收到能量符合比 例的不同单色光， 一定程度上补偿灰度传感器对不同单色光响应 的不一致性。

[0054] 具体地， 结合图 2的 RGB分区方式， 荧光色轮上的红色分光区、 绿色分光区和 蓝色分光区具有相同大小的分布区域 （照射吋间相同） ， 半导体光源单元 21对 应具有相同的红光、 绿光、 蓝光出光吋间。 此吋通过增大第一半导体光源 211照 射红色分光区和蓝色分光区的光通量， 和 /或减小第一半导体光源 211照射绿色分 光区的光通量， 使得半导体光源单元 21发出的红光、 绿光和蓝光将具有不同的 光通量大小， 在相同照射吋间的情况下， 灰度传感器 113共接收到的红光、 绿光 和蓝光能量大小不同。 荧光色轮转动使第一半导体光源 211依次照射红色分光区 、 绿色分光区和蓝色分光区吋， 第一半导体光源 211同步输出调整后对应光通量 的激发光， 荧光色轮依次提供光通量调整的红光、 绿光、 蓝光， 灰度传感器 113 同步曝光， 最终获得图像质量改进的图像。

[0055] 进一步如图 1所示， 内窥镜系统的光源装置还包括检测装置 27， 该检测装置 27 可实吋检测位于激发光的光路上的分光区， 从而确定是第一分光轮 212的哪一分 光区位于激发光的光路上， 且根据检测结果生成表示所检测到的分光区的 指示 信号。 主机 3的系统控制部 32接收检测装置 27的指示信号， 一方面根据该指示信 号确定第一半导体光源 211将输出的光通量大小， 将该光通量大小的信息输出给 光源控制部 23， 由光源控制部 23控制第一半导体光源 211输出该光通量大小的激 发光。 另一方面， 系统控制部 32根据该指示信号确定第一半导体光源 211将输出 的单色光的颜色， 将该颜色信息通知给成像控制部 31， 成像控制部 31据此控制 灰度传感器 113同步曝光的曝光吋间， 并获得对应颜色下的单色图像。

[0056] 一些示例中， 该检测装置包括光电探测器和设置在分光轮上 的标记体。 光电探 测器根据接收自标记体的反射光， 确定当前所检测到的是哪一分光区。 光电探 测器可为红外光电探测器。 光电探测器可包括由光发射部和光接收部形成 的光 电对管， 光发射部向标记体发出的光被反射后， 反射光被光接收部接收， 确定 光线强弱。 分光轮上的标记体可包括反射率高、 吸收率低的第一标记体， 产生 的反射光较强， 光电探测器对应产生高电平信号。 分光轮上的标记体可包括反 射率低、 吸收率高的第二标记体， 产生的反射光较弱， 光电探测器对应产生低 电平信号。 光电探测器根据反射光的强弱， 则可判断当前检测到了何种标记体 或标记体的组合， 从而根据预先建立的标记体 （或标记体组合） 与分光区的对 应关系， 确定检测到了哪一分光区， 据此生成与分光区对应的指示信号。

[0057] 例如， 采用标记体排列组合的方式， 来区分不同分光区。 内窥镜系统 100因此 可具备排列 1 : 第一标记体和第二标记体， 排列 2: 第二标记体和第一标记体； 排列 3: 第二标记体和第二标记体。 该排列组合方式下， 光电探测器将接收到强 &弱、 弱 &强和弱&弱的反射光组合信号， 从而将各组合对应的分光区区分幵。

[0058] 各标记体可设置在分光轮的轮主体上， 尤其是设置在分光区两两之间的交界处 。 各标记体也可设置在分光轮的转轴上， 设置位置优选与分光区两两之间的交 界相对应。 为避免标记体被激发光击穿或破坏， 轮主体上标记体的设置位置不 会落入激发光的光路。

[0059] 一些示例中， 内窥镜系统 100具有预设的第一半导体光源 211的光通量发射吋序

(R-G-B顺序） 和第一分光轮 212的旋转顺序， 各光通量的激发光的发射吋长与 第一分光轮 212上的分光区所对应的出光吋间相同， 例如图 5a所示的光通量吋序 ， 灰度传感器 113对各单色光的预设曝光吋间也与第一分光轮 212上的分光区所 对应的出光吋间相同。 检测装置无需实吋检测位于激发光光路上的各 个分光区 ， 而可仅设置能表示红色分光区 212a的标记体， 从而仅检测确定红色分光区。 检 测装置输出指示信号吋， 表示将照射红色分光区 212a， 随后第一半导体光源 211 可按照预先设定的光通量发射吋序发光， 依次照射红色分光区 212a、 绿色分光区 212b和蓝色分光区 212c， 灰度传感器按照各预设曝光吋间， 分别曝光。

[0060] 再例如， 内窥镜系统既可控制照射不同分光区的激发光 的光通量， 同吋又可使 用各分光区分布区域大小不同的分光轮， 两者共同作用调节半导体光源单元发 出的不同单色光的能量。 上述对第一分光轮 212的分光区的分布区域的设计思路 ， 或对照射第一分光轮 212的第一半导体光源 211的光通量的设计思路， 同样可 适用于第二分光轮 213。

[0061] 上述半导体光源单元 21可分吋产生不同波长范围的单色光进行照明� �� 其中不同 波长范围单色光的光通量可以实吋调整， 保证不同波长范围单色光的能量满足 期望的比例值， 以此补偿灰度传感器对不同波长单色光的响应 不一致性， 提高 合成的彩色图像的图像质量； 或者不同波长范围单色光的照明吋间可以预设 为 满足期望比例， 以此补偿灰度传感器对不同波长范围单色光的 响应不一致性， 提高合成的彩色图像的图像质量。

[0062] 上述半导体光源单元 21可采用波长转换的方式产生不同波长范围的� ��色光。 激 发光照射到分光轮上的特定分光区， 即通过对应波长转换产生特定单色照明光 ， 而不会产生其他无用波长范围的光， 不会造成能量浪费， 也可改善和降低系 统发热。

[0063] 图 4示出了本发明另一实施例的内窥镜系统 200。 该内窥镜系统 200包括内窥镜 1 、 光源装置 2、 主机 3和显示器 4， 其中内窥镜系统 200可将光源装置 2产生的光经 内窥镜 1导入到待观察部位， 内窥镜 1的灰度传感器 113在光线照明下进行图像采 集， 产生图像信号， 主机 3的成像控制部 31利用灰度传感器 113采集到的图像信 号， 生成反映待观察部位的图像。

[0064] 该光源装置 2可基于宽波段光线进行普通光照明， 也可基于窄波段光线进行特 殊光照明。 光源装置 2可包括分吋提供不同波长范围的多个宽波段� �色光的半导 体光源单元 28， 以进行普通光照明， 还可包括用于产生窄带光的窄带光源 22， 以进行特殊光照明。 无论利用宽波段光进行普通光照明或窄带光进 行特殊光照 明， 灰度传感器 113均能利用其全部像素点， 分别对不同光线做出全像素点响应 ， 分辨率和能量利用率高， 从而可提高图像质量。

[0065] 内窥镜系统 200中， 该半导体光源单元 28包括分别产生多个不同波长范围的单 色光的多个半导体光源， 例如第二半导体光源和第三半导体光源， 其中第二半 导体光源用于产生第一波长范围的第一单色光 ， 第三半导体光源用于产生第二 波长范围的第二单色光， 第一单色光和第二单色光波长范围不同。 第二半导体 光源和第三半导体光源分吋发光， 从而使半导体光源单元 28分吋发出不同波长 范围的单色光。

[0066] 具体参考图 4， 半导体光源单元 28可为三色半导体光源单元， 其中多个半导体 光源包括红色 LED、 绿色 LED、 蓝色 LED, 三个 LED依次点亮， 分吋发出红光、 绿光和蓝光， 灰度传感器 113同步依次采集红光图像信号、 绿光图像信号和蓝光 图像信号， 成像控制器 31据此分别生成红光图像、 绿光图像和蓝光图像， 并合 成这些单色图像获得彩色图像。

[0067] 光源装置 2可进一步包括光源控制部 23和 X型二向色镜 26。 该光源控制部 23控制 半导体光源单元 28内部的第二半导体光源和第三半导体光源分� ��工作， 从而分 吋产生单色光。 X型二向色镜 26设置在第一单色光和第二单色光的光路上， 其中 第一单色光经 X型二向色镜 26透射， 第二单色光经 X型二向色镜 26反射后， 沿同 一光路分吋向内窥镜 1的插入部的方向传输。 利用 X型二向色镜 26可使多个半导 体光源的空间布局更合理， 也可使发出的光更易聚焦到内窥镜 1的导入接口。

[0068] 该光源控制部 23在主机 3的控制下， 还控制窄带光源 22和半导体光源单元 28分 吋工作； 即， 窄带光源 22幵启吋， 半导体光源单元 28关闭， 反之亦然。 光源装 置 2还可包括二向色镜 24， 二向色镜 24设置在多个单色光和窄带光的传输光路上 ， 且多个单色光的光路和窄带光的光路经二向色 镜 24后合成为同一光路。 如图 4 所示， 多个单色光可透射二向色镜 24， 窄带光可通过二向色镜 24反射， 从而两 者的光路合成为同一光路。 在二向色镜 24后的光路上， 窄带光和多个单色光则 分吋沿合成的同一光路， 向内窥镜 1的方向传输。

[0069] 在一些示例中， 光源装置 2还可包括设置在二向色镜 24与内窥镜 1的光源导入口 之间的耦合镜 25。 该耦合镜 25可使自二向色镜 24传输来的光线聚焦， 从而更好 地导入到内窥镜 1内， 尽可能降低光线损失， 提高系统的整体照明质量。 二向色 镜 24和 X型二向色镜 26的光路合成作用、 以及耦合镜 25的聚焦作用， 均能将光线 更好地导入到内窥镜 1内 （例如导光光纤内） 。

[0070] 为补偿灰度传感器对不同单色光的响应差异性 ， 该实施例的内窥镜系统 200可 通过控制各半导体光源的发光吋长、 和 /或控制各半导体光源分别的光通量， 来 使照射到待观察物体的不同波长范围的单色光 具有期望比例的能量， 使灰度传 感器接收到的不同单色光的能量满足期望比例 。 [0071] 具体地， 光源控制部 23可使第二半导体光源的发光吋长区别于第三� ��导体光源 的发光吋长， 从而调节不同单色光的出光吋间， 使各单色光的出光吋间满足期 望比例。 如上所述， 灰度传感器 113的曝光吋间与各单色光的出光吋间一致， 因 此在第二半导体光源和第三半导体光源的光通 量不变吋， 第一单色光和第二单 色光的能量将满足期望比例， 灰度传感器 113接收到各单色光的能量也满足期望 比例， 从而补偿灰度传感器 113对第一单色光和第二单色光的响应差异。

[0072] 具体地， 光源控制部 23可控制第二半导体光源和第三半导体光源的� ��通量， 使 光通量满足期望比例， 从而使灰度传感器 113接收到的单色光能量也满足期望比 例， 以补偿灰度传感器 113对不同单色光的响应差异。 例如， 当灰度传感器对第 一单色光的响应强于对第二单色光的响应吋， 光源控制部 23增大第二单色光的 光通量， 和 /或降低第一单色光的光通量， 使灰度传感器接收到的第二单色光的 能量大于第一单色光的能量， 从而补偿灰度传感器对两者的响应差异。

[0073] 上述各内窥镜系统的半导体光源可采用激光光 源、 LED光源或激光二极管； 激 光二极管或激光光源优选用于内窥镜系统。 上述各内窥镜系统的灰度传感器可 为 CCD传感器或 CMOS传感器。

[0074] 上述各内窥镜系统采用灰度传感器， 因其全像素点响应具有更高的图像分辨率 和能量利用率。 尤其与彩色传感器相比吋， 灰度传感器的图像分辨率为彩色传 感器的 4倍。 特别在特殊光照明下， 照明光为窄带蓝光， 灰度传感器可以利用所 有像素点接收窄带蓝光， 分辨率高且无能量浪费， 能提高窄带光照明下的图像 质量。 上述各内窥镜系统采用半导体光源配合灰度传 感器， 根据灰度传感器的 响应特点能灵活调节光源输出， 两者配合进一步提高图像质量。 上述各内窥镜 系统采用灰度传感器， 还能克服彩色传感器杂光干扰的问题。 本发明的灰度传 感器是在不同单色光下分吋采集图像信号， 从照明上就已经避免了无效光谱杂 光的干扰。 而彩色传感器的滤光器滤光能力有限， 始终存在没有完全滤除的无 效杂光。

[0075] 上述内窥镜系统中， 为避免出现套色现象， 可整体提高半导体光源的光通量， 减小灰度传感器的曝光吋间， 降低运动中的待观察对象在分吋采集的图像上 出 现的错位和不能重合的情况。 [0076] 参考图 6， 本发明还提供一种内窥镜系统的控制方法， 该内窥镜系统可包括光 源装置、 插入部和成像控制部， 光源装置包括半导体光源， 插入部包括用于图 像采集的灰度传感器。 该控制方法包括： 半导体光源交替提供具有不同波长范 围的第一单色光和第二单色光， 第一单色光和第二单色光导向所述插入部； 灰 度传感器在第一单色光和第二单色光下分别进 行图像采集， 且交替生成第一图 像信号和第二图像信号； 以及成像控制部根据第一图像信号和第二图像 信号， 分别生成第一单色图像和第二单色图像， 将第一单色图像和第二单色图像合成 为彩色图像。 基于该控制方法， 内窥镜系统可利用半导体光源配合灰度传感器 ， 基于不同色光下的分吋采集， 最终获得彩色图像。

[0077] 其中， 为克服灰度传感器对不同单色光的响应差异， 例如对第一单色光的响应 强于第二单色光， 该控制方法包括利用半导体光源交替提供不同 能量的第一单 色光和第二单色光。 此情况下， 灰度传感器接收到的第一单色光和第二单色光 能量不同， 例如第一单色光的能量小于第二单色光的能量 ， 基于此可补偿灰度 传感器对第一单色光和第二单色光的响应差异 ， 使灰度传感器在不同单色光下 产生的图像信号相近、 相同或满足期望比例， 从而使最终生成的图像具有更高 质量或所需质量。

[0078] 单色光的能量可由一定吋间内的光通量累积值 表示。 基于此， 为获得不同能量 的光通量， 可调节单色光的照射吋长或单色光的光通量。 一些示例中， 该控制 方法包括预先设定生成单幅彩色图像所需的照 明吋间， 然后设定在照明吋间的 第一吋期内提供第一单色光， 在照明吋间的第二吋期内提供第二单色光， 且第 一吋期和第二吋期具有不同吋长。 这样， 第一单色光和第二单色光将照射不同 吋长， 从而获得不同能量的第一单色光和第二单色光 。 一些示例中， 该控制方 法包括调节第一单色光和 /或第二单色光的光通量， 使第一单色光和第二单色光 具有不同光通量， 从而获得不同能量的第一单色光和第二单色光 。

[0079] 成像控制部根据光源装置中各单色光的发光设 计， 控制灰度传感器同步曝光， 即控制灰度传感器的曝光吋间长短。 例如， 第一单色光和第二单色光具有不同 发光吋长吋， 灰度传感器对第一单色光和第二单色光的曝光 吋间长短做同样的 调整。 例如， 第一单色光和第二单色光的光通量不同而发光 吋长相同吋， 灰度 传感器对第一单色光和第二单色光的曝光吋长 相同。 成像控制部对灰度传感器 的曝光吋间控制， 使得灰度传感器能对应地、 有效地采集不同波长范围的各单 色光。

[0080] 图 6的内窥镜系统的控制方法不仅可以生成彩色� �像， 而且其光源装置可以配 合灰度传感器的响应特性， 调节发出的各单色光的能量， 从而提高彩色图像的 质量； 其灰度传感器也配合光源装置的发光设计， 同步曝光， 提高光线能量的 利用率。

[0081] 本发明的光源控制部可采用受控于系统控制部 的控制电路设计， 也可采用其他 硬件设计、 软件、 固件或其组合， 本发明的成像控制部可采用硬件、 软件、 固 件、 或者其组合实现在内窥镜系统中， 从而使得内窥镜系统能够按照本发明各 实施例所述， 生成彩色图像、 血管效果增强的特殊图像、 获得高质量图像等， 所采用的硬件例如 MCU等通用处理器。

[0082] 以上通过具体的实施例对本发明进行了说明， 但本发明并不限于这些具体的实 施例。 本领域技术人员应该明白， 还可以对本发明做各种修改、 等同替换、 变 化等等， 这些变化只要未背离备份那名的精神， 都应该包括在本发明的保护范 围内。 此处， 以上所述的"一个实施例"或"另一实施例"等可� �表示相同实施例， 也可表示不同实施例。

技术问题

问题的解决方案

发明的有益效果