本發(fā)明涉及硬性內(nèi)窺鏡檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的檢測方法，可以用以評價硬性內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)成像質(zhì)量的好壞。

背景技術(shù)：

隨著內(nèi)窺鏡下微創(chuàng)手術(shù)的日益普及，人們對內(nèi)窺鏡產(chǎn)品臨床應(yīng)用的安全性和有效性認識也逐步發(fā)展和深化，硬性內(nèi)窺鏡性能指標(biāo)尤其是光學(xué)性能直接或間接地涉及患者的安全。

成像質(zhì)量好壞是用來評價一個成像光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)劣的重要參數(shù)；所謂成像質(zhì)量，指的是在不考慮放大倍率的情況下，像與物之間強度和色度空間分布的一致程度，即像對物的逼真度。目前已經(jīng)研究出了很多檢驗方法，最常用的有目視星點檢驗、鑒別率法、波像差法、光學(xué)傳遞函數(shù)法。每種方法都有其各自的適用性和局限性。

目前，國內(nèi)現(xiàn)有的硬性內(nèi)窺鏡像質(zhì)檢測國家標(biāo)準(zhǔn)是：利用極限角分辨率來評價成像質(zhì)量的好壞；極限角分辨率的定義是：給定的光學(xué)工作距離處，光學(xué)鏡的入瞳中心的最小可分辨條紋寬的極限分辨角的倒數(shù)，以周/度[C/(°)]表示。計算公式見下式(1)：

$r_a\left(d\right)=1/\arctan \frac{1}{(d+a)\·r\left(d\right)}......\left(1\right)$

式中：r(d)-lp/mm；a為內(nèi)窺鏡末端到入瞳的距離，d為光學(xué)工作距離。

鑒別率法(分辨率法)長期以來作為評價光學(xué)系統(tǒng)成像質(zhì)量的一種方法， 能做出定量的判斷，應(yīng)用比較廣泛。但是，鑒別率只能反映光學(xué)系統(tǒng)的最高可分辨頻率，鑒別率的高低并不一定能全面的代表光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量。而且鑒別率的測量受接收器(如人眼、底片等)和目標(biāo)對比度的影響較大，甚至還可能觀察到偽分辨現(xiàn)象，所以也具有一定的局限性。

在國際上被廣泛的認可和使用的另一種像質(zhì)的評價方法就是光學(xué)傳遞函數(shù)；目前，國內(nèi)外一些公司將其運用于硬性內(nèi)窺鏡的像質(zhì)檢測上。光學(xué)傳遞函數(shù)包括調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)和相位傳遞函數(shù)(PTF)兩部分，一般不考慮相位傳遞函數(shù)的影響，只研究調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)。

目前，調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的測量方法中比較常用的方法，如點源法、狹縫法、刀口法、對比度法等等；但是，這幾種方法在測量過程中都存在一個比較嚴(yán)重的問題，就是測量目標(biāo)物(靶標(biāo))的制作困難及靶標(biāo)的頻繁更換問題，如點源法、狹縫法的靶標(biāo)的大小設(shè)計跟硬性內(nèi)窺鏡的極限分辨率有關(guān)，不能太小也不能太大，增加了制作難度；如對比度法，靶標(biāo)(黑白相間的方波、正弦波等)的空間頻率需要改變。還有就是測量硬性內(nèi)窺鏡中心及邊緣調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)時，需要改變硬性內(nèi)窺鏡與靶標(biāo)的相對位置，定位困難，調(diào)節(jié)麻煩，費時費力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的檢測方法，可以用以評價硬性內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)成像質(zhì)量的好壞。

一種用于硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)的檢測方法，包括如下步驟：

步驟1、搭建檢測系統(tǒng)：所述檢測系統(tǒng)包括第一直線導(dǎo)軌、第二直線導(dǎo)軌、CCD攝像機、轉(zhuǎn)動平臺、支架以及液晶顯示屏，其中，所述CCD攝像機通過支架安裝在第一直線導(dǎo)軌上，CCD攝像機的鏡頭固定在硬性內(nèi)窺鏡的出瞳端； 所述轉(zhuǎn)動平臺安裝在第一直線導(dǎo)軌上，第二直線導(dǎo)軌固定在轉(zhuǎn)動平臺上，液晶顯示屏安裝在第二直線導(dǎo)軌上，硬性內(nèi)窺鏡的入瞳端朝向液晶顯示屏；

步驟2、調(diào)整第二直線導(dǎo)軌和轉(zhuǎn)動平臺，使液晶顯示屏、硬性內(nèi)窺鏡和CCD攝像機共軸，同時，使硬性內(nèi)窺鏡入瞳端與液晶顯示屏垂直；

步驟3、移動第二直線導(dǎo)軌，使液晶顯示屏位于硬性內(nèi)窺鏡的工作距離處；

步驟4、調(diào)節(jié)CCD攝像機的前端透鏡組，使其能清晰成像；控制液晶顯示屏產(chǎn)生黑色背景，并在背景不同位置處產(chǎn)生白色矩形圖案，作為靶標(biāo)；

步驟5、控制CCD攝像機采集硬性內(nèi)窺鏡出瞳端的圖像，然后對采集到的圖像進行預(yù)處理，具體為：將圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像，并繪制圖像的直方圖，找到圖像的峰值，記錄該峰值對應(yīng)的灰度值，作為背景噪聲；根據(jù)獲得的背景噪聲值去除圖像的背景噪聲；然后，利用小波變換對圖像進行去噪處理；

步驟6、對于預(yù)處理后的圖像，選擇其中一個矩形圖案，并選取該矩形圖案對應(yīng)的其中一個刀口邊緣區(qū)域，當(dāng)其中的刀口沿水平方向時，將刀口邊緣區(qū)域內(nèi)各列像素點的灰度值求均值，得到1列像素點的灰度值數(shù)據(jù)；當(dāng)其中的刀口沿豎直方向時，將刀口邊緣區(qū)域內(nèi)各行像素點的灰度值求均值，得到1行像素點的灰度值數(shù)據(jù)；

步驟7、根據(jù)步驟6得到的1列或1行灰度值數(shù)據(jù)得到邊緣擴散函數(shù)ESF，然后對該邊緣擴散函數(shù)ESF進行分段平滑擬合；

步驟8、對平滑后的邊緣擴散函數(shù)ESF進行微分，得到線擴散函數(shù)LSF；

步驟9、對所述線擴散函數(shù)LSF進行插值擬合，然后再進行傅里葉變換，求得整個檢測系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，并對其歸一化處理，得到MTF_{系統(tǒng)}；

步驟10、根據(jù)公式(1)獲得硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_{內(nèi)窺鏡}：

其中，MTF_{靶標(biāo)}×MTF_CCD為靶標(biāo)調(diào)制傳遞函數(shù)與CCD攝像機調(diào)制傳遞函數(shù)的乘積。

較佳的，所述步驟10中，獲得靶標(biāo)調(diào)制傳遞函數(shù)與CCD攝像機調(diào)制傳遞函數(shù)的乘積的方法為：采用步驟1至步驟9的方法對一個已知調(diào)制傳遞函數(shù)的硬管內(nèi)窺鏡進行檢測，獲得檢測系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，再根據(jù)公式(1)獲得靶標(biāo)調(diào)制傳遞函數(shù)與CCD攝像機調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_{靶標(biāo)}×MTF_CCD。

較佳的，所述液晶顯示屏(7)上顯示的靶標(biāo)中的其中一個矩形圖案位于液晶顯示屏(7)的幾何中心處，其它矩形圖案相對于所述幾何中心對稱分布。

較佳的，所述靶標(biāo)中共設(shè)置有5個矩形圖案，其中一個矩形圖案位于液晶顯示屏(7)的幾何中心處，另外4個矩形圖案分別位于幾何中心的上、下、左、右四個方位上。

較佳的，所述檢測系統(tǒng)置于暗室中。

較佳的，在所述液晶顯示屏的兩側(cè)及上方放置不透光擋板，減少硬性內(nèi)窺鏡視場之外的透射光的影響。

較佳的，針對預(yù)處理后的靶標(biāo)圖像的每個矩形圖案，采用步驟6至步驟10的方法，獲得各矩形圖案上不同刀口區(qū)域?qū)?yīng)的硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制函數(shù)；再將得到的所有硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制函數(shù)求均值，作為最終的硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制函數(shù)。

本發(fā)明具有如下有益效果：

(1)本發(fā)明的檢測方法中采用的檢測裝置為電控裝置，減少了人為的干預(yù)，提高了測量精度，自動化程度高；采用CCD攝像機成像并計算機顯示，代替人眼直接通過內(nèi)窺鏡直接觀察，避免觀察疲勞，操作方便。

(2)本發(fā)明通過液晶顯示屏，根據(jù)不同要求產(chǎn)生不同的圖像作為目標(biāo)物(靶標(biāo))，能夠?qū)崿F(xiàn)多種檢測方法的測量，如刀口法和對比度法，解決了頻繁更換靶 標(biāo)的麻煩。

(3)本發(fā)明通過在暗室進行測試或者采用擋光板消除雜散光的影響，使得檢測結(jié)果更加精確。

附圖說明

圖1是本發(fā)明硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)檢測方法流程圖；

圖3是本發(fā)明采用刀口法檢測硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)的流程圖；

圖4是本發(fā)明硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)檢測時液晶顯示屏顯示的靶標(biāo)；

圖5是本發(fā)明硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)(MTF)檢測時采集到的圖像。

其中：1-第一直線導(dǎo)軌，2-內(nèi)窺鏡支架，3-CCD攝像機，4-硬性內(nèi)窺鏡，5-轉(zhuǎn)動平臺，6-第二直線導(dǎo)軌，7-液晶顯示屏。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。

本發(fā)明的一種用于硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制傳遞函數(shù)的檢測方法，如圖2和3所示，包括如下步驟：

步驟1、搭建檢測系統(tǒng)：如圖1所示，檢測系統(tǒng)包括第一直線導(dǎo)軌1、第二直線導(dǎo)軌5、CCD攝像機3、轉(zhuǎn)動平臺4、支架2以及液晶顯示屏7，其中，所述CCD攝像機3通過支架2安裝在第一直線導(dǎo)軌1上，CCD攝像機3的鏡頭固定在硬性內(nèi)窺鏡4的出瞳端；所述轉(zhuǎn)動平臺4安裝在第一直線導(dǎo)軌1上，第二直線導(dǎo)軌5固定在轉(zhuǎn)動平臺4上，液晶顯示屏7安裝在第二直線導(dǎo)軌5上，硬性內(nèi)窺鏡4的入瞳端朝向液晶顯示屏7。

步驟2、調(diào)整第二直線導(dǎo)軌5和轉(zhuǎn)動平臺4，使液晶顯示屏7、硬性內(nèi)窺鏡4和CCD攝像機3共軸，同時，使硬性內(nèi)窺鏡4入瞳端與液晶顯示屏7垂直；

步驟3、移動第二直線導(dǎo)軌5，使液晶顯示屏7位于硬性內(nèi)窺鏡4的工作距離處；

步驟4、調(diào)節(jié)CCD攝像機3的前端透鏡組，使其能清晰成像；控制液晶顯示屏7產(chǎn)生黑色背景，并在背景不同位置處產(chǎn)生白色矩形圖案，作為靶標(biāo)，如圖4所示；為了對硬性內(nèi)窺鏡4的調(diào)制傳遞函數(shù)進行全面檢測，本發(fā)明在液晶顯示屏7的中心區(qū)域設(shè)置一個白色矩形圖案，相對于中心對稱地設(shè)置了多個矩形圖案，圖中矩形圖案個數(shù)為4個，分別位于幾何中心的上、下、左、右四個方位上。也可根據(jù)需要設(shè)置矩形圖案的個數(shù)及位置。其中，需要調(diào)節(jié)液晶顯示屏7，保證足夠的亮度，且不使CCD攝像機3飽和。

步驟5、控制CCD攝像機3采集硬性內(nèi)窺鏡4出瞳端的圖像，然后對采集到的圖像進行預(yù)處理，具體為：將圖像轉(zhuǎn)換成灰度圖像，并繪制圖像的直方圖，找到圖像的峰值，記錄該峰值對應(yīng)的灰度值，作為背景噪聲；根據(jù)獲得的背景噪聲值去除圖像的背景噪聲；然后，利用小波變換對圖像進行去噪處理；

步驟6、對于預(yù)處理后的圖像，選擇其中一個矩形圖案，并選取該矩形圖案對應(yīng)的其中一個刀口邊緣(黑白交界)區(qū)域，如圖5的矩形框中的區(qū)域即為刀口邊緣區(qū)域，這里，選擇的刀口邊緣區(qū)域不同，刀口的方向就有兩種可能：豎直或水平：當(dāng)其中的刀口沿水平方向時，將刀口邊緣區(qū)域內(nèi)各列像素點中在同一行的像素點灰度值求均值，則得到1列像素點的灰度均值數(shù)據(jù)；當(dāng)其中的刀口沿豎直方向時，將刀口邊緣區(qū)域內(nèi)各行像素點中在同一列的像素點灰度值求均值，得到1行像素點的灰度均值數(shù)據(jù)；

步驟7、根據(jù)步驟6得到的1列或1行灰度均值數(shù)據(jù)得到邊緣擴散函數(shù)ESF，然后對該邊緣擴散函數(shù)ESF進行分段平滑擬合；

步驟8、對平滑后的邊緣擴散函數(shù)ESF進行微分，得到線擴散函數(shù)LSF；

步驟9、對所述線擴散函數(shù)LSF進行插值擬合，然后再進行傅里葉變換，求得整個檢測系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，并對其歸一化處理，得到MTF_{系統(tǒng)}；

步驟10、對于線性不變系統(tǒng)，有級聯(lián)系統(tǒng)理論可知：整個光學(xué)測量系統(tǒng)總的調(diào)制傳遞函數(shù)：MTF_{系統(tǒng)}＝MTF_{靶標(biāo)}×MTF_{內(nèi)窺鏡}×MTF_CCD (1)

要想知道硬性內(nèi)窺鏡的MTF，首先需要測試包括CCD攝像機和靶標(biāo)在內(nèi)的整個系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF，則根據(jù)公式即可獲得硬性內(nèi)窺鏡的調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_{內(nèi)窺鏡}。其中，獲得靶標(biāo)調(diào)制傳遞函數(shù)與CCD攝像機調(diào)制傳遞函數(shù)的乘積的方法為：采用步驟1至步驟9的方法對一個已知調(diào)制傳遞函數(shù)的硬管內(nèi)窺鏡進行檢測，獲得檢測系統(tǒng)的調(diào)制傳遞函數(shù)，再根據(jù)公式(1)獲得靶標(biāo)調(diào)制傳遞函數(shù)與CCD攝像機調(diào)制傳遞函數(shù)MTF_{靶標(biāo)}×MTF_CCD。

因為調(diào)制傳遞函數(shù)分視場中心與邊緣，子午方向與弧矢方向；不同的刀口對應(yīng)不同的調(diào)制傳遞函數(shù)。因此，不同的調(diào)制傳遞函數(shù)可以多測幾次求平均，提高精確度。本發(fā)明針對預(yù)處理后的靶標(biāo)圖像的每個矩形圖案，采用步驟6至步驟10的方法，獲得各矩形圖案上不同刀口區(qū)域?qū)?yīng)的硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制函數(shù)；再將得到的所有硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制函數(shù)求均值，作為最終的硬性內(nèi)窺鏡調(diào)制函數(shù)。

測試過程中需要注意事項：

為了消除雜散光的影響，整個測試過程盡量在暗室中進行。另外，也可以采用一個限內(nèi)窺鏡視場大小的不透光擋板放在液晶顯示屏7上，減少硬性內(nèi)窺鏡4視場之外的透射光對測試的影響。

綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。