專利名稱：用于圖像傳輸系統(tǒng)的圖像處理方法及其光纖內(nèi)窺鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理及內(nèi)窺鏡技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及一種用于圖像傳輸系統(tǒng)的處理方法及采用該方法進(jìn)行的光纖內(nèi)窺鏡的設(shè)計，尤其涉及光纖內(nèi)窺鏡的傳像束兩端頭光纖采取非同配位排列方式的設(shè)計。
光纖內(nèi)窺鏡是一種常用的圖像傳輸系統(tǒng)，其傳輸通道由光纖束組成。通常情況下，已有的光纖內(nèi)窺鏡依據(jù)每根單纖維絲構(gòu)成被測物體的圖像上的一個像元的原理來傳遞被測物體的圖像。用于檢測物體圖像的光纖內(nèi)窺鏡包括光源、傳光束、物鏡、傳像束、目鏡。為將被測物體圖像采集到計算機(jī)中進(jìn)行保存處理，有的光纖內(nèi)窺鏡還包括CCD攝像機(jī)、圖像采集卡、計算機(jī)、監(jiān)視器。
已有的一種光纖內(nèi)窺鏡的組成及工作原理如

圖1所示，包括光源11及CCD攝像機(jī)12、由非同配位排列的傳光束13、物鏡14、同配位排列的傳像束15及目鏡16組成的系統(tǒng)。為使整個視場照度均勻，傳光束照明范圍應(yīng)大于視場角。物鏡14設(shè)計為小孔徑大視場，小孔徑的設(shè)計要保證足夠的景深，大視場的設(shè)計要保證近距離內(nèi)能觀察到盡可能寬的范圍，前提是圖像的畸變不影響使用的基本要求。由于纖維單絲直徑的限制，目鏡16的放大倍率不能太高，一般情況下不超過10倍，否則會影響觀察效果。
上述光纖內(nèi)窺鏡的工作原理是光源11發(fā)出的光會聚到傳光束13一端，經(jīng)傳光束13傳輸?shù)焦饫w內(nèi)窺鏡前端部照明被測物體17，被測物體17的圖像由物鏡14成像到傳像束15的輸入端面，通過傳像束15再傳至輸出端面，用目鏡16將它放大，人眼就可以直接觀察或經(jīng)CCD攝像機(jī)12接收后輸入到系統(tǒng)附屬的圖像采集處理單元。
上述光纖內(nèi)窺鏡采用的傳光束13和傳像束15都是由許多根單纖維絲經(jīng)不同方式排列而成，在其兩端用粘膠劑或加熱熔壓后固定，端面經(jīng)過研磨、磨光、涂保護(hù)膜后，便制成了兩端固定、中間松散的纖維束了。
用以傳入外部照明光的纖維束叫傳光束，因其主要的功能是作照明，因而單纖維絲的直徑可以較粗(一般為15～30微米)，且排列并不要求整齊，即所謂非同配位排列，就是組成傳光束的各光纖在輸入端和輸出端的兩端頭截面上不存在一一對應(yīng)的位置關(guān)系。
為了有效利用傳光束的照明光，傳光束的輸出端必須盡可能接近被測物體，因此，傳光束的輸出端在傳像束的輸入端附近發(fā)出光照射到被測物體上，并且，傳光束的輸出端和傳像束的輸入端以一定的結(jié)構(gòu)形式結(jié)合，結(jié)合部組成光纖內(nèi)窺鏡的前端部，這種結(jié)構(gòu)形式稱為傳光束的照明方式。通常情況下，傳光束的照明方式有以下幾種隨機(jī)型21、半圓型22、同心圓型23、環(huán)型24、異型25、混合型26，如圖2所示。所謂隨機(jī)型21，就是傳光束的輸出端的單纖維絲和傳像束輸入端的單纖維絲以隨機(jī)的方式密集排列在一起；所謂半圓型22，就是傳光束的輸出端的單纖維絲和傳像束輸入端的單纖維絲各占接合部的一半，并且各自緊密排列；所謂同心圓型23，就是傳光束的輸出端的單纖維絲構(gòu)成一個圓環(huán)位于結(jié)合部中間，傳像束輸入端的單纖維絲一部分構(gòu)成一個圓位于結(jié)合部的中心，其它部分構(gòu)成一個圓環(huán)位于結(jié)合部的外側(cè)，三部分各自緊密排列；所謂環(huán)型24，就是傳光束的輸出端的單纖維絲構(gòu)成一個圓環(huán)位于結(jié)合部的外側(cè)，傳像束輸入端的單纖維絲構(gòu)成一個圓位于結(jié)合部的中心，兩部分各自緊密排列；所謂異型25，就是傳光束的輸出端的單纖維絲和傳像束輸入端的單纖維絲隔行或隔列緊密排列；所謂混合型，就是綜合具備兩種或兩種以上排列特點(diǎn)的排列方式，如圖2所示，傳光束的輸出端的單纖維絲一部分位于結(jié)合部的中心緊密排列，其它部分和傳像束輸入端的單纖維絲采取近似異型25的方式緊密排列在一起。具體采用哪種照明方式可根據(jù)使用場合的要求確定，為了保證視場照明的均勻程度，可以采用同心圓型23、環(huán)型24等照明方式。例如，為了觀察并獲得微齒輪真實(shí)圖像，由于微齒輪圖像灰度和背景灰度相近，而且觀察距離較近(物距為3mm)，因此必須保證視場照明的均勻程度，因此采用同心圓型23、環(huán)型24的照明方式，實(shí)驗(yàn)證明，這種照明方式能夠獲得較好的觀察效果。
用來傳遞圖像的纖維束稱傳像束，其主要功能是傳遞傳光束照明下的被測物體圖像，以便人眼直接觀察或采集到計算機(jī)中保存處理，因而，已有內(nèi)窺鏡的傳像束兩端的單纖維絲必須排列整齊(例如，采用正方形排列或六角形蜂窩狀排列)，并且必須為同配位排列，即傳光束的輸入端和輸出端在兩端頭截面上存在一一對應(yīng)的位置關(guān)系。
已有光纖內(nèi)窺鏡的光纖傳像束的設(shè)計是依據(jù)單纖維絲傳光的基本原理光線在單纖維絲內(nèi)的傳導(dǎo)方式，如圖3所示，當(dāng)光線31以θ角由空氣投射到單纖維絲端面32時，由于空氣折射率小于玻璃折射率(n0＜n1)，光線以θ’角折向單纖維絲內(nèi)，并以Ф角投射到核心層33(n1)與被覆層34(n2)的界面上，如果由空氣投射到端面的入射角θ適當(dāng)，則能使進(jìn)入界面上的Ф角大于臨界角(ФM)，因此在界面上產(chǎn)生全反射，在單纖維絲任意彎曲的情況下，光線經(jīng)成千上萬次的全反射，最后仍以θ角度由單纖維絲的另一端面35射出。在沒有斷絲和暗絲的情況下，每根單纖維絲可以不失真的傳遞被測物體表面反射的光信息，從而構(gòu)成了被測物體圖像上的一個像元，對一根由幾萬根單纖維絲組成的光纖束來說，其輸入端的所有像元將全部被傳遞到輸出端，也就是傳遞了被測物體的一幅圖像，這就是傳像束傳遞圖像的原理。上述光纖內(nèi)窺鏡的傳像束由于采取同配位排列方式，因此，其輸入端41和輸出端42的像元存在一一對應(yīng)的關(guān)系，如圖4所示，傳像束的輸入端41的物體圖像的像元A、B、C的位置與傳像束的輸出端42的物體圖像的像元A’、B’、C’的位置為一一對應(yīng)關(guān)系。
為了增加傳像的清晰度，傳像束單位面積內(nèi)的單纖維絲直徑較細(xì)(一般為5～20微米)。每根單纖維絲構(gòu)成被傳遞圖像上的一個光點(diǎn)。在理想情況下，由物鏡所成的圖像，經(jīng)傳像束的一端不失真的以一定的分辨率傳至另一端。光點(diǎn)越密，兩端排列越整齊，它所傳遞的圖像越清晰，每斷絲一根，就因該單纖維絲不能傳像而在被測物體圖像上產(chǎn)生一個黑點(diǎn)。從本質(zhì)上講，光纖內(nèi)窺鏡傳遞被測物體圖像的質(zhì)量主要取決于傳像束的制作質(zhì)量，影響因素包括單絲直徑、兩端的同配位排列程度、排列的緊密程度、斷絲、暗絲、界面交擾等。
在孫磊，“傳像束制造工藝的探討”，《光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)》，1998年，第5期，第25-26頁中描述了層疊法制造同配位排列的傳像束中的疊片工藝。目前，國內(nèi)外主要有酸溶法和層疊法兩種傳像束生產(chǎn)工藝，國內(nèi)以后者為主。層疊法制造傳像束，首先要拉制一定直徑的連續(xù)單絲，然后將單絲排列成無間隙、無重疊的單片，再給單片上膠使單絲間相互固定，最后將單片按六角形排列規(guī)則層疊成束。層疊法的疊片工藝通過操作者肉眼觀察莫爾條紋隨兩單片間夾角的變化而變化的情況，判定單片是否平行地、面對面地完成六角形排列。因此，層疊法生產(chǎn)工藝有很大局限性，首先是操作中對莫爾條紋精度的判斷只能定性不能定量，人為因素的影響大；其次是單絲直徑一般不能低于12.μm，否則給生產(chǎn)帶來很大困難。
例如南京玻璃纖維研究設(shè)計院第三研究所采用層疊法工藝制造傳像束，由于工藝本身的局限、生產(chǎn)設(shè)備的制造誤差、人為因素的主觀影響，因而不能在嚴(yán)格意義上完全保證傳像束兩端的單纖維絲排列整齊緊密和同配位排列，因此，觀察到的圖像實(shí)際上存在網(wǎng)格和部分象素錯位現(xiàn)象。層疊法制造光纖傳像束，還由于斷絲、暗絲的影響，成品率較低，因而增加了生產(chǎn)成本和產(chǎn)品不合格率。
本發(fā)明提出的一種用于圖像傳輸系統(tǒng)的圖像處理方法，其特征在于，傳輸通道的輸入輸出兩端面上采用非同配位排列的方式；可將被測物體從在該輸出端的雜亂的圖像信息中恢復(fù)、重構(gòu)成為真實(shí)的圖像；由標(biāo)定及實(shí)測兩部分構(gòu)成，所說的標(biāo)定方法包括以下步驟
(1)對圖象傳輸系統(tǒng)作初始化處理；(2)將標(biāo)定所用的光照射傳輸通道的輸入端使輸入端相對光斑作勻速逐行掃描運(yùn)動；(3)實(shí)時獲取光斑信息，判斷有無光斑信息輸入，如果有，進(jìn)入第4步；如果沒有，繼續(xù)判斷；(4)對獲得的像元灰度值大小進(jìn)行判斷，在每出現(xiàn)一個灰度極小值的情況時，記錄下該像元的位置PIXB01(X1，Y1)，根據(jù)掃描時間和勻速逐行掃描運(yùn)動的速度可計算出相應(yīng)的輸入光斑所在的位置PIXA01(X0，Y0)，然后用映射F(x，y)(u，v)來表示輸入光斑位置和輸出像元位置的一一對應(yīng)關(guān)系，繼續(xù)判斷有無光斑信息輸入，若有，返回步驟4；若掃描下一行過程中仍然沒有光斑信息的輸入，進(jìn)入步驟5；(5)結(jié)束掃描，生成與映射對應(yīng)的標(biāo)定函數(shù)，并保存得到的光斑所有像元圖像信息；所說的實(shí)測方法包括以下步驟(1)對圖象傳輸系統(tǒng)作初始化處理；(2)通過傳輸通道獲取被測物體圖像的雜亂信息；(3)確定實(shí)測得到的圖像信息和標(biāo)定得到的光斑所有像元圖像信息的大小比例，按照該比例縮放實(shí)測得到的圖像信息，并用標(biāo)定函數(shù)變換實(shí)測得到的圖像信息，產(chǎn)生新的圖像信息；(4)按照該大小比例的倒數(shù)變換第3步得到的新的圖像信息，并重構(gòu)被測物體的真實(shí)圖像；(5)顯示保存被測物體真實(shí)圖像，并進(jìn)行被測物體的圖像二維尺寸計算。
所說像元的位置、光斑的位置采用二維坐標(biāo)值來表示。
所說的映射的具體形式可采用二維矩陣方法、偽彩色圖方法、四維數(shù)組方法或長數(shù)字方法等等可以表示位置一一對應(yīng)關(guān)系的方法。
所說的標(biāo)定方法采用的光源，其發(fā)出的光可經(jīng)聚焦成像后在圖象傳輸系統(tǒng)的傳輸通道的輸入端前方形成一個光斑，傳入傳輸通道的輸入端，并且光源形成的光斑發(fā)出的光進(jìn)入一個傳輸通道的輸入端時，光的范圍大小應(yīng)小于傳輸通道的截面大小。
所說的標(biāo)定方法采用的光源，其發(fā)出的光可耦合進(jìn)入一根傳光光纖，這根傳光光纖輸出的光在圖象傳輸系統(tǒng)的傳輸通道的輸入端前方形成一個光斑，傳入傳輸通道的輸入端，并且這根傳光光纖形成的光斑發(fā)出的光進(jìn)入一個傳輸通道的輸入端時，光的范圍大小應(yīng)小于傳輸通道的截面大小。
本發(fā)明設(shè)計一種采用上述方法的光纖內(nèi)窺鏡，由傳光部件和傳像部件組成，該傳光部件包括用于照明的光源、傳遞照明光用于提高被測物體照明光強(qiáng)和照明均勻程度的傳光束以及將照明光耦合到該傳光束的耦合透鏡；該傳像部件包括傳像束、耦合被測物體的反射光到該傳像束輸入端的物鏡、接收并放大傳像束的輸出端圖像信息的目鏡、CCD攝像機(jī)、用于采集處理圖像信息的圖像采集處理單元、以及用于顯示被測物體圖像信息的監(jiān)視器，該圖像采集處理單元包括計算機(jī)以及與該計算機(jī)的接口相連的圖像采集卡；其特征在于，所說的傳像束采用非同配位排列方式的光纖束，所說的計算機(jī)存儲有用于從被測對象雜亂的圖像信息中恢復(fù)、重構(gòu)被測物體真實(shí)圖像的標(biāo)定模塊及實(shí)測模塊。
所說的CCD攝像機(jī)可為CCD面陣攝像機(jī)，用于將傳像束的輸出端傳出的被測物體的光信息轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電荷信息。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)本發(fā)明利用標(biāo)定方法可確定圖象傳輸系統(tǒng)的傳輸通道的輸入輸出兩端的位置的一一對應(yīng)關(guān)系，采用映射來表示，并生成與映射對應(yīng)的標(biāo)定函數(shù)存入圖像采集處理單元；利用實(shí)測方法可獲取被測物體雜亂的圖像信息，借助標(biāo)定函數(shù)，可以確定雜亂的圖像信息中的每一個像元的正確位置，從而恢復(fù)、重構(gòu)被測物體的真實(shí)圖像。
本發(fā)明設(shè)計的光纖內(nèi)窺鏡在已有光纖內(nèi)窺鏡的基礎(chǔ)上，為減少生產(chǎn)工藝的復(fù)雜程度和有效降低生產(chǎn)成本，用非同配位排列的傳像束替代同配位排列的傳像束，用于獲取被測物體的圖像信息，由于光纖束是非同配位排列的，因而在光纖束輸出端得到的圖像信息也是雜亂的，該雜亂的圖像信息被一CCD攝像機(jī)所接收，并送入到計算機(jī)中保存，借助本發(fā)明提供的用于圖像傳輸系統(tǒng)的處理方法，對本發(fā)明的光纖內(nèi)窺鏡進(jìn)行標(biāo)定后，從而得到標(biāo)定函數(shù)，可以確定雜亂的圖像信息中的每一個像元的正確位置，并恢復(fù)被測物體的真實(shí)圖像。
采用本發(fā)明的圖像處理方法設(shè)計的光纖內(nèi)窺鏡裝置的基本結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括光源51、傳光束52、物鏡53、傳像束54、目鏡55、CCD攝像機(jī)56、圖像采集處理單元57(即安裝有圖像采集卡的計算機(jī))、監(jiān)視器58。本發(fā)明是在已有內(nèi)窺鏡裝置結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，用非同配位排列的傳像束54替代同配位排列的傳像束，因此，所獲取的被測物體59圖像信息是雜亂的，不能通過目鏡55直接觀察圖像，也不能在監(jiān)視器58直接顯示真實(shí)圖像。因此，本發(fā)明的裝置必須包括CCD攝像機(jī)56、圖像采集處理單元57、監(jiān)視器58。此外，本發(fā)明的圖像采集處理單元存儲有圖像采集處理軟件，以便對被測物體59雜亂的圖像信息進(jìn)行采集處理并顯示。其中還包括一個通過對采用的傳像束進(jìn)行標(biāo)定后得到的標(biāo)定函數(shù)，并用于恢復(fù)被測物體59真實(shí)的圖像信息。
本發(fā)明的傳像束的像元輸入輸出對應(yīng)關(guān)系原理如圖6所示，由于光纖束采用非同配位排列，由圖6可見，物體圖像在輸入端61的像元A、B、C的位置和在輸出端62的像元A’、B’、C’的位置在兩個端面上沒有一一對應(yīng)的關(guān)系，也即如果在兩個端面中心處分別建立極坐標(biāo)系，以(r1，θ1)，(r2，θ2)來分別表征同一個像元在輸入61輸出62兩個端面上的位置，r1＝r2，θ1＝θ2對任一個像元不能總成立，而對于光纖束理想的同配位排列，必然可以在兩個端面中心處分別建立這樣的極坐標(biāo)系，使得r1＝r2，θ1＝θ2對任一個像元能總成立。此外，在非同配位排列的情況下，由于單纖維絲在端面處的排列是任意的，因此，兩根光纖束的非同配位排列情況也是互不相同的，也就是說，非同配位排列沒有重復(fù)性。
由于本發(fā)明的傳像束是非同配位排列的，并且沒有重復(fù)性，因此本發(fā)明的每一個實(shí)施例在第一次使用前需要進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定，從而得到該實(shí)施例的特定的標(biāo)定函數(shù)并將其存儲到實(shí)施例的圖像采集處理單元中，才能恢復(fù)該實(shí)施例所觀察物體的真實(shí)圖像。經(jīng)過標(biāo)定后的本發(fā)明的實(shí)施例，由于其傳像束兩端用粘膠劑或加熱熔壓后固定了每一根單纖維絲的位置，所以在使用時不需要再次進(jìn)行標(biāo)定，只需要使用本發(fā)明的標(biāo)定函數(shù)，就可在計算機(jī)屏幕上顯示被測物體的真實(shí)圖像，但是，人眼不能通過目鏡直接觀察圖像。因此，一旦標(biāo)定后，無需再次進(jìn)行標(biāo)定。
用于本發(fā)明各個實(shí)施例的標(biāo)定裝置的組成及原理如圖7所示，標(biāo)定裝置包括標(biāo)定光源71、聚焦透鏡72、位移工作臺73。標(biāo)定時，本發(fā)明的實(shí)施例本身所屬的光源74、傳光束75停止工作，標(biāo)定裝置將光信息輸入到該實(shí)施例的傳像束76輸入端。標(biāo)定光源71發(fā)出的光經(jīng)聚焦透鏡72聚焦，在傳像束76的物鏡77的最佳物距處形成一個光斑，該光斑由物鏡77所成的像光斑直徑略小于傳像束76的單纖維絲直徑。該光斑經(jīng)物鏡77耦合入傳像束76的一根單纖維絲的輸入端，經(jīng)傳像束76傳遞到該單纖維絲的輸出端，由目鏡78放大并為CCD攝像機(jī)79靶面所敏感，并送入到圖像采集處理單元710中并在監(jiān)視器711上顯示為一個像元。位移工作臺73控制傳像束76前端進(jìn)行X或Y方向的步進(jìn)運(yùn)動，從而可以實(shí)現(xiàn)傳像束76的前端做相對于光斑的勻速逐行掃描運(yùn)動，并且，每相對移動一步，光斑由物鏡77所成的像光斑相對傳像束76輸入端面的移動距離應(yīng)該小于傳像束76輸入端面兩根單纖維絲的最小中心距，否則，應(yīng)調(diào)整位移工作臺73的步長參數(shù)。位移工作臺73也可以由其他可以實(shí)現(xiàn)相同功能的裝置替代。在位移工作臺73的控制下，物鏡77和傳像束76一起相對該光斑運(yùn)動，控制位移工作臺73的運(yùn)動參數(shù)，就能實(shí)現(xiàn)該光斑對傳像束76的輸入端進(jìn)行勻速逐行掃描，并得到每一根單纖維絲的輸入輸出端的位置對應(yīng)關(guān)系，用映射F(x，y)(u，v)描述這個位置對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)這個映射就可以采用程序代碼描述所標(biāo)定的實(shí)施例的物像的像元位置對應(yīng)關(guān)系，該程序代碼就是實(shí)施例的標(biāo)定函數(shù)，將相應(yīng)的軟件代碼存儲到該實(shí)施例的圖像采集處理單元710，就能檢測被測物體的真實(shí)圖像。依據(jù)光纖耦合理論，在耦合區(qū)的中心，耦合效率最高，因此，在勻速逐行掃描時，光斑每掃描過一個單纖維絲端面，掃描到該單纖維絲輸入端面的中心處時該單纖維絲輸出的光強(qiáng)為最大值，圖像采集處理單元710就得到一個灰度最小值，這時得到的位置對應(yīng)關(guān)系才是真實(shí)的單纖維絲的輸入輸出端的位置對應(yīng)關(guān)系。因此，圖像采集處理單元710必須對掃描時獲得的像元灰度值大小進(jìn)行判斷，并計算出現(xiàn)極小值的情況時的位置對應(yīng)關(guān)系。同樣，在同一最佳物距下實(shí)測被測物體時，可以把物體上的每個點(diǎn)(該點(diǎn)的直徑與光斑直徑相同)都看成是一個個相同大小的光斑，分別耦合入傳像束76的所有單纖維絲的輸入端，經(jīng)過傳遞放大，采集到圖像采集處理單元710中，直接顯示為雜亂的圖像信息，經(jīng)圖像采集處理710單元經(jīng)標(biāo)定得到的標(biāo)定函數(shù)進(jìn)行處理后，恢復(fù)為真實(shí)的圖像信息；在不同物距下實(shí)測被測物體時，考慮該實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)本身的放大倍率的影響，應(yīng)先確定圖像采集處理單元710接收到的雜亂的圖像信息和標(biāo)定時接收到的光斑所有像元圖像信息的大小比例(該大小指的是未經(jīng)處理在監(jiān)視器711上直接顯示雜亂的圖像信息時，X、Y方向各有多少像素，例如100×100)，并按照該大小比例將實(shí)測時接受到的雜亂的圖象信息在不改變像素間相互位置關(guān)系的情況下縮放，然后用標(biāo)定得到的標(biāo)定函數(shù)進(jìn)行處理得到新的圖像信息，并按照上述大小比例的倒數(shù)將新的圖象信息縮放，縮放后的圖像信息即為被測物體的真實(shí)的圖像信息，輸出到監(jiān)視器711顯示即為被測物體的真實(shí)圖像。
本發(fā)明的標(biāo)定裝置所用的光源發(fā)出的光也可以不通過上述聚焦透鏡形成光斑的方法，而通過一個耦合透鏡耦合進(jìn)入一根傳光光纖中，這根傳光光纖的輸出端輸出一個光斑，并經(jīng)光纖內(nèi)窺鏡的物鏡耦合入傳像束的一根單纖維絲的輸入端，并且該光斑發(fā)出的光進(jìn)入一個單纖維絲的輸入端時，光的范圍大小應(yīng)小于傳輸通道的截面大小。
采用本發(fā)明方法的光纖內(nèi)窺鏡中的圖像處理軟件流程實(shí)施例如圖10所示。該圖像處理軟件主要有兩個的模塊標(biāo)定模塊和實(shí)測模塊。標(biāo)定模塊用于本發(fā)明的實(shí)施例第一次使用前，本發(fā)明采用映射F(x，y)(u，v)來表示光斑位置和像元位置的一一對應(yīng)關(guān)系，像元位置、光斑位置采用二維坐標(biāo)值(x，y)，(u，v)來表示，映射的具體形式可采用二維矩陣方法、偽彩色圖方法、四維數(shù)組方法或長數(shù)字方法等等可以表示位置一一對應(yīng)關(guān)系的方法。其中，二維矩陣方法，即構(gòu)造一個二維矩陣，其中某個元素的行數(shù)、列數(shù)分別表示某個像元的位置，該元素的值表示該像元對應(yīng)的光斑的位置，該元素的值的長度為傳像束橫截面方向最大單纖維絲根數(shù)m的的2倍，其中，前m位和后m位分別表示光斑的某個二維坐標(biāo)值中的一個坐標(biāo)；反之，某個元素的行數(shù)、列數(shù)和該元素的值所表示的位置意義也可以相互調(diào)換。偽彩色圖方法，即構(gòu)造一幅偽彩色圖，該偽彩色圖上的某個像元的橫、縱坐標(biāo)分別表示某個像元的位置，該偽彩色圖的這個像元的RGB值中的某兩個分別表示該像元對應(yīng)的光斑的位置，RGB的另一個值可以任意指定一個合法值；反之，某個像元的橫、縱坐標(biāo)和該像元的RGB值所表示的位置意義也可以相互調(diào)換。四維數(shù)組方法，即構(gòu)造許多個四維數(shù)組，每個數(shù)組按同樣的先后順序存放像元的位置、相應(yīng)的光斑位置，所有的四維數(shù)組按照像元排列的一定順序進(jìn)行先后排隊；反之，每個數(shù)組存放像元的位置、相應(yīng)的光斑位置的先后順序也可以相互調(diào)換。長數(shù)字方法，即構(gòu)造許多個長數(shù)字，所有的長數(shù)字按照像元排列的一定順序進(jìn)行先后排隊，每個長數(shù)字的長度為傳像束橫截面方向最大單纖維絲根數(shù)m的4倍，其中，前2m位和后2m位分別表示像元位置和相應(yīng)的光斑位置；反之，前2m位和后2m位所表示的位置意義也可以相互調(diào)換。在本實(shí)施例中，采用二維矩陣方法表示這種對應(yīng)關(guān)系。實(shí)測模塊用于本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)際檢測時。具體處理步驟分別敘述如下(一)標(biāo)定模塊1、對圖像采集卡作初始化處理；2、用圖像采集卡實(shí)時從CCD攝像機(jī)獲取光斑信息，判斷有無光斑信息輸入，如果有，進(jìn)入第3步；如果沒有，繼續(xù)判斷；3、對獲得的像元灰度值大小進(jìn)行判斷，在每出現(xiàn)一個灰度極小值的情況時，記錄下該像元的位置PIXB01(X1，Y1)，根據(jù)掃描時間和勻速逐行掃描運(yùn)動的速度可計算出相應(yīng)的掃描光斑所在的位置PIXA01(X0，Y0)，然后用矩陣MAT記錄描述這種一一對應(yīng)的關(guān)系，依據(jù)PIXB的坐標(biāo)X1，Y1分別確定了某個元素位于矩陣第X1行，第Y1列，矩陣元素MATX1Y1的值VALPIX01由PIXA01(X0，Y0)確定，VALPIX01＝X0×m+Y0(設(shè)傳像束橫截面方向最大單纖維絲根數(shù)為m)；4、繼續(xù)判斷有無光斑信息輸入，若有，返回步驟三；若掃描下一行過程中仍然沒有光斑信息的輸入，進(jìn)入步驟5；5、結(jié)束掃描，生成標(biāo)定函數(shù)，并保存得到的光斑所有像元圖像信息。(二)實(shí)測模塊1、對圖像采集卡作初始化處理；2、用圖像采集卡從CCD攝像機(jī)獲取被測物體雜亂的圖像信息，并顯示；3、確定實(shí)測得到的圖像信息和標(biāo)定得到的光斑所有像元圖像信息的大小比例，按照該比例縮放實(shí)測得到的圖像信息，并用標(biāo)定函數(shù)變換實(shí)測得到的圖像信息，產(chǎn)生新的圖像信息；4、按照該大小比例的倒數(shù)變換第3步得到的新的圖像信息，并重構(gòu)被測物體的真實(shí)圖像；5、對重構(gòu)后的真實(shí)圖像進(jìn)行圖像平滑處理，以便消除網(wǎng)格現(xiàn)象；6、顯示保存被測物體真實(shí)圖像，并進(jìn)行被測物體的二維尺寸計算。
權(quán)利要求
1.一種用于圖像傳輸系統(tǒng)的圖像處理方法，其特征在于，傳輸通道的輸入輸出兩端面上采用非同配位排列的方式；可將被測物體從在該輸出端的雜亂的圖像信息中恢復(fù)、重構(gòu)成為真實(shí)的圖像；由標(biāo)定及實(shí)測兩部分構(gòu)成，所說的標(biāo)定方法包括以下步驟1)對圖象傳輸系統(tǒng)作初始化處理；2)將標(biāo)定所用的光照射傳輸通道的輸入端使輸入端相對光斑作勻速逐行掃描運(yùn)動；3)實(shí)時獲取光斑信息，判斷有無光斑信息輸入，如果有，進(jìn)入第4步；如果沒有，繼續(xù)判斷；4)對獲得的像元灰度值大小進(jìn)行判斷，在每出現(xiàn)一個灰度極小值的情況時，記錄下該像元的位置PIXB01(X1，Y1)，根據(jù)掃描時間和勻速逐行掃描運(yùn)動的速度可計算出相應(yīng)的輸入光斑所在的位置PIXA01(X0，Y0)，然后用映射F(x，y)(u，v)來表示輸入光斑位置和輸出像元位置的一一對應(yīng)關(guān)系，繼續(xù)判斷有無光斑信息輸入，若有，返回步驟4；若掃描下一行過程中仍然沒有光斑信息的輸入，進(jìn)入步驟5；5)結(jié)束掃描，生成與映射對應(yīng)的標(biāo)定函數(shù)，并保存得到的光斑所有像元圖像信息；所說的實(shí)測方法包括以下步驟1)對圖象傳輸系統(tǒng)作初始化處理；2)通過傳輸通道獲取被測物體圖像的雜亂信息；3)確定實(shí)測得到的圖像信息和標(biāo)定得到的光斑所有像元圖像信息的大小比例，按照該比例縮放實(shí)測得到的圖像信息，并用標(biāo)定函數(shù)變換實(shí)測得到的圖像信息，產(chǎn)生新的圖像信息；4)按照該大小比例的倒數(shù)變換第3步得到的新的圖像信息，并重構(gòu)被測物體的真實(shí)圖像；5)顯示保存被測物體真實(shí)圖像，并進(jìn)行被測物體的圖像二維尺寸計算。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的像元位置、光斑位置采用二維坐標(biāo)值來表示。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的映射方法采用二維矩陣方法，即構(gòu)造一個二維矩陣，其中某個元素的行數(shù)、列數(shù)分別表示某個像元的位置，該元素的值表示該像元對應(yīng)的光斑的位置，該元素的值的長度為圖象傳輸系統(tǒng)的傳輸通道最大個數(shù)m的2倍，其中，前m位和后m位分別表示光斑的某個二維坐標(biāo)值中的一個坐標(biāo)；反之，某個元素的行數(shù)、列數(shù)和該元素的值所表示的位置意義也可以相互調(diào)換。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的映射方法采用偽彩色圖方法，即構(gòu)造一幅偽彩色圖，該偽彩色圖上的某個像元的橫、縱坐標(biāo)分別表示某個像元的位置，該偽彩色圖的這個像元的RGB值中的某兩個分別表示該像元對應(yīng)的光斑的位置，RGB的另一個值可以任意指定一個合法值；反之，某個像元的橫、縱坐標(biāo)和該像元的RGB值所表示的位置意義也可以相互調(diào)換。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的映射方法采用四維數(shù)組方法，即構(gòu)造許多個四維數(shù)組，每個數(shù)組按同樣的先后順序存放像元的位置、相應(yīng)的光斑位置，所有的四維數(shù)組按照像元排列的一定順序進(jìn)行先后排隊；反之，每個數(shù)組存放像元的位置、相應(yīng)的光斑位置的先后順序也可以相互調(diào)換。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的映射方法采用長數(shù)字方法，即構(gòu)造許多個長數(shù)字，所有的長數(shù)字按照像元排列的一定順序進(jìn)行先后排隊，每個長數(shù)字的長度為圖像傳輸系統(tǒng)的傳輸通道最大個數(shù)m的4倍，其中，前2m位和后2m位分別表示像元位置和相應(yīng)的光斑位置；反之，前2m位和后2m位所表示的位置意義也可以相互調(diào)換。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的標(biāo)定方法采用的光源，其發(fā)出的光經(jīng)聚焦成像后在圖象傳輸系統(tǒng)的傳輸通道的輸入端前方形成一個光斑，傳入傳輸通道的輸入端，并且光源形成的光斑發(fā)出的光進(jìn)入一個傳輸通道的輸入端時，光的范圍大小應(yīng)小于傳輸通道的截面大小。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所說的標(biāo)定方法采用的光源，其發(fā)出的光耦合進(jìn)入一根傳光光纖，這根傳光光纖輸出的光在圖象傳輸系統(tǒng)的傳輸通道的輸入端前方形成一個光斑，傳入傳輸通道的輸入端，并且這根傳光光纖形成的光斑發(fā)出的光進(jìn)入一個傳輸通道的輸入端時，光的范圍大小應(yīng)小于傳輸通道的截面大小。
9.一種采用如權(quán)利要求1所述的方法的光纖內(nèi)窺鏡，由傳光部件和傳像部件組成，該傳光部件包括用于照明的光源、傳遞照明光用于提高被測物體照明光強(qiáng)和照明均勻程度的傳光束以及將照明光耦合到該傳光束的耦合透鏡；該傳像部件包括傳像束、耦合被測物體的反射光到該傳像束輸入端的物鏡、接收并放大傳像束的輸出端圖像信息的目鏡、CCD攝像機(jī)、用于采集處理圖像信息的圖像采集處理單元、以及用于顯示被測物體圖像信息的監(jiān)視器，該圖像采集處理單元包括計算機(jī)以及與該計算機(jī)的接口相連的圖像采集卡；其特征在于，所說的傳像束采用非同配位排列方式的光纖束，所說的計算機(jī)存儲有用于從被測對象雜亂的圖像信息中恢復(fù)、重構(gòu)被測物體真實(shí)圖像的標(biāo)定模塊及實(shí)測模塊。
10.如權(quán)利要求9所述的光纖內(nèi)窺鏡，其特征在于，所說的CCD攝像機(jī)為CCD面陣攝像機(jī)，用于將傳像束的輸出端傳出的被測物體的光信息轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電荷信息。
全文摘要
本發(fā)明屬于圖像處理及內(nèi)窺鏡技術(shù)領(lǐng)域,主要涉及一種用于圖像傳輸系統(tǒng)的處理方法,該處理方法包括標(biāo)定和實(shí)測兩部分,該處理方法可將被測物體的雜亂的圖像信息中恢復(fù)、重構(gòu)成為真實(shí)的圖像。采用該方法設(shè)計的光纖內(nèi)窺鏡,包括傳光部件、傳像部件,傳光部件由光源、耦合透鏡、傳光束組成;傳像部件由物鏡、非同配位排列的傳像束、目鏡、CCD攝像機(jī)、圖像采集處理單元、監(jiān)視器組成。本發(fā)明設(shè)計的光纖內(nèi)窺鏡采用非同配位排列的光纖束作為傳像束,可簡化傳像束的制作工藝,有效降低生產(chǎn)成本,且沒有增加光纖內(nèi)窺鏡裝置結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
文檔編號A61B1/07GK1376443SQ0211651
公開日2002年10月30日 申請日期2002年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月27日
發(fā)明者王伯雄, 朱繼強(qiáng), 羅秀芝, 朱從峰, 王寧 申請人:清華大學(xué)