舌诊客观化研究中舌象图片采集镜头的选择与使用技巧

2012-01-25吴祖春蔡洪明

中国医学教育技术 2012年1期

吴祖春，蔡洪明

广州中医药大学:1基础医学院;2信息技术学院，广州510405

舌象是反映体内变化的非常灵敏的标尺，能客观地反映正气盛衰、病邪深浅、邪气性质、病情进退，可以指导处方用药［1］。然而，传统的舌诊是在自然光线下通过中医师的肉眼观察进行的，主观判断差异较大，这是舌诊需要客观化的主要原因［2］。舌诊客观化研究中，多使用相机采集舌象图片，再利用图象分析技术对舌象图片数据进行分析处理，舌象图片作为原始数据，其客观性尤其重要。因此，舌象图片的采集方法日益受到研究者的重视［3-4］。

舌象图片采集受诸多因素影响，除伸舌姿势、饮食、季节、运动等传统因素外，还受采集设备(相机、镜头)、光源等的影响。就镜头来说，因拍摄目的不同，舌象图片采集与普通摄影在镜头的选择与使用方法上差异较大，有必要就此进行讨论，以减少镜头对舌象图片采集质量的影响。

1 镜头的选择

1．1 焦距选择

表1所示为国家标准焦距与视场分段范围。

表1135 相机镜头焦距与视场分段表［5］

舌象图片采集用镜头适宜焦距:50 mm≤f≤90 mm。原因如下:①拍摄距离适中，布光方便。舌象图片采集多辅助人工光源，f＜50 mm的广角镜头拍摄距离小，光线容易被镜头遮挡，布光困难;②受像差影响相对广角小，且多影响边缘画质，而舌象图片采集中拍摄主体(舌头)多位于画面中央。广角镜头受像差影响明显，边缘画质低劣;③对快门时间要求较低。“安全快门”［6］:用135相机手持拍摄时，为防止机振与手震或患者舌体晃动、舌头震动而模糊，快门曝光时间等于或小于镜头焦距的倒数。故焦距越长，快门时间越短;④景深易控制，焦距f＞105 mm的中焦、长焦镜头景深过浅，舌中清楚，舌尖、舌根在焦外而模糊不清，不能清晰表现舌象的全部(如图1所示);⑤视场角与人的双眼视场角相近(如表1所示)。视场角是从镜头光心到所摄景物边缘所引直线的夹角，它决定图片的视觉特性，此焦段所拍摄的舌象图片，其视觉特性与人眼实际观察最接近。

图1 尼康AF-S VR 105mm F2．8G IF-ED微距镜头f/11，手动对焦

1．2 定焦与变焦

变焦镜头使用方便快捷，但成像质量较差，结构复杂，产品质量分散性和波动较大。定焦镜头成像质量优异，可提供极为锐利的焦内成像［7］，结构简单、耐用，但使用范围较窄，不同情况需使用不同焦距的镜头，多支镜头携带不便。舌象图片采集拍摄距离、摄影倍率等基本固定不变，无需变焦操作，但对成像质量要求极高，很显然，定焦镜头更适合舌象图片采集。

1．3 微距镜头与带微距功能的普通镜头

像高与物高的比称为摄影倍率，国际公认的摄影倍率1∶4≤M≤1∶1可称为微距摄影。带有微距功能的普通镜头多为变焦镜头。在微距摄影时，摄影倍率大幅偏离了设计条件，因此光线行进的路线也明显偏离设计时进行光线追踪的路线，从而形成额外的像差，主要是像散与像场弯曲，导致远轴光线(画面周边)像质的明显劣化。而微距镜头设计时要求同时保证正常摄影与微距状态的像质，微距像质高。舌象图片采集因舌体尺寸小，摄影倍率大，属于微距摄影，对镜头在微距条件下的光学素质要求较高，因此应选择微距镜头，即型号标识中有“micro”字样的定焦镜头［8］。

2 舌象图片采集时镜头的使用方法与技巧

2．1 光圈

常见的光圈系数大小有1．4、2、2．8、4、5．6、8、11、16、22、32、64等。焦距不变，F值越大，光圈口径越小，通光面积越小。中国国家标准要求光圈系数用f/表示，如f/8。日本的光圈系数表示为Fn，如F8。

选择光圈大小应考虑以下因素:①舌体照度。若相机ISO值、快门值固定，光圈越小，为获得正常曝光，舌体照度值应越大;②像差。受像差影响，此焦段镜头边缘画质稍差，而收缩光圈可明显改善，但光圈过小会产生衍射［9］。摄影上习惯将成像质量最高的一档光圈称为“最佳光圈”［10］，一般多取光圈中档位置，如f/8-f/11;③景深。若焦距、拍摄距离不变，光圈越小，景深越大。故在拍摄中常收缩光圈以增大景深。

2．2 拍摄距离

即相机感光物质(如CCD/CMOS)至被摄物体的距离。拍摄距离与以下因素相关:①构图。使拍摄主体占据主要画幅，一般舌体的长与宽占画幅的3/5-4/5(如图2所示)。拍摄距离过小，则舌体占据整个画幅，不利于后期调整，过远则舌体有效像素不够;②焦距。如前所述，在舌体大小差别不大的情况下，镜头焦距越长，拍摄距离越大;③景深。若光圈和焦距不变，拍摄距离大则景深大;反之则景深小。故拍摄距离不宜过小而使舌体充满整个画幅，如此则景深太小，总有部分舌体在焦外而使画面模糊。

图2 舌体长宽占画幅的比例

2．3 对焦方法

对焦常用模式:①自动聚焦，若舌体光照足够时，此模式快速而精确，宜选单点对焦模式，以舌体中央为对焦点进行自动对焦，半按快门时锁定焦点，重新构图后拍摄;②在弱光环境下，自动对焦缓慢、犹豫甚至失效。另外，拍摄距离小，相机发射的红外线和超声波易被镜头或环形闪光灯闪光单元遮挡，使对焦失效，需手动对焦拍摄。

手动对焦注意事项及操作技巧:①快速对焦。对焦、构图、测光、拍摄快速完成，防止伸舌时间过长而致舌色变化［11］。初步观察，中年以下患者，在1 min以内;老年患者，在30 s以内。如一次拍摄不理想，可让病人休息1-2 min后采集;②相机或闪光灯闪光单元上多有辅助对焦照明灯，点亮此灯，观察聚焦屏进行对焦;③舌象图片采集中，舌体个体差异小，拍摄距离变化也不大，可在适当位置固定聚焦环，调整拍摄距离来对焦。

2．4 景深控制

景深就是景物空间清晰范围的纵向深度，由最近清晰点到最远清晰点的深度，叫全景深［12］。景深与能否得到清晰的舌象图片关系密切。

景深公式［13］:

注:△L景深;△L1前景深;△L2后景深;L拍摄距离;f焦距;u物距;F光圈;l镜头两主点之间的距离;d容许弥散斑直径

从景深公式1、公式2可知:景深与镜头的光圈F值成正比，与镜头焦距的平方成反比，与容许弥散斑直径成正比，与物距成正比。以常见的135画幅的数码相机为例，使用60 mm定焦镜头，拍摄距离为300 mm，光圈F=2．8，则其景深(mm):

而舌的长度为53．04±6．28 mm［14］，由此可见:相对舌体尺寸，舌象图片景深较小。故在舌象图片采集中，除选择标准或中焦距镜头、使用小光圈、适当增加拍摄距离以加大景深外，拍摄中还应注意:①指导患者伸舌，使舌体平展，尽量处于同一平面上;不可过分用力，使舌体弯曲，部分舌体失焦而模糊(如图3所示);②注意拍摄角度，应使舌平面垂直于镜