一种内窥镜头光学性能检测装置及检测方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 1101327 A(43)申请公布日 2019.08.16

(21)申请号 201910400321.3(22)申请日 2019.05.14

(71)申请人 杭州电子科技大学

地址 310018 浙江省杭州市下沙高教园区2

号大街(72)发明人 赵巨峰　吴超　崔光茫　叶晓杰　

毛海锋　(74)专利代理机构 杭州浙科专利事务所(普通

合伙) 33213

代理人 吴秉中(51)Int.Cl.

G01M 11/02(2006.01)

权利要求书1页 说明书3页 附图2页

CN 1101327 A()发明名称

一种内窥镜头光学性能检测装置及检测方法

(57)摘要

本发明公开了一种内窥镜头光学性能检测装置及检测方法。检测装置包括平行光源、透射式星图、内窥镜、光纤、光电传感器、图像处理模块、图像数据缓冲模块和图像显示模块。检测方法包括以下步骤：搭建成像及检测系统；调整透

平行光源和内窥镜在同一光轴上；打射式星图、

开平行光源；光电传感器接收能量并转化为电信号在图像显示模块上成像；图像数据缓冲处理模块将图像数据进行分割；图像处理模块对数据进行检测；图像显示模块显示检测结果。本发明设计的透射式星图可在一次成像的基础上分别检测内窥镜镜头的分辨率、畸变率和调制传递函数，有效减少实验次数并减少不同试验之间的误差，所得像为实像，空间频率为真实空间频率，使检测结果更为准确。

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权　利　要　求　书

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1.一种内窥镜头光学性能检测装置，其特征在于：包括平行光源（1）、透射式星图（2）、内窥镜（3）、光纤（4）、光电传感器（5）、图像处理模块（6）和图像显示模块，所述内窥镜（3）的前方设有透射式星图（2），所述平行光源（1）设在透射式星图（2）的前方，所述光纤（4）的一端与内窥镜相连接，光纤（4）的另一端与光电传感器（5）相连接，所述图像处理模块（6）连接与图像显示模块相连接，所述光电传感器（5）分别与图像处理模块（6）和图像显示模块相连接。

2.如权利要求1所述的一种内窥镜头光学性能检测装置，其特征在于：所述平行光源（1），透射式星图（2）和内窥镜（3）在同一光轴上，所述光轴穿过透射式星图（2）的中心。

3.如权利要求1所述的一种内窥镜头光学性能检测装置，其特征在于：所述光电传感器（5）与图像处理模块（6）之间设有图像数据缓冲处理模块。

4.如权利要求1所述的一种内窥镜头光学性能检测装置，其特征在于：所述图像处理模块（6）包括调制传递函数检测模块、畸变一致性检测模块和分辨率检测模块。

5.如权利要求1所述的一种内窥镜头光学性能检测装置，其特征在于：所述光纤（4）设在内窥镜（3）镜头的后焦面处。

6.一种内窥镜头光学性能检测方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：搭建成像及检测系统，所述成像及检测系统包括透射式星图（2）、平行光源（1）、内窥镜（3）、光纤（4）、光电传感器（5）、图像数据缓冲处理模块、图像处理模块（6）和图像显示模块；

步骤二：调整透射式星图（2）、平行光源（1）、内窥镜（3）在同一光轴上，所述光轴穿过透射式星图（2）中心，并调整光纤（4）在内窥镜镜头的后焦面处；

步骤三：打开平行光源（1），使光线照射在透射式星图（2）上，传入内窥镜（3）的镜头；步骤四：光纤（4）接收能量，光电传感器（5）接收光纤（4）传输的能量转化为电信号在图像显示模块上成像；

步骤五：使用图像数据缓冲处理模块将图像数据进行分割；步骤六：使用图像处理模块（6）对得到的数据进行检测；步骤七：图像显示模块显示检测得到的调制传递函数曲线图和分辨率、畸变率数值。7.如权利要求6所述的一种内窥镜头光学性能检测方法，其特征在于：所述透射式星图（2）在一次成像的基础上分别检测内窥镜镜头的分辨率、畸变率和调制传递函数。

8.如权利要求6所述的一种内窥镜头光学性能检测方法，其特征在于：整个检测过程在暗室中进行或进行相应的遮光处理。

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说　明　书

一种内窥镜头光学性能检测装置及检测方法

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技术领域

[0001]本发明涉及计算机和光电领域，具体涉及一种内窥镜头光学性能检测装置及检测方法。

背景技术

[0002]内窥镜可分为医用和工业两大类，如今在工业设施检测、安防监控、医用等领域起着越来越重要的作用。在上述领域中，内窥镜头因探头体积小能获大视场的图像信息而被广泛使用。

[0003]工业内窥镜技术具有独特的优势，它可以延长人们的视距，可以准确地观察物体内部的真实情况，工业内窥镜可以有效的帮助工作人员检查部件内部的腐蚀、锈斑、裂纹等质量缺陷，由于仪器本身的小巧、便携性、可移动性，可以降低工作人员的工作强度、提高工作效率。

[0004]医用内窥镜是一种常用的医疗器械。由头端、弯曲部、插入部、操作部、导光部组成。使用时先将内窥镜导光部接到配套的冷光源上，然后将插入部导入预检查的器官，控制操作部可直接窥视有关部位的病变。

[0005]由于目前所生产的内窥镜头由于自身架构问题，自身的镜头小，视场角大，成像质量得到很大的影响，会对实用产生影响。所以系统的调制传递函数、畸变率和分辨率都需要严格控制和检测以满足设计功能需求。[0006]目前，内窥镜的光学性能检测方法，主要是通过内窥镜后接CCD相机，分别拍摄星图、畸变图、分辨率图，通过图像处理模块分别检测调制传递函数、畸变一致性差和分辨率。所需要的步骤多，检测精度不高，空间频率为换算得到，存在误差。发明内容

[0007]为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种内窥镜头光学性能检测装置及检测方法，能够检测内窥镜光学性能中的畸变一致性差、调制传递函数及分辨率。[0008]本发明的技术方案如下：一种内窥镜头光学性能检测装置，包括平行光源、透射式星图、内窥镜、光纤、光电传感器、图像处理模块和图像显示模块，所述内窥镜的前方设有透射式星图，所述平行光源设在透射式星图的前方，所述光纤的一端与内窥镜相连接，光纤的另一端与光电传感器相连接，所述图像处理模块连接与图像显示模块相连接，所述光电传感器分别与图像处理模块和图像显示模块相连接。[0009]所述透射式星图，平行光源和内窥镜在同一光轴上，所述光轴穿过透射式星图的中心。

[0010]所述光电传感器与图像处理模块之间设有图像数据缓冲处理模块。[0011]所述图像处理模块包括调制传递函数检测模块、畸变一致性检测模块和分辨率检测模块。

[0012]所述光纤设在内窥镜镜头的后焦面处。

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一种内窥镜头光学性能检测方法，包括以下步骤：

[0014]步骤一：搭建成像及检测系统，所述成像及检测系统包括透射式星图、平行光源、内窥镜、光纤、光电传感器、图像数据缓冲处理模块、图像处理模块和图像显示模块；[0015]步骤二：调整透射式星图、平行光源、内窥镜在同一光轴上，所述光轴穿过透射式星图中心，并调整光纤在内窥镜镜头的后焦面处；[0016]步骤三：打开平行光源，使光线照射在透射式星图上，传入内窥镜的镜头；[0017]步骤四：光纤接收能量，光电传感器接收光纤传输的能量转化为电信号在图像显示模块上成像；[0018]步骤五：使用图像数据缓冲处理模块将图像数据进行分割；[0019]步骤六：使用图像处理模块对得到的数据进行检测；[0020]步骤七：图像显示模块显示检测得到的调制传递函数曲线图和分辨率、畸变率数值。

[0021]所述透射式星图在一次成像的基础上分别检测内窥镜镜头的分辨率、畸变率和调制传递函数。

[0022]整个检测过程在暗室中进行或进行相应的遮光处理。[0023]本发明的有益效果为：

[0024]使用透射式星图得到图是实像，每圈光纤采样得到的图像空间频率为真实空间频率。

[0025]使用光纤能够减少像差的影响，光纤的离散采样精度高。

[0026]设计的透射式星图可在一次成像的基础上分别检测内窥镜镜头的分辨率、畸变率和调制传递函数，有效减少实验次数并减少不同试验之间的误差。附图说明

[0027]图1是本发明的流程图；[0028]图2是本发明的结构示意图；[0029]图3是本发明的透射式星图；[0030]图中：1-平行光源，2-透射式星云图，3-内窥镜，4-光纤，5-光电传感器，6-图像处理模块。

具体实施方式

[0031]以下结合附图对本发明作进一步说明：[0032]如图1-2所示，一种内窥镜头光学性能检测装置，包括平行光源1、透射式星图2、内窥镜3、光纤4、光电传感器5、图像缓冲处理模块、图像处理模块6和图像显示模块，所述内窥镜3的前方设有透射式星图2，所述平行光源1设在透射式星图2的前方，所述光纤4的一端与内窥镜3相连接，光纤4的另一端与光电传感器5相连接，所述透射式星图2，平行光源1和内窥镜3在同一光轴上，所述光轴穿过透射式星图2的中心。所述光纤4设在内窥镜3镜头的后焦面处。所述图像处理模块6连接与图像显示模块相连接，所述光电传感器5分别与图像处理模块6和图像显示模块相连接，所述光电传感器5与图像处理模块6之间设有图像数据缓冲处理模块。所述图像处理模块6包括调制传递函数检测模块、畸变一致性检测模块和分辨

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率检测模块。

[0033]一种内窥镜头光学性能检测方法，包括以下步骤：[0034]步骤一：搭建成像及检测系统，所述成像及检测系统包括透射式星图2、平行光源1、内窥镜3、光纤4、光电传感器5、图像数据缓冲处理模块、图像处理模块6和图像显示模块。[0035]步骤二：调整透射式星图2、平行光源1、内窥镜3在同一光轴上，所述光轴穿过透射式星图2中心，并调整光纤4在内窥镜3镜头的后焦面处。[0036]步骤三：打开平行光源1，使光线照射在透射式星图2上，传入内窥镜3的镜头。[0037]步骤四：光纤4接收能量，光电传感器5接收光纤4传输的能量转化为电信号在图像显示模块上成像，得到的为实像，每圈光纤4采样得到的图像空间频率为真实空间频率，检测精度更加准确，使用光纤4能够减少像差的影响，光纤4的离散采样精度高。[0038]步骤五：使用图像数据缓冲处理模块将图像数据进行分割。[0039]在330°到30°之间图像为分辨率检测区间包含小块畸变检测图像。在其余角度内每圈光纤4得到的图为同一空间频率的图用于调制传递函数检测。外圈的畸变图像用于畸变一致性差检测。[0040]步骤六：使用图像处理模块6对得到的数据进行检测，图像处理模块6包括调制传递函数检测模块、畸变一致性检测模块和分辨率检测模块。[0041]步骤七：图像显示模块显示检测得到的调制传递函数曲线图和分辨率、畸变率数值。

[0042]设计的透射式星图2可在一次成像的基础上分别检测内窥镜镜头的分辨率、畸变率和调制传递函数，有效减少实验次数并减少不同试验之间的误差。[0043]为了消除杂散光的影响，整个检测过程需在暗室中进行或进行相应的遮光处理。[0044]畸变一致性差：得到采集图像中的每个椭圆(圆形)。运用边点梯度弧段检测对每个椭圆边缘进行检测，直接最小二乘法进行拟合椭圆，根据待拟合椭圆边点与拟合椭圆上的点的距离小于设定的阈值的方法，从而对拟合结果作出评价。求出椭圆长轴和短轴进而求取畸变率。[0045]调制传递函数：在上述内窥镜调制传递函数测量系统中，每圈光纤采样得到的图像空间频率为真实空间频率。

[0046]取得每个空间频率上图像的最大亮度Imax和最小亮度Imin，根据公式

可以计算出特定空间频率的对比度M(fx)。

[0047]

分辨率：直接识别330°到30°之间的分辨率条纹条数，通过判断分辨率条数判断是否清晰，确定相应分辨率。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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图3

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