上海高端有源医疗装备技术展

ADTE 高端有源医疗装备技术展

2024年9月25-27日 | 上海世博展览馆2号馆

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内窥镜,摄像

高端有源医疗装备展|内窥镜摄像系统的基本组成和原理?

高端有源医疗装备展|内窥镜摄像系统的基本组成和原理?

高端有源医疗装备展知悉,摄像系统主要由机械结构、图像传感器、光学成像系统、内部导线、导光光纤等组成,功能为将待观察的表面信息,由光信号转换成电信号。图像传感器是一种将光学图像信号转换为电子信号的器件,分为光导摄像管和固态图像传感器两种。图像传感器并不是电子内窥镜的独有器件,硬管式内窥镜和光学纤维内窥镜也可连接图像传感器,电子内窥镜中的图像传感器位置在摄像系统的前端,另外两种内窥镜在位于后端手柄处。固态图像传感器分为电荷耦合器件图像传感器(CCD)和互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS)。这两种图像传感器的均是将光信号转换电信号的工作原理。二者主要对比如下图所示:

图片来源:亨亨艺光

光学成像系统承担的则是将待拍摄的画面呈现在 CMOS or CCD上,光学成像系统是三大种类内窥镜共有部分,也是荧光电子内窥镜必不可少的部分。光学成像系统由一组镜片组成,其镜片材料通常为玻璃或者人工树脂,手机相机的镜组材料通常是后者,而单反相机的镜组材料通常为前者。

图片来源:亨亨艺光

图 前端物镜镜片组合组合光学系统主要参数:视场角,物体图像的入射光线,最先通过物镜玻璃,进入物镜后平行传导。进入物镜的入射光线和水平线的夹角,即视角(DOV),Direction Of View. 内窥镜视角一般有0°,12°,30°,70°,90°。医用的电子内窥镜和光学纤维内窥镜的前端均可弯曲,但光学纤维内窥镜因为光纤易断裂,和金属做成的电缆相比,韧性远远不足,医用电子内窥镜的最大弯曲角度为 270°,光学系统的视场角为 90°时,即可保证观察无盲区。
图片来源:亨亨艺光

视野,物镜可以观察到的范围,称为视野(FOV), Field Of View. 内窥镜视野范围一般分为广角,标准角。
图片来源:亨亨艺光

通光孔径,光学成像系统的通光孔径的大小,影响光学成像系统的景深和采光能力,通光孔径越大,光学成像系统的采光能力则越强,图像越明亮清晰,所需要的光源照明亮度则越低,但是系统的景深则越小。光学成像系统分辨率,是指”物”在经过光学系统后的”像”在细节上能被分辨的最小距离。大于这个距离的两个像点就能被识别为两个点,而小于这个距离的两个点经过光系统后就会被识别为一个点。图像传感器的光学分辨率是用每毫米上可以分辨的黑白线对数来表示,即每毫米的宽度上,有多对像元。

图片来源:亨亨艺光

这里需要区别的是我们常规了解的图像分辨率,图像分辨率的定义是单位距离内的像用多少个像素来显示。例如:智能手机相机,使用的微型图像传感器的像素高达 2000 万甚至 4000 万。从像素值而言,远远高于现在的单反相机,可是,摄影爱好者依然是经常手持单反拍摄而不是手持手机拍摄,其主要原因就在于,手机相机所匹配的光学成像系统的镜头模组,分辨率是达不到对应图像传感器的光学分辨率的。所以,决定整个相机拍摄的分辨率的是光学成像系统。景深,即景物的影像的清晰深度,它是光学系统可以清楚观察到的从近到远的一段距离。在这段距离内,场景中的物体不论是移近镜头,还是移向远处,都能够形成清晰的图像。

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文章来源:亨亨艺光

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内窥镜

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