舌診客觀化研究中舌象圖片采集鏡頭的選擇與使用技巧

2012-01-25 05:21:32吳祖春蔡洪明

中國醫學教育技術 2012年1期

吳祖春，蔡洪明

廣州中醫藥大學:1基礎醫學院;2信息技術學院，廣州510405

舌象是反映體內變化的非常靈敏的標尺，能客觀地反映正氣盛衰、病邪深淺、邪氣性質、病情進退，可以指導處方用藥［1］。然而，傳統的舌診是在自然光線下通過中醫師的肉眼觀察進行的，主觀判斷差異較大，這是舌診需要客觀化的主要原因［2］。舌診客觀化研究中，多使用相機采集舌象圖片，再利用圖象分析技術對舌象圖片數據進行分析處理，舌象圖片作為原始數據，其客觀性尤其重要。因此，舌象圖片的采集方法日益受到研究者的重視［3-4］。

舌象圖片采集受諸多因素影響，除伸舌姿勢、飲食、季節、運動等傳統因素外，還受采集設備(相機、鏡頭)、光源等的影響。就鏡頭來說，因拍攝目的不同，舌象圖片采集與普通攝影在鏡頭的選擇與使用方法上差異較大，有必要就此進行討論，以減少鏡頭對舌象圖片采集質量的影響。

1 鏡頭的選擇

1．1 焦距選擇

表1所示為國家標準焦距與視場分段范圍。

表1135 相機鏡頭焦距與視場分段表［5］

舌象圖片采集用鏡頭適宜焦距:50 mm≤f≤90 mm。原因如下:①拍攝距離適中，布光方便。舌象圖片采集多輔助人工光源，f＜50 mm的廣角鏡頭拍攝距離小，光線容易被鏡頭遮擋，布光困難;②受像差影響相對廣角小，且多影響邊緣畫質，而舌象圖片采集中拍攝主體(舌頭)多位于畫面中央。廣角鏡頭受像差影響明顯，邊緣畫質低劣;③對快門時間要求較低。“安全快門”［6］:用135相機手持拍攝時，為防止機振與手震或患者舌體晃動、舌頭震動而模糊，快門曝光時間等于或小于鏡頭焦距的倒數。故焦距越長，快門時間越短;④景深易控制，焦距f＞105 mm的中焦、長焦鏡頭景深過淺，舌中清楚，舌尖、舌根在焦外而模糊不清，不能清晰表現舌象的全部(如圖1所示);⑤視場角與人的雙眼視場角相近(如表1所示)。視場角是從鏡頭光心到所攝景物邊緣所引直線的夾角，它決定圖片的視覺特性，此焦段所拍攝的舌象圖片，其視覺特性與人眼實際觀察最接近。

圖1 尼康AF-S VR 105mm F2．8G IF-ED微距鏡頭f/11，手動對焦

1．2 定焦與變焦

變焦鏡頭使用方便快捷，但成像質量較差，結構復雜，產品質量分散性和波動較大。定焦鏡頭成像質量優異，可提供極為銳利的焦內成像［7］，結構簡單、耐用，但使用范圍較窄，不同情況需使用不同焦距的鏡頭，多支鏡頭攜帶不便。舌象圖片采集拍攝距離、攝影倍率等基本固定不變，無需變焦操作，但對成像質量要求極高，很顯然，定焦鏡頭更適合舌象圖片采集。

1．3 微距鏡頭與帶微距功能的普通鏡頭

像高與物高的比稱為攝影倍率，國際公認的攝影倍率1∶4≤M≤1∶1可稱為微距攝影。帶有微距功能的普通鏡頭多為變焦鏡頭。在微距攝影時，攝影倍率大幅偏離了設計條件，因此光線行進的路線也明顯偏離設計時進行光線追蹤的路線，從而形成額外的像差，主要是像散與像場彎曲，導致遠軸光線(畫面周邊)像質的明顯劣化。而微距鏡頭設計時要求同時保證正常攝影與微距狀態的像質，微距像質高。舌象圖片采集因舌體尺寸小，攝影倍率大，屬于微距攝影，對鏡頭在微距條件下的光學素質要求較高，因此應選擇微距鏡頭，即型號標識中有“micro”字樣的定焦鏡頭［8］。

2 舌象圖片采集時鏡頭的使用方法與技巧

2．1 光圈

常見的光圈系數大小有1．4、2、2．8、4、5．6、8、11、16、22、32、64等。焦距不變，F值越大，光圈口徑越小，通光面積越小。中國國家標準要求光圈系數用f/表示，如f/8。日本的光圈系數表示為Fn，如F8。

選擇光圈大小應考慮以下因素:①舌體照度。若相機ISO值、快門值固定，光圈越小，為獲得正常曝光，舌體照度值應越大;②像差。受像差影響，此焦段鏡頭邊緣畫質稍差，而收縮光圈可明顯改善，但光圈過小會產生衍射［9］。攝影上習慣將成像質量最高的一檔光圈稱為“最佳光圈”［10］，一般多取光圈中檔位置，如f/8-f/11;③景深。若焦距、拍攝距離不變，光圈越小，景深越大。故在拍攝中常收縮光圈以增大景深。

2．2 拍攝距離

即相機感光物質(如CCD/CMOS)至被攝物體的距離。拍攝距離與以下因素相關:①構圖。使拍攝主體占據主要畫幅，一般舌體的長與寬占畫幅的3/5-4/5(如圖2所示)。拍攝距離過小，則舌體占據整個畫幅，不利于后期調整，過遠則舌體有效像素不夠;②焦距。如前所述，在舌體大小差別不大的情況下，鏡頭焦距越長，拍攝距離越大;③景深。若光圈和焦距不變，拍攝距離大則景深大;反之則景深小。故拍攝距離不宜過小而使舌體充滿整個畫幅，如此則景深太小，總有部分舌體在焦外而使畫面模糊。

圖2 舌體長寬占畫幅的比例

2．3 對焦方法

對焦常用模式:①自動聚焦，若舌體光照足夠時，此模式快速而精確，宜選單點對焦模式，以舌體中央為對焦點進行自動對焦，半按快門時鎖定焦點，重新構圖后拍攝;②在弱光環境下，自動對焦緩慢、猶豫甚至失效。另外，拍攝距離小，相機發射的紅外線和超聲波易被鏡頭或環形閃光燈閃光單元遮擋，使對焦失效，需手動對焦拍攝。

手動對焦注意事項及操作技巧:①快速對焦。對焦、構圖、測光、拍攝快速完成，防止伸舌時間過長而致舌色變化［11］。初步觀察，中年以下患者，在1 min以內;老年患者，在30 s以內。如一次拍攝不理想，可讓病人休息1-2 min后采集;②相機或閃光燈閃光單元上多有輔助對焦照明燈，點亮此燈，觀察聚焦屏進行對焦;③舌象圖片采集中，舌體個體差異小，拍攝距離變化也不大，可在適當位置固定聚焦環，調整拍攝距離來對焦。

2．4 景深控制

景深就是景物空間清晰范圍的縱向深度，由最近清晰點到最遠清晰點的深度，叫全景深［12］。景深與能否得到清晰的舌象圖片關系密切。

景深公式［13］:

注:△L景深;△L1前景深;△L2后景深;L拍攝距離;f焦距;u物距;F光圈;l鏡頭兩主點之間的距離;d容許彌散斑直徑

從景深公式1、公式2可知:景深與鏡頭的光圈F值成正比，與鏡頭焦距的平方成反比，與容許彌散斑直徑成正比，與物距成正比。以常見的135畫幅的數碼相機為例，使用60 mm定焦鏡頭，拍攝距離為300 mm，光圈F=2．8，則其景深(mm):

而舌的長度為53．04±6．28 mm［14］，由此可見:相對舌體尺寸，舌象圖片景深較小。故在舌象圖片采集中，除選擇標準或中焦距鏡頭、使用小光圈、適當增加拍攝距離以加大景深外，拍攝中還應注意:①指導患者伸舌，使舌體平展，盡量處于同一平面上;不可過分用力，使舌體彎曲，部分舌體失焦而模糊(如圖3所示);②注意拍攝角度，應使舌平面垂直于鏡