一种硬性内窥镜光效均匀性检测方法与流程

本发明涉及硬性内窥镜检测技术领域，尤其涉及一种用于硬性内窥镜光效均匀性检测的方法，适用于对不同种类、不同长度、不同视向角的硬性内窥镜的光学性能光效均匀性的检测。

背景技术：

随着内窥镜下微创手术的日益普及，人们对内窥镜产品临床应用的安全性和有效性认识也逐步发展和深化，硬性内窥镜性能指标尤其是光学性能直接或间接地涉及患者的安全。

光效均匀性是硬性内窥镜的一个很重要的参数。目前，世界上所有的硬性内窥镜都或多或少的存在不均匀性，视场中出现中间亮、边缘暗的现象。对于临床医学工作人员，视场观察范围当然是越大越好，为了看清边缘位置，必然要增加入射光强，增加入射光强又会导致中心光强的增加，且由于人体70％都是水分，液体表面的反射率是很高的，这使视场中间又会很刺眼，影响手术进行；也就失去了大视场观察的意义。

对于硬性内窥镜光效均匀性的检测，世界上没有统一的检测标准。

目前，国内现有的光效均匀性检测标准是：在工作距离处，通过照度计测量一定视场带(如最大视场90％处)上4个正交方位的照度，然后通过计算求得边缘均匀性及光效。测量过程中，主要通过人工检测，操作繁琐，测量周期长，准确度不高，重复性差，且信息量少，只有一个视场带的光效。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用于硬性内窥镜光效均匀性检测的方法，可 实现对不同种类、不同长度、不同视向角的硬性内窥镜的光学性能光效均匀性的检测。

一种硬性内窥镜光效均匀性检测方法，该方法基于检测系统实现对硬性内窥镜成像镜体光效均匀性检测和对硬性内窥镜中成像镜体与照明镜体综合光效均匀性的检测；其中，所述检测系统包括：第一直线导轨、第二直线导轨、CCD摄像机、转动平台、支架、均匀白板以及液晶屏；所述CCD摄像机通过支架安装在第一直线导轨上，CCD摄像机的镜头固定在硬性内窥镜的出瞳端；所述转动平台安装在第一直线导轨上，第二直线导轨固定在转动平台上，均匀白板和液晶屏安装在第二直线导轨上，硬性内窥镜的入瞳端朝向均匀白板；

所述硬性内窥镜成像镜体光效均匀性检测方法包括：

S01、撤去所述均匀白板，调整第二直线导轨和转动平台，使液晶屏、硬性内窥镜和CCD摄像机共轴，同时，使硬性内窥镜入瞳端与液晶屏垂直；

S02、移动第二直线导轨，使液晶屏位于硬性内窥镜的工作距离处，点亮液晶屏，使其作为均匀光源；

S03、调节CCD摄像机的前端透镜组，使其能清晰成像；调节液晶屏亮度，保证足够的亮度，且不使CCD摄像机饱和；

S04、控制CCD摄像机采集硬性内窥镜出瞳端的图像，然后执行S05至S09；

S05、对图像进行预处理，具体为：将上一步获得的图像转换成灰度图像；然后绘制该灰度图像的直方图，找到直方图的峰值，记录该峰值对应的灰度值，作为背景噪声值；根据获得的背景噪声值去除所述灰度图像的背景噪声；然后对所述灰度图像进行维纳滤波，进行去噪处理；

S06、根据预处理后的灰度图像，寻找硬性内窥镜视场的圆心坐标；

S07、根据所述硬性内窥镜视场的圆心坐标，计算硬性内窥镜视场的半径；

S08、在所述S05中去噪处理后灰度图像中寻找灰度最大值，作为硬性内窥 镜视场的圆心位置处的灰度值；

S09、在硬性内窥镜视场范围内，将到所述圆心的距离为x的各像素点的灰度值取平均，作为该距离x处对应的灰度均值，以此类推，得到距离x在0至半径长度范围内各距离处对应的灰度值；以距离x为横坐标，以距离x对应的灰度均值为纵坐标，绘制曲线图；

S10、然后将该曲线图的横坐标除以硬性内窥镜视场半径值，将纵坐标除以圆心处灰度值，得到表征硬性内窥镜的成像镜体的光效均匀性曲线图；

所述硬性内窥镜中成像镜体与照明镜体综合光效均匀性的检测的过程包括：

S11、关闭液晶屏，调整第二直线导轨及转动平台，使得均匀白板、硬性内窥镜和CCD摄像机共轴，同时使硬性内窥镜入瞳端与均匀白板垂直；

S12、移动第二直线导轨，使均匀白板位于硬性内窥镜的工作距离处，接通硬管内窥镜的光锥口接入的光源；

S13、调节CCD摄像机的前端透镜组，使其能清晰成像；调节所述光源亮度，保证足够的亮度，且不使CCD摄像机饱和；

S14、控制CCD摄像机采集硬性内窥镜出瞳端的图像，执行步骤S05至步骤S09，获得曲线图后执行S15；

S15、将步骤S14获得的曲线图的横坐标除以硬性内窥镜视场半径值，将纵坐标除以圆心处灰度值，得到表征硬性内窥镜的成像镜体和照明镜体综合光效均匀性曲线图。

较佳的，所述S06中寻找硬性内窥镜视场的圆心坐标的方法为：首先利用边缘检测算法获取二值化的阈值，对所述灰度图像进行二值化处理，然后求取二值化图像的几何质心，该几何质心的坐标即为硬性内窥镜视场的圆心坐标。

较佳的，所述步骤S09中，取圆形硬性内窥镜视场中任意两个互相垂直的直 径上的点作为被测点，对圆心的距离为x的各被测点的灰度值取平均，作为该距离x处对应的灰度均值，由此得到所述曲线图。

较佳的，所述对硬性内窥镜成像镜体光效均匀性检测和对硬性内窥镜中成像镜体与照明镜体综合光效均匀性的检测在暗室中进行。

较佳的，在所述均匀白板或者液晶屏的两侧及上方放置不透光挡板，减少硬性内窥镜视场之外的透射光的影响。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明的检测方法中采用的检测装置为电控装置，减少了人为的干预，提高了测量精度，自动化程度高；采用CCD成像并计算机显示，代替人眼直接通过内窥镜直接观察，避免观察疲劳，操作方便；本发明的检测结果信息量更多，不再是只能反映某一特定视场带上的光效，它能反映出整个硬性内窥镜视场上的光效均匀性；能更好地反映硬性内窥镜的光学性能。

(2)本发明通过在暗室进行测试或者采用挡光板消除杂散光的影响，使得检测结果更加精确。

附图说明

图1为本发明硬性内窥镜光效均匀性检测装置的结构示意图；

图2为本发明硬性内窥镜成像镜体光效均匀性检测装置的工作流程图；

图3为本发明硬性内窥镜综合镜体光效均匀性检测装置的工作流程图。

其中，1-第一直线导轨；2-CCD摄像机；3-硬性内窥镜；4-转动平台；5-第二直线导轨；6-均匀白板；7-液晶屏；8-支架。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的硬性内窥镜光效均匀性检测方法，首先建立检测系统，如图1所示，该系统包括：两个直线导轨、CCD摄像机2、硬性内窥镜3、转动平台4、均匀白板6、液晶屏7、支架8以及图像处理模块。CCD摄像机2通过支架8安装在第一直线导轨1上，CCD摄像机2的镜头固定在硬性内窥镜3的出瞳端；转动平台4也安装在第一直线导轨1上，第二直线导轨5固定在转动平台4上，均匀白板6和液晶屏7安装在第二直线导轨5上，硬性内窥镜3的入瞳端朝向均匀白板6。图像处理模块接在CCD摄像机2的数据输出端。

本发明的硬性内窥镜光效均匀性检测方法包括对硬性内窥镜成像镜体光效均匀性检测和对硬性内窥镜中成像镜体与照明镜体综合光效均匀性的检测，其中，当对前者进行检测时，执行步骤1至步骤9；当对后者进行检测时，执行步骤11至步骤19。

如图2所示，对硬性内窥镜成像镜体光效均匀性检测的方法如下：

1、撤去均匀白板6，调整第二直线导轨5、转动平台4、液晶屏7、硬性内窥镜3和CCD摄像机2的位置，尽量使三者保证共轴，同时使硬性内窥镜3入瞳端与液晶屏7垂直；

2、移动第二直线导轨5，使液晶屏7位于硬性内窥镜3的工作距离处，点亮液晶屏7，使其作为均匀光源；

3、调节CCD摄像机2的前端透镜组，使CCD摄像机2能清晰成像；调节液晶屏7亮度，保证足够的亮度，且不使CCD摄像机2饱和；

4、控制CCD摄像机2采集硬性内窥镜3出瞳端的图像，通过图像处理模块进行保存和处理，继而进行光效均匀性的计算，得到硬性内窥镜成像镜体的 光效均匀性曲线图；其中，对光效均匀性的计算的方法如步骤5至步骤9；

5、对图像进行预处理，具体为：在获得的多幅图像中选取一幅成像质量较好的，然后将该图像转换成灰度图像，并绘制图像的直方图，找到图像的峰值，记录该峰值对应的灰度值，作为背景噪声值；设置ROI感兴趣区域(Region Of Interest)，缩小需要处理的图像范围；根据获得的背景噪声值去除图像的背景噪声；然后对图像进行维纳滤波，进行严格的去噪处理；

6、根据预处理后的图像，寻找硬性内窥镜视场的圆心坐标，方法为：首先利用边缘检测算法(如sobel算法、canny算法等)获取二值化的阈值，对图像进行二值化处理，然后求取图像的几何质心，该质心的坐标即为硬性内窥镜视场的圆心坐标；

7、根据所述的硬性内窥镜视场的圆心坐标，计算硬性内窥镜圆形视场的半径(因视场为圆形，可以将使用EquivDiameter函数计算窥镜圆形视场的等效半径)；

8、在步骤5得到的灰度图像中寻找灰度最大值，作为硬性内窥镜视场的圆心位置处的灰度值；

9、以硬性内窥镜视场的圆心为原点，计算沿半径方向的光效均匀性，绘制表征硬性内窥镜的光效均匀性的曲线图，具体为：在硬性内窥镜视场范围内，将到圆心的距离为x的各像素点的灰度值取平均，作为该距离处对应的灰度均值，以此类推，得到x在0至半径长度范围内各距离处对应的灰度值；以到圆心距离x为横坐标，以x对应的灰度均值为纵坐标，绘制曲线图；然后对横坐标和纵坐标进行归一化处理，即：将该曲线图的横坐标除以硬性内窥镜视场半径值，将纵坐标除以圆心处灰度值，得到曲线图横坐标为被测点距圆心的距离与半径的比值，纵坐标为被测点与圆心处灰度值的比值的硬性内窥镜的光效均匀性曲线图。

为实现快速计算，可选取圆形硬性内窥镜视场中互相垂直的两个直径上的点作为被测点，按照本步骤上述方法得到硬性内窥镜的光效均匀性曲线图。

如图3所示，本发明的检测方法中对硬性内窥镜中成像镜体与照明镜体综合光效均匀性的检测的过程包括：

11、关闭液晶屏7，调整第二直线导轨5及转动平台4以及均匀白板6、硬性内窥镜3和CCD摄像机2的位置，尽量使三者保证共轴，同时使硬性内窥镜3入瞳端与均匀白板垂直；

12、移动第二直线导轨1，使均匀白板6位于硬性内窥镜3工作距离处，接通硬管内窥镜3的光锥口接入的光源(该光源为硬管内窥镜自带配件)；

13、调节CCD摄像机2的前端透镜组，使CCD摄像机2能清晰成像；调节内窥镜光源亮度，保证足够的亮度，且不使CCD摄像机2饱和；

14、控制CCD摄像机2采集硬性内窥镜3出瞳端的图像，通过图像处理模块进行保存和处理，继而进行光效均匀性的计算，得到硬性内窥镜成像镜体与照明镜体的综合光效均匀性曲线图；其中，对光效均匀性的计算的方法如步骤15至步骤19；

15、对图像进行预处理，具体为：将获得的图像转换成灰度图像，并绘制图像的直方图，找到图像的峰值，记录该峰值对应的灰度值，作为背景噪声值；设置ROI感兴趣区域(Region Of Interest)，缩小需要处理的图像范围；根据步骤5获得的背景噪声值去除图像的背景噪声；然后对图像进行维纳滤波，并进行严格的去噪处理；

16、根据预处理后的图像，寻找硬性内窥镜视场的圆心坐标，方法为：首先利用边缘检测算法(如sobel算法、canny算法等)获取二值化的阈值，对图像进行二值化处理，然后求取图像的几何质心，该质心的坐标即为硬性内窥镜视场的圆心坐标；

17、根据所述的硬性内窥镜视场的圆心坐标，计算硬性内窥镜圆形视场的半径(因视场为圆形，可以将使用EquivDiameter函数计算窥镜圆形视场的等效半径)；

18、寻找步骤15中灰度图像最强灰度值，作为硬性内窥镜视场的圆心位置处的灰度值；

19、以硬性内窥镜视场的圆心为原点，计算沿半径方向的光效均匀性，绘制表征硬性内窥镜的光效均匀性的曲线图，具体为：在硬性内窥镜视场范围内，将到圆心的距离为x的各像素点的灰度值取平均，作为该距离处对应的灰度均值，以此类推，得到x在0至半径长度范围内各距离处对应的灰度值；以到圆心距离x为横坐标，以x对应的灰度均值为纵坐标，绘制曲线图；然后对横坐标和纵坐标进行归一化处理，即：将该曲线图的横坐标除以硬性内窥镜视场半径值，将纵坐标除以圆心处灰度值，得到曲线图横坐标为被测点距圆心的距离与半径的比值，纵坐标为被测点与圆心处灰度值的比值的硬性内窥镜的光效均匀性曲线图。

为实现快速计算，可选取圆形硬性内窥镜视场中互相垂直的两个直径上的点作为被测点，按照本步骤上述方法得到硬性内窥镜的光效均匀性曲线图。

测试过程中需要注意事项：

为了消除杂散光的影响，整个测试过程尽量在暗室中进行。另外，也可以采用一个限内窥镜视场大小的不透光挡板放在目标物(液晶屏7或均匀白板6)上，减少硬性内窥镜3视场之外的透射光对测试的影响。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。