电子内窥镜——奥林巴斯景深拓展方案

背景介绍

清晰的内窥镜图像有助于实现准确的检测、诊断和治疗结果。然而，胃肠道的生理性颤动对于保持内窥镜图像的稳定性和聚焦性提出了挑战。通过拓展景深，提升图像清晰度，减少医师对焦调整操作，使内镜检查更方便，具有重要的意义。

电子内窥镜系统

内窥镜是一种常用的医疗器械，经人体的自然孔道或经小切口进入人体，使用时将内窥镜导入预检查的器官，可直接可视化相关部位的变化。

电子内窥镜系统主要组成如下图所示，主机系统分为图像处理，照明系统，显示系统，软镜镜体。软镜头端分布多个通道，包括光纤照明/电子相机/送水通道/送气通道/器械通道等。

软式内窥镜头介绍

为了减轻镜体插入对患者造成的痛苦，镜体的横向尺寸通常比较小，并且要排布多个通道，对大钳道的追求，进一步压缩了成像通道的尺寸。

1、尺寸范围小，结构设计非常受限，变焦镜头实现难度极大

2、镜头头端硬质部尺寸不能太长，否则头端弯曲灵活度受限

3、放大倍率过大，导致图像抖动非常敏感，医生操作成片一致性显著下降上述因素导致，目前内窥以定焦镜头为主。

通常对于消化内镜来说，我们希望尽可能在2.0mm~100mm的物距范围，能够获取较为清晰的影像特征。

对于定焦镜头来讲，虽然内镜镜头的光圈通常在F4.0~F7.0，光圈很小貌似景深可控。实际上由于拍摄距离很近，物距的变化，对应的共轭关系导致像距产生显著的变化，如果像面位置不做对应补偿，则会产生虚焦。如上图所示，如果镜头后焦定死（镜头和CMOS点胶固化），对焦距离偏离设计物距越大，MTF恶化越明显。

为了拓宽景深，奥林巴斯开发出了EDOF（extended depth of field）技术。

奥林巴斯景深拓展方案

《EDOF: The Phenomenon of Full Focus》

奥林巴斯官网给出的EDOF方案示意图如下所示，在系统中引入分光片和两个反射镜，把前景和后景分别成像在两个CMOS上。这个系统中，为了把两路光在深度方向上拉开距离，第一路光两次通过分光片。

同一时刻系统获取两帧图像，分别对应近景图像和远景图像，再融合成一帧宽景深图像。

实际方案猜想

1、第一路光对应能量25%；第二路光能量为50%，两路能量不一致。

2、系统使用棱镜和反射镜组合，导致系统装配难度非常高。

认为官网的图不代表实物，从实际生产的角度来看，后面就是个分光立方才比较合理，通过分光cube引入2个CMOS的方案，就可以解决上述问题。

要拓展景深范围，则两个CMOS在调焦的时候，一个对焦距离要拉远些，另一个对焦距离要拉近些。

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