一种用于硬性内窥镜调制传递函数的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种用于硬性内窥镜调制传递函数(MTF)的检测方法，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摄像机成像并计算机显示，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；本发明专利技术通过采用液晶显示屏，根据不同要求产生不同的图像作为目标物(靶标)，能够实现多种检测方法的测量，如刀口法和对比度法，解决了频繁更换靶标的麻烦；发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬性内窥镜检测
，尤其涉及一种用于硬性内窥镜调制传递函数(MTF)的检测方法，可以用以评价硬性内窥镜成像系统成像质量的好坏。
技术介绍
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。成像质量好坏是用来评价一个成像光学系统优劣的重要参数；所谓成像质量，指的是在不考虑放大倍率的情况下，像与物之间强度和色度空间分布的一致程度，即像对物的逼真度。目前已经研究出了很多检验方法，最常用的有目视星点检验、鉴别率法、波像差法、光学传递函数法。每种方法都有其各自的适用性和局限性。目前，国内现有的硬性内窥镜像质检测国家标准是：利用极限角分辨率来评价成像质量的好坏；极限角分辨率的定义是：给定的光学工作距离处，光学镜的入瞳中心的最小可分辨条纹宽的极限分辨角的倒数，以周/度[C/(°)]表示。计算公式见下式(1)： r a ( d ) = 1 / arctan 1 ( d + a ) · r ( d ) . . . . . . ( 1 ) ]]>式中：r(d)-lp/mm；a为内窥镜末端到入瞳的距离，d为光学工作距离。鉴别率法(分辨率法)长期以来作为评价光学系统成像质量的一种方法，
能做出定量的判断，应用比较广泛。但是，鉴别率只能反映光学系统的最高可分辨频率，鉴别率的高低并不一定能全面的代表光学系统的成像质量。而且鉴别率的测量受接收器(如人眼、底片等)和目标对比度的影响较大，甚至还可能观察到伪分辨现象，所以也具有一定的局限性。在国际上被广泛的认可和使用的另一种像质的评价方法就是光学传递函数；目前，国内外一些公司将其运用于硬性内窥镜的像质检测上。光学传递函数包括调制传递函数(MTF)和相位传递函数(PTF)两部分，一般不考虑相位传递函数的影响，只研究调制传递函数(MTF)。目前，调制传递函数(MTF)的测量方法中比较常用的方法，如点源法、狭缝法、刀口法、对比度法等等；但是，这几种方法在测量过程中都存在一个比较严重的问题，就是测量目标物(靶标)的制作困难及靶标的频繁更换问题，如点源法、狭缝法的靶标的大小设计跟硬性内窥镜的极限分辨率有关，不能太小也不能太大，增加了制作难度；如对比度法，靶标(黑白相间的方波、正弦波等)的空间频率需要改变。还有就是测量硬性内窥镜中心及边缘调制传递函数(MTF)时，需要改变硬性内窥镜与靶标的相对位置，定位困难，调节麻烦，费时费力。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种用于硬性内窥镜调制传递函数(MTF)的检测方法，可以用以评价硬性内窥镜成像系统成像质量的好坏。一种用于硬性内窥镜调制传递函数的检测方法，包括如下步骤：步骤1、搭建检测系统：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、支架以及液晶显示屏，其中，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，液晶显示屏安装在第二直线导轨上，硬性内窥镜的入瞳端朝向液晶显示屏；步骤2、调整第二直线导轨和转动平台，使液晶显示屏、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显示屏垂直；步骤3、移动第二直线导轨，使液晶显示屏位于硬性内窥镜的工作距离处；步骤4、调节CCD摄像机的前端透镜组，使其能清晰成像；控制液晶显示屏产生黑色背景，并在背景不同位置处产生白色矩形图案，作为靶标；步骤5、控制CCD摄像机采集硬性内窥镜出瞳端的图像，然后对采集到的图像进行预处理，具体为：将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；根据获得的背景噪声值去除图像的背景噪声；然后，利用小波变换对图像进行去噪处理；步骤6、对于预处理后的图像，选择其中一个矩形图案，并选取该矩形图案对应的其中一个刀口边缘区域，当其中的刀口沿水平方向时，将刀口边缘区域内各列像素点的灰度值求均值，得到1列像素点的灰度值数据；当其中的刀口沿竖直方向时，将刀口边缘区域内各行像素点的灰度值求均值，得到1行像素点的灰度值数据；步骤7、根据步骤6得到的1列或1行灰度值数据得到边缘扩散函数ESF，然后对该边缘扩散函数ESF进行分段平滑拟合；步骤8、对平滑后的边缘扩散函数ESF进行微分，得到线扩散函数LSF；步骤9、对所述线扩散函数LSF进行插值拟合，然后再进行傅里叶变换，求得整个检测系统的调制传递函数，并对其归一化处理，得到MTF系统；步骤10、根据公式(1)获得硬性内窥镜调制传递函数MTF内窥镜：其中，MTF靶标×MTFCCD为靶标调制传递函数与CCD摄像机调制传递函数的乘积。较佳的，所述步骤10中，获得靶标调制传递函数与CCD摄像机调制传递函数的乘积的方法为：采用步骤1至步骤9的方法对一个已知调制传递函数的硬管内窥镜进行检测，获得检测系统的调制传递函数，再根据公式(1)获得靶标调制传递函数与CCD摄像机调制传递函数MTF靶标×MTFCCD。较佳的，所述液晶显示屏(7)上显示的靶标中的其中一个矩形图案位于液晶显示屏(7)的几何中心处，其它矩形图案相对于所述几何中心对称分布。较佳的，所述靶标中共设置有5个矩形图案，其中一个矩形图案位于液晶显示屏(7)的几何中心处，另外4个矩形图案分别位于几何中心的上、下、左、右四个方位上。较佳的，所述检测系统置于暗室中。较佳的，在所述液晶显示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。较佳的，针对预处理后的靶标图像的每个矩形图案，采用步骤6至步骤10的方法，获得各矩形图案上不同刀口区域对应的硬性内窥镜调制函数；再将得到的所有硬性内窥镜调制函数求均值，作为最终的硬性内窥镜调制函数。本专利技术具有如下有益效果：(1)本专利技术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摄像机成像并计算机显示，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。(2)本专利技术通过液晶显示屏，根据不同要求产生不同的图像作为目标物(靶标)，能够实现多种检测方法的测量，如刀口法和对比度法，解决了频繁更换靶
标的麻烦。(3)本专利技术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是本专利技术硬性内窥镜调制传递函数(MTF)检测装置的结构示意图；图2是本专利技术硬性内窥镜调制传递函数(MTF)检测方法流程图；图3是本专利技术采用刀口法检测硬性内窥镜调制传递函数(MTF)的流程图；图4是本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于硬性内窥镜调制传递函数的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、搭建检测系统：所述检测系统包括第一直线导轨(1)、第二直线导轨(5)、CCD摄像机(3)、转动平台(4)、支架(2)以及液晶显示屏(7)，其中，所述CCD摄像机(3)通过支架(2)安装在第一直线导轨(1)上，CCD摄像机(3)的镜头固定在硬性内窥镜(4)的出瞳端；所述转动平台(4)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，液晶显示屏(7)安装在第二直线导轨(5)上，硬性内窥镜(4)的入瞳端朝向液晶显示屏(7)；步骤2、调整第二直线导轨(5)和转动平台(4)，使液晶显示屏(7)、硬性内窥镜(4)和CCD摄像机(3)共轴，同时，使硬性内窥镜(4)入瞳端与液晶显示屏(7)垂直；步骤3、移动第二直线导轨(5)，使液晶显示屏(7)位于硬性内窥镜(4)的工作距离处；步骤4、调节CCD摄像机(3)的前端透镜组，使其能清晰成像；控制液晶显示屏(7)产生黑色背景，并在背景不同位置处产生白色矩形图案，作为靶标；步骤5、控制CCD摄像机(3)采集硬性内窥镜(4)出瞳端的图像，然后对采集到的图像进行预处理，具体为：将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；根据获得的背景噪声值去除图像的背景噪声；然后，利用小波变换对图像进行去噪处理；步骤6、对于预处理后的图像，选择其中一个矩形图案，并选取该矩形图案对应的其中一个刀口边缘区域，当其中的刀口沿水平方向时，将刀口边缘区域内各列像素点的灰度值求均值，得到1列像素点的灰度值数据；当其中的刀口沿竖直方向时，将刀口边缘区域内各行像素点的灰度值求均值，得到1行像素点的灰度值数据；步骤7、根据步骤6得到的1列或1行灰度值数据得到边缘扩散函数ESF，然后对该边缘扩散函数ESF进行分段平滑拟合；步骤8、对平滑后的边缘扩散函数ESF进行微分，得到线扩散函数LSF；步骤9、对所述线扩散函数LSF进行插值拟合，然后再进行傅里叶变换，求得整个检测系统的调制传递函数，并对其归一化处理，得到MTF系统；步骤10、根据公式(1)获得硬性内窥镜调制传递函数MTF内窥镜：其中，MTF靶标×MTFCCD为靶标调制传递函数与CCD摄像机调制传递函数的乘积。...

【技术特征摘要】
1.一种用于硬性内窥镜调制传递函数的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、搭建检测系统：所述检测系统包括第一直线导轨(1)、第二直线导轨(5)、CCD摄像机(3)、转动平台(4)、支架(2)以及液晶显示屏(7)，其中，所述CCD摄像机(3)通过支架(2)安装在第一直线导轨(1)上，CCD摄像机(3)的镜头固定在硬性内窥镜(4)的出瞳端；所述转动平台(4)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，液晶显示屏(7)安装在第二直线导轨(5)上，硬性内窥镜(4)的入瞳端朝向液晶显示屏(7)；步骤2、调整第二直线导轨(5)和转动平台(4)，使液晶显示屏(7)、硬性内窥镜(4)和CCD摄像机(3)共轴，同时，使硬性内窥镜(4)入瞳端与液晶显示屏(7)垂直；步骤3、移动第二直线导轨(5)，使液晶显示屏(7)位于硬性内窥镜(4)的工作距离处；步骤4、调节CCD摄像机(3)的前端透镜组，使其能清晰成像；控制液晶显示屏(7)产生黑色背景，并在背景不同位置处产生白色矩形图案，作为靶标；步骤5、控制CCD摄像机(3)采集硬性内窥镜(4)出瞳端的图像，然后对采集到的图像进行预处理，具体为：将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；根据获得的背景噪声值去除图像的背景噪声；然后，利用小波变换对图像进行去噪处理；步骤6、对于预处理后的图像，选择其中一个矩形图案，并选取该矩形图案对应的其中一个刀口边缘区域，当其中的刀口沿水平方向时，将刀口边缘区域
\t内各列像素点的灰度值求均值，得到1列像素点的灰度值数据；当其中的刀口沿竖直方向时，将刀口边缘区域内各行像素点的灰度值求均值，得到1行像素点的灰度值数据；步骤7、根据步骤6得到的1列或1行灰度值数据得到边缘扩散函数ESF，然后对该边缘扩散函数ESF进行分段平滑拟合；步骤8、对平滑后的边缘扩散函数E...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小华，王亚坤，刘天宸，刘明，董立泉，何川，翟小皓，程德文，李庸辉，周鹏，
申请(专利权)人：北京威斯顿亚太光电仪器有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11