一种医用内窥镜色彩还原度测试方法及装置与流程

1.本公开涉及医用内窥镜检测技术领域，具体涉及一种医用内窥镜色彩还原度测试方法及装置。


背景技术：

2.色彩还原度是评估一个摄像头/摄像系统性能的重要参数之一，对于医用内窥镜而言，色彩还原度同时还影响着设备的安全性与有效性，因而对于医用内窥镜，需要进行色彩还原度测试。目前常用的摄像头色彩还原度测试方法是：在外置光源下，拍摄一张完整的标准24色色卡，计算每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，然后以24个色块的色彩还原误差值e和色度差值c的均值和最大值来评估摄像头的色彩还原度。
3.将上述的常规摄像头色彩还原度测试方法应用于医用内窥镜的测试过程中时，存在着以下的缺陷：其一，由于医用内窥镜使用场景的特殊性，在人体腔道内使用时内窥镜自带的光源为唯一的照明途径，而在内窥镜色彩还原度测试过程中使用外置光源进行照明，就会与内窥镜的实际使用场景存在差异，影响测试结果的准确性；其二，拍摄单张完整的色卡后对各个色块进行计算，会存在光源的不均匀性问题，尤其是使用led作为光源的内窥镜，由于led光源本身的特性，光斑较为明显，导致成像中的“手电筒效应”明显，即光照中心区域色温会与其他区域的色温存在一定差异，故后续拍摄整张色卡图像进行分析计算时，由于中心区域与边缘区域的照度不同，每个色块在从xyz色彩空间转换到cielad色彩空间的计算过程中，所使用的参考白点各不相同，对测试结果的准确性有较大影响；其三，由于医用内窥镜的实际使用场景多为微距拍摄，故其景深和最佳工作距离都较近，为了保证测试结果的准确性，在进行色彩还原度测试时也应使内窥镜与色卡的距离较近，但相对的，当内窥镜离色卡距离较近时，内窥镜无法拍摄完整的色卡，因而实际测试时内窥镜与色卡的距离一般较远，这会影响测试结果的准确性。
4.综上所述，现有的关于常规摄像头的色彩还原度测试方法，无法良好地适用于医用内窥镜的色彩还原度测试过程中，使得医用内窥镜的测试结果准确性差，影响医用内窥镜的产品质量及使用过程的安全性和可靠性。


技术实现要素：

5.为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的之一在于提供一种医用内窥镜色彩还原度测试方法，目的之二在于提供一种医用内窥镜色彩还原度测试装置。本公开的测试过程更贴合于医用内窥镜的实际使用环境，能准确测试医用内窥镜的色彩还原度，有助于提高医用内窥镜的产品质量、安全性和可靠性。
6.本公开所述的一种医用内窥镜色彩还原度测试方法，包括以下步骤：s01、取灰卡蒙版和标准色卡，所述标准色卡上设有多个色块，所述灰卡蒙版上形
成有用于供所述标准色卡的其一色块露出的通孔，在所述通孔的旁侧形成有用于参考对照的白块；s02、固定待测的医用内窥镜，将所述灰卡蒙版与所述标准色卡叠放，使所述标准色卡的第一个色块露出在所述通孔处，然后将所述灰卡蒙版与所述标准色卡固定在所述医用内窥镜的镜头端的正前方，且使所述灰卡蒙版位于靠近所述医用内窥镜的一侧；s03、使用所述医用内窥镜的光源照亮所述灰卡蒙版和所述标准色卡；s04、使所述医用内窥镜拍摄所述灰卡蒙版和所述标准色卡，获取测试图像，然后移动所述标准色卡，使所述标准色卡的下一个色块露出在所述通孔处；重复本步骤，逐个获取所述标准色卡上各个色块的测试图像，直至所述标准色卡上所有色块的测试图像均获取完成；s05、对各张所述测试图像进行处理运算，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，根据各个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，评估该待测的医用内窥镜的色彩还原度。
7.优选地，所述步骤s05中，对各张所述测试图像进行处理运算，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c包括以下步骤：s051、获取所述测试图像中的白块图像的rgb值，记为第一rgb值，将所述第一rgb值转换至xyz色彩空间中，记为第一xyz值、；s052、获取所述测试图像中的色块图像的rgb值，记为第二rgb值，将所述第二rgb值转换至xyz色彩空间中，记为第二xyz值、；s053、结合所述第一xyz值、，将所述第二xyz值、转换到cielad色彩空间中，记为色彩空间值l*、a*、b*；s054、根据所述色彩空间值l*、a*、b*，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c。
8.优选地，所述步骤s051、步骤s052中，rgb值与xyz值的对应关系为：==；所述步骤s053中，结合所述第一xyz值、，将所述第二xyz值、转换到cielad色彩空间中，按如下公式进行转换： ；；
a；b；所述步骤s054中，根据所述色彩空间值l*、a*、b*，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，所述色彩还原误差值e的计算公式为：***；***；***； =；所述色度差值c的计算公式为：=。
9.优选地，所述步骤s01中，所述白块的面积小于所述标准色卡上色块的面积；所述步骤s05中，对所述测试图像进行处理运算包括：将所述测试图像转换为灰度图；对所得灰度图进行边缘提取，然后细化并提取唯一边缘；遍历寻找测试图像中两个方块图形的各顶点坐标，分别计算两个方块图形的面积记为第一图形面积和第二图形面积，比对所述第一图形面积和所述第二图形面积的面积大小，将面积大的方块图形标记为色块图像，将面积小的方块图形标记为白块图像。
10.优选地，所述步骤s052中，获取所述测试图像中的色块图像的rgb值包括：选取所述色块图像的70%的区域作为感兴趣区域roi；获取所述感兴趣区域roi中的r、g、b的平均值；对所得r、g、b的平均值按归一化公式进行归一化处理，获得所述感兴趣区域roi的rgb值，所述归一化公式为：，，。
11.优选地，所述步骤s04中，获取测试图像，移动所述标准色卡，使所述标准色卡的下一个色卡露出在所述通孔处，具体为：下一次移动所述标准色卡的位移量为；所述位移量的计算过程为：获取包含当前色块的测试图像，将该测试图像转换为灰度图；对所得灰度图进行边缘提取，然后细化并提取唯一边缘；遍历寻找该测试图像中色块图像的各顶点坐标，由所得各顶点坐标计算获得色块图像的中心点坐标；获取该测试图像的中心点坐标，计算色块图像与测试图像的中心点坐标
差记为，其中，，；根据标准色卡上色块的水平边长和垂直边长，以及色块图像的水平边长对应的像素点数，垂直边长对应的像素点数，计算获得色块图像x方向和y方向上的图像k值；根据所得色块图像x方向和y方向上的图像k值及中心点坐标差，计算获得下一次移动所述标准色卡的位移量。
12.优选地，所述标准色卡上的色块数量为k；所述步骤s04中，重复本步骤，逐个获取所述标准色卡上各个色块的测试图像，直至所述标准色卡上所有色块的测试图像均获取完成包括：首次拍摄获取测试图像时，开始计数为1，每次移动所述标准色卡并进行拍摄时，使计数加1，当计数累加至等于k时，所述标准色卡上所有色块的测试图像均获取完成。
13.优选地，所述灰卡蒙版的灰色度为18%。
14.本公开还提供了一种医用内窥镜色彩还原度测试装置，包括：夹具，所述夹具用于夹固待测的医用内窥镜；第一行走机构，所述第一行走机构与所述夹具联动，用于带动所述夹具沿x、y、z三个方向行走；蒙版固定机构，所述蒙版固定机构设置在所述夹具的前方，用于固定灰卡蒙版；色卡固定机构，所述色卡固定机构设置在所述蒙版固定机构的前方，用于固定标准色卡；第二行走机构，所述第二行走机构与所述色卡固定机构联动，用于带动所述色卡固定机构沿y、z方向行走，以调整标准色卡与灰卡蒙版的相对位置；处理模块，所述处理模块分别与所述第一行走机构、所述第二行走机构信号连接，用于控制所述第一行走机构和所述第二行走机构的运行，所述处理模块还用于与待测的医用内窥镜信号连接，用于控制医用内窥镜拍摄灰卡蒙版和标准色卡以获取测试图像，并对所获取的测试图像进行处理运算，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，根据各个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，评估该待测的医用内窥镜的色彩还原度。
15.优选地，所述医用内窥镜色彩还原度测试装置还包括：测距组件，所述测距组件设置在所述夹具与所述蒙版固定机构之间，用于检测医用内窥镜与灰卡蒙版的相对间距，所述测距组件与所述处理模块信号连接。
16.本公开所述的一种医用内窥镜色彩还原度测试方法及装置，其优点在于：1、本公开在测试过程中采用医用内窥镜的自带光源进行照明，更贴合于医用内窥镜在人体腔道内的实际使用环境，可提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性；2、本公开通过逐个拍摄色块图像来获取测试图像，避免了拍摄整张色卡时存在的光源不均匀性问题，使得获取的测试图像的照度均匀，同时还解决了拍摄距离的问题，使得色卡可位于医用内窥镜的最佳成像距离内拍摄，可提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的
准确性；3、本公开使用同一白块的图像作为参考白点，使得色块图像从xyz色彩空间转换到cielad色彩空间的计算过程所使用的参考值统一，可提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性；4、本公开通过设置灰卡蒙版解决了逐个拍摄色块图像时，由于色块亮度不同产生的主板增益不同的问题，使得各个色块拍摄时的条件一致，提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性。
附图说明
17.图1是本公开所述一种医用内窥镜色彩还原度测试方法的步骤流程图；图2是本公开所述一种医用内窥镜色彩还原度测试方法中灰卡蒙版与标准色卡的示意图；图3是本公开所述一种医用内窥镜色彩还原度测试装置的结构示意图。
18.附图标记说明：fov-测试图像成像区域，a-色块，b-白块，1-夹具，2-第一行走机构，3-蒙版固定机构，4-色卡固定机构，5-第二行走机构。
具体实施方式
19.如图1、图2所示，本公开所述的一种医用内窥镜色彩还原度测试方法，包括以下步骤：s01、取灰卡蒙版和标准色卡，标准色卡上设有多个颜色不同的色块，灰卡蒙版上形成有用于供标准色卡的其一色块露出的通孔。色块为正方形色块，通孔也为正方形，尺寸略大于单个色块的尺寸，使得灰卡蒙版与标准色卡叠放时，标准色卡的一个色块可露出在通孔处。通孔的旁侧形成有用于参考对照的白块，白块具体为反射率100%的方形白卡，白块紧贴通孔设置，以便于与通孔中的色块进行比对。
20.s02、取待测的医用内窥镜，并将医用内窥镜固定，将灰卡蒙版与标准色卡叠放，使标准色卡的第一个色块露出在通孔处，然后将灰卡蒙版和标准色卡固定在医用内窥镜的镜头端的正前方，且使灰卡蒙版位于靠近医用内窥镜的一侧，具体的，使灰卡蒙版的通孔位于医用内窥镜成像的正中心位置，以使通孔中的色块位于成像的正中心位置。
21.s03、在暗房中进行测试或是使测试环境的照度小于1lx，以减少外界光线对测试结果的影响，使用医用内窥镜的自带光源照亮灰卡蒙版和标准色卡，以使测试过程更贴近于医用内窥镜的实际使用过程；s04、使医用内窥镜拍摄灰卡蒙版和标准色卡，获取当前色块的测试图像，存储获取的测试图像，然后移动标准色卡，使标准色卡的下一个色块露出在通孔处，通常的，标准色卡的多个色块成矩阵排列，因而在移动标准色卡时，通常是x、y两个方向的移动，即可将各个色块依次移动到通孔处。重复本步骤，逐个获取标准色卡上各个色块的测试图像，直至标准色卡上的所有色块的测试图像均获取完成，即可完成测试图像的采集过程。
22.s05、测试图像采集完成后，对各张测试图像进行处理运算，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，根据各个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，评
估该待测的医用内窥镜的色彩还原度，具体的，以色彩还原误差值e和色度差值c的均值和最大值来评估医用内窥镜的色彩还原度，数值越小，说明医用内窥镜的色彩还原度性能越好。
23.本公开结合医用内窥镜的实际使用环境，在测试过程中采用医用内窥镜的自带光源进行照明，更贴合于医用内窥镜在人体腔道内的实际使用环境，可提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性。
24.基于现有技术中存在的光源不均匀性问题以及测试过程中成像位置不是医用内窥镜最佳工作距离的问题，不采用整张拍摄的方式，而是采用逐个色块拍摄的方式，这样首先可以避免较大图幅带来的光源不均匀性问题，同时也可满足微距拍摄的要求，使得测试时医用内窥镜在最佳工作距离处成像，可提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性。
25.另一方面，考虑到不同色块的测试图像的参考白点不同会影响测试结果准确性的问题，本公开通过在通孔的旁侧设置白块作为参考白点，在移动不同的色块来获取测试图像时，多张测试图像的参考白点统一，使得色块图像从xyz色彩空间转换到cielad色彩空间的计算过程所使用的参考值统一，可提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性。
26.最后，在实际验证过程中，申请人发现，逐个拍摄色块获取多张测试图像虽然能解决光源均匀性和最佳工作距离的问题，但随之而来的主板自动增益问题也会影响最终的测试结果，主板自动增益是指由于不同色块之间的亮度各不相同，使得医用内窥镜所感知的拍摄区域的亮度各不相同，这样医用内窥镜在拍摄成像时，内窥镜主板会根据拍摄区域的亮度进行自动增益，这样不同色块之间的主板自动增益的参数也就不同，这会影响测试结果的准确性。为了解决这一问题，本公开在测试时将标准色卡与灰卡蒙版叠放，这样医用内窥镜在成像时多张测试图像的整体亮度就会相对接近，有效解决了不同测试图像之间主板增益不同的问题，使得各个色块拍摄时的条件一致，提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性。
27.进一步的，本实施例中，所述步骤s05中，对各张测试图像进行处理运算，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c包括以下步骤：s051、获取所述测试图像中的白块图像的rgb值，记为第一rgb值，将所述第一rgb值转换至xyz色彩空间中，记为第一xyz值、；s052、获取所述测试图像中的色块图像的rgb值，记为第二rgb值，将所述第二rgb值转换至xyz色彩空间中，记为第二xyz值、；s053、结合所述第一xyz值、，将所述第二xyz值、转换到cielad色彩空间中，记为色彩空间值l*、a*、b*；s054、根据所述色彩空间值l*、a*、b*，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c；更具体的， 所述步骤s051、步骤s052中，rgb值与xyz值的对应关系为：
==；所述步骤s053中，结合所述第一xyz值、，将所述第二xyz值、转换到cielad色彩空间中，按如下公式进行转换： ；；a；b；所述步骤s054中，根据所述色彩空间值l*、a*、b*，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，所述色彩还原误差值e的计算公式为：***；***；***； =；所述色度差值c的计算公式为：=。
28.上述计算过程中，将白块图像转换到rgb空间中，获取白块图像的第一rgb值，将第一rgb值转换为第一xyz值、，以第一xyz值、作为参考值，将第二xyz值、转换到cielad色彩空间中，再根据获得的色彩空间值l*、a*、b*计算获得色彩还原误差值e和色度差值c。上述计算过程具有计算结果准确，运算过程简单的优点。
29.进一步的，本实施例中，所述步骤s01中，所述白块的面积小于所述标准色卡上色块的面积；所述步骤s05中，对所述测试图像进行处理运算包括：将所述测试图像转换为灰度图；对所得灰度图进行边缘提取，然后通过形态学膨胀、高斯滤波、闭运算和形态学腐蚀，细化并提取唯一边缘；
遍历寻找测试图像中两个方块图形的各顶点坐标，分别计算两个方块图形的面积记为第一图形面积和第二图形面积，比对所述第一图形面积和所述第二图形面积的面积大小，将面积大的方块图形标记为色块图像，将面积小的方块图形标记为白块图像。
30.白块面积小于色块面积，可便于在图像处理过程中快速准确地区分白块图像和色块图像，且色块面积大有利于对色块图像进行分析运算。
31.进一步的，本实施例中，所述步骤s052中，获取所述测试图像中的色块图像的rgb值包括：选取所述色块图像的70%的区域作为感兴趣区域roi；获取所述感兴趣区域roi中的r、g、b的平均值；对所得r、g、b的平均值按归一化公式进行归一化处理，获得所述感兴趣区域roi的rgb值，所述归一化公式为：，，。
32.上述过程中，选取色块图像的70%的区域作为感兴趣区域roi，可降低图像数据处理量，提高运算速度。
33.进一步的，本实施例中，在测试过程中当需要移动标准色卡时，如通过人工移动标准色卡，一方面会降低测试过程的效率和自动化程度，另一方面人工移动还存在定位和固定不准确，导致影响获取的测试图像，最终影响测试结果的问题。而采用电机驱动标准色卡移动，则涉及电机位移量的计算问题，为了使得电机每次动作时均能将下一目标色块准确地移动到通孔中，本实施例设计了如下的位移量计算过程：获取包含当前色块的测试图像，将该测试图像转换为灰度图；对所得灰度图进行边缘提取，然后细化并提取唯一边缘；遍历寻找该测试图像中色块图像的各顶点坐标，由所得各顶点坐标计算获得色块图像的中心点坐标；获取该测试图像的中心点坐标，计算色块图像与测试图像的中心点坐标差记为，其中，，；根据标准色卡上色块的水平边长和垂直边长，以及色块图像的水平边长对应的像素点数，垂直边长对应的像素点数，计算获得色块图像x方向和y方向上的图像k值；根据所得色块图像x方向和y方向上的图像k值及中心点坐标差，计算获得下一次移动所述标准色卡的位移量，具体的，记色块图像x方向和y方向上的图像k值分别为；则位移量x、y的计算公式为=*，=*y。
34.上述过程可根据每次获取的测试图像来计算获得下一次移动所述标准色卡的位移量，该位移量可输入到电机中使电机带动标准色卡移动指定距离，将下一个色块准确移动到通孔中，这样就无需人工手动劳动，提高了测试过程的效率和自动化程度，同时可
使标准色卡位置移动准确，提高色彩还原度测试结果的准确性，且根据每次获取的测试图像进行计算调整，可结合上一色块的位置和标准色卡尺寸，计算下一次标准色卡的移动距离，这样更贴近于实际测试过程，使每次色卡均能与通孔准确对齐。
35.进一步的，本实施例中，标准色卡上的色块数量为k，如24色标准色卡的k=24；所述步骤s04中，重复本步骤，逐个获取所述标准色卡上各个色块的测试图像，直至所述标准色卡上所有色块的测试图像均获取完成包括：首次拍摄获取测试图像时，开始计数为1，每次移动所述标准色卡并进行拍摄时，使计数加1，当计数累加至等于k时，所述标准色卡上所有色块的测试图像均获取完成。
36.上述判断过程，可实现标准色卡移动次数的自动循环控制，无需人工操作，可提高测试过程的效率和自动化程度。
37.进一步的，本实施例中，灰卡蒙版的灰色度为18%，18%的灰卡蒙版可有效解决不同测试图像之间的主板增益差异的问题，可提高医用内窥镜色彩还原度测试结果的准确性。
38.如图3所示，本公开还提供了一种医用内窥镜色彩还原度测试装置，包括：夹具1，夹具1用于夹固待测的医用内窥镜，夹具1采用常规的气动或电动夹具1均可，用于夹紧医用内窥镜的外侧以固定医用内窥镜。
39.第一行走机构2，第一行走机构2与夹具1联动，用于带动夹具1沿x、y、z三个方向行走，第一行走机构2为三向行走机构，使得夹具1的位置可进行三个方向的调整，以便于灵活调整医用内窥镜的位置。在一些具体的实施例中，x、y两个方向的行走可采用常规的电机+丝杆+导轨的驱动传动方式，z方向的行走可通过伸缩气缸来实现，以实现医用内窥镜的三向调节。
40.蒙版固定机构3，蒙版固定机构3设置在夹具1的前方，用于固定灰卡蒙版，具体的，蒙版固定机构3可以为机械夹手，将灰卡蒙版的上部放入到机械夹手的两个夹臂之间，然后通过螺栓施加紧固力来夹紧灰卡蒙版。上述结构可有效固定灰卡蒙版，且结构简单，操作方便。
41.色卡固定机构4，色卡固定机构4设置在蒙版固定机构3的前方，用于固定标准色卡，考虑到标准色卡与灰卡蒙版的叠放结构，如果标准色卡采用夹固的方式进行固定，则夹手在标准色卡移动的过程中可能会与灰卡蒙版产生干涉，因而本实施例中，色卡固定机构4可采用吸盘，使用吸盘吸附住标准色卡的背面，进而固定和移动标准色卡，这样在实现有效固定标准色卡的同时，也能避免标准色卡与灰卡蒙版的干涉问题。
42.第二行走机构5，第二行走机构5与色卡固定机构4联动，用于带动色卡固定机构4沿着y、z方向行走，第二行走机构5为两向行走机构，结合标准色卡的色块矩阵排列的特性，第二行走机构5x、z两个方向的行走可采用常规的电机+丝杆+导轨的驱动传动方式，通过第二行走机构5可带动标准色卡沿水平和垂直两个方向移动，以将标准色卡上的色块逐个移动至灰卡蒙版的通孔处。
43.处理模块（图中未示出），处理模块可选用mcu（microcontroller unit；微控制单元），处理模块分别与所述第一行走机构2、所述第二行走机构5信号连接，用于控制所述第一行走机构2和所述第二行走机构5的运行，所述处理模块还用于与待测的医用内窥镜信号连接，用于控制医用内窥镜拍摄灰卡蒙版和标准色卡以获取测试图像，并对所获取的测试图像进行处理运算，计算获得每个色块的色彩还原误差值e和色度差值c，根据各个色块
的色彩还原误差值e和色度差值c，评估该待测的医用内窥镜的色彩还原度。
44.上述的医用内窥镜色彩还原度测试装置用于实现如上所述的医用内窥镜色彩还原度测试方法，具体实现过程可参照上文描述进行理解，在此不再赘述。
45.本实施例的医用内窥镜色彩还原度测试装置，测试过程更贴合于医用内窥镜的实际使用环境，能准确测试医用内窥镜的色彩还原度，有助于提高医用内窥镜的产品质量、安全性和可靠性。
46.进一步的，本实施例中，所述医用内窥镜色彩还原度测试装置，还包括：测距组件（图中未示出），测距组件设置在所述夹具1与所述蒙版固定机构3之间，用于检测医用内窥镜与灰卡蒙版的相对间距，测距组件与处理模块信号连接。具体的，测距组件可为红外测距组件，包括相匹配的发射端和接收端，发射端安装在夹具1处，接收端安装在蒙版固定机构3处，发射端与接收端相对应，发射端发出红外信号被接收端接收感应，接收端将信号输入到处理模块中，计算获得夹具1与蒙版固定机构3的相对间距，进而获得医用内窥镜与灰卡蒙版的相对间距，可根据医用内窥镜的最佳工作距离来调节医用内窥镜与灰卡蒙版的相对间距，使得医用内窥镜在最佳工作距离处进行测试，以提高测试结果的准确性。
47.在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
48.对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。