CN115200837A - 一种内窥镜光学性能测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内窥镜光学性能测试系统和测试方法，包括均匀面光源、用于装载内窥镜的样品台、装载两个或以上标靶的标靶台和控制单元；标靶台中包括一个测试位和标靶切换装置，测试位位于均匀面光源与样品台之间靠近均匀面光源的出光口一侧，标靶切换装置中包括将标靶切换到测试位的一个或以上的驱动电机；被测内窥镜自带摄像装置或者被测内窥镜的目视端连接测试用成像测量装置，通过自带摄像装置或者成像测量装置对于在各个标靶下所获得的图像信息进行分析进而获得对应参数。本发明可实现较现有内窥镜测量技术更自动化、操作简便化、测量参数综合化、测试结果准确化的目标，特别可实现内窥镜安装对准后的无人工辅助的自动多项测试项的测量。

Description

一种内窥镜光学性能测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及内窥镜光学性能的测量技术领域，具体涉及一种内窥镜光学性能测试系统及测试方法。

背景技术

医用内窥镜是重要的诊疗辅助设备，其头端部进入人体，经由内部光学系统可直观表现人体组织影像并进行治疗。因此，医用内窥镜需在满足生物安全的同时准确反映人体组织真实情况，医用内窥镜的各项指标尤其是光学性能指标的评价尤为重要。

内窥镜及其系统一般由医用冷光源、目视或摄像系统、内窥镜镜体等部分组成，电子内窥镜也可实现将摄像头、照明光路、操作部集成在内窥镜内部。内窥镜的光学性能主要包括光源特性、照明特性与成像特性，全面评价其光学性能需综合考虑这些部分。冷光源性能包括：光谱特性（相关色温、显色指数等）、辐射性能（红外截止性能、RGB辐通量比、总光通量等）；照明特性包括：颜色还原性、照明镜体光效、光照均匀性等；成像特性包括：视场角、视向角、角分辨力、景深、亮度响应特性、信噪比、静态图像宽容度等；我国医疗行业标准YY/T 0068.1 《医用内窥镜 硬性内窥镜 第一部分：光学性能及测试方法》、YY/T 1587 《医用内窥镜——电子内窥镜》、YY/T 1081—2011《医用内窥镜 内窥镜功能供给装置——冷光源》等提供了各测试项（如视场角、照明镜体光效、空间频率响应等）的测试方法与判定依据。

现有测试方案中，得到内窥镜的光学性能综合评价需借助多套设备。如光源测试需搭建积分球与光谱仪系统，成像系统的测试需要借助成像系统测试仪器，且各测量设备测试项有限。在测量过程中，内窥镜的对准与样品的安装及测试标靶的切换多为手动，需要耗费大量的时间和精力。操作人员不仅需熟记操作流程并反复调整样品与标靶的相对位置，进行样品在不同设备间的装夹，才能实现满足标准规定与实际要求的测试条件，完成内窥镜光学性能的综合指标测量，而且手工对准易出现偏差，即便是1mm的位移，通过内窥镜的放大效应也会产生较大测量误差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种内窥镜光学性能测试系统及测试方法，旨在解决现有技术中内窥镜光学性能的检测操作复杂、测量工作量大、费时费力且测量结果误差大等技术问题，本发明能够自动化、综合化地评估内窥镜的多项光学性能参数。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种内窥镜光学性能测试系统，其基本技术方案可阐述为：包括均匀面光源、用于装载并定位被测内窥镜的样品台、装载两个或以上标靶的标靶台和控制单元；所述标靶台中包括一个测试位和标靶切换装置，所述测试位位于均匀面光源与样品台之间靠近均匀面光源的出光口一侧，所述标靶切换装置中包括将标靶切换到测试位的一个或以上的驱动电机；所述的标靶切换装置的驱动电机与控制单元电连接；被测内窥镜自带摄像装置或者被测内窥镜的目视端连接测试用成像测量装置，通过自带摄像装置或者成像测量装置对于在各个标靶下所获得的图像信息进行分析进而获得对应参数。由上述方案，本发明可实现较现有内窥镜测量技术更自动化、操作简便化、测量参数综合化、测试结果准确化的目标，特别可实现内窥镜安装对准后的无人工辅助的自动多项测试项的测量。

应该指出，按照本发明的内窥镜光学性能测试系统的有利的实施例和技术方案发展是从属权利要求的主题。

作为一种技术方案，所述标靶切换装置中包括由两个或以上卷轴以及柔性画卷构成的卷帘机构，所述标靶位于柔性画卷上，所述驱动电机与卷轴相连接，驱动电机控制卷轴转动从而带动柔性画卷上的标靶移动。其中，所述的卷轴具有体积小，操作方便、易于控制的特点，驱动电机有控制的带动卷轴转动一定角度。各标靶通过电机控制的方式移动至测试位，可以实现测试标靶的自动、快速、精准切换。

作为一种技术方案，所述的标靶台中不仅包括由柔性画卷和卷轴组成的卷帘机构，还包括第一导轨以及与所述卷帘机构并排设置的第二标靶位，所述卷帘机构和第二标靶位设置在第一导轨上，第二标靶位上放置标靶，通过在第一导轨上的移动将卷帘机构或第二标靶位上的标靶切换到测试位。其中，第二标靶位的标靶为刚性，用于放置柔性画卷无法承载的标靶，如漫反射白板、角分辨力测试板等。

作为一种技术方案，所述的标靶台为多面柱体结构，所述标靶位于柱面上，所述标靶切换装置还包括与驱动电机相连接的转动机构。在切换过程中，均匀面光源首先后退至不影响多面柱体结构的标靶切换装置转动的位置，然后驱动电机带动转动机构使得多面柱体结构的标靶切换装置中的标靶切换至测试位，切换完成后，均匀面光源向前复原至标靶后方靠近标靶的位置。由该过程，多面柱体结构的标靶切换装置在驱动电机的带动下，将各个柱面中的标靶切换到所述测试位。

作为一种技术方案，所述标靶切换装置包括两个标靶堆栈台和用于移动标靶的第五导轨系统；所述标靶堆栈台中通过堆栈方式放置标靶，所述驱动电机带动标靶通过第五导轨系统上的移动，切换到测试位或标靶堆栈台中的指定位置。

作为一种技术方案，所述的内窥镜光学性能测试系统中，还包括具有阵列探测器的成像亮度计，所述成像亮度计对准标靶台中的测试位。成像亮度计用于测试测试位标靶的表面亮度，基于成像原理，一次成像即可对待测屏幕做出二维亮度评价。所述成像亮度计可以是基于面阵光电传感器的亮度测量设备，用于测量获得成像视场内区域的亮度分布状态。成像亮度计的作用主要有两项：一是在测量亮度响应特性、静态图像宽容度和噪声等项目时，提供背景亮度与灰阶块亮度的测量值；另一个是用于测量照明镜体光效，在该测量时，利用亮度与照度的比例关系得到视场中心与视场边缘的照度比值，进而计算得到内窥镜镜体的照明镜体光效值。

作为一种技术方案，所述均匀面光源的亮度与色温可调，且所述均匀面光源与控制单元电连接。均匀面光源为出光面前方的透射式标靶提供均匀性照明，以保证测量结果的准确性。

进一步的，所述均匀面光源可被实现为平板光源、积分球光源或者投影光源。所述均匀面光源位于标靶台后方远离样品台一侧，出光面与测试标靶平行。所述的平板光源可以通过背光源加均匀漫透射板来实现，在出光面具有均匀的亮度，为透射式标靶提供照明；所述的积分球光源是在积分球中内置或者外置发光源，通过积分球的多次反射混光，在积分球出光口处形成均匀的照度和亮度，一般来说积分球具有更高的空间各向均匀性；所述的投影光源是通过投影技术，在指定物体上形成均匀光斑，本技术方案中，投影光源在透射式标靶上形成均匀光斑，从而使得与内窥镜连接的成像摄像装置能够获得标靶团。优选的，所述均匀面光源空间亮度均匀度大于90%，局部空间亮度均匀度大于98%，以保证测量结果的准确性。

作为一种技术方案，所述均匀面光源与一个光源位置调节装置相连接，通过所述位置调节装置调节测试位上的标靶与均匀面光源出光口之间相对位置关系，以确保均匀面光源发出的光束准确投射到测试位标靶，保证空间亮度均匀度的同时确保测量结果的准确性。

作为一种技术方案，在所述的内窥镜光学系统中，所述样品台安装在可使样品台沿垂直于均匀面光源出光口的方向移动的第二导轨上。进一步的，样品台可适配不同尺寸的硬性内窥镜、软性内窥镜、摄像系统及摄像系统与硬性内窥镜、软性内窥镜的组合，通过样品台在第二导轨上的移动实现工作距离调节。

进一步的，在上述方案中，所述的第二导轨中还包括位移调节装置，所述位移调节装置与控制单元电连接，通过控制单元控制样品台在第二导轨上的移动，进一步简化操作，便于测量。

作为一种技术方案，在所述的内窥镜光学系统中，还包括冷光源测量装置，所述冷光源测量装置包括积分球和光谱辐射计，所述积分球上具有取样口和测量窗口，所述测量窗口连接光谱辐射计，被测内窥镜发出的光进入取样口并被光谱辐射计测量；所述样品台通过平台或转动使得被测内窥镜在对准积分球或对准均匀面光源之间切换。积分球具有匀光作用，配合光谱辐射计测量。本测量系统可实现电子内窥镜照明性能中光通量、相关色温、显色指数、红外截止性能、RGB辐通量比等测试项的有效测量，集成化程度高，操作简便。

进一步的，在上述技术方案中，所述样品台通过平台或转动使得被测内窥镜在对准积分球或对准均匀面光源之间切换，具体包括：积分球的取样口和均匀面光源出光口并排放置，还包括第三导轨，所述样品台位于第三导轨上，通过样品台在第三导轨上的平台实现被测内窥镜的对准切换；或者所述的积分球的取样口和均匀面光源出光口呈一定角度放置，包括第一转台，所述样品台与第一转台相连，第一转台带动样品台转动实现被测内窥镜的对准切换。本技术方案中，通过样品台在第三导轨上的移动或第一转台上的转动实现不同测量项间的切换，使得操作简单方便。优选的，第三导轨或第一转台上具有位移或转动控制装置，控制装置与所述控制单元电连接，通过控制单元控制样品台在积分球与均匀面光源之间的切换，进而实现被测内窥镜在对准积分球或对准均匀面光源之间的切换，进一步简化操作，便于测量，并且确保测量结果的准确性。

优选的，光谱测量范围为380 nm ~1700 nm。

作为一种技术方案，在所述的内窥镜光学性能测试系统中，所述样品台上包括测角机构。待测内窥镜在样品台上旋转，旋转方向为垂直或水平，通过所述测角机构测量其视向角，可进一步确保测量结果的准确性。

进一步的，所述的测角机构的轴心所在直线与内窥镜末端中心相交，且与内窥镜镜体轴心垂直。这样，测量内窥镜的视向角时，内窥镜绕末端中心旋转即可。进一步简化操作，便于测量，同时确保结果的准确性。

作为一种技术方案，所述标靶台的测试位前设置有一个或以上的反射光源，所述反射光源发出的光照射到测试位的标靶上。进一步的，在上述技术方案中，所述的反射光源为环形光源，以获得更高的空间亮度均匀度，保证测量结果的准确性和可靠性。作为优选，反射光源在测试位标靶上的均匀性大于80%，色温调节范围3000 K~7000 K，亮度调节范围0cd/m²~4000 cd/m²。

优选的，所述反射光源与控制单元电连接，通过控制单元实现反射光源色温与亮度的调节。

作为一种技术方案，所述的标靶包括透射式标靶和/或反射式标靶，所述的测试位上也可以设置空标靶。所述的透射式标靶为透光标靶，由标靶后面的均匀面光源提供照明条件，测试时相对位置顺序依次为被测内窥镜样品、透射式标靶、均匀面光源。透射式标靶可实现为畸变测试标靶、西门子星形测试标靶、视场角测试标靶等。所述的反射式标靶为不透光标靶，由标靶前方的反射光源提供照明，反射式标靶可实现为漫反射白板标靶、可调灰阶测试标靶等，实现相应测试项的测试。而空标靶具有朗伯特性，设置空标靶，由电子内窥镜照明系统发光照在空标靶上，并由成像亮度计拍摄得到测试位平面各点亮度，根据空标靶平面亮度与照度值换算的比例关系，可进一步得到光分布或照明镜体光效。

作为一种技术方案，在所述的内窥镜光学性能测试系统中，还包括照度计以及照度测量定位装置；所述的照度计及照度测量定位装置位于均匀面光源的出光口前方，或者所述的照度计及照度测量定位装置与均匀面光源并排设置，通过样品台的移动实现被测内窥镜的对准切换。优选的，所述的照度测量定位装置是使得照度计在垂直平面内二维移动的第四导轨系统。通过二维平移，测试电子内窥镜照明系统出光在测试位平面各点的照度，经计算可以得到照明镜体光效与配光分布。

作为一种技术方案，在所述的内窥镜光学性能测试系统中，还包括外壳，所述的均匀面光源的出光口和样品台均位于外壳内部；在外壳内设置摄像头，所述摄像头对准样品台，拍摄内窥镜末端位置；所述摄像头与控制单元电连接。通过摄像头反馈样品台位置，判别被测内窥镜是否对准测试位，若未对准，则通过控制单元控制样品台移动和/或转动进而实现被测内窥镜与测试位的对准。所述外壳为系统提供暗室测试环境。

作为一种技术方案，在所述的内窥镜光学性能测试系统中，被测内窥镜的镜体目视端设有用于测量分析的成像测量装置或者所述被测内窥镜自带摄像装置。在被测内窥镜的镜体目视端设置用于测量分析的成像测量装置，用于无电子成像装置的内窥镜镜体光学性能测试。摄像装置接口与内窥镜目镜端尺寸相匹配，可固定在内窥镜目镜后方。所述摄像装置连接控制中心，可将内窥镜目镜端视野区域传送至控制中心，进而投射到显示器上，并实现图像采集。特别的，经摄像头采集图像传送至控制中心，可通过机器视觉实现测试结果的判定与输出。

本发明还公开了一种内窥镜光学性能测试方法，测试系统包括均匀面光源、用于装载并定位被测内窥镜的样品台、装载有m个（m≥2）标靶的标靶台和控制单元，所述标靶台中包括一个测试位，所述测试位位于均匀面光源与样品台之间靠近均匀面光源的出光口一侧，被测内窥镜自带摄像装置或者被测内窥镜目视端连接测试用成像测量装置，内窥镜的光学性能测试包括以下步骤：

S1：将被测内窥镜安装在样品台上，其末端对准测试位中心，打开均匀面光源并调节至所需亮度和色温；

S2：控制单元控制标靶台将第i个（i∈[1,m]）标靶移动到测试位，控制单元将通过被测内窥镜识别出的标靶图像投射到显示屏中，基于内窥镜自带摄像装置或者测试用成像测量装置，通过图像识别算法自动识别各项检测参数，并分析计算得到对应的光学性能；其中所述的检测参数包括但不限于视场角、视向角、分辨率、景深等；

S3：控制单元控制标靶台将另一个标靶自动切换到测试位，并重复步骤S2，测试各个对应的内窥镜光学性能。

作为一种技术方案，在上述内窥镜的光学性能测试中，还包括成像亮度计的使用，将具有均匀朗伯特性的标靶置于测试位，从被测内窥镜的末端出射的光照射到所述标靶上，成像亮度计获得该标靶上的亮度分布，根据标靶上照度与亮度的换算关系得到标靶上的照度分布，进而可以计算得到照明镜体光效。

作为一种技术方案，在上述内窥镜的光学性能测试中，还包括测量光源性能的积分球光谱辐射计系统的使用，可通过控制单元使被测内窥镜在对准积分球光谱辐射计系统或者对准均匀面光源之间切换；在S1步骤前或S2步骤后，测量光源的性能。

作为一种技术方案，在上述内窥镜的光学性能测试纸，还包括与控制单元电连接的位置摄像头，所述位置摄像头对准样品台，拍摄内窥镜末端位置，判断内窥镜与测试位的对准情况；若所述内窥镜未对准测试位，则通过控制单元的控制实现内窥镜与测试位的对准。具体的，可以通过导轨、平台或者转台等方式，通过控制单元的控制使得样品台移动和/或转动进而实现被测内窥镜与测试位的对准。

作为一种技术方案，在上述内窥镜的光学性能测试中，在控制单元中预先设定了标靶切换顺序与光学性能计算流程，被测样品完成装夹对准后，即可依据所述预先设定自动完成测试流程并获得测试报告。

本发明的有益效果：本发明提供了一种内窥镜光学性能测试系统及测试方法，可有效解决现有技术中内窥镜光学性能的测量操作复杂、测量工作量大、费时费力且测量结果误差大等的问题。本发明能够自动化、综合化地评估内窥镜的多项光学性能参数，且确保测量结果的准确性。

附图说明

附图1 为本发明实施例一提供的一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图；

附图2为本发明实施例二提供的一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图；

附图3为本发明实施例三提供的一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图；

附图4为本发明实施例三提供的一种样品台的结构示意图；

附图5为本发明实施例四提供的一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图；

附图6为本发明实施例五提供的一种用于电子内窥镜光学性能测试的装置示意图；

附图7为本发明实施例五提供的一种照度测量系统的结构示意图；

附图8为本发明实施例六提供的一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图；

图中，1-内窥镜，2-均匀面光源，3-样品台，4-标靶，5-标靶台，6-控制单元，7-测试位，8-标靶切换装置，9-驱动电机，10-卷轴，11-柔性画卷，12-第一导轨，13-第二标靶位，14-成像亮度计，15-外部显示装置，16-第二导轨，17-第三导轨，18-冷光源测量装置，19-积分球，19-1取样口，19-2测量窗口，20-光谱辐射计，21-第一转台，22-测角机构，23-反射光源，24-位置调节装置，25-照度计，26-照度测量定位装置，26-1第四横向导轨，26-2第四纵向导轨，27-照度计夹持装置，28-摄像头，29-第五导轨系统，30-夹具，31-第二转台，100-外壳。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但本领域技术人员应当理解，以下实施例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域技术人员应当理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以下实施例进行修改。本发明的保护范围由所附的权利要求来限定。

实施例一

本实施例提供了一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图，如图1所示，包括均匀面光源2、用于装载并定位被测内窥镜1的样品台3、第一转台21、装载两个或以上标靶4的标靶台5和控制单元6。如图1（a）所示，所述样品台3与第一转台21相连，第一转台21 带动样品台3转动，进而实现被测内窥镜1的对准；所述标靶台5中包括一个测试位7和标靶切换装置8，所述测试位7位于均匀面光源2与样品台3之间靠近均匀面光源2的出光口一侧，所述标靶切换装置8中包括由两个卷轴10以及柔性画卷11构成的卷帘机构，所述标靶4位于柔性画卷11上，所述卷轴10对柔性画卷11起到支撑与固定作用；所述标靶切换装置8中还包括将标靶4切换到测试位7的2个驱动电机9，所述驱动电机9装置位于卷轴10轴心，所述驱动电机9与控制单元6电连接，通过控制单元6对驱动电机9的控制带动卷轴10转动，进而带动柔性画卷11上的标靶4移动。所述的均匀面光源2置于所述标靶台5后方，发光面正对标靶4并与标靶4平行，为标靶4提供均匀照明。均匀面光源的色温和亮度可调，且均匀面光源与控制单元6连接，这使得控制单元6控制均匀面光源2的色温和亮度切换调节。

本实施例中，被测内窥镜1的目视端连接测试用成像测量装置。如图1（b）所示，所述柔性画卷11实现为不易产生折痕且可平整展开，所述柔性画卷11上的标靶4包括视场角标靶、畸变标靶、色还原测试标靶、入瞳视场角测试标靶、西门子正弦星形测试标靶、可调灰阶测试标靶等。各个标靶4通过电机控制的方式依次移动至测试位7，成像测量装置通过被测内窥镜获得被测标靶4的图案，通过智能算法分析，获得相应的参数。例如，成像测量装置拍摄视场角测量用标靶，通过图像识别技术，识别获得图像中显示的最大视场区域，从而得到被测内窥镜的视场角。通过测试标靶的自动精准切换，实现不同测试项目的切换。

实施例二

本实施例提供了另一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图，如图2所示，包括均匀面光源2、用于装载并定位被测内窥镜1的样品台3、第一转台21、装载两个或以上标靶4的标靶台5和控制单元6。所述样品台3与第一转台21相连，第一转台21 带动样品台3转动，进而实现被测内窥镜1的对准。所述标靶台5中包括一个测试位7和六面柱体结构的标靶切换装置8，所述标靶4分别位于六个柱面上，所述测试位7位于均匀面光源2与样品台3之间靠近均匀面光源2的出光口一侧。所述标靶切换装置8中包括驱动电机9以及与驱动电机9相连接的转动机构，所述驱动电机9与控制单元6电连接；在驱动电机9的带动下，标靶切换装置8将各个柱面中的标靶依次切换到所述测试位7。所述的均匀面光源2置于所述标靶台5后方，与控制单元6电连接，亮度和色温可调。

具体的，在切换过程中，所述的均匀面光源2首先后退至不影响标靶切换装置8转动的位置，然后驱动电机9带动转动机构使得六面柱体结构的标靶切换装置8中的标靶4切换至测试位7，切换完成后，均匀面光源2向前复原至标靶4后方靠近标靶4的位置。

本实施例中的被测内窥镜1的目视端连接测试用成像测量装置，利用与实施例一相同的测量方法，得到被测内窥镜的各项光学参数。

实施例三

本实施例提供了另一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图，如图3所示，包括均匀面光源2、用于装载并定位被测内窥镜1的样品台3、装载两个或以上标靶4的标靶台5和控制单元6。所述标靶台5中包括一个测试位7和标靶切换装置8。所述测试位7位于均匀面光源2与样品台3之间靠近均匀面光源2的出光口一侧。所述标靶切换装置8中包括由两个卷轴以及柔性画卷构成的卷帘机构，所述标靶4位于柔性画卷上，所述卷轴对柔性画卷起到支撑与固定作用；所述标靶切换装置8中还包括将标靶4切换到测试位7的2个驱动电机9，所述驱动电机9位于卷轴轴心，所述驱动电机9与控制单元6电连接，通过控制单元6对驱动电机9的控制带动卷轴转动，进而带动柔性画卷上的标靶4移动。所述的标靶台5中还包括第一导轨12以及与所述卷帘机构并排设置的第二标靶位13，所述卷帘机构和第二标靶位13设置在第一导轨12上，第二标靶位13上放置有刚性标靶，如漫反射白板、角分辨力测试板等。第一导轨12与控制单元6电连接，通过控制单元6控制，使得所述卷帘机构和第二标靶位13沿着第一导轨12移动，进而将卷帘机构或第二标靶位13上的标靶4切换到测试位7。所述的均匀面光源2置于所述标靶台5后方，发光面正对标靶4并与标靶4平行，为标靶4提供均匀照明。

本实施例中，还包括具有阵列探测器的成像亮度计14以及外部显示装置15。所述成像亮度计14镜头正对标靶台5上的测试位7，拍摄区域覆盖测试位7，可测试测试位7任意区域的亮度。所述成像亮度计14、外部显示装置15分别与控制单元6连接，这使得成像亮度计14受控的测试测试位7不同区域亮度，并将测试数据传输至控制单元6，进而在外部显示装置15上显示。

本实施例中，控制单元6被实现为包括控制部分、数据处理部分、通讯区、程序指令部分，程序指令部分输出电信号至控制部分，控制部分与均匀面光源2、样品台3、标靶台5等部分电连接，实现相应功能；通讯区包括与待测样品和测量部件的接口，可实现取得并将测试数据传送至数据处理部分，进而得到测试结果，并将测试结果投射至外部显示装置15。

本实施例还提供了一种样品台的结构示意图，如图4所示，所述样品台3由第二导轨16、第三导轨17、第一转台21、测角机构22以及内窥镜夹具30组成。被测内窥镜1装夹在内窥镜夹具30上，第一转台21分别于内窥镜夹具30、第二导轨16相连接，所述测角机构22安装在第一转台21上，所述第二导轨16与第三导轨17相连接；所述第二导轨16、第三导轨17、第一转台21、测角机构22分别与控制单元6电连接。所述第一转台21 带动被测内窥镜1的转动进而实现被测内窥镜1的对准切换，所述第二导轨16用于使被测内窥镜1前后移动，所述第三导轨17用于使被测内窥镜1左右移动，进而实现被测内窥镜1的对准。

本实施例中的被测内窥镜1自带摄像头，通过本系统可实现视场角、视向角、空间频率响应、信噪比、亮度响应特性、静态图像宽容度、照明镜体光效等参数的测量。具体的，将所述被测内窥镜1装夹在样品台3上，通过控制单元6的控制，驱动电机9驱动使得柔性画卷上的标靶4切换到测试位7，使自带摄像头的被测内窥镜1对准柔性画卷上的标靶4，被测内窥镜的摄像头拍摄获得标靶4的图案，通过智能算法分析计算得到视场角、视向角、畸变、色还原等光学参数。通过控制单元6的控制，将第二标靶位13上的标靶4切换到测试位7，将具有阵列探测器的成像亮度计14对准测试位7，拍摄测试位7上标靶4的表面亮度分布；使自带摄像头的被测内窥镜1对准第二标靶位13上的刚性标靶，被测内窥镜的摄像头拍摄获得标靶的图案，通过智能算法分析计算得到亮度响应特性、静态图像宽容度、照明镜体光效等光学参数。本实施例中，通过成像亮度计14的一次成像，对待测标靶作出二维亮度评价，将测试数据通过控制单元6的传输，在外部显示装置15上显示，进而计算分析；在测量亮度响应特性、静态图像宽容度和噪声等项目时，通过成像亮度计14，提供背景亮度与灰阶块亮度的测量值；在测量照明镜体光效时，利用亮度与照度的比例关系得到标靶视场中心与视场边缘的照度比值，进而计算得到内窥镜镜体的照明镜体光效值。

实施例四

本实施例提供了另一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图，如图5所示，包括均匀面光源2、用于装载并定位被测内窥镜1的样品台3、装载两个或以上标靶4的标靶台5、控制单元6、具有阵列探测器的成像亮度计14以及外部显示装置15。所述标靶台5中包括一个测试位7和标靶切换装置8。所述测试位7位于均匀面光源2与样品台3之间靠近均匀面光源2的出光口一侧。所述的均匀面光源2为平板光源，置于所述标靶台5后方，发光面正对标靶4，为标靶4提供均匀照明。所述标靶切换装置8包括两个标靶堆栈台、用于将标靶4切换到测试位7的驱动电机9以及用于移动标靶的第五导轨系统29；所述标靶堆栈台中通过堆栈方式放置标靶，各标靶堆栈台均被实现为刚性，包括透射式标靶如视场角测试标靶、空间频率响应测试标靶等，或者反射式标靶如可调灰阶测试标靶、漫反射白板等。第五导轨系统29包括横向导轨与纵向导轨，两者相连，形成“凹”字形。待测标靶位在纵向导轨上前后移动以将标靶位推送至横向导轨或从横向导轨上收回，标靶位在横向导轨上移动以将标靶4切换至测试位7。所述驱动电机9与控制单元6电连接，带动标靶4通过第五导轨系统29上的移动，切换到测试位7或标靶堆栈台中的指定位置。所述成像亮度计14镜头正对标靶台5上的测试位7，拍摄区域覆盖测试位7，可测试测试位7任意区域的亮度。所述成像亮度计14、外部显示装置15分别与控制单元6连接，这使得成像亮度计14受控的测试测试位7不同区域亮度，并将测试数据传输至控制单元6，进而在外部显示装置15上显示。

本实施例中，所述样品台3包括第二导轨16、第三导轨17、第一转台21。被测内窥镜1装夹在内窥镜夹具上，第一转台21分别于内窥镜夹具、第二导轨16相连接，所述第二导轨16与第三导轨17相连接；所述第二导轨16、第三导轨17、第一转台21分别与控制单元6电连接。所述第一转台21 带动被测内窥镜1的转动进而实现被测内窥镜1的对准切换，所述第二导轨16用于使被测内窥镜1前后移动，所述第三导轨17用于使被测内窥镜1左右移动，进而实现被测内窥镜1的对准。本装置可实现内窥镜视场角、视向角、空间频率响应、信噪比、亮度响应特性、静态图像宽容度、照明镜体光效等参数的测量，具体测量方法与实施例三类似，不在此展开说明。

实施例五

本实施例提供了又一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图，如图6所示，包括外壳100、均匀面光源2、用于装载并定位被测内窥镜1的样品台3、装载两个或以上标靶4的标靶台5、反射光源23、位置调节装置24、具有阵列探测器的成像亮度计14、外部显示装置15、冷光源测量装置18、照度测量系统、摄像头28和控制单元6。外壳100内部设置测试装置，被实现为黑色密闭。这样，外壳100在具备保护支撑作用的同时，各光学性能测试项无需额外布置暗室条件即可实现无光测量条件。所述标靶台中包括一个测试位和标靶切换装置8。所述测试位位于均匀面光源2与样品台3之间靠近均匀面光源2的出光口一侧。所述标靶切换装置8中包括由两个卷轴以及柔性画卷构成的卷帘机构，所述标靶4位于柔性画卷上，所述卷轴对柔性画卷起到支撑与固定作用；所述标靶切换装置8中还包括将标靶4切换到测试位的2个驱动电机，所述驱动电机装置位于卷轴轴心，与控制单元6电连接，通过控制单元6对驱动电机的控制带动卷轴转动，进而带动柔性画卷上的标靶4移动。

本实施例中，所述的均匀面光源2置于所述标靶台5后方，发光面正对标靶4并与标靶4平行，为标靶4提供均匀照明。所述均匀面光源2与位置调节装置24相连接，所述位置调节装置24和控制单元6电连接；通过所述位置调节装置24调节测试位上的标靶与均匀面光源出光口之间相对位置关系，以确保均匀面光源发出的光束准确投射到测试位标靶4。

本实施例中，所述反射光源23位于标靶台5测试位前方靠近样品台3一侧，其出光面正对标靶台5测试位，被实现为环形光源。这样，反射光源23为可调灰阶测试标靶提供背景均匀照明。

本实施例中，所述成像亮度计14镜头正对标靶台5上的测试位，用于测试亮度。所述成像亮度计14、外部显示装置15分别与控制单元6连接，这使得成像亮度计14受控的测试测试位不同区域亮度，并将测试数据传输至控制单元6，进而在外部显示装置15上显示。

本实施例中，所述摄像头28位于样品台3斜上方，镜头对准样品台3，并与控制单元6电连接。摄像头28用于拍摄内窥镜1末端位置，经由控制单元6投射至外部显示装置15，从而反馈内窥镜末端与测试位的对准情况。

本实施例中，冷光源测量装置18包括积分球19与光谱辐射计20，积分球19内壁涂有均匀漫反射涂层，并设有两个窗口，分别为取样口19-1和测量窗口19-2，测量窗口19-2用于连接光谱辐射计20，取样口19-1用于连接待测内窥镜1样品，两个窗口中心与球心连线的夹角成90°。本装置可实现包括光通量、相关色温、显色指数、红外截止性能、RGB辐通量比等参数的测量。

本实施例中，所述的冷光源测量装置18中积分球19的取样口19-1面和均匀面光源2的出光口面相互平行或者重合，所述的照度测量系统放置在标靶台5与样品台3之间。所述的照度测量系统，如图7所示，包括照度计25、照度测量定位装置26、照度计夹持装置27，所述照度计25安置在照度计夹持装置27上，照度计夹持装置27设置在照度测量定位装置26上。所述测量定位装置26为第四位移系统，与控制单元6电连接，包括相互垂直的第四横向导轨26-1和第四纵向导轨26-2。具体的，所述照度计夹持装置27也可夹持照度探头或角分辨力板，照度计夹持装置27可沿着第四纵向导轨26-2在竖直方向移动，第四纵向导轨26-2在第四横向导轨26-1上水平移动，进而实现照度探头或角分辨力板在测试位平面的二维移动。当照度计夹持装置27夹持照度探头时，内窥镜照明系统出光照射在测试位平面，照度探头在第四导轨系统牵引下测量不同位置的照度，计算得到照明镜体光效及光分布特性。当照度计夹持装置27夹持角分辨力板时，角分辨力板在第四导轨系统牵引下分别移动至内窥镜视场中心和视场边缘位置，进而实现内窥镜样品视场中心与视场边缘角分辨力参数的测量。控制单元6可下达指令至系统各部件，实现获取测量数据、数据处理、将测试结果与各图像投射至外部显示装置15等多种功能。

本实施例中，所述样品台3的具体结构和作用与实施例四相同，不在此展开说明。

本实施例中的被测内窥镜1的镜体目视端带有用于测量分析的成像测量装置，通过控制单元6下达指令至系统各部件、获取测量数据、数据处理、将测试结果与各图像投射至外部显示装置15等，实现被测内窥镜1多项光学参数的测量，具体测量包括：将被测内窥镜1安装至样品台3，开启摄像头28，摄像头28拍摄画面并投射至外部显示装置15，通过控制单元6的控制调节使得被测内窥镜1移动至冷光源测量装置18的正前方，被测内窥镜1发出的光进入取样口19-1并被光谱辐射计20测量，积分后得到光谱数据与辐射数据，通过计算分析处理得到所需显色指数、色温、光谱相对分布、光通量等参数；通过控制单元6的控制，使得被测内窥镜1对准测试位的标靶4，同时控制单元6控制均匀面光源2开启并调节至所需的色温与亮度，被测内窥镜1拍摄标靶4的图案，并通过控制单元6投射到外部显示装置15，基于标靶4图像进行智能识别算法处理，切换不同的标靶4，进而得到视场角、畸变、信噪比、空间频率响应等参数；通过控制单元6的控制，通过二维平移，使用照度计25测试被测内窥镜1出光在测试位平面各点的照度，经计算可以得到照明镜体光效与配光分布。例如，将标靶4切换至可调灰阶测试标靶，控制均匀面光源2的亮度调节以实现小灰阶块的亮度变换，成像亮度计14对准测试位的标靶4拍摄，所拍摄的图像传输至控制单元6进而传输至外部显示装置15，在此过程中，使用亮度计25测试标靶4中背景与小灰阶块的亮度，并将测试数据传输至控制单元6进而传输至外部显示装置15，通过控制单元6处理分析上述数据进而得到亮度响应特性曲线、静态图像宽容度参数；在测量照明镜体光效时，照度探头在第四导轨系统26牵引下测量不同位置照度，利用亮度与照度的比例关系得到标靶视场中心与视场边缘的照度比值，进而计算得到内窥镜镜体的照明镜体光效值。

实施例六

本实施例提供了又一种用于内窥镜光学性能测试的装置示意图，如图8所示，本实施例是实施例五的拓展，其组成部分与实施例五大致相同，相同部分不在此赘述，与实施例五不同的是，本实施例中，所述的冷光源测量装置18中积分球19的取样口19-1和均匀面光源2的出光口、照度计呈一定角度放置，所述样品台3中的第三导轨17被替换为第二转台31，第二转台31位于第二导轨16下方，连接驱动装置，在驱动装置的牵引下可带动被测内窥镜转动，从而实现内窥镜中心在积分球19的取样口19-1、标靶测试位、照度计之间的对准切换。如实施例五所述，通过包括积分球19和光谱辐射计20在内的冷光源测量装置18，被测内窥镜1发出的光进入取样口19-1并被光谱辐射计20测量，积分后得到光谱数据与辐射数据，通过计算分析处理得到显色指数、色温、光谱相对分布、光通量等参数。

本实施例中，被测内窥镜1自带摄像装置，积分球19的取样口19-1和均匀面光源2出光口呈一定角度放置，通过第一转台21和第二转台31的转动进而带动被测内窥镜1的转动，以实现被测内窥镜1的对准切换，具体的测量方法如实施例五相近，不在此展开说明。

Claims (21)

1.一种内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，包括均匀面光源(2)、用于装载并定位被测内窥镜(1)的样品台(3)、装载两个或以上标靶(4)的标靶台(5)和控制单元(6)；所述标靶台(5)中包括一个测试位(7)和标靶切换装置(8)，所述测试位(7)位于均匀面光源(2)与样品台(3)之间靠近均匀面光源(2)的出光口一侧，所述标靶切换装置（8）中包括将标靶(4)切换到测试位(7)的一个或以上的驱动电机(9)；所述的标靶切换装置(8)的驱动电机(9)与控制单元(6)电连接。

2.根据权利要求1所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述标靶切换装置(8)中包括由两个或以上卷轴(10)以及柔性画卷(11)构成的卷帘机构，所述标靶(4)位于柔性画卷(11)上，所述驱动电机(9)与卷轴(10)相连接，驱动电机(9)控制卷轴(10)转动从而带动柔性画卷(11)上的标靶(4)移动。

3.根据权利要求2所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述的标靶台(5)中还包括第一导轨(12)以及与所述卷帘机构并排设置的第二标靶位(13)，所述卷帘机构和第二标靶位(13)设置在第一导轨(12)上，第二标靶位(13)上放置标靶，通过在第一导轨(12)上的移动将卷帘机构或第二标靶位(13)上的标靶(4)切换到测试位(7)。

4.根据权利要求1所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述的标靶切换装置(8)为多面柱体结构，所述标靶(4)位于柱面上；所述标靶切换装置(8)还包括与驱动电机(9)相连接的转动机构，在驱动电机(9)的带动下，标靶切换装置(8)将各个柱面中的标靶(4)依次切换到所述测试位(7)。

5.根据权利要求1所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述标靶切换装置(8)包括两个标靶堆栈台和用于移动标靶(4)的第五导轨系统(29)；所述标靶堆栈台中通过堆栈方式放置标靶(4)，所述驱动电机(9)带动标靶(4)通过第五导轨系统(29)上的移动，切换到测试位(7)或标靶堆栈台中的指定位置。

6.根据权利要求1所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，还包括具有阵列探测器的成像亮度计(14)，所述成像亮度计(14)对准标靶台(5)中的测试位(7)。

7.根据权利要求1所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，还包括与均匀面光源(2)相连接的位置调节装置(24)，通过所述位置调节装置(24)调节测试位上的标靶(4)与均匀面光源(2)出光口之间相对位置关系。

8.根据权利要求1所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，还包括可使样品台(3)沿垂直于均匀面光源(2)出光口的方向移动的第二导轨(16)，所述样品台(3)安装在第二导轨(16)上。

9.根据权利要求1或2或3所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，还包括冷光源测量装置(18)，所述冷光源测量装置(18)包括积分球(19)和光谱辐射计(20)，积分球(19)上具有取样口(19-1)和测量窗口(19-2)，所述测量窗口(19-2)连接光谱辐射计(20)，被测内窥镜发出的光进入取样口(19-1)并被光谱辐射计(20)测量；所述样品台(3)通过平台或转动使得被测内窥镜(1)在对准积分球(19)或对准均匀面光源(2)之间切换。

10.根据权利要求9所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述样品台(5)通过平台或转动使得被测内窥镜(1)在对准积分球(19)或对准均匀面光源(2)之间切换，具体包括：积分球(19)的取样口(19-1)和均匀面光源(2)出光口并排放置，包括第三导轨(17)，所述样品台(3)位于第三导轨(17)上，通过样品台在第三导轨(17)上的平台实现被测内窥镜(1)的对准切换；或者所述的积分球(19)的取样口(19 -1)和均匀面光源(2)出光口呈一定角度放置，包括第一转台(21)，所述样品台(3)与第一转台(21)相连，第一转台(21) 带动样品台(3)转动实现被测内窥镜(1)的对准切换。

11.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述样品台(3)上包括测角机构(22)。

12.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述标靶台(5)的测试位(7)前设置有一个或以上的反射光源(23)，所述反射光源(23)发出的光照射到测试位(7)的标靶(4)上。

13.根据权利要求12所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述的标靶(4)包括透射式标靶和/或反射式标靶，所述的测试位(7)上也可以设置空标靶。

14.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，还包括照度计(25)以及照度测量定位装置(26)；所述的照度计(25)及照度测量定位装置(26)位于均匀面光源(2)的出光口前方，或者所述的照度计(25)及照度测量定位装置(26)与均匀面光源(2)并排设置，通过样品台(3)的移动实现被测内窥镜(1)的对准切换。

15.根据权利要求14所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述的照度测量定位装置(26)是使得照度计(25)在垂直平面内二维移动的第四导轨系统。

16.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，还包括外壳(100)，所述的均匀面光源(2)的出光口和样品台(3)均位于外壳(100)内部；在外壳(100)内设置摄像头(28)，所述摄像头(28)对准样品台(3)，所述摄像头(28)与控制单元(6)电连接。

17.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，所述均匀面光源为平板光源或者积分球光源或者投影光源。

18.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的内窥镜光学性能测试系统，其特征在于，在被测内窥镜(1)的镜体目视端包括用于测量分析的成像测量装置。

19.一种内窥镜光学性能测试方法，其特征在于，测试系统包括均匀面光源、用于装载并定位被测内窥镜的样品台、装载有m个（m≥2）标靶的标靶台和控制单元，所述标靶台中包括一个测试位，所述测试位位于均匀面光源与样品台之间靠近均匀面光源的出光口一侧，被测内窥镜自带摄像装置或者被测内窥镜目视端连接测试用成像测量装置，内窥镜的光学性能测试包括以下步骤：

S1：将被测内窥镜安装在样品台上，其末端对准测试位中心，打开均匀面光源并调节至所需亮度和色温；

S2：控制单元控制标靶台将第i个（i∈[1,m]）标靶移动到测试位，控制单元将通过被测内窥镜识别出的标靶图像投射到显示屏中，基于内窥镜自带摄像装置或者测试用成像测量装置识别出的标靶图像进行分析计算得到对应的光学性能；

S3：控制单元控制标靶台将另一个标靶自动切换到测试位，并重复步骤S2，测试各个对应的内窥镜光学性能。

20.根据权利要求19所述的内窥镜光学性能测试方法，其特征在于，包括成像亮度计，将具有均匀朗伯特性的标靶置于测试位，从被测内窥镜的末端出射的光照射到所述标靶上，成像亮度计获得该标靶上的亮度分布，根据标靶上照度与亮度的换算关系得到标靶上的照度分布，进而计算得到照明镜体光效。

21.根据权利要求19所述的内窥镜光学性能测试方法，其特征在于，包括测量光源性能的积分球光谱辐射计系统，可通过控制单元使被测内窥镜在对准积分球光谱辐射计系统或者对准均匀面光源之间切换；在S1步骤前或S2步骤后，测量光源的性能。

Images