工业电子内窥镜产品生产技术发展趋势分析

第一节 产品生产技术发展现状

1、产品原理

工业电子内窥镜可用于高温、有毒、核辐射及人眼无法直接观察到的场所的检查和观察，主要用于汽车、航空发动机、管道、机械零件等，可在不需拆卸或破坏组装及设备停止运行的情况下实现无损检测，工业电子内窥镜广泛应用于航空、汽车、船舶、电气、化学、电力、煤气、原子能、土木建筑等现代核心工业的各个部门。

工业电子内窥镜是根据石油化工、工业机械、电子电气工业、航空航天等直管道内表面的检测要求而设计、生产的新型高科技产品，它集光、机、电、图像处理软件与一体，工业内窥镜检查仪配备高分辨率彩色监视器或USB口的笔计本电脑携带更方便，观察图像更清晰，使操作者利用高倍清晰彩色CCD，将观察到的疑点及探伤部位借助独有的专业软件处理系统，进行冻结、放大、分析、测量、打印报告，极大提高判断管道内壁探伤部位的准确性。探头设计为直视和侧视两个镜头，可对管壁做360°扫描观察，使用方便、可靠。中心爬行器采用双联动、可调节式，使探头始终保持在管道的中心位置，其照明电源采用高亮度无影光源，更适合于管道内壁的检测。纤维工业内窥镜:

它通过玻璃纤维光导传像素来传送图像。它的插入部位柔软可以弯曲。

2、技术进展

电子内窥镜成像主要依赖于镜身前端装备的CCD,CCD就象一台微型摄像机将图像经过图像处理器处理后，显示在电视监视器的屏幕上。比普通光导纤维内镜的图像清晰，色泽逼真，分辨率更高，而且可供多人同时观看。世界上生产电子内镜比较著名的公司有美国的雅伦(WELCH ALLYN)和日本的奥林巴斯(OLYMPAS)等。

杭州华芯是国内唯一一家生产最小镜头直径为4mm的工业电子内窥镜厂家。 WCM 系列 便携式电子内窥镜 是继光纤镜之后的新一代高质量探测仪器，它是电子、光学、精密机械等技术相结合的新产品。超细的电子摄像探头加上便携式设计，使该设备成为世界上最先进的内窥镜之一

第二节 产品生产工艺特点

要从影响图像质量的因素--CCD的结构、视频处理器的技术应用、电子内窥镜的工艺水平来说明工业电子内窥镜的工艺特点。

图像质量的优劣直接影响着内窥镜的使用效果，也标志着内窥镜技术不断提高、不断完善的发展进程。工业电子内窥镜的出现，使图像质量提高到一个崭新的水平，因此在工业检测领域得到了越来越广泛的应用。

1、图像质量

图像质量是电子内窥镜的本质和最重要的性能指标，也是用电子技术对图像进行合成再处理的技术基础，图像质量可分为清晰度(分辨率，由像素数量决定)、色彩还原性(逼真程度)和观察的舒适性(图像稳定性、对比度和亮度等)几个方面。决定电子内窥镜图像质量的核心部件是光电耦合元件(CCD)，它如同电子内窥镜的心脏，其基本构造是在对敏感的半导体硅片上采用高精度的光刻技术分割出数十万个栅格，每一个栅格代表一个成像元素，像素数越多，图像的分辨率越高，画面越清晰。  

CCD只能感受光信号的强弱，电子内窥镜的彩色还原是通过在CCD的摄像光路中添加彩色滤光片，并对彩色视频信号进行处理后获得的。彩色滤光片的放置有以下两种方式。  

 (1)顺次方式。

将一块带有同样面积的红、绿、蓝三种原色滤光片的圆盘置于照明光源前，当圆盘旋转时，红、绿、蓝三种色光顺次照射被射物体，CCD摄像时所产生的三种强弱信号也依次有时间间隔地传送并储存在图像处理器中。采用顺次方式CCD的电子内窥镜的优点是由于三色光分别照射，像素数相当于原来的3倍，因而可提高分辨率，而且内窥镜易于做得细且硬性部短，缺点是滤光盘高速  

旋转引起的图像闪烁，以及由于红、绿、蓝依次摄像引起的套色不准而出现的彩虹现象。目前在中国市场上，日本奥林巴斯公司和宾得公司生产的电子内窥镜都是采用像素分别为8.1万和6.25万的顺次式黑白CCD。  

 (2)同步方式。

在CCD的受光面上镶嵌原色和补色的滤光片，当白色光源照射到被射物体，由它发出的光作用到CCD时，由于镶嵌式滤光片的作用直接产生彩色信号，传送并储存在图像处理器中。采用同步方式CCD的电子内窥镜的优点是图像清晰，亮度高，色彩还原性好，缺点是技术难度高。由于镶嵌式滤光片的置入，为缩小内窥镜的直径和缩短先端硬性部增加了技术难度。目前在中国市场上，日本富士公司生产的电子内窥镜采用了像素为41万的同步式彩色  CCD，最高像素数达85万。  

根据以上分析，同步方式CCD的技术难度要高于顺次方式CCD，但所获得的图像质量要明显优于采用顺次方式的CCD。目前，日本富士公司推出的采用同步方式CCD技术，具有857Y像素的电子内窥镜处于世界领先水平，标志着电子内窥镜技术的又一次飞跃，必将推动内窥镜诊断治疗水平再上一个新台阶。  

2、视频处理器  

视频(图像)处理器的作用是将电子内窥镜CCD提供的模拟信号转换为二进制代码的数字信号，并可用多种方式记录和保存图像，如用录像机录制的方式保存清晰的动态图像；用35mm照相机在监视器图像冻结的状态下拍摄保存静止图像；用激光光盘记录动态或静止的图像；用软盘记录静止图像等。 

第三节 国内外生产技术发展趋势分析

1、GE Inspection上市仅重1.73kg的工业内窥镜

GE Inspection Technologies Japan（总部：东京都武藏野市）上市了小型轻量工业内窥镜“XL Go”。机身尺寸48.8×38.6×18.5cm，重量1.73kg。如以锂离子充电电池驱动，则无需电源线，可单手持握，因此在狭窄之处也可轻松操作。适用于燃气轮机、蒸气轮机、飞机引擎、热交换器及风量涡轮等。

插入管采用双层钨丝编织构造。视频探头由钛制成，强度为以往机型的8倍。可利用操纵杆进行360°角度导向操作。另外还考虑到了诸如无需移动视频探头而只旋转插入管等操作性。 

通过使用高输出功率白色LED，减少了发热和耗电。通过3.7英寸VGA彩色液晶屏以44万像素CCD显示捕捉到的图像。拍摄的图像能够以非压缩、BMP、JPG的任一格式保存于内置闪存或U盘。机身上配备有五个操作按键和操纵杆。可看着显示屏操作操纵杆，进行图像处理或测量。 

此外，机身上还配备有三个USB接口，其中一个采用带盖设计。另外还配备有用于记录、播放音频的耳机插孔以及与外部显示器连接的VGA视频输出接口。机壳由聚碳酸脂制成，并采用了冲击吸收材料。符合美国国防部制定的规格MIL-STD-810F及MIL-STD-461E。 

软件方面，除了色调反转、缩放等图像处理功能外，还具备影测量、立体测量及比较测量等多种功能。除日语外，还可用英语、西班牙语、法语、德语、意大利语、俄语、葡萄牙语、汉语及韩语显示菜单。

2、日本奥林巴斯公司“IPLEX SX II”

日本奥林巴斯公司上市测量精度更高的工业电子内窥镜（影像示波器）——“IPLEX SX II”。该工业电子内窥镜具备可从任意角度观察样本并进行测量的立体测量功能，可用于测量工业产品裂缝大小等外观检查。

该工业电子内窥镜配备6.3英寸的液晶面板作为观察样本的显示器，分辨率为XGA（1024×768点阵），比老式产品提高了10倍。该工业电子内窥镜具有利用个人电脑进行远程操作的功能，检查人员不必亲临现场即可对产品进行检查，可有效地节省人力物力。