CN100438820C - 快速开关的狭缝扫描图像捕获系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于获得患者眼睛28的狭缝图像的狭缝扫描图像捕获系统14或15。至少两个狭缝掩板16和18或两个移动反射镜25和27与用于将狭缝图像照射在患者眼睛28上的至少两个快速开关光源20和22或者21和22相关联。两个电机24和26或者29和31分别连接到狭缝掩板16和18或可移动反射镜25和27，用于逐步地在眼睛28上将被照射的狭缝移动至多个位置。摄像机30捕获眼睛28上的被照射的狭缝的图像，并且帧采集器32连接至所述摄像机，用于存储所捕获到的图像。快速开关光源20和22被上电至大约全功率状态的时间和断电至有效关断状态的时间，小于电机24和26或者29和31将狭缝掩板16或18，或者可移动反射镜25或27从一个位置移动至下一个位置的时间。这样减少了捕获在患者眼睛28主要部分上的多个狭缝图像所需要的时间。

Description

快速开关的狭缝扫描图像捕获系统
发明领域
本发明涉及对患者眼睛进行诊断性评价的狭缝扫描图像捕获系统。更具体地说，本发明是针对采用快速开关光源的狭缝扫描图像捕获系统的，比如高亮度发光二极管(HL-LEDs)或激光器。
背景技术
在传统的狭缝扫描图像捕获系统中，比如可从Bausch&Lomb公司获得的OrbscanTM中，狭缝光源是来自白炽光源的被聚焦的白光。这些类型的光源典型地需要相对较长的时间来完成上电到全功率状态，和使其无效(deactivate)或断电到零功率状态。此时间段典型地为数百毫秒。
这些长的上电和断电时间要求狭缝灯在检查患者眼睛的过程中处于满载功率状态。例如，OrbscanTM是一种移动狭缝系统，该系统要求所述狭缝在某些时候逐步地在眼睛上移动，在其他的时候，狭缝将保持静止，以使所述系统捕获图像。
由于电机使得狭缝源移动，从而使得狭缝光照在眼睛上移动，此移动造成眼睛上的光的拖影。此拖影使得图像不能用于分析，并且由此被丢弃。这个被丢弃的图像占用了大量的时间，在所述时间中，要求患者保持其眼睛不动，但是这个时间段内却没有采集数据。因此，这个时间段表示在获取狭缝图时增加效率的机会。
为了减少患者必须保持其眼睛不动的时间，减少用于获得眼睛图像的检验时间是重要的，患者长时间保持其眼睛不动将导致所采集数据的质量下降。患者必须保持其眼睛不动的时间越长，其眼睛出现干涩的可能性越大，眼睛的干涩也会降低图像质量，而且还会导致眼部不适和本能的眼球运动。
另一个解决此问题的方案能够包括类似于移动图片投影仪的设备。这种解决方案将采用一个机械快门，当狭缝源移动的时候，所述机械快门可以屏蔽来自灯泡的光。这就允许当第一电机移动第一狭缝源时，第二灯泡将狭缝图像暴露于眼睛上，以进行数据采集。然而，实现这一目的要求具有一个非常快速的快门系统，所述快门系统需要与模拟摄像机电子同步。这种方案将是昂贵而又复杂。另外，机械部件的使用将会导致由于机械部件的磨损而出现故障。
所以，有必要提供一种解决方案，其检验时间大大减少，而且提供相对简单和便宜的装置以用于获得必要的图像。
附图简述
图1示出了白炽狭缝灯的上电和断电斜坡时间的图形表示；
图2示出了激光狭缝灯的典型的上电和断电斜坡时间的图形表示；
图3是数字1的隔行扫描视频图像；
图4是图3的奇数场的隔行扫描视频图像；
图5是图3的偶数场的隔行扫描视频图像；
图6是现有技术的时序图，其示出了白炽灯光源狭缝扫描图像捕获系统的过程；
图7是由图6所述的现有技术的系统所获得的典型的狭缝图像；
图8是根据本发明的采用快速开关激光器或HL-LED光源的系统的时序图；
图9是利用根据本发明的系统捕获到的狭缝的合成视频图像；
图10是根据本发明的采用狭缝掩板的狭缝扫描图像捕获系统的方框图，其中所述掩板移动并通过聚焦点光源；以及
图11是根据本发明的另一可选的狭缝扫描图像捕获系统的方框图，其中所述系统采用固定的狭缝源和用于扫描眼睛的可移动反射镜。
具体实施方式
图1是时序图，其示出了在现有技术的狭缝扫描图像捕获系统中使用的典型白炽狭缝灯的上电和断电斜坡时间。虽然与图1的比例不同，但是图2示出了典型的激光器或LED光源斜坡上升至全功率状态或斜坡下降至有效断路状态时所花费的斜坡时间。从比较图1和图2能够看出，对于光源的上电和断电过程，图2要求的时间基本上比图1要求的时间小4个数量级以上。如下列更详细的描述，根据本发明，使光源上电和断电所花费的时间非常快，这使得狭缝扫描图像捕获系统能够更加有效和迅速。
与在本发明中优选的情况一样，典型的现有技术的狭缝图像捕获系统中所捕获的图像采用隔行扫描视频图像，如图3所示。图3示出了作为具有典型的640×480像素帧的隔行扫描视频捕获的数字1的图像。此隔行扫描视频图像是本领域技术人员所公知的，并且所述图像具有显示为黑线或暗线的奇数行10和显示为较浅的阴影区域或灰线的偶数像素行12。这样的隔行扫描视频图像用于现有技术的系统中，比如，可以从Bausch&Lomb公司获得的OrbscanTM中，并且在专利文献中进行了描述，例如美国专利US5,512,966和US5,512,965中，上述两份专利文献在此引入作为参考。需要指出的是，隔行扫描视频图像为优选方案，但是也可采用其他的视频图像，比如逐行扫描图像。
典型地，在狭缝图像捕获系统中，图3的隔行扫描视频图像被分离为奇数场和偶数场，以致最后得到如图4和5所示的图像，其中每个图像都为640×240像素，并且只包括来自奇数场10或偶数场12的数据。在此说明性的示例中，图4包含了来自图3的隔行扫描帧的所有奇数场数据10，图5包含了来自图3的隔行扫描帧的所有偶数场数据12。这样如图4和5所示的奇偶场的分离对本领域技术人员来说是公知的。
典型的现有技术的狭缝扫描图像捕获系统利用能够分离奇偶场的能力，获得或捕获奇数场的狭缝扫描图像，而同时利用帧采集器采集偶数场图像所需的时间来移动狭缝图像，以便使狭缝图像位于在由视频系统进行下一个奇数场扫描期间捕获另一个狭缝图像的位置上。
这可以由图6所示的时序图中看出，其显示了典型的现有技术时序图。顶部的时序图显示了用于隔行扫描像图系统的时序图，其中示出了获得或捕获奇数场或偶数场所需的时间。典型地，各场大约要求六十分之一秒(1/60秒)的曝光时间。由此可以看出，来自典型白炽狭缝灯的狭缝灯功率斜坡上升至全功率状态，并且在整个图像捕获时间内持续。这是因为，如图1所示，现有技术中典型白炽狭缝灯的上电或断电过程需要至少400ms的时间；由于奇数场或者偶数场捕获的时间周期大约为16.7毫秒，因此狭缝灯被要求持续工作。
典型地，当捕获图像时，狭缝扫描图像捕获系统从左侧和右侧在每只眼睛上对狭缝进行扫描。这样允许在患者眼睛的足够大的区域内获得可靠的数据，以便提供对眼睛的综合分析。图6显示了图像捕获和狭缝电机移动的现有技术的时序图，其中狭缝电机移动用于移动狭缝图像源，使得狭缝图像仅仅在一个单侧面被投射通过患者眼睛。实际上，同样的图像捕获过程将需要在第二侧重复进行，从而为一只眼睛捕获充足的数据。由此可以看出，现有技术的狭缝扫描图像捕获系统的摄像机和视频系统在奇数场扫描期间捕获视频图像，并且，此后在偶数场扫描期间不捕获图像。在此期间，狭缝电机将狭缝图像源移动至下一位置，以捕获眼睛的下一个狭缝图像。在所述奇数场扫描期间，狭缝电机保持静止同时捕获图像，并且在偶数场扫描期间，狭缝电机移动，同时没有图像被捕获。按照这种方式，就可以避免在电机移动期间，由电机移动造成的拖影，同样避免了对于任何复杂和昂贵的机械快门机构的需求。然而，从图6的时序图可以看出，由于在偶数场扫描期间需要移动狭缝图像源，没有捕获任何数据，所以实质上捕获图像所需要的时间的一半被浪费。患者检测时要求保持其眼睛不动的时间越长，患者感到不适的可能性越大，并且由于患者眼睛的干涩和本能的眼球运动，所捕获到的数据质量也会越低。
对于为患者眼睛所捕获到的各个狭缝图像，典型的现有技术的系统然后将奇数场数据分离成一帧，如图7所示。
本发明通过使用快速开关光源，如激光器或高亮度发光二极管(HL-LEDs)，例如Schafter&Kirchhoff类型13L……+90激光器和来自网站www.lumileds.com的型号为LXHL-NW98的HL-LED，解决了现有技术中存在的时序问题，并且有效地利用了隔行扫描图像的扫描时间。当然，如果其他的光源能够足够快地进行开关，其也可以采用。
图8示出了根据本发明的狭缝激光器的时序图。由此可以看出，所示出的奇数场和偶数场帧扫描时间与图6所示的情况相同，然而，两个狭缝激光器的上电时序图被示出，使得狭缝激光器斜坡时间基本上为如图2所示出的那样，并且使得狭缝激光器斜坡上升至大致全功率所需的时间或斜坡下降至有效关断状态所需的时间小于100微秒。从图8中可以看出，与采用电机将狭缝图像源从一个位置移动至下一个位置所需要的时间相比，将快速开关光源上电到大致全功率状态，以及断电至有效关断状态所需的时间更短。典型地，单个电机从一个位置移动至下一个位置需要大约16.7毫秒的时间，这样使得从一个位置至下一个位置时狭缝图像源是稳定的。此快速开关减少了捕获在患者眼睛主要部分上的多个狭缝图像所需要的时间。这是因为现在可以在奇数场和偶数场中捕获图像，如图8所示的时序图所示。当采用侧面1的在全功率状态下的狭缝激光器对图像进行捕获时，侧面2的狭缝激光器或HL-LED光源处于关断状态，侧面2的狭缝电机将其狭缝图像源移动至某一位置，使得侧面2的狭缝激光器或HL-LED光源上电，并且在第一偶数场内捕获图像，而同时侧面1的电机移动侧面1的狭缝障板或反射镜。这样的时序方案明显不可能利用现有技术中的白炽灯信号源实现。
典型的眼睛检验获得40个狭缝图像。对本发明来说，获得这些图像的时间大约是0.7秒(20帧@1/30秒)。这明显低于现有的采集时间1.7秒。
图9显示了根据本发明所捕获到的狭缝图像的合成隔行扫描图像帧。奇数行10包含来自侧面1的狭缝图像，偶数场行12包含来自狭缝图像源侧面2的图像。如以上参照图4和5所述的那样，这些隔行扫描视频图像然后通过公知的装置被分离成奇分离帧和偶分离帧。
图10示出了根据本发明，用于获得患者眼睛的狭缝图像的狭缝扫描图像捕获系统14，所述系统采用了移动并通过一个聚焦点光源的狭缝掩板。至少两个狭缝掩板16和18与至少两个快速开关聚焦点光源20和22、反射性的固定反射镜和透镜17和19相关联，使得至少两个狭缝可以照射在患者眼睛上。至少两个电机24和26分别连接至狭缝掩板16和18，用于逐步地在眼睛28上将被照射的狭缝移动至多个位置。狭缝掩板16、光源20、固定反射镜和透镜17和电机24的组合形成图8的时序图的侧面1，并且部件18、22、19和26组合形成侧面2。
图11示出了根据本发明的用于获得患者眼睛的狭缝图像的另一个可以选择的狭缝扫描图像捕获系统15，该系统采用固定的狭缝源和可移动的反射镜扫描眼睛。至少两个可移动的反射镜25和27与至少两个快速开关的固定狭缝光源21和23相关联，使得至少两个狭缝可以照射在患者眼睛上。至少两个电机29和31分别连接至可移动的反射镜25和27，用于逐步地在眼睛28上将被照射的狭缝移动至多个位置。光源21、可移动的反射镜25和电机29的组合形成图8的时序图的侧面1，并且部件23、27和31组合形成侧面2。
参照图10和11，将用于捕获眼睛28上的被照射狭缝的图像的摄像机30连接至帧采集器32，以用于存储所捕获到的图像。快速开关的光源20和22上电至大约为全功率状态的时间和断电至有效关断状态的时间，小于电机24和26或电机29和31将狭缝掩板16或18，或可移动反射镜25或27从一个位置移动至另一个位置的时间。这就允许减少捕获在患者眼睛主要部分上的多个狭缝图像所需要的时间。
摄像机的优选型号为Teli NTSC公司的隔行扫描黑白摄像机，并且帧采集器优选为隔行扫描帧采集器，比如PC-Vision及可用的Coreco。狭缝掩板16和18，可移动反射镜25和27，快速开关的聚焦点光源20和22，快速开关的固定狭缝光源21和23以及电机24、26、39和31全部优选为控制器34的一部分，所述控制器34用于控制光源的开关、以及狭缝掩板或可移动反射镜的运动。当第一光源20或21上电，使得一狭缝图像通过第一狭缝掩板16或可移动反射镜25照射在眼睛28上时，第二光源22或23断电，并且使第二狭缝掩板18或可移动反射镜27移动至下一个位置，以致使光源20或21或22或23上电或断电的时间，小于将狭缝掩板16或18或可移动反射镜25或27相对于患者眼睛28移动至下一个位置所需要的时间。这就允许隔行扫描帧的每个场都包含来自照射在患者眼睛上的第一和第二狭缝掩板图像的数据。控制器34优选为系统控制台36的一部分，系统控制台36还包括CPU 38，CPU 38用于分析所捕获到的狭缝图像，将数据提供给医师，比如已经扫描过的眼睛的解剖结构，角膜厚度及其它诊断信息。

Claims (11)

1、一种用于获得患者眼睛的狭缝图像的狭缝扫描图像捕获系统，包括：
至少两个狭缝图像源；
至少两个快速开关光源，其中所述光源中的一个与一个狭缝图像相关联，从而使得至少两个狭缝可以被照射在所述患者的眼睛上；
至少两个电机，每个电机连接至所述狭缝图像源，所述电机用于逐步地在所述眼睛上将所述被照射的狭缝移动至多个位置；
摄像机，用于捕获所述眼睛上的被照射的狭缝的图像；
帧采集器，其连接至所述摄像机，用于存储所捕获到的图像；以及
其中在小于所述电机将狭缝图像从一个位置移动至下一个位置所需的时间的时间内将所述快速开关的光源上电至全功率状态和断电至有效关断状态，从而最小化捕获在所述患者眼睛的主要部分上的多个狭缝图像所需要的时间。
2、如权利要求1所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述快速开关光源是激光器或发光二极管。
3、如权利要求1所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，每个所述狭缝图像源包括狭缝掩板，所述电机在1/60秒内将所述狭缝掩板从一个位置移动至下一个位置。
4、如权利要求1所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述帧采集器是隔行扫描帧采集器。
5、如权利要求1所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述帧采集器是逐行扫描帧采集器。
6、如权利要求1所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述光源在小于100微秒的时间内上电或断电。
7、一种用于获得患者眼睛的狭缝图像的狭缝扫描图像捕获系统，包括：
至少第一和第二狭缝图像源；
至少第一和第二快速开关光源，其中所述第一光源与所述第一狭缝图像源相关联，所述第二光源与所述第二狭缝图像源相关联，从而使至少两个狭缝图像可以被照射在所述患者的眼睛上；
摄像机，用于捕获所述眼睛上的被照射的狭缝的图像；
隔行扫描帧采集器，其连接至所述摄像机，用于存储所捕获到的图像；以及
控制器，用于控制所述光源的开关和所述狭缝图像源的移动，其中当所述第一光源上电从而使狭缝图像通过所述第一狭缝图像源照射在眼睛上时，所述第二光源断电，并且使所述第二狭缝图像源移动至下一个位置，从而使光源上电或断电的时间小于相对于所述患者眼睛将狭缝图像源移动至下一个位置所需的时间，因此允许隔行扫描帧的每个场包含来自照射在所述患者眼睛上的所述第一和第二狭缝图像源的图像的数据。
8、如权利要求7所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述快速开关光源是激光器或发光二极管。
9、如权利要求7所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述控制器包括连接到狭缝掩板或可移动反射镜的电机，所述电机用于逐步地在眼睛上将被照射的狭缝移动至多个位置。
10、如权利要求9所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述电机在1/60秒内将所述狭缝源从一个位置移动至下一个位置。
11、如权利要求7所述的狭缝扫描图像捕获系统，其中，所述光源在小于100微秒的时间内上电或断电。
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