RU2622032C1 - Video endoscope - Google Patents
Video endoscope Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622032C1 RU2622032C1 RU2016106026A RU2016106026A RU2622032C1 RU 2622032 C1 RU2622032 C1 RU 2622032C1 RU 2016106026 A RU2016106026 A RU 2016106026A RU 2016106026 A RU2016106026 A RU 2016106026A RU 2622032 C1 RU2622032 C1 RU 2622032C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix photodetector
- video endoscope
- optical density
- filter
- light
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/04—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances
- A61B1/05—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor combined with photographic or television appliances characterised by the image sensor, e.g. camera, being in the distal end portion
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
- A61B1/06—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements
- A61B1/0646—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor with illuminating arrangements with illumination filters
Landscapes
- Endoscopes (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к устройствам для наблюдения технических или биологических объектов, доступных для обследования с использованием эндоскопии, и может быть использовано при выполнении процедур технической или медицинской диагностики внутренних полостей.The present invention relates to devices for observing technical or biological objects available for examination using endoscopy, and can be used when performing procedures for technical or medical diagnosis of internal cavities.
Уровень техникиState of the art
Известны эндоскопические устройства, которые излучают рассеянный свет для получения изображения объектов, расположенных во внутренних полостях, с помощью телевизионных камер. Видеоэндоскопы подобного вида содержат средство съемки изображения, которое направляет подсвечивающий свет от широкополосного источника света с диаграммой направленности, близкой к круговой, в полость тела с использованием световода или подобного ему устройства и которое снимает изображение объекта исследования в свете, отраженном данным объектом. Однако общим недостатком данных устройств визуализации изображений внутренних объемов, имеющих цилиндрическую форму, куда вводится дистальный конец видеоэндоскопа, является явно выраженная неравномерность освещенности поля изображения. При относительно равномерном освещении, создаваемом типовыми осветителями, участки цилиндрического объема, примыкающие к точке выхода светового потока, имеют существенно усиленное освещение, в то время как удаленные по ходу цилиндра области освещены существенно слабее. Это связано с тем, что освещенность объектов обратно пропорциональна квадрату расстояния от них до источника света. Поэтому объекты, расположенные, например, на расстоянии 5 мм от выхода светового потока на дистальном конце эндоскопа, будут освещены примерно в 16 раз сильнее, чем те, которые находятся на удалении в 20 мм по ходу оси исследуемой цилиндрической поверхности (фиг. 1).Known endoscopic devices that emit scattered light to obtain images of objects located in internal cavities using television cameras. Video endoscopes of this kind contain an image pickup tool that directs backlight from a broadband light source with a close to circular radiation pattern into the body cavity using a light guide or similar device and which captures the image of the object of study in the light reflected by this object. However, a common drawback of these image-visualization devices of internal volumes having a cylindrical shape, where the distal end of the video endoscope is inserted, is the pronounced unevenness of the illumination of the image field. With relatively uniform illumination created by typical illuminators, sections of the cylindrical volume adjacent to the exit point of the light flux have significantly enhanced illumination, while the areas distant along the cylinder are illuminated significantly less. This is due to the fact that the illumination of objects is inversely proportional to the square of the distance from them to the light source. Therefore, objects located, for example, at a distance of 5 mm from the output of the light flux at the distal end of the endoscope, will be illuminated about 16 times stronger than those that are 20 mm away along the axis of the cylindrical surface under investigation (Fig. 1).
Это означает, что в пределах динамического диапазона воспроизведения яркости изображения для телевизионной камеры - матричного фотоприемника, являющегося источником видеосигнала, периферические области изображения будут слишком светлыми, а центральная его часть, относящаяся к удаленным отрезкам цилиндра, слишком темной для нормального воспроизведения. При этом детальность изображения в темных и светлых областях будет потеряна, так как оптимальный динамический диапазон воспроизведения матричных фотоприемников будет соответствовать только среднему участку удаленности цилиндра, где воспроизводятся все градации яркости изображения. Этот участок оптимального просмотра на изображении известных современных видеоэндоскопов воспроизводится в виде кольца, занимающего около 40-60 процентов от всей площади экрана дисплея, а это существенно ограничивает возможности качественной визуализации изображений при интроскопии (показано условно на фиг. 2). Следует отметить, что центральная часть изображения, занимающая до 10 процентов от площади телевизионного растра, будет безвозвратно потеряна для полутонового воспроизведения изображения идеализированной цилиндрической поверхности, так как расположена на слишком большом удалении от выхода светового потока, формируемого на дистальном конце эндоскопа, то есть за границей резкости объектива и физически доступной глубины просмотра, ограничиваемой конечной мощностью излучения осветителя.This means that within the dynamic range of reproducing the image brightness for a television camera - a matrix photodetector that is the source of the video signal, the peripheral areas of the image will be too light, and its central part, related to the remote sections of the cylinder, too dark for normal playback. Moreover, the image detail in dark and bright areas will be lost, since the optimal dynamic range of reproduction of matrix photodetectors will correspond only to the middle section of the cylinder remoteness, where all gradations of image brightness are reproduced. This portion of the optimal viewing in the image of known modern video endoscopes is reproduced in the form of a ring, occupying about 40-60 percent of the entire display screen area, and this significantly limits the possibility of high-quality image visualization during introscopy (shown conditionally in Fig. 2). It should be noted that the central part of the image, occupying up to 10 percent of the area of the television screen, will be irretrievably lost for grayscale reproduction of the image of the idealized cylindrical surface, since it is located too far from the output of the light flux formed at the distal end of the endoscope, that is, abroad lens sharpness and physically accessible viewing depth, limited by the final radiation power of the illuminator.
Также следует принять во внимание, что средства дальнейшей обработки (видеопроцессоры, компьютеры и т.п.) оцифрованного видеосигнала матричного фотоприемника не смогут внести заметного улучшения в качество изображения краевых и центральной областей (с помощью гистограммных методов или гамма-коррекции…), т.к. число уровней квантования исходного видеосигнала в данных областях вблизи уровней соответственно «белого» и «черного» крайне мало.It should also be taken into account that the means of further processing (video processors, computers, etc.) of the digitized video signal of the matrix photodetector will not be able to make a noticeable improvement in the image quality of the edge and central regions (using histogram methods or gamma correction ...), etc. to. the number of quantization levels of the original video signal in these areas near the levels of respectively “white” and “black” is extremely small.
Так, в японском патенте JP 2003-93336 предлагается эндоскопическое устройство с узкополосным осветителем, которое выполняет обработку сигналов изображения, получаемым с подсвечивающим светом в видимом диапазоне спектра, для создания изображения с дискретным спектром и получения информации о ткани на участке биологической ткани на требуемой глубине. Это производится посредством арифметической обработки электрических сигналов способом вычисления матриц над цветовым сигналом изображения, снятом в широком диапазоне длин волн без использования узкополосного светофильтра. Однако устройство по патенту JP 2003-93336 имеет описанные выше недостатки, так как не содержит технических средств для компенсации неравномерности освещенности поля изображения.Thus, Japanese patent JP 2003-93336 proposes an endoscopic device with a narrow-band illuminator that processes image signals obtained with illuminated light in the visible range of the spectrum to create an image with a discrete spectrum and obtain information about tissue in the area of biological tissue at the required depth. This is done by arithmetic processing of electrical signals by calculating matrices over a color image signal captured over a wide wavelength range without using a narrow-band filter. However, the device according to JP 2003-93336 has the disadvantages described above, since it does not contain technical means to compensate for uneven illumination of the image field.
Известно также устройство для наблюдения биологических объектов по патенту РФ №2381737 (А61В 1/00, конвенционный приоритет 12.05.2005 JP 2005-140379 и 12.05.2005 JP 2005-140383). Оно содержит секцию формирования цветового сигнала изображения, которая выполняет обработку сигналов либо над первым снятым сигналом изображения, для которого объект, подлежащий исследованию, подсвечиваемый белым подсвечивающим светом, снимают через цветной светофильтр, обладающий характеристикой пропускания множества длин волн в широком диапазоне, либо над вторым снятым сигналом изображения, для которого объект, подлежащий исследованию, снимают с освещением подсвечивающими световыми потоками с чередованием кадров, которые охватывают видимый диапазон спектра, и формирует цветовой сигнал изображения. Устройство для наблюдения биологических объектов содержит секцию формирования спектрального сигнала изображения, которая формирует спектральный сигнал изображения, соответствующий узкополосному сигналу изображения посредством обработки сигналов над цветовым сигналом изображения, исходя из первого или второго снятого сигнала изображения. Данное устройство выполнено так, что обработка сигналов над снятым сигналом изображения из средства съемки изображения выполняется видеопроцессором для отображения эндоскопического изображения на контрольном мониторе для рассмотрения наблюдаемой области, например болезненной части. Тем не менее, и в данном техническом решении присутствуют недостатки, связанные с неравномерностью освещенности поля изображения.A device for observing biological objects according to the patent of the Russian Federation No. 2381737 is also known (А61В 1/00, convention priority 12.05.2005 JP 2005-140379 and 12.05.2005 JP 2005-140383). It contains a section for generating a color image signal, which performs signal processing either on the first captured image signal, for which the object to be studied, illuminated by a white illuminating light, is removed through a color filter having the characteristic of transmitting multiple wavelengths in a wide range, or above the second captured image signal, for which the object to be studied, is taken under illumination by illuminating light fluxes with alternating frames that cover ayut visible range of the spectrum and creates a color image signal. A device for observing biological objects contains a section for generating a spectral image signal, which generates a spectral image signal corresponding to a narrow-band image signal by processing signals over a color image signal based on the first or second captured image signal. This device is designed so that the signal processing on the captured image signal from the image pickup means is performed by the video processor to display the endoscopic image on the control monitor to examine the observed area, for example, the painful part. However, in this technical solution there are disadvantages associated with the uneven illumination of the image field.
Известен рентгенооптический эндоскоп по патенту РФ №2386955 (А61В 1/00, 04.08.2008), который содержит рентгеновский и оптический каналы. Данное техническое решение по совокупности признаков является наиболее близким к совокупности существенных признаков заявляемого изобретения. Оптический канал состоит из объектива, в плоскости изображения которого расположена цветная ПЗС-матрица, блока осветителя с лампой, оптического аттенюатора и световода. Совмещение и обработка изображений оптического и рентгеновского каналов осуществляется с помощью компьютера с дисплеем. Оптический канал данного эндоскопа также имеет указанные выше недостатки, так как не содержит технических средств для компенсации неравномерности освещенности поля изображения.Known x-ray endoscope according to the patent of the Russian Federation No. 2386955 (AB61 1/00, 08/04/2008), which contains x-ray and optical channels. This technical solution for the combination of features is the closest to the set of essential features of the claimed invention. The optical channel consists of a lens, in the image plane of which there is a color CCD matrix, an illuminator unit with a lamp, an optical attenuator and a light guide. The combination and image processing of the optical and x-ray channels is carried out using a computer with a display. The optical channel of this endoscope also has the above disadvantages, as it does not contain technical means to compensate for uneven illumination of the image field.
Как следует из вышеизложенного, существует потребность в новом техническом решении - устройстве для наблюдения внутриполостных объектов, выполняющем функцию минимизации площади переосветленных (крайних) и темных (центральных) участков изображения.As follows from the foregoing, there is a need for a new technical solution - a device for observing intracavitary objects, performing the function of minimizing the area of overexposed (extreme) and dark (central) portions of the image.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является повышение качества визуализации объектов диагностики на внутренних поверхностях цилиндрического вида в пределах заданной глубины просмотра при интроскопии.The objective of the present invention is to improve the quality of visualization of diagnostic objects on the internal surfaces of a cylindrical view within a given viewing depth during introscopy.
Другой задачей является улучшение различимости аномальных образований (объектов диагностики) по максимально возможной площади телевизионного растра.Another objective is to improve the distinguishability of abnormal formations (diagnostic objects) over the maximum possible area of a television raster.
Указанная задача решается тем, что в видеоэндоскопе, включающем матричный фотоприемник, объектив матричного фотоприемника, соосный с его светочувствительной поверхностью, осветительное устройство, формирующее на дистальном конце видеоэндоскопа расходящееся световое излучение, по своей центральной оси однонаправленное с оптической осью объектива матричного фотоприемника, и устройство воспроизведения изображения, подключенное к выходу матричного фотоприемника, перед светочувствительной поверхностью матричного фотоприемника расположен светофильтр с переменной оптической плотностью, плавно увеличивающейся от его центральной части к периферии.This problem is solved by the fact that in a video endoscope including a matrix photodetector, a matrix photodetector lens coaxial with its photosensitive surface, a lighting device that generates diverging light radiation at the distal end of the video endoscope, along its central axis unidirectional with the optical axis of the matrix photodetector lens, and a playback device image connected to the output of the matrix photodetector in front of the photosensitive surface of the matrix photodetector false filter with variable optical density, gradually increasing from its central portion toward the periphery.
При этом осветительное устройство может быть выполнено в составе осветителя со сходящимся световым потоком и световода, приемный конец которого расположен в фокусе осветителя, или в виде светодиода,или группы светодиодов, установленных на дистальном конце видеоэндоскопа и формирующих световое излучение, однонаправленное с оптической осью объектива матричного фотоприемника.In this case, the lighting device can be made as part of a illuminator with a converging light flux and a fiber, the receiving end of which is located in the focus of the illuminator, or in the form of a LED, or a group of LEDs mounted on the distal end of the video endoscope and generating light radiation, unidirectional with the optical axis of the matrix lens photodetector.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого видеоэндоскопа, состоит в компенсации неравномерности освещенности поля изображения внутренних объемов, имеющих цилиндрическую форму.The technical result achieved by the implementation of the inventive video endoscope is to compensate for the uneven illumination of the image field of internal volumes having a cylindrical shape.
Технический результат достигается тем, что в светофильтре с переменной оптической плотностью заявляемого видеоэндоскопа оптическая плотность в центральной области близка к нулю и далее круговыми зонами плавно увеличивается к периферии светофильтра, где достигает максимума, определяемого расчетами или экспериментальным путем.The technical result is achieved in that in a filter with variable optical density of the claimed video endoscope, the optical density in the central region is close to zero and then gradually increases in circular zones to the periphery of the filter, where it reaches a maximum determined by calculations or experimentally.
Технический результат может достигается тем, что в светофильтре с переменной оптической плотностью заявляемого видеоэндоскопа оптическая плотность в центральной области близка к нулю, а на периферийной окружности светофильтра оптическая плотность составляет от 0,2 до 1,5.The technical result can be achieved by the fact that in a filter with variable optical density of the claimed video endoscope, the optical density in the central region is close to zero, and on the peripheral circumference of the filter, the optical density is from 0.2 to 1.5.
В одном из вариантов видеоэндоскопа светофильтр с переменной оптической плотностью выполнен на основе пленочного оптически прозрачного носителя с селективным нанесением светопоглощающего материала.In one embodiment of a video endoscope, a filter with variable optical density is made on the basis of a film optically transparent carrier with selective application of light-absorbing material.
В другом варианте видеоэндоскопа устройство воспроизведения изображения подключено к выходу матричного фотоприемника через компьютер или видеопроцессор.In another embodiment of the video endoscope, the image reproducing device is connected to the output of the matrix photodetector through a computer or video processor.
Указанная задача может быть также решена, если в видеоэндоскопе, содержащем матричный фотоприемник, объектив матричного фотоприемника, соосный с его светочувствительной поверхностью, осветительное устройство, формирующее на дистальном конце видеоэндоскопа расходящееся световое излучение, по своей центральной оси однонаправленное с оптической осью объектива матричного фотоприемника, и устройство воспроизведения изображения, подключенное к выходу матричного фотоприемника, на светочувствительной поверхности матричного фотоприемника выполнен светофильтр с переменной оптической плотностью, плавно увеличивающейся от его центральной части к периферии. При этом осветительное устройство может быть выполнено в составе осветителя со сходящимся световым потоком и световода, приемный конец которого расположен в фокусе осветителя, или в виде светодиода, или группы светодиодов, установленных на дистальном конце видеоэндоскопа и формирующих световое излучение, однонаправленное с оптической осью объектива матричного фотоприемника.This problem can also be solved if, in a video endoscope containing a matrix photodetector, a matrix photodetector lens coaxial with its photosensitive surface, a lighting device that generates diverging light radiation at the distal end of the video endoscope, along its central axis unidirectional with the optical axis of the matrix photodetector lens, and an image reproducing device connected to the output of the matrix photodetector on the photosensitive surface of the matrix photodetector A filter was made with a variable optical density, gradually increasing from its central part to the periphery. In this case, the lighting device can be made as part of a illuminator with a converging light flux and a fiber, the receiving end of which is located in the focus of the illuminator, or in the form of a LED, or a group of LEDs mounted on the distal end of the video endoscope and generating light radiation, unidirectional with the optical axis of the matrix lens photodetector.
Введение оптического светофильтра с переменной оптической плотностью, которая плавно увеличивается от центра к периферии матричного фотоприемника (разновидность градиентного фильтра), перед светочувствительной поверхностью или на самой светочувствительной поверхности матричного фотоприемника направлено на устранение эффекта, связанного с неравномерностью освещенности поля изображения внутриполостных цилиндрических поверхностей, и повышение качества диагностики, то есть визуального исследования аномальных физических и биологических объектов. Это позволит подавить эффект излишней освещенности на периферийных участках изображения и оставить ее оптимально высокой в центральной области, максимально удаленной от точки выхода светового потока дистального конца, а следовательно, компенсировать неравномерность освещенности поля изображения. Данное решение позволит оптимизировать гистограмму изображения по растру в целом и повысить качество воспроизведения деталей на всех участках просматриваемого изображения цилиндрической поверхности в пределах заданной глубины просмотра. То есть будет достигнут заявленный технический результат настоящего изобретения - повышение качества изображения исследуемых объектов за счет компенсации неравномерности освещенности поля изображения внутренних объемов.The introduction of an optical filter with a variable optical density, which gradually increases from the center to the periphery of the matrix photodetector (a kind of gradient filter), in front of the photosensitive surface or on the photosensitive surface of the matrix photodetector, is aimed at eliminating the effect associated with the uneven illumination of the image field of intracavitary cylindrical surfaces, and increasing diagnostic qualities, i.e. visual examination of abnormal physical and biologists objects. This will suppress the effect of excessive illumination in the peripheral areas of the image and leave it optimally high in the central region, as far as possible from the exit point of the light flux of the distal end, and therefore compensate for the uneven illumination of the image field. This solution will allow optimizing the histogram of the image across the raster as a whole and improving the quality of reproduction of details in all areas of the viewed image of the cylindrical surface within the specified viewing depth. That is, the claimed technical result of the present invention will be achieved - improving the image quality of the studied objects by compensating for uneven illumination of the image field of the internal volumes.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Фиг. 1 - Иллюстрация распределения светового потока, исходящего от дистального конца видеоэндоскопа внутри цилиндрической полости.FIG. 1 - Illustration of the distribution of the light flux emanating from the distal end of the video endoscope inside the cylindrical cavity.
Фиг. 2 - Иллюстрация (условно) телевизионного изображения внутренней полости, воспроизводимого устройствами, не содержащими оптических светофильтров с переменной оптической плотностью, установленных перед светочувствительной поверхностью матричного фотоприемника.FIG. 2 - Illustration (conditionally) of a television image of the internal cavity reproduced by devices not containing optical filters with variable optical density, installed in front of the photosensitive surface of the matrix photodetector.
Фиг. 3 - Функциональная схема видеоэндоскопа.FIG. 3 - Functional diagram of a video endoscope.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Пример 1Example 1
Функциональная схема осуществления предлагаемого устройства изображена на фиг. 3A functional diagram of the implementation of the proposed device is shown in FIG. 3
Видеоэндоскоп содержит осветительное устройство, состоящее из осветителя (1) со сходящимся световым потоком и световода (2), приемный конец которого расположен в фокусе осветителя 1, матричный фотоприемник (3), объектив (4) фотоприемника, соосный со светочувствительной поверхностью матричного фотоприемника 3 и расположенный однонаправленно с выходной частью световода 2, причем перед светочувствительной поверхностью фотоприемника 3 расположен оптический светофильтр (5), оптическая плотность которого плавно увеличивается от его центральной части к периферии. Устройство также содержит дисплей (6) воспроизведения изображения, подключенный к выходу фотоприемника 3.The video endoscope contains a lighting device consisting of a illuminator (1) with a converging light flux and a light guide (2), the receiving end of which is located in the focus of the
Матричными фотоприемниками, используемыми в данном техническом решении, могут быть серийные ПЗС- или КМОП-матрицы.The matrix photodetectors used in this technical solution can be serial CCD or CMOS sensors.
При необходимости, видеоэндоскоп может быть дополнен компьютером (7) или специализированным видеопроцессором, который подключается между выходом фотоприемника 3 и входом дисплея 6. Это обусловлено тем, что в большинстве современных телевизионных датчиков на выходе присутствует цифровой видеосигнал, поэтому для его преобразования и обработки с целью дальнейшего повышения качества изображения в данном случае необходимо использование дополнительного устройства, выполняющего указанные функции.If necessary, the video endoscope can be supplemented with a computer (7) or a specialized video processor, which is connected between the output of the
Светофильтр 5 представляет собой разновидность нейтрального градиентного оптического фильтра. Диапазон изменения оптической плотности от центра к краям светофильтра 5, вводимого перед матричным фотоприемником 3, зависит преимущественно от соотношения диаметра исследуемой цилиндрической поверхности и глубины просмотра. При этом оптическая плотность в центральной области светофильтра 5 должна быть близкой к нулю (что соответствует максимальной прозрачности) для избежания световых потерь, а на периферийной окружности фильтра она может составлять от 0,2 до 1,5, что соответствует диапазону коэффициента пропускания от 63,1% до 3%. Это вытекает из того, что очень слабые и очень сильные неравномерности освещенности корректировать нецелесообразно, последние, свойственные большой глубине просмотра, по причине того, что она и так технически ограничена на практике глубиной резкости объектива и мощностью осветителя.The
Простейший (приблизительный) способ расчета оптической плотности на периферии светофильтра может быть основан на геометрическом определении максимального и минимального расстояний при просмотре цилиндрической поверхности. В примере, приведенном на фиг. 1, их соотношение равно 4, следовательно, для подавления 16-кратной (42) разницы в освещенности нужно использовать светофильтр с коэффициентом пропускания на периферии 1/16, то есть 6,25%. Это значение соответствует оптической плотности 1,2.The simplest (approximate) method for calculating the optical density at the periphery of the filter can be based on the geometric determination of the maximum and minimum distances when viewing a cylindrical surface. In the example of FIG. 1, their ratio is 4, therefore, to suppress the 16-fold (4 2 ) difference in illumination, you need to use a filter with a transmittance at the periphery of 1/16, that is, 6.25%. This value corresponds to an optical density of 1.2.
Пример 2Example 2
Более точный расчет распределения оптической плотности светофильтра 5 в аналитическом виде может быть выполнен на основе известной зависимости освещенности от расстояния d между точкой выхода светового потока и объектом, а также угла n наклона его поверхности к направлению падающего освещения:A more accurate calculation of the distribution of optical density of the
Е=(I cosn)/d2, где I - сила света источника, близкого по диаграмме направленности к точечному.E = (I cosn) / d 2 , where I is the light intensity of a source that is close to point in the radiation pattern.
При этом согласно фиг. 1 минимальное расстояние до стенки цилиндра, определяемое максимальным углом просмотра 2α, равно dmin=r/sinαmax, где r - радиус цилиндрической поверхности. С учетом того, что cosn=sinα,Moreover, according to FIG. 1, the minimum distance to the cylinder wall, determined by the maximum viewing angle 2α, is dmin = r / sinαmax, where r is the radius of the cylindrical surface. Given that cosn = sinα,
Emax=(I sin3αmax)/r2.Emax = (I sin 3 αmax) / r 2 .
Квадрат максимального расстояния равен d2max=L2+r2, где L - заданная глубина просмотра. Так как на максимальном удалении от дистального конца L существенно больше r, допустимо считать, что cosn для таких углов приблизительно равен r/L, тогда освещенность в зоне максимального удаления будет равна Emin=I r/L(L2+r2).The square of the maximum distance is d 2 max = L 2 + r 2 , where L is the specified viewing depth. Since at the maximum distance from the distal end L is substantially greater than r, it is acceptable to assume that cosn for such angles is approximately equal to r / L, then the illumination in the zone of maximum distance will be equal to Emin = I r / L (L 2 + r 2 ).
Таким образом, отношение Emin/Emax может быть выражено формулой:Thus, the ratio Emin / Emax can be expressed by the formula:
Emin/Emax=r3/L(L2+r2)sin3αmax.Emin / Emax = r 3 / L (L 2 + r 2 ) sin 3 αmax.
Для выполнения условий компенсации избыточного светового потока данное расчетное значение, умноженное на 100 (процентов), следует считать равным коэффициенту пропускания периферийной кольцевой зоны вводимого светофильтра 5. При этом следует принимать во внимание, что диапазон целесообразных значений коэффициента пропускания периферийных кольцевых зон светофильтров на практике будет составлять от 63,1% до 3%.To fulfill the conditions for compensation of excess light flux, this calculated value, multiplied by 100 (percent), should be considered equal to the transmittance of the peripheral annular zone of the
Используя данную формулу, аналогичные расчеты можно выполнить и для любого количества промежуточных кольцевых зон оптической плотности при реализации конкретных модификаций светофильтра 5. Текущей переменной в таком случае будет величина угла α.Using this formula, similar calculations can be performed for any number of intermediate annular zones of optical density in the implementation of specific modifications of the
При необходимости, в полученные расчетные данные также можно внести поправки, учитывающие конкретную конфигурацию диаграммы направленности светового потока на выходе дистального конца видеоэндоскопа.If necessary, the calculated data can also be amended to take into account the specific configuration of the radiation pattern at the output of the distal end of the video endoscope.
Далее, используя известные табличные методы или логарифмическую формулу пересчета, следует осуществить перевод величины коэффициента пропускания в величину оптической плотности. Таким образом, можно построить зависимость изменения оптической плотности светофильтра 5 от зоны окружности, соответствующей глубине просмотра L, где она должна быть близка к нулю, до значений максимальной плотности в периферийной кольцевой зоне, соответствующей полному углу просмотра видеоэндоскопа по горизонтали 2αmax.Further, using known tabular methods or the logarithmic recalculation formula, the transmittance should be converted to the optical density. Thus, it is possible to construct the dependence of the change in the optical density of the
При практической реализации предлагаемого устройства следует также исходить из того, что диаметр исследуемых цилиндрических поверхностей будет отличаться от среднего (расчетного для конкретного светофильтра), поэтому условия компенсации неравномерности освещенности будут неидеальными. Это означает, что для исследования полостей с диаметрами, существенно отличающимися по величине, следует использовать светофильтры с оптической плотностью, отличающейся по группам. В пределах каждой из групп использования это обеспечит существенный выигрыш в компенсации неравномерности освещенности по полю изображения.In the practical implementation of the proposed device should also be based on the fact that the diameter of the investigated cylindrical surfaces will differ from the average (calculated for a particular filter), therefore, the conditions for compensating for uneven illumination will be imperfect. This means that for the study of cavities with diameters significantly different in size, filters with an optical density that differs in groups should be used. Within each of the use groups, this will provide a significant gain in compensating for uneven illumination over the image field.
Как в примере 1, так и в примере 2 диаметр самого светофильтра обусловлен размерами светочувствительной поверхности современных матричных фотоприемников и может составлять от 1 до 20 мм.As in example 1, and in example 2, the diameter of the filter itself is due to the size of the photosensitive surface of modern matrix photodetectors and can be from 1 to 20 mm.
В последнем случае данный светофильтр может быть выполнен, например, селективным нанесением [4] светопоглощающих материалов (например, структур GaSe-Ga) на носитель из оптического стекла.In the latter case, this filter can be performed, for example, by selective deposition [4] of light-absorbing materials (for example, GaSe-Ga structures) on an optical glass carrier.
Для реализации светофильтров 5 с минимальными диаметрами необходимо применение тонких оптически прозрачных пленочных носителей, например, полиамидных, поликарбонатных или иных пленок. При этом для реализации заданного закона плавного изменения оптической плотности возможно использование методов селективного ионно-плазменного травления [5] металлов (например, Al, Cu…) или иных светопоглощающих материалов предварительно, напыленных на этот носитель.For the implementation of
Во втором варианте осуществления видеоэндоскопа оптический светофильтр 5, оптическая плотность которого плавно увеличивается от его центральной части к периферии, наносится непосредственно на светочувствительную поверхность матричного фотоприемника 3. Выполнение подобных светофильтров может быть реализовано в том числе и указанными выше способами.In the second embodiment of the video endoscope, an
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Формируемый осветителем 1 световой поток фокусируется на входном конце световода 2, проходит через него и на выходе обеспечивает круговое освещение объектов внутриполостной диагностики. Отраженный от них информационный световой поток проходит через объектив 4 и светофильтр 5 с оптически переменной плотностью, на периферии которого происходит заданное ослабление избыточного светового потока. В фокальной плоскости объектива 4 располагается светочувствительная поверхность матричного фотоприемника 3, который формирует видеосигнал текущего изображения, поступающий далее на вход дисплея 6, где и происходит визуализация сцены съемки. При необходимости (в вариантах), цифровой видеосигнал дополнительно преобразуется и обрабатывается компьютером 7 или видеопроцессором.The proposed device operates as follows. The luminous flux formed by the
Таким образом, в предлагаемых вариантах устройства производится выравнивание размаха видеосигнала и яркости изображения сцены по всему полю, то есть достигается повышение качества визуализации объектов диагностики на внутренних поверхностях цилиндрического вида в пределах заданной глубины просмотра.Thus, in the proposed versions of the device, the signal amplitude and brightness of the scene image are aligned over the entire field, that is, an increase in the quality of visualization of diagnostic objects on the inner surfaces of the cylindrical view within the specified viewing depth is achieved.
Путем компенсации неравномерности освещенности поля изображения внутриполостных цилиндрических поверхностей с помощью оптического светофильтра с переменной оптической плотностью, плавно увеличивающейся от центральной области к периферии, размещенного перед светочувствительной поверхностью матричного фотоприемника, можно обеспечить существенное увеличение площади детальной визуализации аномальных физических и биологических объектов, то есть повышение качества изображения исследуемых объектов диагностики.By compensating for the uneven illumination of the image field of intracavitary cylindrical surfaces using an optical filter with variable optical density, gradually increasing from the central region to the periphery, located in front of the photosensitive surface of the matrix photodetector, it is possible to provide a significant increase in the area of detailed visualization of abnormal physical and biological objects, i.e., improving the quality images of investigated diagnostic objects.
Литература:Literature:
1. Патент JP 2003-93336.1. Patent JP 2003-93336.
2. Патент РФ №2381737.2. RF patent No. 2381737.
3. Патент РФ №2386955.3. RF patent No. 2386955.
4. Кудинов В.В., Бобров Г.В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. - М.: Металлургия, 1992.4. Kudinov V.V., Bobrov G.V. Spray coating. Theory, technology and equipment. - M.: Metallurgy, 1992.
5. Берлин Е.В., Двинин С.А., Морозовский Н.А., Сейдман Л.А. Реактивное ионно-плазменное травление и осаждение. Ж. «Электроника: наука, технология, бизнес», №8, 2005.5. Berlin E.V., Dvinin S.A., Morozovsky N.A., Seidman L.A. Reactive ion-plasma etching and deposition. J. "Electronics: science, technology, business", No. 8, 2005.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016106026A RU2622032C1 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Video endoscope |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016106026A RU2622032C1 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Video endoscope |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2622032C1 true RU2622032C1 (en) | 2017-06-08 |
Family
ID=59032323
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016106026A RU2622032C1 (en) | 2016-02-24 | 2016-02-24 | Video endoscope |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2622032C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6577080B2 (en) * | 1997-08-26 | 2003-06-10 | Color Kinetics Incorporated | Lighting entertainment system |
| US7419467B2 (en) * | 1998-11-25 | 2008-09-02 | M3 Electronics, Inc. | Medical inspection device |
| RU2386955C1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-04-20 | Виктор Яковлевич Маклашевский | Radiooptical endoscope |
| RU2420222C2 (en) * | 2009-06-22 | 2011-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная Компания "АЗИМУТ" | Videoendoscope |
| US8211087B2 (en) * | 2003-07-31 | 2012-07-03 | Cook Medical Technologies Llc | Distal wire stop |
| RU137719U1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Айсберг" | VIDEO ENDOSCOPE |
-
2016
- 2016-02-24 RU RU2016106026A patent/RU2622032C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6577080B2 (en) * | 1997-08-26 | 2003-06-10 | Color Kinetics Incorporated | Lighting entertainment system |
| US7419467B2 (en) * | 1998-11-25 | 2008-09-02 | M3 Electronics, Inc. | Medical inspection device |
| US8211087B2 (en) * | 2003-07-31 | 2012-07-03 | Cook Medical Technologies Llc | Distal wire stop |
| RU2386955C1 (en) * | 2008-08-04 | 2010-04-20 | Виктор Яковлевич Маклашевский | Radiooptical endoscope |
| RU2420222C2 (en) * | 2009-06-22 | 2011-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-Производственная Компания "АЗИМУТ" | Videoendoscope |
| RU137719U1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-02-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Айсберг" | VIDEO ENDOSCOPE |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5430475A (en) | Electronic endoscope apparatus having micro array on photoelectric conversion surface | |
| CN103764013B (en) | Automatic exposure control device, control device, endoscope apparatus and automatic exposure control method | |
| US8723937B2 (en) | Endoscope system, imaging apparatus, and control method | |
| US8358821B2 (en) | Image processing system, image processing method, and computer readable medium | |
| CN103068300B (en) | Endoscopic system, control method and camera head | |
| US6582362B2 (en) | Endoscope system | |
| US10335014B2 (en) | Endoscope system, processor device, and method for operating endoscope system | |
| US10594946B2 (en) | Otoscope with controlled illumination | |
| JPS6141114A (en) | Endoscope light source device for solid-state image pickup element | |
| US10418399B2 (en) | Lens-free imaging system comprising a diode, a diaphragm, and a diffuser between the diode and the diaphragm | |
| US20190087970A1 (en) | Endoscope system, processor device, and endoscope system operation method | |
| JP6389140B2 (en) | Endoscope system, processor device, and operation method of endoscope system | |
| US20150286043A1 (en) | Annular illumination structure | |
| US20170172392A1 (en) | Endoscope system and actuating method for endoscope system | |
| CN110087528A (en) | Endoscopic system and image display device | |
| WO2021072434A1 (en) | Eye-imaging system and apparatus | |
| JP3661487B2 (en) | Endoscope observation device | |
| RU2622032C1 (en) | Video endoscope | |
| US20240004182A1 (en) | Beam Splitting Device for a Distal End Section of an Endoscope, Objective System and Endoscope | |
| JPS5887523A (en) | Image forming optical apparatus | |
| US10893247B2 (en) | Medical signal processing device and medical observation system | |
| JPH03109515A (en) | Automatic light control device | |
| JP5953454B1 (en) | Endoscope system and operation method of endoscope system | |
| JPH1176148A (en) | Endoscope | |
| JPS61177421A (en) | Light source device for endoscope |