CN106153302A - 一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法，采用液晶显示屏产生靶标图案，可由其独立的控制系统产生，能根据实际测量要求改变靶标图案，或者靶标条纹间隙，以满足不同测量精度或不同测量要求。液晶屏作为测量装置中的靶标，不需另外光源照明，且灵活可变，利用率高，精度高；本发明的测量装置使用成像CCD采集出瞳图像，并成像与计算机屏幕，便于观察，避免视觉疲劳；本发明采用计算机处理采集到的图像，MATLAB软件进行图像处理，计算内窥镜相对畸变，运算快速，测量智能化，精度高。

Description

一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法

技术领域

本发明涉及医疗及工业器械光学参数检测技术领域，尤其涉及一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法，适用于对硬管内窥镜畸变物理指标的测量。

背景技术

作为医疗或工业设备，内窥镜光学特性影响其成像质量，间接影响观测或诊疗安全，因此内窥镜畸变量作为其光学参数之一，其大小可作为内窥镜成像质量的评价标准。目前常用内窥镜圆视场70％处的相对畸变来表征整个内窥镜畸变大小，作为评价内窥镜成像质量的标准。

目前常用测量内窥镜畸变量的方法一，常用网格板作为测试畸变用的靶标，可以定性判断内窥镜畸变为桶形畸变或枕形畸变。靶标上网格边长已知，测量经内窥镜之后图像中网格长度，前后网格长度之差作为内窥镜得变量。此种测量方法精度较低，只能测量确定位置的畸变，无法保证测量70％视场处畸变。

常用测量畸变方法二，靶标上有固定直径的圆环，中心圆斑和70％视场四个圆斑的半径已知且大小相同，内窥镜视场与圆环重合，测量经内窥镜之后的图像中中心和70％视场处圆斑半径，圆环中心畸变忽略不计，作为比较标准，比较与70％视场处四个圆斑的直径差，作为内窥镜畸变量的大小，而得出该处的相对畸变。该测量方法只能得出70％视场处畸变一组数据，且测量畸变后圆斑直径时，测量方法不同，得到圆斑直径不同，畸变不同。且圆斑直径不易测量，引起畸变误差大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法，能够对硬管内窥镜的成像畸变进行检测。

一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法，包括如下步骤：

步骤1、搭建成像畸变测量系统：将液晶显示屏、内窥镜夹持架以及成像CCD安装在直线导轨的滑块上；将被测试的硬管内窥镜固定在所述内窥镜夹持架上，使硬管内窥镜的视场对准液晶显示屏；将成像CCD通过硬管内窥镜的出瞳端自带的光学接口连接在一起；

步骤2、控制液晶显示屏产生一组同心圆环，将液晶显示屏显示的图案作为靶标；

步骤3、控制成像CCD接收硬管内窥镜出瞳端的图像，并对所述图像进行二值化处理：将灰度值大于设定阈值的像素点灰度置为0，反之则置为1，如此得到二值化图像；

步骤4、保留所述二值化图像中灰度为0的像素点的坐标，并根据灰度为0像素点坐标得到同心圆环的圆心坐标，并设为(a，b)；

步骤5、在所述二值化图像的图像坐标系中，在过圆心(a，b)的水平坐标轴方向上找到属于同一个圆环的两个灰度值为0的像素点，并根据该两个像素点坐标及圆心坐标确定所在圆环在水平方向的半径，依此方法得到所有圆环在成像CCD上的水平方向的半径；同理，在过圆心(a，b)的竖直坐标轴方向上找到属于同一个圆环的两个灰度值为0的像素点，并根据该两个像素点坐标和圆心坐标确定所在圆环在成像CCD上的竖直方向的半径，依此方法得到所有圆环在竖直坐标轴方向的半径；

步骤6、针对每一个圆环，将所述步骤5中得到的水平方向半径与在液晶显示屏上的水平方向半径求差值，则为水平方向畸变量Vx；同理，得到竖直方向畸变量Vy；

步骤7、将步骤6中所得的每一个圆环对应的水平方向半径和水平方向畸变量以及竖直方向半径和竖直方向畸变量分别求各自的算数平均值，然后分别求水平方向相对畸变量或者竖直方向相对畸变量其中，Vx和Vy分别表示水平和竖直方向畸变量的算术平均值，Rx和Ry分别表示水平和竖直方向半径的算术平均值；将同一圆环对应的水平和竖直方向畸变量求均值，得到相对畸变量；将各圆环的半径作为横坐标，以各圆环对应的相对畸变量作为纵坐标，得到硬管内窥镜的畸变曲线。

较佳的，所述液晶显示屏充满所述硬管内窥镜的整个视场。

较佳的，所述步骤6中各圆环在成像CCD上的水平方向半径或竖直方向半径的计算方法为：圆环在图像中的水平方向或竖直方向半径与CCD的单位像素宽度乘积。

本发明具有如下有益效果：

本发明的一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法，采用液晶显示屏产生靶标图案，可由其独立的控制系统产生，能根据实际测量要求改变靶标图案，或者靶标条纹间隙，以满足不同测量精度或不同测量要求。液晶屏作为测量装置中的靶标，不需另外光源照明，且灵活可变，利用率高，精度高；本发明的测量装置使用成像CCD采集出瞳图像，并成像与计算机屏幕，便于观察，避免视觉疲劳；本发明采用计算机处理采集到的图像，MATLAB软件进行图像处理，计算内窥镜相对畸变，运算快速，测量智能化，精度高。

附图说明

图1为本发明的检测系统结构示意图。

图2为本发明所述硬管内窥镜畸变测量的靶标示意图。

其中，1-液晶显示屏，2-内窥镜夹持架，3-成像CCD，4-图像处理模块，5-直线导轨，6-液晶显示屏控制模块。

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。

图1是本发明的测量方法所采用的测量系统，包括：液晶屏控制系统1，液晶显示屏2，内窥镜夹持架3，成像CCD4，图像处理计算机5以及导轨6。

该系统中的液晶屏控制系统1控制液晶屏2，使其显示畸变测量靶标，靶标为一组同心圆环，各圆环半径已知。圆环间隙大小根据实际测量精度的要求可调整，以达到测量数据不会过大，且能精确的表征内窥镜从视场中心到视场边缘的相对畸变大小。

因内窥镜结构造成内窥镜畸变一般为中心对称，测量内窥镜视场半径R处水平方向和竖直方向的畸变，再计算平均值作为计算该半径处最终畸变的参数。通过成像CCD采集内窥镜出瞳图像，由计算机MATLAB软件图像处理，调用函数im2bw对图像进行灰度二值化，使图像非黑即白，视场图像中暗条纹的灰度为0。保留二值化图像中灰度为0的像素点的坐标，并根据灰度为0像素点坐标得到同心圆环的圆心坐标，并设为(a，b)；

在二值化图像的图像坐标系中，在过圆心(a，b)的水平坐标轴方向上找到属于同一个圆环的两个灰度值为0的像素点，并根据该两个像素点坐标及圆心坐标确定所在圆环在水平方向的半径，依此方法得到所有圆环在水平方向的半径；同理，在过圆心(a，b)的竖直坐标轴方向上找到属于同一个圆环的两个灰度值为0的像素点，并根据该两个像素点坐标和圆心坐标确定所在圆环在竖直方向的半径，依此方法得到所有圆环在竖直坐标轴方向的半径；其中，圆环在图像中的水平方向或竖直方向半径与CCD的单位像素宽度乘积即为圆环在成像CCD上的半径。

针对每一个圆环，水平方向半径与在液晶显示屏1上的水平方向半径求差值，则为水平方向畸变量Vx；同理，得到竖直方向畸变量Vy；每一个圆环对应的水平方向半径和水平方向畸变量以及竖直方向半径和竖直方向畸变量分别求各自的算数平均值，然后分别求水平方向相对畸变量或者竖直方向相对畸变量其中，Vx和Vy分别表示水平和竖直方向畸变量的算术平均值，Rx和Ry分别表示水平和竖直方向半径的算术平均值；将同一圆环对应的水平和竖直方向畸变量求均值，得到相对畸变量；将各圆环的半径作为横坐标，以各圆环对应的相对畸变量作为纵坐标，得到硬管内窥镜的畸变曲线。明确70％视场处的相对畸变，以此作为评价内窥镜质量好坏的标准。

图2是本发明所述硬管内窥镜畸变测量的靶标示意图。计算机或者单片机控制系统1控制液晶显示屏2，使其产生测量所用靶标图案，内窥镜由夹持架3固定，调整夹持高度，使其对准液晶屏观察，内窥镜视场不能超过液晶屏大小，保证视场范围合适。内窥镜也可与成像CCD4直接固定连接，省略夹持架。CCD采集内窥镜出瞳图像，传输到图像处理计算机5，进行图像处理和内窥镜畸变计算，显示计算结果。

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。

Claims (3)

1.一种用于硬管内窥镜成像畸变的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、搭建成像畸变测量系统：将液晶显示屏(1)、内窥镜夹持架(2)以及成像CCD(3)安装在直线导轨(5)的滑块上；将被测试的硬管内窥镜固定在所述内窥镜夹持架(2)上，使硬管内窥镜的视场对准液晶显示屏(1)；将成像CCD(3)通过硬管内窥镜的出瞳端自带的光学接口连接在一起；

步骤2、控制液晶显示屏(1)产生一组同心圆环，将液晶显示屏(1)显示的图案作为靶标；

步骤3、控制成像CCD(3)接收硬管内窥镜出瞳端的图像，并对所述图像进行二值化处理：将灰度值大于设定阈值的像素点灰度置为0，反之则置为1，如此得到二值化图像；

步骤4、保留所述二值化图像中灰度为0的像素点的坐标，并根据灰度为0像素点坐标得到同心圆环的圆心坐标，并设为(a，b)；

步骤5、在所述二值化图像的图像坐标系中，在过圆心(a，b)的水平坐标轴方向上找到属于同一个圆环的两个灰度值为0的像素点，并根据该两个像素点坐标及圆心坐标确定所在圆环在水平方向的半径，依此方法得到所有圆环在成像CCD(3)上的水平方向的半径；同理，在过圆心(a，b)的竖直坐标轴方向上找到属于同一个圆环的两个灰度值为0的像素点，并根据该两个像素点坐标和圆心坐标确定所在圆环在成像CCD(3)上的竖直方向的半径，依此方法得到所有圆环在竖直坐标轴方向的半径；

步骤6、针对每一个圆环，将所述步骤5中得到的水平方向半径与在液晶显示屏(1)上的水平方向半径求差值，则为水平方向畸变量Vx；同理，得到竖直方向畸变量Vy；

步骤7、将步骤6中所得的每一个圆环对应的水平方向半径和水平方向畸变量以及竖直方向半径和竖直方向畸变量分别求各自的算数平均值，然后分别求水平方向相对畸变量或者竖直方向相对畸变量其中，Vx和Vy分别表示水平和竖直方向畸变量的算术平均值，Rx和Ry分别表示水平和竖直方向半径的算术平均值；将同一圆环对应的水平和竖直方向畸变量求均值，得到相对畸变量；将各圆环的半径作为横坐标，以各圆环对应的相对畸变量作为纵坐标，得到硬管内窥镜的畸变曲线。

2.如权利要求1所述的一种用于硬管内窥镜视场角的检测方法，其特征在于，所述液晶显示屏(1)充满所述硬管内窥镜的整个视场。

3.如权利要求1所述的一种用于硬管内窥镜视场角的检测方法，其特征在于，所述步骤6中各圆环在成像CCD(3)上的水平方向半径或竖直方向半径的计算方法为：圆环在图像中的水平方向或竖直方向半径与CCD的单位像素宽度乘积。