Article

1 - IMAGERIE ENDOSCOPIQUE

  • 1.1 - Intérêts – Domaines d’utilisation
  • 1.2 - Principe de l’endoscopie
  • 1.3 - Défauts des images endoscopiques
  • 1.4 - Exploitation des images endoscopiques

2 - PRÉTRAITEMENT DES IMAGES ENDOSCOPIQUES

3 - RECALAGE D’IMAGES ENDOSCOPIQUES

4 - MOSAÏQUAGE D’IMAGES ENDOSCOPIQUES

5 - CONCLUSION

6 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : MED920 v1

Analyse d’images endoscopiques - Mosaïquage d’images

Auteur(s) : Christian DAUL, Didier WOLF

Date de publication : 10 août 2018

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RÉSUMÉ

Les endoscopes ont un rôle essentiel pour l’inspection des organes creux et des cavités du corps. Ils fournissent des images à haute résolution avec des couleurs et textures naturelles requises pour un diagnostic, le suivi des patients et les interventions chirurgicales. Cependant, leur champ de vue réduit est un facteur limitant majeur pour une interprétation aisée des scènes. Les techniques de mosaïquage permettent le calcul d’images panoramiques de toute la zone d’intérêt qui inclut, par exemple, des lésions et des repères anatomiques. Cet article donne un aperçu sur l’état de l’art lié à tous les aspects du mosaïquage, à savoir la correction, le recalage et la cartographie des images.

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ABSTRACT

Endoscopic image analysis. Image mosaicing

Endoscopes play an essential role in the inspection of hollow organs and body cavities. They produce high-resolution images with natural colors and textures required for lesion diagnosis, patient follow-up and surgical interventions. However, their small field of view is a major limiting factor for an easy and fast interpretation of a medical landscape. Image mosaicing techniques can be used to compute wide field-of-view panoramas encompassing the whole region of interest, e.g. with lesions and anatomical landmarks. This article gives an overview of the state-of the-art relating to all aspects of image cartography – endoscopic image correction, registration and mosaicing.

Auteur(s)

  • Christian DAUL : Professeur des Universités - Université de Lorraine, CNRS, Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, UMR 7039), 54000 Nancy, France

  • Didier WOLF : Professeur des Universités - Université de Lorraine, CNRS, Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, UMR 7039), 54000 Nancy, France

INTRODUCTION

L’endoscopie permet de visualiser des cavités inaccessibles à l’œil à l’aide d’un instrument appelé endoscope. L’endoscope est le plus souvent introduit dans la cavité à explorer par les ouvertures disponibles. Très utilisée en médecine, l’endoscopie l’est également dans l’industrie pour réaliser des contrôles visuels non destructifs. Cet article traite de l’endoscopie médicale mais les problématiques générales sont les mêmes en endoscopie industrielle.

L’endoscope est soit un tube rigide, soit un faisceau de fibres optiques de différentes longueurs et diamètre selon l’usage. D’un côté de l’instrument (pointe distale) se trouve une optique et un diffuseur de lumière pour illuminer la scène à visualiser et de l’autre côté (extrémité proximale) sont généralement installés un capteur d’images numériques et une source de lumière. Les images et la lumière sont véhiculées par un canal optique entre les deux extrémités. L’endoscope est souvent manipulé manuellement par un opérateur qui observe les images diffusées sur un moniteur. Les défauts des images endoscopiques sont liés à l’optique. L’uniformité de l’éclairage in situ est difficile à obtenir, d’autant plus que l’opérateur manipule l’instrument à la main avec des variations de distance qui peuvent être importantes entre la pointe distale et la surface observée. Les focales des optiques sont choisies courtes pour avoir des angles d’ouverture importants, ce qui introduit des défauts de vignettage et de distorsions géométriques. Les organes examinés en médecine peuvent être de nature spéculaire engendrant des reflets gênants sur les images. Enfin, le canal optique de transmission des images peut être constitué de fibres optiques (endoscope souple) qui conduisent à un effet dit en « nid d’abeilles » sur les images. Cet article décrit de manière assez détaillée les techniques qui peuvent être utilisées pour corriger les images endoscopiques des défauts précités.

Aujourd’hui, à des fins d’archivage ou de suivi de patient dans le temps, les examens endoscopiques sont enregistrés sous la forme d’un film vidéo qui peut être de longue durée. Des techniques de mosaïquage ont été développées afin de présenter les informations contenues dans les images de la vidéo-séquence sous une forme beaucoup plus simple et compacte. Celles-ci consistent à calculer les déplacements géométriques (par exemple des translations, rotations et des facteurs d’échelle) entre chaque image de la séquence vidéo et de les replacer dans un référentiel unique pour générer une image dite panoramique. L’opérateur peut ensuite naviguer dans cette image panoramique et se repérer plus facilement pour par exemple retrouver des régions d’intérêt communes à une autre image panoramique réalisée antérieurement. Cet article décrit les principales méthodes de recalage d’images utilisables en endoscopie qui sont à la base du mosaïquage. Les images endoscopiques sont souvent peu contrastées et texturées et nécessitent des algorithmes de recalage spécifiques et robustes.

Enfin, le mosaïquage, à proprement parler, est présenté avec, en particulier, le placement d’informations non redondantes dans un repère commun (celui de l’image panoramique), ainsi que la correction des discontinuités de couleur et de texture dues à la trajectoire des images endoscopiques dans la mosaïque (par exemple, déplacements de l’endoscope conduisant à des trajectoires « en 8 » ou en zigzag et impliquant des recouvrements d’images). Pour terminer, plusieurs exemples de mosaïquage sont présentés en cystoscopie (observation de la vessie) et gastroscopie (observation de l’œsophage et de l’estomac).

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KEYWORDS

medical endoscopy   |   image correction   |   image registration

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-med920


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ZHANG (Z.) -   A flexible new technique for camera calibration.  -  IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 22, n° 11, p. 1330-1334 (2000).

  • (2) - TSAI (R.K.), LENZ (R.Y.) -   Techniques for calibration of the scale factor and image center for high accuracy 3-D machine vision metrology.  -  IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 10, n° 5, p. 713-720 (1988).

  • (3) - MELO (R.), BARRETO (J.P.), FALCÃO (G.) -   A new solution for camera calibration and real-time image distortion correction in medical endoscopy-initial technical evaluation.  -  IEEE Transactions on Biomedical Engineering, vol. 59, n° 3, p. 634-644 (2012).

  • (4) - MIRANDA-LUNA (R.), BLONDEL (W.), DAUL (C.), HERNANDEZ-MIER (Y.), WOLF (D.) -   A simplified method of video-endoscopic image barrel distortion correction based on grey level registration.  -  in IEEE International Conference on Image Processing, Singapore (2004).

  • (5) - MIRANDA-LUNA (R.), DAUL (C.), BLONDEL (W.), HERNANDEZ-MIER (Y.), WOLF (D.), GUILLEMIN (F.) -   Mosaicing...

1 Outils logiciels

Logiciel gratuit et généraliste de mosaïquage (non dédié spécifiquement aux scènes endoscopiques). Pour Windows (version de 2007) http://www.01net.com

Logiciel gratuit de correction des distorsions en barillet http://www.archeograph.com

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