引言
隨著醫(yī)械技術的進步，政策的鼓勵，生產(chǎn)內(nèi)窺鏡的廠商越來越多，內(nèi)窺鏡檢測的需求越來越大。標準YY/T 1603-2018 《醫(yī)用內(nèi)窺鏡 內(nèi)窺鏡供給裝置 攝像系統(tǒng)》從亮度響應特性，信噪比，空間頻率響應和靜態(tài)寬容度4個參數(shù)上對內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)的性能進行評價，而亮度響應特性，信噪比和靜態(tài)寬容度的測試均采用了同一種試驗模型[1]（圖1）。標準測試方法對于背景B的要求是制造商規(guī)定亮度值，而并沒有給出一個建議的亮度值。在具體測試過程中背景B的亮度大小對亮度響應特性，信噪比以及靜態(tài)寬容度有何影響，本文就此問題進行了實驗。
圖1 亮度響應特性，信噪比，空間頻率響應采用試驗模型
1、 原理
1.1 試驗原理
實驗模型如圖1所示，固定好背景B的亮度和攝像頭的距離，通過改變光源亮度來改變小灰階塊A的亮度，采集不同亮度下的多幅圖像（圖2），按照《YY/T 1603-2018 醫(yī)用內(nèi)窺鏡 內(nèi)窺鏡供給裝置 攝像系統(tǒng)》附錄ABD中方法進行計算。
圖2 采集圖像
1.2 測試方法
實驗樣機采用醫(yī)用內(nèi)窺鏡攝像系統(tǒng)，將自動增益調(diào)至0，并將灰階塊A移動至自動增益選取范圍之外，這一步的目的是避免仍然保留的本底自動增益對灰階塊A亮度變化產(chǎn)生影響。
在《YY/T 1603-2018》附錄A中提及的測試方法的基礎上做多組測試（本文測試了5組背景亮度），每組測試選擇不同的背景B的亮度，同時保證每組測試中小灰階塊A的亮度階梯變化值基本相同（光源會有一定的波動，無法完全控制）。由于在測試中需要計算亮度響應特性，信噪比，靜態(tài)寬容度，所以在采集亮度的選取上需要從暗區(qū)截止選取到亮區(qū)飽和。
需要注意的是，首先找到人眼在醫(yī)用顯示器上所感知到的飽和與暗區(qū)截止的亮度，記下此時的亮度值。然后將此時光源的暗區(qū)亮度繼續(xù)適度調(diào)小，然后以亮度值1.1倍的增長逐階采集，直到能夠明顯看到灰階塊A的亮度。并且在采集系統(tǒng)中內(nèi)置一個能實時讀取采集圖像RGB的軟件，在亮度趨近飽和時，1.1級逐級遞增增加亮度。
記下采集的亮度值，改變背景B亮度再次采集計算。本文選擇了0cd/m2，1.92cd/m2，12.77cd/m2，20cd/m2，57cd/m2 5個背景亮度進行測試。選點考慮因素為無背景亮度，背景亮度在0到暗區(qū)截止亮度之間，靠近暗區(qū)截止亮度，略高于暗區(qū)截止亮度，遠高于暗區(qū)截止亮度。測試距離為500mm。
2、測試結(jié)果
5個亮度的亮度響應特性，信噪比如表1所示，靜態(tài)寬容度結(jié)果如表2所示。
表1，亮度響應特性和信噪比數(shù)據(jù)
|
背景B亮度L0 |
L-LR |
L-LG |
L-LB |
SNR/dB |
|
0cd/m2 |
0.9965 |
0.996 |
0.9964 |
42.0141 |
|
1.92cd/m2 |
0.9962 |
0.9958 |
0.996 |
41.4486 |
|
12.77cd/m2 |
0.9922 |
0.9923 |
0.9934 |
41.2686 |
|
20cd/m2 |
0.9913 |
0.9909 |
0.9913 |
37.519 |
|
57cd/m2 |
0.9825 |
0.9838 |
0.9847 |
38.3059 |
表2，靜態(tài)寬容度數(shù)據(jù)
|
背景B亮度L0 |
Lsat / (cd/m2) |
Lmin / (cd/m2) |
DR |
|
0cd/m2 |
555 |
12.27 |
45.23 |
|
1.92cd/m2 |
551 |
12.2 |
46.16 |
|
12.77cd/m2 |
504 |
10.18 |
49.5 |
|
20cd/m2 |
500 |
8.32 |
60.1 |
|
57cd/m2 |
600 |
7.23 |
82.99 |
從表1中可以看出隨著背景亮度的升高，亮度響應特性和信噪比會逐漸降低，在背景亮度超過20cd/m2SNR并沒有下降而應該是略有浮動。從表2中可以看出隨著背景亮度的升高，靜態(tài)寬容度在逐漸升高。
3、結(jié)果討論
觀察表1數(shù)據(jù)，可知在測試亮度響應特性和信噪比時選擇較低的背景B亮度會得到更好的測試結(jié)果，而且在實際采集數(shù)據(jù)過程中，亮度響應特性和信噪比的采集數(shù)據(jù)的方法是相同的。
根據(jù)表2中的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)暗區(qū)截止亮度是逐漸降低的，這會較大程度上會影響靜態(tài)寬容度的結(jié)果。究其原因，本文認為可能原因如下：主要和攝像系統(tǒng)內(nèi)部的采集程序有關，背景亮度在攝像系統(tǒng)的增益采集區(qū)域中，雖然增益參數(shù)調(diào)至0內(nèi)部仍會有一些本底數(shù)據(jù)參與增益算法。從普遍情況考慮亮度越高的時候，自動增益應該會降低整體亮度即暗區(qū)截止亮度應該會提升。但是需要考慮到暗區(qū)截止亮度的判定并非為肉眼判定剛好能夠看見的點，從標準附錄D中可知，應該是選取一個基準較暗的點，根據(jù)這個點的前五個點算出一個閾值，再通過閾值和Y值的聯(lián)系最終確定暗區(qū)截止點。而如何選取基準暗區(qū)點標準中并沒有給出，本文的方法是將采集到的數(shù)據(jù)按亮度順序排列，觀察Y，R，G，B都不再隨著亮度升高而波動時為暗區(qū)截止點。背景亮度的升高使得增益算法對較暗區(qū)域的RGB造成了影響。而且再試驗中亮度測試，亮度調(diào)節(jié)都有人為參與，可能也會產(chǎn)生部分影響。
4、小結(jié)
從測試數(shù)據(jù)中可以看出不同背景亮度下測試數(shù)據(jù)會有差異，所以建議有條件的企業(yè)在送檢測試前自身多次摸底，找到測試所必要和最合適的背景亮度和背景參數(shù)。如果有部分小企業(yè)在送檢前沒有條件自己摸底測試的話，建議將背景增益等參數(shù)全部設置為0，紅綠藍比設置為正常比，背景亮度測試中選擇為0。
參考文獻
[1] YY/T 1603-2018 醫(yī)用內(nèi)窺鏡 內(nèi)窺鏡功能供給裝置 攝像系統(tǒng)[S].2018.
