DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA LA COMPENSACIÓN DE DESPLAZAMIENTOS DE COLOR EN SISTEMAS DE REPRESENTACIÓN DE IMÁGENES DE FIBRA ÓPTICA.

Dispositivo (50) para la generación de un valor (58) de color,

que está asociado a una fibra óptica de un fibroscopio, que se representa sobre varios elementos sensores de una disposición de elementos sensores, basándose en valores (52) de intensidad de una pluralidad de elementos (22) sensores de la disposición (10) de elementos sensores, sensibles en cada caso a una banda espectral de una pluralidad de bandas espectrales de sensor, con las características siguientes: una unidad (54) de provisión para proporcionar un valor (56) de calibración asociado a la fibra óptica para cada una de las bandas espectrales de sensor; y una unidad (57) de corrección para combinar los valores (52) de intensidad de todos los elementos (22) sensores de la banda espectral respectiva, iluminados por la fibra óptica, estando configurada la unidad de corrección, para ponderar una suma de los valores (52) de intensidad de los elementos sensores de la banda espectral de sensor respectiva con los valores (56) de calibración asignados a las bandas espectrales de sensor respectivas, para obtener el valor (58) de color asignado a la fibra óptica.

La presente invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento, para compensar desplazamientos de color, tales como los que se producen al utilizar fibroscopios con cámaras en color.

Los sistemas ópticos, en los que una imagen se transfiere a través de un sistema óptico sobre un sensor de formación de imágenes, se utilizan en muchos casos. Sin el uso para la formación de imágenes de los endoscopios, hoy en día muchas aplicaciones entre otros en el campo del diagnóstico, inspección, garantía de calidad e investigación serían inconcebibles. En este caso se utilizan por un lado sistemas ópticos de lentes, es decir, sistemas con una construcción rígida en cuyo interior se transmite la imagen a través de una disposición de lentes similar al objetivo de una cámara, al sensor. Por otro lado se utilizan sistemas ópticos de fibras que se componen de un gran número de fibras conductoras de luz, ordenadas, agrupadas en un haz, conduciéndose la luz a través de una pluralidad de fibras hasta un sensor.

La preferencia actual para sistemas ópticos de lentes se explica entre otros en la calidad de sus imágenes. Cuando se requiere un uso literalmente muy “flexible” (acceso pequeño, difícil) debe recurrirse a endoscopios (fibroscopios) semirrígidos o flexibles de alta calidad con diámetros de trabajo reducidos y conductores de imágenes de fibra de vidrio. En caso de usar un sistema óptico de fibras de este tipo a partir de varios conductores de imágenes, normalmente se transmite en cada caso a cada conductor de imágenes utilizado un único píxel o un único valor de intensidad. En el caso de diámetros justificables de todo el haz de fibras no puede utilizarse un número aleatoriamente grande de fibras individuales. La baja resolución condicionada por ello o la estructura en panal de abeja creada por la disposición de las fibras ópticas del sensor impiden en parte el uso de tales aparatos.

Así, por ejemplo, los conductores de imágenes de fibroscopios de alta calidad se componen de un haz ordenado de manera regular de aproximadamente 3.000 - 20.000 fibras individuales. Por el contrario, una cámara de imágenes en movimiento típica (de baja resolución), habitual tiene por ejemplo 640 x 480, es decir, más de 300.000 píxeles (VGA) y habitualmente la señal de imagen transportada por medio de las fibras se observa con una cámara de imágenes en movimiento de este tipo.

Cada uno de los conductores de luz presenta en la mayoría de los casos una envoltura, de modo que en la imagen observada se producen estructuras interferentes de la envoltura, que, por ejemplo, pueden alisarse mediante filtros paso bajo o reducirse de manera adaptativa mediante enmascaramiento espectral. Para eliminar las estructuras que producen una gran interferencia en la valoración de una imagen y que se introducen por la estructura en panal de abeja ya existen soluciones que, basándose en primer lugar en centros de fibras localizados, interpolan una imagen que no tiene una estructura en panal de abeja basándose en la información de luminosidad en los centros de fibras. Sin embargo, como el alisado de las estructuras de envoltura en forma de panal de abeja o por su enmascaramiento en el espacio de Fourier, estos procedimientos tienen la desventaja de que si bien aumentan la calidad de representación de la imagen tomada, sin embargo, no alcanzan un aumento real de la resolución de la imagen.

Un problema que en general debe solucionarse se trata en la patente alemana DE 4318140 A1. En esta se describe cómo los centros de los puntos de luz, que a través de cada una de las fibras de vidrio se representan sobre un sensor de mayor resolución, pueden determinarse al adaptar una función adecuada a la distribución de la luminosidad, que se genera en el sensor bidimensional por una única fibra óptica. La patente muestra cómo basándose en las coordenadas de fibras adaptadas es posible una asociación de la posición de las fibras en el lado de entrada del haz de fibras de luz a la posición de los puntos de luz producidos por las fibras sobre el sensor.

Para la representación y el procesamiento adicional informático de las imágenes tomadas por medio de endoscopios fibroscópicos se desea una representación con el menor números de estructuras posible. Por la gran importancia industrial de los fibroscopios para la inspección de espacios huecos de piezas técnicas y para el diagnóstico y tratamiento médico de órganos internos o el uso como ayuda para la colocación en la automatización se requiere cada vez más también una representación en colores sólidos de alta calidad de la imagen generada por medio del endoscopio.

Los algoritmos y procedimientos utilizados hasta ahora utilizan para la preparación de imágenes de medio tono o los canales de color individuales de una imagen en color de varios canales, es decir, sólo utilizan valores de intensidad monocromáticos de una imagen.

Las cámaras en color, es decir los sensores con varios canales de intensidad (elementos sensores, que son sensibles a bandas espectrales diferentes en cada caso) no pueden utilizarse con los procedimientos conocidos en su forma hasta el momento. En un enfoque alternativo seguido hasta ahora para la utilización de tomas en color se realiza un filtrado o una interpolación para preparar tomas de fibra óptica de una cámara en color sobre los canales de color individuales de una imagen (por ejemplo de los colores primarios rojo, verde y azul). A continuación se combinan las imágenes generadas por separado de los canales de color individuales para llegar a una imagen en color de varios canales. Este procedimiento no lleva sin embargo a resultados óptimos en cuanto a la solidez del color de las imágenes generadas. En caso de que una imagen generada de este tipo deba utilizarse, por ejemplo, para un uso adicional visual, una valoración de los datos de imagen o una extracción y procesamiento de características de color, esto sólo se consigue de manera poco satisfactoria por los desplazamientos de color, que se producen mediante la combinación sencilla de un fibroscopio con una cámara en color.

Este enfoque falla por los colores alterados, que se producen por la forma de los elementos sensores con una sensibilidad espectral diferente y la iluminación irregular de los elementos sensores a través de una única fibra óptica. Por ejemplo, en el caso de los sensores CCD y los sensores CMOS es habitual una disposición de los píxeles sensibles en la banda espectral roja, verde y azul en el denominado patrón Bayer. Este patrón se caracteriza por que en una matriz bidimensional de elementos sensores, los elementos sensores con una sensibilidad espectral idéntica no son adyacentes ni en dirección horizontal ni en la dirección vertical. En este caso se utilizan píxeles que son sensibles a la luz roja, verde y azul, predominando el número de los píxeles sensibles a la luz verde y siendo el doble de grande que el número de los píxeles sensibles a la luz roja o la luz azul. Como se describirá más adelante con más detalle una iluminación irregular de un patrón de color de este tipo y el sistema electrónico de procesamiento de imágenes optimizado para una iluminación regular de la cámara en color lleva a que el sensor o la cámara en color genere para los elementos sensores iluminados por una única fibra óptica una información de imagen alterada con respecto al color.

En la digitalización de la representación a través de un haz de fibras el problema aún se agrava, ya que la formación de imágenes está comprometida. En caso de que una única fibra terminara directa y exclusivamente en un único elemento sensor, entonces la intensidad podría determinarse exactamente de manera electrónica. Sin embargo, para la fibra óptica correspondiente sólo sería posible la determinación de un valor de color para una componente de color. Es decir, si bien desde un punto de vista físico se conocería la componente de color de la que se trata, sin embargo, no puede llegarse a ninguna conclusión acerca de la composición de color. Para determinar un valor de color, es por tanto deseable, representar cada fibra sobre varios elementos sensores (por ejemplo sobre 3 x 3 ó 5 x 5 elementos sensores). Sin embargo, por la desigualdad de elementos sensores estimulados tras la conversión de datos brutos de intensidad del patrón Bayer a valores de color se produce un desplazamiento de color no deseado.

Esto se debe a que por la geometría irregular de las fibras ópticas dentro del fibroscopio los píxeles individuales de la cámara no se iluminan con una intensidad idéntica. Mientras que una... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (50) para la generación de un valor (58) de color, que está asociado a una fibra óptica de un fibroscopio, que se representa sobre varios elementos sensores de una disposición de elementos sensores, basándose en valores

(52) de intensidad de una pluralidad de elementos (22) sensores de la disposición (10) de elementos sensores, sensibles en cada caso a una banda espectral de una pluralidad de bandas espectrales de sensor, con las características siguientes:

una unidad (54) de provisión para proporcionar un valor (56) de calibración asociado a la fibra óptica para cada una de las bandas espectrales de sensor; y

una unidad (57) de corrección para combinar los valores (52) de intensidad de todos los elementos (22) sensores de la banda espectral respectiva, iluminados por la fibra óptica, estando configurada la unidad de corrección, para ponderar una suma de los valores (52) de intensidad de los elementos sensores de la banda espectral de sensor respectiva con los valores (56) de calibración asignados a las bandas espectrales de sensor respectivas, para obtener el valor (58) de color asignado a la fibra óptica.

2. Dispositivo (50) según la reivindicación 1, en el que la unidad (57) de corrección está configurada para combinar los valores (52) de intensidad Ii de los elementos sensores de la banda espectral de sensor respectiva y los valores (56) de calibración C asignados a la banda espectral de sensor respectiva para dar un valor de combinación I, de manera que la combinación puede describirse mediante la siguiente ecuación:

3. Dispositivo (50) según la reivindicación 1 ó 2, en el que la unidad (54) de provisión está configurada adicionalmente para proporcionar para cada elemento sensor un factor de ponderación de perfil, que describe una distribución de intensidad bidimensional de todos los elementos sensores iluminados por la fibra óptica.

4. Dispositivo (50) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de corrección está configurada para proporcionar como valor de color asociado a la fibra óptica una tupla de valores de valores de intensidad corregidos obtenidos mediante la combinación, de todas las bandas espectrales de sensor.

5. Dispositivo (50) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad (54) de provisión está configurada para proporcionar en cada caso un valor (56) de calibración para una banda espectral de sensor roja, verde y azul.

6. Dispositivo (50) según una de las reivindicaciones anteriores, que está configurado para generar para cada fibra óptica del fibroscopio un valor de color asociado.

7. Dispositivo (30) de calibración para determinar un valor (38) de calibración asociado a una fibra óptica de un fibroscopio para cada banda espectral de una pluralidad de bandas espectrales de sensor de una disposición de elementos sensores de elementos sensores sensibles en cada caso a una banda espectral de sensor para una fibra óptica, que se representa sobre varios elementos sensores de la disposición de elementos sensores, con las características siguientes:

**(Ver fórmula)**

una unidad (32) de detección, para detectar valores (34) de intensidad para todos los elementos sensores iluminados por la fibra óptica con luz de una composición espectral conocida; y

una unidad (36) de evaluación para determinar los valores (38) de calibración asociados a las bandas espectrales de sensor respectivas de modo que un valor de color, que se forma a partir de una suma ponderada con los valores (38) de calibración respectivos, de los valores (34) de intensidad de los elementos sensores de la banda espectral de sensor respectiva, describe la composición espectral de la luz.

8. Dispositivo (30) de calibración según la reivindicación 7, en el que la unidad de evaluación está configurada para determinar en cada caso un valor de calibración para una banda espectral de sensor roja, verde y azul.

9. Dispositivo (30) de calibración según la reivindicación 8, en el que la unidad de evaluación está configurada para determinar los valores de calibración de tal manera que una suma ponderada con los valores (38) de calibración respectivos, de los valores (34) de intensidad de los elementos sensores correspondientes a las bandas (38) espectrales de sensor respectivas es idéntica para todas las bandas espectrales de sensor.

10. Dispositivo (30) de calibración según la reivindicación 9, en el que la unidad (36) de evaluación está configurada para determinar los valores de calibración de tal manera, que las sumas ponderadas con los valores (38) de calibración respectivos, de los valores (34) de intensidad de los elementos sensores correspondientes a las bandas espectrales de sensor respectivas corresponden a la fracción definida por el número de bandas espectrales de sensor, de la suma de los valores (34) de intensidad de todos los elementos sensores iluminados por la fibra óptica.

11. Dispositivo (30) de calibración según una de las reivindicaciones 7 a 10, en el que la unidad (36) de evaluación está configurada para determinar los valores (38) de calibración Ci para las i bandas espectrales de sensor a partir de la suma de los valores (34) de intensidad Iij detectados de los elementos sensores asociados a una banda espectral de sensor

y una intensidad media detectada

**(Ver fórmula)**

de tal manera, que la determinación puede describirse mediante la siguiente ecuación:

**(Ver fórmula)**

10 12. Dispositivo (30) de calibración según una de las reivindicaciones 7 a 11, que está configurado para determinar valores de calibración para cada una de las fibras ópticas del fibroscopio.

13. Procedimiento para la generación de un valor (58) de color, que está asociado a una fibra óptica de un fibroscopio, que se representa sobre varios elementos sensores de una disposición de elementos sensores, basándose en valores de intensidad de una pluralidad de elementos sensores de la disposición de elementos sensores, sensibles en cada caso a una banda espectral de una pluralidad de bandas espectrales de sensor, con las etapas siguientes:

proporcionar un valor de calibración asociado a la fibra óptica para cada una de las bandas espectrales de sensor; y

ponderar una suma de los valores (52) de intensidad de todos los elementos sensores iluminados por la fibra óptica, de la banda espectral de sensor respectiva con los valores (56) de calibración asociados a las bandas espectrales de sensor respectivas, para obtener el valor (58) de color asociado a la fibra óptica.

14. Procedimiento para determinar un valor de calibración asociado a una fibra óptica de un fibroscopio, para cada banda espectral de una pluralidad de bandas espectrales de sensor de una disposición de elementos sensores de elementos sensores sensibles en cada caso a una banda espectral respectiva para una fibra óptica, que se representa sobre varios elementos sensores de la disposición de elementos sensores, con las etapas siguientes:

detectar valores de intensidad para todos los elementos sensores iluminados por la fibra óptica con luz de una 25 composición espectral conocida; y

determinar los valores de calibración asociados a las bandas espectrales de sensor respectivas de modo que un valor de color, que se forma a partir de una suma ponderada con los valores (38) de calibración respectivos, de los valores

(34) de intensidad de los elementos sensores de la banda espectral de sensor respectiva, describe la composición espectral de la luz.

15. Programa informático con un código de programa para la realización del procedimiento según la reivindicación 13 ó 14, cuando el programa se ejecuta en un ordenador.