【预备知识】
在正式讨论具体的检测方法之前，需要先明确两点。首先，内窥镜的光学性能指标评价的无非是内窥镜的成像质量和照明质量。与之对应的是内窥镜成像光路和照明光路。这是光学内窥镜结构中非常基本的两条光路。其次，内窥镜的实际使用环境是在体腔内，观察面的形状类似一个球体的凹面，而我们实际检测过程中难以实现在空间球面上的测量，需要简化为一个垂直视轴的平面。因此我们很多评价指标需要对应在这个球形凹面上来分析。YY 0068.1中构建的光学模型将这个球面抽象为一个垂直于视轴的球面Z，许多测试结果最终要通过一系列的公式运算，换算到球面Z上进行评估。具体的推算方法非常复杂，你可以不用理解，只需要知道我们需要这个过程即可。
【视场角、视向角】
视场角是指通过内窥镜可以观察到的最大视野角度。就如同我们人类的视野角度为210°，猫的视野角度是285°，内窥镜也有自身的极限观察角度。利用简单的三角公式就可以推算出内窥镜的视场角，需要注意有的内窥镜自带视场“蒙版”，因此视场直径需要选择经过视场中心的最大直径。除此以外，入瞳视场角（图2中的ωp）也是内窥镜检测过程中的一个关键参数，测试方法使用一块同心双圆环靶标，小圆直径25mm，大圆直径50mm。前后移动靶标位置，分别让大圆和小圆与视场边缘相切，记录两次相切时的光学工作距离d1和d2。最终得到入瞳与顶点的间距α，从而得到入瞳视场角。
视向角（θ）的定义是光学镜的视轴对光学镜主体轴所构成的夹角。概念上不难理解。难点在于视向角的精确测量。首先需要将光学镜可靠固定，并使其视轴与视场靶标平面垂直，调节有一定难度，需要一定的操作经验和技巧。目前已知的调节方法有3种：（1）通过观察靶标的视场同心圆均匀度手动调节（见图3），（2）通过图像软件辅助调节，（3）通过双像靶标追踪定位。YY 0068.1中给出的方法是第一种，但调节比较费时费力，精度欠佳。目前市面上大部分的内窥镜检测装置都使用前两种定位方式。
【角分辨力】
角分辨力定义为光学镜的入瞳中心对给定的光学工作距处的最小可辨等距条纹宽的极限分辨角的倒数。测量中心角分辨力时一般使用透射式线对分辨率卡，将分辨率卡放置在工作距视场平面中心处，并提供适当的照明光配合观测。此外，还要继续测量最大视场高度70%位置上的线对分辨率（需要特别注意：此时要求测量的是最大视场高度的70%位置，而非最大视场角的70%位置，这里非常容易出错！！见图4）对于中心角分辨力，直接用测得的中心线对分辨率代入公式计算就能得到中心角分辨力。而边缘角分辨力则需要将测得的边缘角辨力进行2次余弦修正后才是我们最后需要的结果，这是因为边缘角分辨率需要转换成投影在球面Z上的结果。对于有些内窥镜（尤其是电子内窥镜），修正后的边缘角分辨率可能大于中心角分辨率，从直观感受上会觉得不符合常理，但按照YY 0068.1提供的计算方法，确实会出现这种情况，目前尚没有任何人给出合理解释，我们将在今后的文章中继续分析这个问题。
【边缘均匀性、照明镜体光效】
边缘均匀性和照明镜体光效都是用于评价光学镜的照明质量的指标，为了确保内窥镜照明光纤输出的照明光斑足够均匀。边缘均匀性用于评估照明光斑在视场边缘位置的均匀度，一般测量最大视场角90%处，四个正交方位点的照度值代入计算（见图5）。计算公式并不复杂，需要注意的是：照度探头放置的位置是最大视场角90%（而非最大视场高度的90%），探头的感光面直径要足够小（不得大于90%视场直径的十分之一），内窥镜顶点与照度探头的距离不得小于50mm。照明镜体光效用于评估光学镜照明光路对边缘光效的贡献情况，简而言之，照明光斑不能中心亮周边暗，理想情况是视场周边与中心拥有同样的照度。这里指的周边照度，需要换算为球面Z上的理论值，因此在照明镜体光效的计算公式中，最后要除以朗伯体光效值，目的正是如此。
【成像镜体光效】
成像镜体光效的定义是光学镜成像系统对边缘光效的贡献，以光通量透过率之比表示。即入瞳视场角ωp方向的满入瞳平均光透过率与视场中心方向的满入瞳透过率之比。YY0068.1中给出测试方法如图6所示，但存在一个问题：对于目视观察光学镜的测试而言，使用挡板开孔的方式，难以保证开孔位置有足够的光源亮度，此时使用积分球测量内窥镜出瞳位置的光通量，几乎无法测出有效光学信号。建议直接在目镜上连接一套经过验证的内窥镜摄像头，在监视器上使用屏幕亮度计直接测量画面中小孔位置的亮度。否则，整个测试会异常复杂。对于非目视观察的内窥镜则没有此困扰。得到成像镜体光效的结果之后，直接与照明镜体光效值相乘，可得到综合镜体光效（这里需要注意一个细节，在测量综合镜体光效的四个光斑位置应与测试照明镜体光效时探头放置位置一致）。综合镜体光效乘以朗伯体光效，可得到综合边缘光效值。
【单位相对畸变】
单位相对畸变是评估光学镜物象关系一致性的指标。定义为球面Z视场上目标物在图像上的测量径向尺寸与理论径向尺寸之差。测量方法如图7所示，操作不难理解，但计算过程相对复杂。原因在于实际测量是在垂直视轴的平面上测得，像元尺寸需要换算到球面Z视场后开展分析。根据不同的畸变结果，评价畸变一致性的情况。这部分的难点在于理论计算过程复杂，好在目前的内窥镜测试装置已经实现了测试过程的自动化，包括圆斑径向像素直径的获取和球面Z理论像元直径换算都可以快速完成，省去了繁杂的计算步骤。需要注意的是，目前一些电子内窥镜的技术要求中也直接引用了YY 0068.1中单位相对畸变的要求，包括试验方法也原封不动的照搬过来，笔者并不建议这样操作，因为光学内窥镜的畸变成因以及理论像元镜像尺寸的换算未必适用于电子内窥镜，二者的成像光路和成像机制完全不同，不建议直接生搬硬套。
【有效光度率】
有效光度率是用于评估光学镜的光能传递效率的指标。对于目视光学观察镜来说，有效光度率以物面平均光出射度与眼底像面平均照度之比；对于目视观察类光学镜，有效光度率定义为像面显示灰阶临界可辨的最低物面亮度（Lmin）,测试方法如图8所示。理解难点在于眼底相平面的平均照度如何获取，YY 0068.1的公式（13）是通过入射人眼的光通量除以眼底光斑的面积，得到眼底平面的平均照度，这里需要假设人眼的眼轴长度为17mm，且光学镜目镜出射光全部入射眼底。
引用来自
https://mp.weixin.qq.com/s/fjuO-xORJG6jfR4a3G45nA | 
雷达卡
发表于 2024-3-13 23:56:49
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