医用内窥镜 内窥镜功能供给装置
摄像系统

Medical endoscopes—Endoscope supply units—Video camera system

1范围

本标准规定了医用内巍镜摄像系统的术语和定义、要求、试验方法.

本标准适用于内窟镜检查和手术中作为内窥镜功能供给装置的医用内疏镜摄像系统（以下简称摄 像系统）.

本标准不适用于特殊光谱作用和非可见光谱成像的摄像系统.

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的.凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件.凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件.

GB 9706.19医用电气设备 第2部分：内窟镜设备安全专用要求

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1转换函势

3.1.1

光电转换函数OECF

摄像系统物方亮度和相应的输出信号之间的理想关系.

3.1.2

电光转换函数

OECF反函数.

3.2

唉声

摄像系统响应信号中内部产生的扰动.

3.2.1

总体曝声

固定模式噪声和随机噪声的叠加.

3.2.2

固定模式唉声

而传感器单元间输出信号的差异，

3.2.3

随机噪声

面传想器某一取元多次曝光间的输出信号的差异.

信噪比SNR

特定信号电平上，输出信号与噪声信号均方根值(rms)的比率用对数值表示。表达式见式(1)：

SNR = 201g(^)                ( 1 )

式中：

S——输出信号；

N——噪声信号均方根值.

饱和值

进一步增加物面亮

不变

摄像系统］

中可分辨的最大临界物面亮度和最小临界物面亮

伊出信专 的函数关

调*度之比.与标

的空间 弦波调

去最小

光谱中憧 对于某一

持不变的反射或透射特性

静态图像宽

4.1可拆卸镜头的要求 4.1.1调制传递函数(MTF)

制造商在随附资料中应给出可拆卸镜头MTF值为50%时所对应的空间频率的标称值，允差为 一 20%.上限不计.

4.1.2焦距

制造商在随附资料中应给出可拆卸镜头的焦距参数.对于固定焦距镜头，焦距的标称值允差 ±20%.对于可变倍镜头.最小焦距的标称值允差为+20%,下限不计；最大焦距的标称值允差为 一20%,上限不计.

4.2亮度响应特性

制造商应在技术资料中给出适配监视器以相对值表示的输出亮度电光转换函数或数据列表.数据

列表的取样点不少于10个.并fl（盖整个宽容度内区域。

摄像系统输出信号技该电光特性计算所得亮度与实际被测标板各灰阶亮度应保持良好的线性度. 线性拟合系数R1应不小于0.98.

若制造商声称适配监视器的输出亮度和物而亮度是按照非线性设计的，那么制莅商应给出相应的 评价要求和方法.

注，推荐适配监视器的输出亮度电光特性采用现有标准的OECF反函数.

4.3值曝比

制造商在技术资料中应给出摄像系统的随机噪声信噪比的标称值以及对应的摄像模式（若摄像系 统有多种摄像模式时）.

信噪比的允差为一20%.上限不计.

4.4空间频率响应

制造商在随附资料中应给出摄像系统在相应测鼠条件下，SFR值为50%和30%时所对应的空间 频率的标称值.对于可与多种可拆卸式镜头配合的摄像系统，应给出与该空间频率响应对应的镜头型 号.对于可采用多种摄像模式的摄像系统，应给出与该空间频率响应对应的摄像模式。

SFR值为50%和30%时所对应的空间频率的允差为一20%,上限不计.

4.5停态图像宽容度

制造商在随附资料中应给出摄像系统的静态图像宽容度的标称值以及对应的摄像模式（若摄像系 统有多种摄像模式时）.

静态图像宽容度的允差为一 20%,上限不计.

4.6电气安全

应符合GB 9706.19的要求.

5试验方法

5.1可拆卸镜头的要求

5.1.1调制传递函数（MTF）

在测陞光路中放置一个#10 mm的孔阑，用足够准确度的通用设备测筮.

5.1.2焦距

在测fit光路中放置一个4H0 mm的孔阑，用足谿准确度的焦距仪测置，

5.2亮度响应特性试验方法

检查制造商提供的技术资料内容.

按照附录A中规定的方法测堡摄像系统的亮度响应特性.

5.3信噪比试验方法

检奁制造商提供的技术资料内容。

按照附录B中规定的方法测枇撮像系统的信噪比.

5.4空间频率响应试验方法

检查制造商提供的随附资料内容。

按照附录C规定的方法测量摄像系统的空间频率响应.

5.5静态图像宽容度试验方法

检查制造商提供的随附资料内容。

按照附录D规定的方法测量摄像系统的静态图像宽容度。

附录A
（规范性附录）
亮度响应特性试验方法

A.       1设备

A.       1.1测试标板

如图A.1所示，测试标板为可充满整个视场的背景B和小灰阶块A构成。

□

小发阶块A

 

图A.1亮度响应特性测试标板

背景B为光谱中性灰阶板。

小灰阶块A为亮度可独立变化的照明体，照明体亮度变化范围应足以覆盖被测摄像系统的静态图 像宽容度，且其最小亮度应远低于被测摄像系统的暗区截止临界亮度值.该灰阶块A的面积以及位置 设置应能保证在其亮度调节过程中不改变被测摄像系统包括电子快门在内的整体增益。

A.       1.2光源

如图A.2所示，背景B的照明光源B和小灰阶块A的照明光源A均采用模拟D65标准照明体的 光源，其模拟近似度应使得光源的光谱分布曲线形状与所模拟的标准照明体的光谱分布曲线形状相似， 色温允差±10%。如果在说明书中声称撮像系统适用于某一类光源照明，试验光源可以采用该类光源 或者模拟该类照明光源。

背景B照明的空间均匀度应不超过20%,小灰阶块A照明的空间亮度均匀度应不超过5%。亮度 时间波动度应不超过3.24X10-SNR-^°（其中SNR,-,为被测摄像系统的随机信噪比）.

 

 

说明8

1―光» Ai

2—测试标板，

3        光源Bi

4——掇像系统$

5 小灰阶块«U>

6—       小来阶块A,

7—       图像采集器.

图A.2光路布局图

A.       1.3亮度计

要求能够精确测最亮度，测量精度不低于1级.

A.       1.4图像采集器

要求能够无损采集并保存各种编码模式的图像数据.

A.       2步骤

A.       2.1测试条件

测试环境的温度为(23±2)C.相对湿度应为(50士20)%. 测试环境的暗照度不大于1 lx.

控制光源的供电电源电压稳定度应控制在±2%以内.

光源应充分预热稳定.

A.       2.2测试过程

A.       2.2J 白平衡

对于具有白平衡功能的摄像系统•使用A.1.1测试标板在测试条件下进行白平衡.

A.       2.2.2摄像系统的取景

调整拍撮距离至需要的位置，记为测量工作距对于适配可目视观察内巍镜的摄像系统为 500 mm；其他兀为设计工作距。对于可变焦的镜头，在最小焦距下测fit.

A.       2.2.3 对焦

若摄像系统具有自动对焦功能.拍摄测试标板时可以稍微对焦模糊，以减少由区块本身的纹理质地 产生的嗪声.这里强调的是“稍微”，区块之间的边界应保持明显区别.

A.       2.2.4设置测试标板上背景B的亮度

调节测试标板上背景B的亮度.以达到制造商规定的亮度值.在小灰阶块A的整个亮度调节过程 中，背景B的亮度应使被测摄像系统的整体增益保持不变.

A.2.2.5调节测试标板上小灰阶块A的亮度及采集分析图像

逐渐改变测试标板上小灰阶块A的亮度.在宽容度范围内选择基本均布的不少于10个的不同亮 度水平.对应每个亮度水平，测量该亮度值，记录为L，并用摄像系统拍摄测试标板，用图像采集器采 集n幅图像并保存m不小于8.

对采集的图像,在小灰阶块A区域选取（MXN）个像素（推荐32X32）.分别读取每幅图像中红、 绿、蓝各通道的对应输出信号（MXNX3）矩阵的输出信号•

对某亮度水平L,，红、绿、蓝各通道信号平均值R.、G、B,分别由（MXNXn）个像素的R、G、B值 的算术平均计算得到.

A.2.2.6计算显示亮度值以及拟合度

对所获得的L.对应R,、心，、反数据组.采用制造商给出的输出亮度电光转换函数（OECF的反函 数）计算显示亮度值（y.分别代表R..G..B.）.若制造商给出的是数据列表.则输出亮度电光转换 函数可采用分段线性拟合得到.对应实际被测标板各灰阶亮度L,的结果应以表格和/或图形的形 式来表述.

计算L-L,的线性拟合度R'（有效位至小数点后2位）.计算式如下，

R'=                =                  （ A.1 ）

如J-AE -E,）,

1

式中t

m        庆阶数，

L        L,的平均值;

L,        Lti的平均值.

红、绿、蓝通道应分别计算.

A.       3培果表述

试验报告应包括以下信息：

a）        被测摄像系统型号和编号；

b）        镜头状况，包括型号、焦距、和/或可变倍镜头的变倍状况, 注：不可拆卸箭头的型号往往与摄像系统自身型号相同.

c）        撮像模式，

注，适用于可采用多种撮像模式的撮像系统.

d）        所使用光源特性；

C）测试标板上背景B的亮度L。,

f）        测地工作距d。,

g）        制造商给出的输出亮度电光转换函数或数据列表,

h）        亮度响应特性线图；

i）        L-L,的线性拟合度R'.

附录B
(规范性附录)

信噪比试验方法

B.       1设备

B.       1.1测试标板

同 A.I.I.

B.       1.2光源

同 A.I.2.

B.       1.3图像采集器

同 A.I.4.

B.       2 步 U

B.       2.1测试条件

同 A.2.I.

B.       2.2测试过程

B.       2.2.1白平衡

同 A.2.2.I.

B.       2.2.2摄像系统的取景

同 A.2.2.2.

B.       2.2.3 对焦

同 A.2.2.3.

B.       2.2.4设置测试标板上背景B的亮度

同 A.2.2.4.

B.       2.2.5改变测试标板上小灰阶块A的亮度及采集分析图像

逐渐改变测试标板匕小灰阶块A的亮度.在宽容度范围内选择基本均布的不少于10个的不同亮 度水平.对应每个亮度水平，摄像系统拍摄测试标板，用图像采集器采集»幅图像并保存不小于8.

对采集的图像.在小灰阶块A区域选取(MXN)个像素(推荐32X32).分别读取每幅图像中红、 绿、蓝各通道的对应输出信号(MXNX3)矩阵的输出信号.

B.2.2.6根据红、绿和蓝各通道输出信号值.计算亮度信号分量

对某亮度水平.平均亮度信号分髭丫由(MXNXn)个像素的Y值算术平均计算得到,Y由红、绿 和蓝各通道输出信号加权后获得.各通道加权值按照制造商给出的编码方式取值。

注:常现的标准编码可查阅ISO 22028-1,2004.

例：如果编码方式采用ITU-R BT.709中规定的编码方式，丫值计算可以进行以下加权：

Y = 0.212 5R +0.715 4G+ 0.072 IB         (        B.1 )

式中：

R、G、B——红绿蓝各通道输出信号值.

B.2.2.7计算噪声(以标准差表示)

根据B.2.2.6得出的Y值.计算色差通道(R-Y)和(B-Y)的输出信号值。

噪声可以根据亮度分量标准差(r(Y),色差通道标差b(R-Y)和cr(B-Y)按照式(B.2)进行计算.

“D) =O(Y)‘ +0.279<z(R — Y)z +0.088o(B - Y)'丁"         (        B.2 )

式中：

tf(y)        ——亮度信号分fit Y的标准差；

——缺红亮度通道标准差| ——缺蓝亮度通道标准差。

式(B.2)中标准差的计算遵从以下过程：

对于MXN区域内任意位置坐标(»,)),设P“,“>为第k张图像在(i,，)坐标位置上的信号输出 值，按式(B.3)计算该坐标位置上n幅的信号输出平均值。

(B.3 )

o=

按式(B.4)计算该坐标位置上"幅的信号输出标准差记为。勇

(B.4 )

(B.5 )

按式(B.5)计算在MXN区域内随机噪声的平均值记为

 

JMXN

B.       2.2.8计算不同亮度水平(不同灰阶)的信噪比，并绘制信噪比曲线

根据摄像系统拍摄到的不同亮度水平(不同灰阶)的亮度信号分量Y和噪声值，计算不同亮度水平 (不同灰阶)的随机噪声信噪比，并绘制对应的信噪比曲线，纵坐标为信噪比，横坐标为亮度信号分量 y值.

B.2.2.9确定摄像系统的信噪比.

在信噪比曲线上找到归一化后亮度信号分量y值为0.707的信噪比。如果0.707不完全等于某个 灰阶对应的输出信号值.建议采用分段线性插值计算，来获取信噪比的估计值，

B.3结果表述

试验报告应包括以下信息:

a）        被测摄像系统型号和编号；

b）        镜头状况，包括型号、焦距、和/或可变倍镜头的变倍状况， 住：不可拆卸镜头的型号住往与摄像系统自身型号相同.

c）        接像模式,

注，适用于可采用多种撮像模式的摄像系统.

d）        所使用光源特性1

e）        测试标板上背景B的亮度

f）        测最工作距如；

g）        信噪比线图，

h）        信噪比值。

附录C
（规范性附录）
空间频率响应试验方法

C.       1设备

C.       1.1测试标板

正弦波星形测试标板。该标板应是光谱中性的，背景的透（反）射率为18%.星图应是一个经过正 弦波调制的星光式图案.频率通常是144个周期每圈，如图C.1所示.对于较低分辨率的内窥镜系统来 说，可以使用72个周期的星形或更少周期的星形.

测试标板的调制度已知，并不小于96%。标板在半径方向上有至少32个黑色等分刻线.

 

图C.1正弦波测试标板

其他等效的正弦波测试标板也可使用.

C.       1.2光源

采用模拟D65标准照明体的光源，其模拟近似度应使得光源的光潜分布曲线形状与所模拟的标准 照明体的光i普分布曲线形状相似，色温允差±10%,

照明光源的布置应使得在标板的区域内照明均匀,区域内任意位置处的亮度与中心亮度的差值应

在±10%范围之内.

C.       1.3图像采集器

同 A.I.4.

C.       2步骤

C.       2.1测量条件

C.       2.1.1测量标板的照明条件

C.       2.2测试过程

C.       2.2.1白平衡

调整拍

需要的位

适配'

变焦〕

若摄像

有自动对点 k空间频率

［焦设

摄像系统自弋胜留 开启图像压缩功 敏结果一起报告.\

压缩功能可能会显著地影响分辨率测最，部分摄像系 褫统的所有设置值都可能影响测虽结果，包括拍摄解

C.       2.2.5 采集图像

摄像系统拍摄测试标板.用图

采集并保存图像

同 A.2.2.1

C.       2.2.6确定奈耋斯特频率

若横向像素数为n，则奈奎斯特频率为«/2（LP/PH）.

C.       2.3结果处理

该星图被分成24个部分.在每一个确定的半径值上.搜索出距离该条半径最近的像素，存储数字 值和角度（在该角度下找到该像素）.如果精确的地方没有像素.那么使用距离半径位置最近的像素值• 而不是使用插值法（见图C.2）.这就使得结果中的误差比像素值插值法结果中的要小.计算出3个部 分数据的平均值.从而最终得到8个部分的数据.

 

图C.2星图半径划分

以下详细地描述了分析工作所采用的步骤。

第1步：框选出包含整个星图的待分析区域。

第2步:进行由用户选定的星图分割。

第3步：沿着半径确定出像素位置（见图C.3）,选择数字码值（见图C.4）,并记录，按制造商规定的 亮度电光特性相对函数（OECF的反函数）或数据列表计算得到输出亮度值.

第4步：重复第3步，以此来分析至少32个半径.

图C.3沿着特定半径的像素位置

 

 

-•- pixel values —sin (angle)

 

00C.4根据角度情况的数字码值

 

谐波西门子星图的强度如下:

/（0） =a 4-b • cos； —（0 — 0 ）                                （ C.l ）

Lg J

arctan

（7）

式中：为初始相位2为正弦波的基线值,6为正弦波的振幅为每周期的像素数。 利用下式可以计算出每个像素的角度。

第5步：根据 第6步：从审

第7步:得到 第8步，计算各, 第9步:对所选择 拟合，得到SFR值为50%吊啊

的调制度与空间频率之间的函数关系，记为SFR 的平均值.        A 种洎X的SFR的平均值以LP/PH（线希

高 坐标，进行分段线性

第10步:将SFR值为50% 注，由于标板的对比度较高.故标板的调

时的频率

或对应

的角频率

式中，工=0和y=0作为星图的中心.由于信号灵始相位0o不定，用下式来取代式（C.1）.
+ 们. sin（色

b=^b\+b}

/上定拟合后的正弦曲线.

计算出调制度.从而确定出正弦曲线的调制度

若采用其他等效正弦波测试标板，结果处理应参照上述方法等效进行.

C.       3结果表述

试验报告应包括以下信息：

a）        被测摄像系统的型号和编号；

b）        摄像模式；

注，适用于可采用多神撮像模式的撮像系统.

c）        所使用光源特性，

d）        可能影响测虽结果的所有设置值，如清晰度设置（若有）、镜头状况（包括型号、焦距、和/或可

变倍镜头的变倍状况〉、设置的像素数或压缩模式等I        •

注，不可拆卸镜头的型号往往与摄像系统自身型号相同.

 

e)       测量工作距

0 星图的每圈周期数，若测试板为非星状图形式，声明测试板特性,

g)       SFR分别为30%和50%时所对应物方空间的角频率值｝

h)       空间频率响应(SFR)的响应曲线.

附录D
（规范性附录）
静态图像宽容度试验方法

D.       1设备

D.       1J刑试标板

同 A.I.I.

D.       1.2光源

同 A.1.2,

D.       1.3亮度计

同 A.I.3.

D.       1.4图像采集器

同 A.I.4.

D.       2步骤

D.       2.1测试条件

同 A.2.I.

D.       2.2测试过程

D.       2.2.1白平衡

同 A.2.2.I.

D.       2.2.2摄像系统的取景

同 A.2.2.2.

D.       2.2.3 对焦

同 A.2.2.3.

D.       2.2.4设置测试标板上背景B的亮度

同 A.2.2.4。

D.       2.2.5改变测试标板上小灰阶块A的亮度及采集分析图像

测试标板上小灰阶块A的亮度水平变化范围应超过宽容度范囤，并且至少5个亮度水平低于被测

摄像系统暗区截止临界亮度值，在暗区截止临界和亮区饱和临界的亮度附近，相邻亮度水平的比值应不 大于1.1倍.

逐渐改变测试标板上小灰阶块A的亮度.对于每个选择的亮度水平.测量并记录亮度值为L,,用 摄像系统拍摄对应亮度的测试标板，用图像采集器采集n幅图像并保存.”不小于8.

对采集的图像，在小灰阶块A区域选取（MXN）个像素（推荐32X32）.分别读取每幅图像中红、 绿、蓝各通道的对应输出信号（MXNX3）矩阵的输出信号.

D.2.2.6根据红、绿和蓝各通道输出值号值，计算亮度信号分

同 B.2.2.6.

D.2.2.7绘制亮度及其对应的亮度信号输出值曲线

根据D.2.2.5和D.2.2.6步骤中获得的L.和Y.，绘制亮度及其对应的亮度信号分量的曲线。

D.2.2.8读取高亮区域亮度饱和临界值Lg

读取曲线上高亮区域亮度信号分fit Y.接近饱和值时的临界亮度值

注：任一通道到达饱和即为饱和.

D.2.2.9计算暗区亮度裁止临界值L*

读取曲线上暗区亮度信号分质Y.开始截止时的临界亮度值Lmu>.

截止状态的判定：以D.2.2.5中获得的5组较低亮度水平对应的亮度信号分最¥,的平均值加上 2倍按B.2.2.7计算所得的随机噪声的平均值为阈值，找到亮度输出信号值大于该阈值并最接近该阚值 的数据.该数据对应的亮度即为临界亮度值

D.2.2.10计算静态图像宽容度

宽容度Dr是根据式（D.D确定的。

Dr=^-                （ D.1 ）

*-* mtn

式中：

―饱和临界值；

Ls——截止临界值.

D.3结果表述

试验报告应包括以下信息：

a）        被测摄像系统型号和编号；

b）        镜头状况，包括型号、焦距、和/或可变倍镜头的变倍状况；

注：不可拆卸镜头的型号往往与摄像系统自身型号相同.

c）        摄像模式，

注：适用于可采用多种撮像模式的掇像系统.

d）        所使用光源特性；

e）        测试标板上背景B的亮度L”

f）        测量工作距do；

g）        饱和临界值和截止临界值Lg；

h）        静态图像宽容度。