CN103338693B - 确定角膜表面的数学模型的彩色编码地形图仪和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种角膜地形图仪，该角膜地形图仪包括：多色刺激器，其包括多个光源，布置为形成源点的多色图案，以将多条光线投射到感兴趣对象的表面，所述该兴趣对象例如为角膜；镜头摄像系统，其布置为接收由所述感兴趣对象的表面反射的多条反射光线中的各条反射光线，从而形成像点图案；计算单元，其用于确定所述表面的数学模型；所述计算单元包括存储单元，所述存储单元提供有基于刺激器的源点多色图案的色彩图案信息；所述计算单元布置为对于所述多条反射光线的每一条反射光线，基于所述色彩图案信息在源点和像点之间建立一一对应关系；所述计算单元还布置为基于像点的位置和对应源点的位置来构造所述表面的数学模型。

Description

确定角膜表面的数学模型的彩色编码地形图仪和方法

技术领域

本发明涉及一种角膜地形图仪，特别涉及一种包括多种不同颜色光源的地形图仪。

背景技术

角膜地形图仪通常是公知的，并用于确定人眼角膜前表面的轮廓，从而有利于诸如角膜异常的诊断和评估、隐形眼镜的设计和装配、以及外科手术的实施。

由于角膜的前表面为眼部屈光力(refractivepower)起到2/3的作用，它在眼睛成像中具有重要影响。成像质量依赖于该表面的形状特性。正是如此，临床应用中的重大需要在于该表面的精确评估。

临床实践中确定角膜形状的最普通的方法是通过被称为Placido盘角膜地形图法(Placidobasedcornealtopography)的镜面反射技术。在该方法中，一系列同心环的反射用于确定角膜表面的形状。因为所使用的图案为连续环形图案，对于用于恢复角膜形状的射线追踪的分析仅限于子午光线。正是如此，该分析未考虑会在角膜形状不旋转对称时出现的不交轴光线。因而，重构表面中的误差同样会发生。

为了解决该问题，多点源角膜地形图的应用已书面提出。作为这一方法的一个实例，可参考Labinger等在1991年的US4998819。在该文献中，描述了角膜地形图中的点源阵列，其中该源阵列被描述为具有以下特性：

1)布置在半球形底座中；

2)LED模式以半子午线布置。使得LED点之间的较大间隔定位到圆周；

3)LED设计为具有颜色交替变化的建议组中的颜色。

US4998819还描述了一种算法，以从诸如在摄像系统上测得的反射获得模型，来描述角膜表面。

人们认为所描述的技术会具有以下缺陷。为了提供角膜形状的精确模型，重要的是在所施加的点源和诸如由摄像机或摄像机镜头系统捕获的像点之间建立一一对应关系。

为了建立这样的一一对应关系，US4998819中提出了顺序地使单个光源脉动。如果有大量的光源，这会耗费相当大量的时间，在此期间检查对象(即，眼睛的角膜)应当保持固定。

此外，虽然该设计提供了引起不交轴光线反射的环境，应当指出的是，所描述的算法仍限于子午光线追踪。在子午光线追踪中，光线被限制为位于子午面。因此，该算法不包括不交轴光线反射。

正是如此，本发明的一个目的在于提供角膜地形图仪，其能够在所施加的点源和像点之间更容易地建立一一对应关系。

本发明的另一目的在于提供用于确定角膜表面模型的可选算法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种角膜地形图仪，其包括：

多色刺激器，其包括多个光源，布置为形成源点的多色图案，以将多条光线投射到感兴趣对象的表面，所述感兴趣对象例如为角膜；

镜头摄像系统，其布置为接收由所述感兴趣对象的表面反射的多条反射光线中的各条反射光线，从而形成像点图案；

计算单元，其用于确定所述表面的数学模型；所述计算单元包括存储单元，所述存储单元提供有基于刺激器的源点多色图案的色彩图案信息；所述计算单元布置为对于所述多条反射光线的每一条反射光线，基于所述色彩图案信息在源点和像点之间建立一一对应关系；

所述计算单元还布置为基于像点的位置和对应源点的位置来构造所述表面的数学模型。

根据本发明的第一方面，提供了一种角膜地形图仪，其包括多色刺激器。在本发明的含义中，多色刺激器用于表示光源(不限于可见光)，其包括多个不同颜色的不同点源或点状源(通常，源发射不同波长或波长光谱)。这样的点源或点状源刺激器例如可利用多个LED(例如，由具有不同颜色的不同组构成)或多条光纤来构造。

刺激器的多个光源提供了源点图案，在使用中，光线从源点提供至感兴趣对象，例如角膜表面。在使用LED时，源点将因而与LED的位置重合。

在一个实施方式中，源点设置于多个板上，例如印刷电路板(PCB)。作为在下面更为详细地描述的一个实例，使用7块PCB，每一块具有基本相同的多色图案，例如，分别具有三组红色、绿色和蓝色LED。

根据本发明，在使用中，源点发出的多条光线被感兴趣对象反射，并由地形图仪的镜头摄像系统接收，从而形成像点图案。

对于每个像点，地形图仪的计算单元布置为确定刺激器上的对应源点。根据本发明，这通过使用基于刺激器源点的多色图案、并且例如存储在计算单元的存储单元的色彩图案信息来完成。这样的色彩图案信息例如可以诸如数组或矩阵形式描述多色图案或其不同部分。作为一个实例，色彩图案信息可包括多个2×2或3×3矩阵，其指示源点的颜色或不同的2×2或3×3组。

基于像点图案和色彩图案信息，根据本发明的地形图仪的计算单元能够在源点和像点之间顺序地建立一一对应关系。对于计算单元可用的色彩图案信息例如能够用于识别相似图案(例如，源点和像点中色彩图案的对应2×2或3×3组)，从而使得能够建立一一对应关系。

在一个实施方式中，色彩图案信息包括每个源点的标识符。这样的标识符例如可通过源点颜色和邻点的一个或多个颜色来表征源点。本发明人已经确定了在例如使用3种不同颜色的源点时，源点的这样的表征能够使得很大程度地建立一一对应关系。

正是如此，标识符(其可采用例如数组的形式来指示源点的颜色和邻点的颜色)对于每个源点是唯一的。

关于前述的现有技术US4998829，值得注意的是，虽然描述了多色光源的使用，但是该特征并未用于估计源点和像点之间的对应关系。

作为可替代的或另外的，标识符或色彩图案信息还可包括关于源点图案中源点的相对位置的信息。有关相对位置和颜色(即，源点和/或邻点的颜色)的组合信息会提供在源点的独特特征中并从而使得能够建立一一对应关系。

在一个实施方式中，图像区域可布置为被再分成几个部分；这例如能够通过将源点布置在例如PCT板的多色刺激器的多个节段上来实现，从而使得每个节段设置于图像区域的一部分中。在这样的布置中，可以仅利用有限数量的不同颜色来实现更有效的利用。在这样的布置中，图像各区域部分可以是相同或不同的。在一个实施方式中，除了沿着该部分的一个或多个边缘的独特图案以外，各节段例如可具有相同的多色图案。将一个或多个边缘上的色彩图案评估和如上所述的色彩图案信息的评估相结合，再一次使得源点和像点之间一一对应关系能够建立。

因而，在这样的布置中，像点的识别基于标识符或结合另外标识符的色彩图案信息，从而使得能够进行该刺激器的节段的识别(例如基于边缘上的色彩图案)。

通常，根据本发明的一个实施方式，基于色彩图案信息结合另外的标识符来使用标识符，从而实现像点的独特特征描述，进而建立一一对应关系。能够进行例如刺激器的节段的识别的这样的一种另外的标识符，不需要基于像点的色彩图案例如，边缘上像点的颜色)，但是作为一个实例，还可能基于观察到的像点的图案，即像点相对于彼此布置的方式。

通过结合使用基于色彩图案的标识符和另外的标识符，可以从有限数量的不同颜色中进行更有效的利用。不这样时，3个颜色将不足以针对例如700个点作唯一的颜色编码。利用刺激器中的不同部分(每个部分例如以一个另外的标识符(其无需颜色相关)来表征/来识别)使得能够仅使用有限数量的颜色来唯一识别更多的像点。

利用一一对应关系，计算单元可随后基于像点的位置和对应源点的位置来构造表面的数学模型。

可利用公知的曲线拟合算法来获得这样的构造以用于表面重构。作为可替代的，可以使用根据本发明的表面重构方法。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于确定角膜表面的数学重构的方法，该方法包括：

-将多条光线从源点的多色图案投射至感兴趣对象的表面；

-接收由所述感兴趣对象的表面反射的多条反射光线中的各条反射光线，从而形成像点图案；

-基于刺激器源点的多色图案提供色彩图案信息；

-基于色彩图案信息在源点和像点之间建立一一对应关系；

-基于像点的位置和对应源点的位置确定角膜表面的数学重构。

在本发明中，正如下面将更为详细地解释的那样，像点和源点之间的一一对应关系能够在很大程度上通过利用使用例如三种或多种源点颜色的多点源图案的颜色编码来建立。此外，提出了一种针对多色刺激器的系统安装配置，以及针对精确表面重构的新算法。

通过参考下面的详细说明书、并结合附图考虑而更好地理解本发明的这些和其它方面，将会更容易地意识到本发明的这些和其它方面，其中在附图中，相似的附图标记表示相似部件。

附图说明

图1示意性地描述了根据本发明的地形图仪的一个实施方式。

图2示意性地示出了可用于根据本发明的地形图仪的面板，其包括多色源点图案。

图3示意性地示出了利用包含如图2所示的7块面板的刺激器获得的像点图案。

图4示意性地示出了能够利用根据本发明的地形图仪获得的像点图案的一部分。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了根据本发明的角膜地形图仪的一个实施方式。该实施方式示意性地示出了多色刺激器100，其布置为向角膜表面110上投射多条光线。刺激器100例如可具有圆锥形或半圆形表面120，由此多个源点布置在该表面120上，用于向角膜表面110上投射多条光线。在一个实施方式中，源点可通过将不同颜色的LED130装配在表面120上来提供。作为可替代的，源点可由光纤的端点组成，其布置为朝向角膜表面110发射光线。如示意性所示，由源点(Sp)130.1(具有坐标(Xs，Ys，Zs))发射的入射光线I横切角膜表面110(在角膜横切点(具有坐标(Xc，Yc，Zc)))，并且产生朝向用于记录角膜反射的镜头-摄影系统的镜头150的反射光线R。反射光线R随后由镜头-摄像系统的摄像平面170接收，产生具有坐标(Xi，Yi，Zi)的像点(Ip)。从图1中可看出，圆锥形120(或半球)的开口朝向待测量眼睛的角膜表面110。所示的地形图仪还包括计算单元180，例如计算机或微处理器，用于处理捕获的图像并基于所捕获的图像建立角膜表面110的数学表达。

在一个实施方式中，多色刺激器包括多个节段，其可以是相同或不同的。作为该实施方式的一个实例，刺激器的源点安装至多个板，诸如PCB板。在这样的布置中，多个PCB面板能够组装而形成大体上圆锥形。作为一个实例，这样的刺激器能够利用至少3个面板来构造。下面示出包括7个PCB面板的更为详细的实例。图2示意性地示出了这样的面板200的平面视图，其中符号○、+和●用于表示不同颜色的源点位置。在所示的实例中，96个源点(例如LED)布置在面板上。7块这样的面板，其中每个PCB面板能够具有源点即彩色LED的相同布置，可组装以形成大体上圆锥形的刺激器。在一个实施方式中，源点在面板上的布置是使得球形表面上的反射将形成大体上矩形网格图案。在图3中，示意性地示出了当使用根据图2的7块面板时所产生的图像图案300。如星点线310所示，所获得的像点形成大体上矩形的网格图案。为了从其它面板中识别特定面板(假设各面板是相同的)，可以利用矩形网格图案的方向。因而，这样的方向能够用于帮助确定像点的唯一标识。网格图案的方向例如能够由像点子集的位置估计得到。如从图2中源点图案中能够看出，为了将这样的矩形网格图案实现为像点图案，源点可沿曲线例如图2中所示的弧线210布置。

为了在源点和像点之间建立一一对应关系，根据本发明的角膜地形图仪利用了基于源点多色图案的色彩图案信息。这样的信息例如能够描述部分色彩图案，例如以多个矩阵数组的形式。作为一个实例，n×m矩阵(例如2×2或3×3)能够用于描述n×m源点的色彩图案。

通过将矩阵的色彩图案与像点的图案匹配，能够建立像点和源点之间的对应关系。还应指出，如图3所示意的，当刺激器的源点布置为使得在摄像平面上获得矩形网格图案时，有利于这样的图案匹配。为了实现上述内容，可以利用感兴趣对象的预定标称形状来确定如何在刺激器上定位源点来获得大体上矩形的网格图案。

作为针对通过包含n×m矩阵的色彩图案信息表征源点的多色图案可替代例，源点能够通过标识符表征。这样的标识符例如可包括基于源点或邻近源点的颜色的颜色编码。

在一个实施方式中，为了有利于在源点和像点之间建立一一对应关系，利用具有如下特性的颜色编码方案：每个源点以一定的方式被指定一个颜色，从而使得每个源点的特征都能够以唯一的五色图案来描述，包括其自身颜色和其左、右、上和下邻点的颜色。对于面板边缘上的源点，在一个方向上邻点不存在可被认为具有另一种唯一的颜色或以另一种唯一的颜色来索引。为了利于面板的识别，源点的颜色可以以还满足下列附加特性的方式来指定：

1)一个边缘图案为独特的两色结合，例如红色和绿色，并且另一边缘的图案为独特的两色结合，例如红色和黄色。

2)在摄像平面上接收的组合面板反射的内环布置为产生一种颜色，例如绿色。

当仅有有限数量的颜色可用时，可能的色彩图案的数量可能不会足够大得以能够为每个源点分配唯一的图案。为了允许比存在的唯一图案更多的LED，LED分配特性可以放宽，从而使得每个LED被分配为仅为局部唯一的五色图案(即标识符)。在这种情况下，如果重复的图案被足够的空间物理分隔，而不存在识别图案混淆的实例，LED仍可被识别。换句话说，除了源点的颜色编码外，相对位置或位置信息还用于完成确定源点和像点之间一一对应关系。如果满足上述的面板识别特性，这意味着重复的图案必须通过每次反射的至少最大数量的位移来分隔开，这是待测量的最大像差的特性。

作为可替代例或除了利用位置信息以外，源点的标识符可进一步详细说明。这在图4中示意，其示出了可由根据本发明的地形图仪的摄像系统接收的像点图案的部分。在图4中，具有以“○”指示的颜色的像点400，被具有颜色“○”、“×”或“●”的像点围绕。作为相应源点的标识符，数组[○●×○●]可用于描述该源点(数组中的第一位置)的颜色，并分别以数组的第二、第三、第四和第五位置描述该源点的上、右、下和左邻点的颜色。如果这样的特征不足以获得唯一的标识符，还可以利用左上、右上、右下和左下邻点的颜色，例如产生标识符[○●●××○○●●]来描述源点(数组中的第一位置)的颜色，以及以从上邻点开始的顺时针顺序描述源点的8个邻点的颜色。本领域技术人员应当理解的是，可以选择邻点数量的替代性选择，例如根据可用颜色的数量，从而能够获得唯一的标识符。

根据本发明，角膜地形图仪包括：计算单元，其例如在存储单元中，包括色彩图案信息(其例如能够采用如上所述的标识符表格的形式或描述源点图案的各部分的多个矩阵的形式)；计算单元，布置为在像点(由镜头-摄影系统捕获)和源点之间建立一一对应关系。这例如可以通过以下步骤来实现：

-基于捕获的像点的图案确定像点的标识符；以及

-确定具有相同标识符的对应源点。

一旦建立了一一对应关系，计算单元能够基于像点位置(例如可从如图1中所示的摄像平面170上捕获的图像中获得)和对应源点的位置来确定角膜表面的模型或数学表达，其在由地形图仪的刻度来确定之前是已知的。

如本领域技术人员所公认的，唯一标识符的所需复杂度依赖于已分配给源点图案的色彩图案。相反地，从标识符的特定类型开始(例如，描述源点颜色和源点的上、右、下和左邻点颜色)，源点必须布置得基本允许发现一一对应关系。为了确定分配给多个源点(例如LED)的颜色，可以利用以下方法(其可以是自动的)：

步骤1：考虑与面板识别相关的任何限制，为每个源点随机指定颜色。

步骤2：为对源点进行的颜色分配打分。该分数主要基于唯一图案的数量，但是也可以包括另外的期望特性，诸如优选颜色(例如，针对较低能耗要求，选择更便宜的LED可用的颜色)或者更容易在PCB上规划路线的图案(例如对于不同的LED，电源线交叉较少)。

步骤3：如果该分数是足够的，那么终止该算法，反之重复步骤1和2。

已经发现，如果可能的分配的数量足够大(即，对于所需数量的源点而言，存在相对很多的可用颜色)，那么该算法就会在单个计算机上快速终止。

当使用分段多色刺激器时，其中每个节段可被识别(例如，基于像点的方向，或者节段边缘上使用的色彩方案)，可以由不同颜色制成更有效的使用。

下面的表格示出了对于内部点和边缘点而言，针对给定数目(n)颜色的唯一排列数。

表1：

上表示出了角膜地形图仪的多色刺激器中所用的颜色数量和对应的唯一可能标识符之间的关系，其中考虑了四个最近邻点的颜色和该点自身的颜色。对于两种颜色而言，32+16＝48点网格仍然可针对每个点具有唯一编码。通过使用多个节段(例如PCB板)，其可例如基于所观察到的像点图案的方向来识别，不同节段可具有同样的色彩图案，这是由于可基于节段内像点的标识符(例如，利用基于四个最近邻点的颜色和该点自身颜色的标识符)，并结合节段的识别(例如，基于另一标识符，诸如像点图案的方向)，来建立像点的唯一标识符。如果例如在不同的面板上应用同样的色彩图案，从而为每个面板分配不同的位置和方向，就可以通过将邻点的缺失作为另一标识符，来在边缘通过颜色编码进一步增加可能的标识符。当考虑缺失的邻点的位置时，这使得能够在面板的一个边缘和该面板的相对的边缘之间进行区分。

正是如此，每个面板能够容纳至少32+16+16＝64个网格点(当使用至少两个颜色时)。

正是如此，根据本发明，可针对任意角膜反射利用源点图案的色彩图案信息，来实现源点和像点之间的一一对应关系。如上所述，利用像点图案的矩形网格特性(当可用时)可进一步有利于建立一一对应关系。

因而，为了构造角膜表面的数学模型(即，提供角膜前表面的高度数据)，需要采取以下步骤。

1)获取图像

因此，记录由摄像机(例如，位于图1的像平面170上)捕获的角膜反射。沿着眼睛的视线进行测量配置。实际上，这可以通过使设备的光轴穿过眼睛的入瞳中心而实现。

2)指定源点和像点的位置

可通过标度(例如，利用Labinger等人在1991年提出的披露在US4998819中的方法的修改版本；该方法利用射线追踪，考虑用不交轴光线来代替利用由Labinger使用的子午射线追踪)来确定源点的x、y、z位置。关于像点的位置，每个源点反射的矩心的x、y、z位置被认为是像点的位置。

3)源点和像点的一一对应关系

假设描述了源点的颜色和源点的上、右、下和左邻点的颜色的源点标识符是可用的，那么对于每个源点反射将确定以下内容：

-像点的颜色，

-说明邻近像点(即左、右、上和下)的颜色编码，

-源点所在的PCB面板(假设使用了多个面板)，如果需要的话

-源点在像点图案例如矩形网格图案中的相对位置。

利用记录的色彩图案信息(即源点标识符)，建立源点和像点之间的一一对应关系。

4)表面重构，例如生成角膜高度图，从该图中可导出其它参数：角膜弯曲度参数、角膜畸变、曲率图、残余高度图等。

根据本发明，提出以下提供角膜表面的数学模型的方法。然而，应当指出的是，也可使用本领域公知的可替代方法。

如上所述，当使用合适的光源(例如，产生可见光的LED、IR源等。根据摄像机的灵敏性，可以使用例如典型50mcd20mA光强的绿色LED)时，角膜表面能够产生可辨识的镜面反射。这一反射现象的模型(如图1所示)通常从具有坐标xs、ys、zs的源点开始。它们被朝着角膜表面上的内切点xc、yc、zc追踪，并与反射光线一起朝着由摄像机捕获的像点xi、yi、zi行进。通常，反射光线(图1中的R)被限制为穿过摄像机镜头系统的节点0、0、0(参见图1)，这是由于只考虑了发出的主要光线。

下面，将使用以下的定义和等式：

表2：

给定一组已知的刺激器源点和对应的像点，角膜表面可以以下方式重构：

等式(3)中所述的反射向量可表示为：

<x_i，y_i，z_i>＝l_R<R_x，R_y，R_z>(7)

其通过从节点追踪到像点来获得。等式(7)中的所有参数都是已知变量。通过将此式与其它等式结合，可以利用以下过程来确定迭代解，从而发现描述角膜表面的合适Zernike系数。与本领域内已知的可替代方法相比，这一新方法不涉及近似值。

该方法可如下描述：

步骤1：生成矩阵方程，其由表1中的等式和等式(7)导出：

$\frac{z_c}{r_p}=M[\frac{x_c}{r_p},\frac{y_c}{r_p}]C---\left(8\right)$

代表Zernike公约中表示的表面方程：r_p是用作单位圆参考值的瞳孔半径，M是Zernike多项式的矩阵表达，以及C是Zernike系数。此外，可以从叉乘(等式5)中导出两个矩阵方程：

$I_x-R_x=-(I_z-R_z)\frac{\&PartialD;M}{\&PartialD;x}C---\left(9\right)$

$I_y-R_y=-(I_z-R_z)\frac{\&PartialD;M}{\&PartialD;y}C---\left(10\right)$

步骤2：利用Zernike系数的零初始值来表示角膜顶点面中的平面。利用光线追踪，像点可追踪至顶点面并形成点xc、yc、zc。

步骤3：通过利用矩阵方程(8-11)，利用xc、yc、zc作为信息来计算一组新的Zernike系数C。这些矩阵方程可投射为以下形式：

A(x_c，y_c，z_c)＝B(x_c，y_c，z_c)C(11)

方程(11)的解给出为：

C＝[B^TB]^-1[B^TA](12)

这可以例如利用Moore-Penrose伪逆算法计算得出。

步骤4：返回步骤2，用新的Zernike系数构造新的表面。进入步骤3以确定更准确的Zernike系数。重复该迭代直到达到期望的精确度。本发明者已经观察到，略述的过程的收敛会相当快。通常，通过三次迭代，就已经达到角膜高度的亚微米精度。在略述的过程中，利用Zernike多项式为角膜表面建模。本领域技术人员应当理解的是，可以利用其它公约，即泰勒多项式等。从上述过程得到的原始高度数据中，可以得到角膜弯曲度参数(轴向局部曲率半径、散光轴)、角膜畸变数据、曲率图和残余高度图。

所述算法可与由Sicam等人在2004年(J.Opt.Soc.Am.A，第21卷，第7期，2004年7月)描述的现有技术算法相比较。在该现有技术算法中，进行近似值以使以下两个相关角膜点相关联：1)角膜顶点面的相交点的角膜点的投射，以及2)角膜上的实际光线相交点(图1中的点C)。在新算法中，针对完整的表面重构，前者将不再必要。

如所需要的，本文披露了本发明的详细实施方式；但是，应当理解的是，所披露的实施方式仅仅是本发明的示例，本发明可以不同形式来具体实现。因此，此处披露的具体的结构和功能细节并不解释为限制，而仅仅作为权利要求书的基础以及作为代表性基础以教导本领域技术人员以几乎任何适当的细节结构来不同利用本发明。此外，本文所使用的术语和短语并不意为限制，而是提供对本发明的可理解的描述。

此处使用的术语“一个”(“a”或“an”)被定义为一个或多于一个。本文所使用的术语多个被定义为两个或多于两个。此处使用的术语另一个被定义为至少第二个或多个。本文所使用的术语包括和/或具有被定义为包括(即，开放式语言，不排除其它元件或步骤)。权利要求书中的任何参考标记都不应解释为限制权利要求书或本发明的范围。

仅仅在彼此不同的从属权利要求中叙述的几个方法的事实并不表明，这些方法的结合不能用于使优点突出。

单个处理器或其它单元可以实现权利要求书中所述的各项功能。

Claims (11)

1.一种角膜地形图仪，其包括：

多色刺激器(100)，其包括多个光源(130)，布置为形成源点(130)的多色图案，以将多条光线投射到感兴趣对象的表面；

镜头摄像系统(170)，其布置为接收由所述感兴趣对象的表面反射的多条反射光线中的各条反射光线，从而形成像点图案；

计算单元(180)，其用于确定所述表面的数学模型；

所述角膜地形图仪的特征在于，所述计算单元包括存储单元，所述存储单元提供有基于刺激器的源点(130)的多色图案的色彩图案信息，所述色彩图案信息包括每个源点的唯一标识符；

所述计算单元(180)布置为对于所述多条反射光线的每一条反射光线，基于所述色彩图案信息在源点和像点之间建立一一对应关系；

所述计算单元(180)还布置为基于像点的位置和对应源点的位置来构造所述表面的数学模型，其中，源点的多色图案设置在多个节段(200)上，所述多个节段包括多个基本相同的板，源点的多色图案布置在板上，以在使用中对于每块板，生成像点的基本矩形的网格图案；

其中，每个所述源点均以一定的方式被指定一个颜色，从而使得每个源点的特征都能够以唯一的五色图案来描述，包括其自身颜色和其左、右、上和下邻点的颜色；对于板边缘上的源点，在一个方向上邻点不存在则被认为具有另一种唯一的颜色或以另一种唯一的颜色来索引；并且，该源点的所述唯一标识符为用于描述该源点的颜色的数组，在该数组中，第一位置表示该源点的颜色，而第二、第三、第四和第五位置描述该源点的上、右、下和左邻点的颜色。

2.根据权利要求1所述的角膜地形图仪，其中所述色彩图案信息包括源点(130)的颜色和相对位置信息。

3.根据权利要求1所述的角膜地形图仪，其中建立所述一一对应关系包括：

-基于像点的图案确定像点的标识符，以及；

-确定具有相同标识符的对应源点。

4.根据权利要求2所述的角膜地形图仪，其中建立所述一一对应关系包括：

-基于像点图案通过每个像点及其邻近像点的颜色来表征所述每个像点，以及；

-基于源点的颜色和相对位置信息确定对应的源点。

5.根据权利要求1所述的角膜地形图仪，其中利用另一标识符来识别所述多个节段中的一个节段，并且其中在源点和像点之间建立一一对应关系进一步基于所述另一标识符。

6.根据权利要求5所述的角膜地形图仪，其中所述另一标识符包括节段边缘上应用的颜色或色彩图案。

7.根据权利要求1所述的角膜地形图仪，其中每块板包括被布置为生成像点的基本矩形的网格图案的源点的二维多色图案。

8.根据权利要求1所述的角膜地形图仪，其中网格图案的方向用作另一标识符，用于在源点和像点之间建立一一对应关系。

9.根据前述任一权利要求所述的角膜地形图仪，其中所述多色图案包括至少三种不同的颜色。

10.一种确定角膜表面的数学模型的方法，该方法包括：

-将多条光线从源点的多色图案投射至感兴趣对象的表面；

-接收由所述感兴趣对象的表面反射的多条反射光线中的各条反射光线，从而形成像点图案；

-基于刺激器源点的多色图案提供色彩图案信息，所述色彩图案信息包括每个源点的唯一标识符；

-基于所述色彩图案信息在源点和像点之间建立一一对应关系；

-基于像点的位置和对应源点的位置确定角膜表面的数学重构；

其中，每个所述源点均以一定的方式被指定一个颜色，从而使得每个源点的特征都能够以唯一的五色图案来描述，包括其自身颜色和其左、右、上和下邻点的颜色；对于板边缘上的源点，在一个方向上邻点不存在则被认为具有另一种唯一的颜色或以另一种唯一的颜色来索引；并且，该源点的所述唯一标识符为用于描述该源点的颜色的数组，在该数组中，第一位置表示该源点的颜色，而第二、第三、第四和第五位置描述该源点的上、右、下和左邻点的颜色。

11.根据权利要求10所述的方法，其中在源点和像点之间建立一一对应关系为基于像点的方向。