CN103431840A - 眼睛光学参数检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种眼睛光学参数检测系统及方法，所述系统包括：图像采集装置，用于采集眼底呈现的图像；成像装置，用于进行眼睛与所述图像采集装置之间光路成像参数的调节以使得所述图像采集装置得到最清晰的图像；图像处理装置，用于对所述图像采集装置得到的图像进行处理，得到所述图像采集装置获得最清晰图像时眼睛的光学参数。本发明实施例的系统及方法通过对眼底的图像进行拍摄，找到拍摄到最清晰图像时光路已知的成像参数，进而可以通过光学计算得到眼睛当前的注视方向和对焦点距离，进而可以较为精确的确定眼睛的对焦点位置，同时为与眼控交互相关的技术提供了进一步应用的基础。

Description

眼睛光学参数检测系统及方法
技术领域
本发明涉及一种光学系统，尤其涉及一种眼睛光学参数检测系统及方法。
背景技术
随着技术的发展，通过检测用户的自然动作来对设备进行控制的应用越来越多，其中通过跟踪眼睛来与设备进行交互的应用包括：
佳能发布的EOS3单反相机独有的45个对焦点的眼控对焦功能，能够自动检测正看着相机目镜的用户眼球瞳孔的运动。通过安装在相机目镜框上的红外线发光二极管照亮眼球，眼球反射回来的红外光线投射到眼控BASIS（基础储存影像传感器）上，系统通过检测到眼球瞳孔位置和校对位置的相对关系以后，相机就会识别用户究竟在看上述对焦点中的哪个对焦点，从而确定用户的视线方向，自动对该方向的物体进行自动对焦；
Tobii开发了眼控交互系统，通过眼睛跟踪器（eye tracker）实时拍摄和定位在用户眼球上反射的微投影图案（也有直接拍摄定位眼球的活动），系统可以很精确的跟踪眼睛注视的方向，进行用户眼控交互或者用户阅读行为分析；
Google在公开号为US20120290401的美国专利中公开了一种通过可穿戴式设备来确定用户眼睛注视方向的装置和方法，通过在眼镜上安装摄像头或者CCD来实时检测用户瞳孔位置，进而可以获得用户眼睛视线方向。
由上可以看出，现有技术中主要通过眼球表面的图像来获得用户的视线方向，若想得到眼睛的对焦点位置：则一般对象到眼睛的距离是预先设定的，如上述眼控交互技术中所述，根据用户的视线方向和设定的距离可以得到对焦点位置，这种情况下，如果不知道对象与眼睛距离，就无法得到眼睛的对焦点位置；或者如公开号为WO2005077258A1的专利中公开的根据用户两眼的视线方向，根据视线的交点得到眼睛对焦点位置，这种情况下，需要同时检测用户两眼的视线方向，并且检测精度不是很高。
在医学上眼科诊断经常使用眼底照相机（Fundus Camera），通过拍摄眼底视网膜的精细照片来辅助诊断可能的一些眼科疾病，包括眼睛屈光度数的确认，如公告号为US7001020B2的专利中记载，但是其需要用户盯着特定目标观看并测试才能确定眼睛的光学参数，无法对眼睛日常使用中的对焦点位置进行确认。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种眼睛光学参数检测系统及方法，用于对眼睛的光学参数、尤其是眼睛的对焦点位置进行确认。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种眼睛光学参数检测系统，包括：
图像采集装置，用于采集眼底呈现的图像；
成像装置，用于进行眼睛与所述图像采集装置之间光路成像参数的调节以使得所述图像采集装置得到最清晰的图像；
图像处理装置，用于对所述图像采集装置得到的图像进行处理，得到所述图像采集装置获得最清晰图像时眼睛的光学参数。
结合第一方面，在第二种可能的实现方式中，所述图像处理装置包括：
图像分析模块，用于对所述图像采集装置得到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
参数计算模块，用于根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时系统已知的成像参数计算眼睛的光学参数。
结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述图像处理装置还包括：
图像校准模块，用于进行眼底图像的校准，获得至少一个与眼底呈现的图像对应的基准图像。
结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述图像分析模块将图像采集装置得到的图像与所述基准图像进行对比计算，获得所述最清晰的图像。
结合第一方面的第二种、第三种或第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述参数计算模块还用于根据所述眼睛的光学参数得到眼睛的对焦点位置。
结合第一方面的第二种至第五种中的任一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述参数计算模块包括：
眼睛光轴方向确定单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述眼睛光轴方向确定单元包括：
第一确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼底的特征得到眼睛光轴方向。
结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述眼睛光轴方向确定单元包括：
第二确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛瞳孔的特征得到眼睛光轴方向。
结合第一方面的第六、第七或第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述图像处理装置还包括：
眼睛光轴方向校准模块，用于进行眼睛光轴方向的校准。
结合第一方面的第二种至第九种中的任一种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，所述成像装置包括：
可调透镜单元，位于眼睛与所述图像采集装置之间的光路上，自身焦距可调和/或在光路中的位置可调。
结合第一方面的第十种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，所述可调透镜单元包括：
焦距可调透镜，用于通过调节自身的折射率和/或形状完成自身焦距的调整。
结合第一方面的第十种可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式中，所述可调透镜单元包括：
透镜组，用于调节透镜组中透镜之间的相对位置完成透镜组自身焦距的调整。
结合第一方面、第一方面的第十种至第十二中的任一种可能的实现方式，在第十三种可能的实现方式中，所述成像装置还包括：
分光装置，用于形成眼睛和观察对象之间、以及眼睛和图像采集装置之间的光传递路径。
结合第一方面的第十三种可能的实现方式，在第十四种可能的实现方式中，所述分光装置包括：
第一分光单元，位于眼睛和观察对象之间，用于透射观察对象到眼睛的光，传递眼睛到图像采集装置的光。
结合第一方面的第十四种可能的实现方式，在第十五种可能的实现方式中，所述第一分光单元为分光镜、和/或分光光波导。
结合第一方面的第十四或第十五种可能的实现方式，在第十六种可能的实现方式中，所述第一分光单元为曲面分光镜，用于分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到图像采集装置。
结合第一方面、第一方面的第二种至第十六种中的任一种可能的实现方式，在第十七种可能的实现方式中，所述系统还包括：
投射装置，用于向眼底投射光斑。
结合第一方面的第十七种可能的实现方式，在第十八种可能的实现方式中，所述投射装置投射的光斑包括特征丰富的图案。
结合第一方面的第十七或第十八种可能的实现方式，在第十九种可能的实现方式中，所述投射装置为红外光斑投射装置。
结合第一方面的第十九种可能的实现方式，在第二十种可能的实现方式中，所述投射装置的出射面设置有眼睛不可见光透射滤镜。
结合第一方面的第十九种可能的实现方式，在第二十一种可能的实现方式中，所述图像采集装置的入射面设置有眼睛不可见光透射滤镜。
结合第一方面的第十七种至第二十一种中的任一种可能的实现方式，在第二十二种可能的实现方式中，所述图像处理装置还包括：
投射控制模块，用于根据图像分析模块得到的结果，控制所述投射装置的投射光斑亮度。
第二方面，本发明提供了一种可穿戴式光学设备，包括上述的任一种眼睛光学参数检测系统。
第三方面，本发明提供了一种眼睛光学参数检测方法，包括：
实时采集眼底呈现的图像；
调整眼睛与图像采集装置之间光路的成像参数，以采集到最清晰的图像；
对所述采集的图像进行处理，得到采集的图像最清晰时眼睛的光学参数。
结合第三方面，在第二种可能的实现方式中，对所述采集的图像进行处理，得到采集的图像最清晰时眼睛的光学参数的步骤包括：
对所述采集到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时所述光路已知的成像参数计算眼睛的光学参数。
结合第三方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，在对所述采集的图像进行处理的步骤之前，所述方法还包括：
进行眼底图像的校准，获得至少一个与眼底呈现的图像对应的基准图像。
结合第三方面的第三种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，对所述采集到的图像进行分析，找到最清晰的图像的步骤包括：
将采集得到的图像与所述基准图像进行对比计算，获得所述最清晰的图像。
结合第三方面、第三方面的第二种至第四种中的任一种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述方法还包括根据所述眼睛的光学参数得到眼睛的对焦点位置。
结合第三方面的第二种至第五种中的任一种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时所述光路已知的成像参数计算眼睛的光学参数的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向。
结合第三方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼底的特征得到眼睛光轴方向。
结合第三方面的第六种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼睛瞳孔的特征得到眼睛光轴方向。
结合第三方面的第六种、第七或第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，在根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤之前，所述方法还包括：
进行眼睛光轴方向校准的步骤。
结合第三方面、第三方面的第二种至第九种中的任一种可能的实现方式，在第十种可能的实现方式中，通过调节眼睛与所述图像采集装置之间的光路上透镜单元的焦距和/或在光路中的位置的方式调整眼睛与图像采集装置之间光路的成像参数。
结合第三方面、第三方面的第二种至第十种中的任一种可能的实现方式，在第十一种可能的实现方式中，所述实时采集眼底呈现的图像的步骤包括：
分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，采集眼底呈现的图像。
结合第三方面、第三方面的第二种至第十一种中的任一种可能的实现方式，在第十二种可能的实现方式中，所述方法还包括：向眼底投射光斑的步骤。
结合第三方面的第十二种可能的实现方式，在第十三种可能的实现方式中，所述投射的光斑包括特征丰富的图案。
结合第三方面的第十二或第十三种可能的实现方式，在第十四种可能的实现方式中，所述光斑为红外光斑。
结合第三方面的第十四种可能的实现方式，在第五六种可能的实现方式中，所述向眼底投射的光斑经过眼睛不可见光透射过滤。
结合第三方面的第十四种或第十五种可能的实现方式，在第十六种可能的实现方式中，所述采集的图像经过眼睛不可见光透射过滤。
结合第三方面的第十三种至第十六种中的任一种可能的实现方式，在第十七种可能的实现方式中，所述方法还包括：
根据对采集到的图像进行分析的结果，控制所述投射光斑亮度。
本发明实施例的系统及方法通过对眼底的图像进行拍摄，找到拍摄到最清晰图像时光路已知的成像参数，进而可以通过光学计算得到眼睛当前的注视方向和对焦点距离，进而可以较为精确的确定眼睛的对焦点位置，同时为与眼控交互相关的技术提供了进一步应用的基础。
附图说明
图1为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测系统的结构框图；
图2为本发明实施例的另一种眼睛光学参数检测系统的结构框图；
图3a为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测系统使用的光斑图案示意图；
图3b为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测系统拍摄到的具有光斑图案的眼底图像示意图；
图4a为本发明实施例的眼睛成像的光路示意图；
图4b为本发明实施例的根据系统已知成像参数和眼睛的光学参数得到眼睛对焦点到眼睛的距离的示意图；
图5为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测系统应用在眼镜上的示意图；
图6为本发明实施例的另一种眼睛光学参数检测系统应用在眼镜上的示意图；
图7为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测方法的流程图；
图8为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测方法步骤S130的流程图；
图9为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测系统的图像处理装置的结构框图。
具体实施方式
本发明的方法及装置结合附图及实施例详细说明如下。
如图1所示，本发明实施例提供了一种眼睛光学参数检测系统100，包括：
图像采集装置110，用于采集眼底呈现的图像；
成像装置120，用于进行眼睛与所述图像采集装置110之间成像参数的调节以使得所述图像采集装置110得到最清晰的图像；
图像处理装置130，用于对所述图像采集装置110得到的图像进行处理，得到所述图像采集装置获得最清晰图像时眼睛的光学参数。
本发明通过对眼睛眼底的图像进行分析处理，得到所述图像采集装置获得最清晰图像时眼睛的光学参数，就可以计算得到眼睛当前的对焦点位置，为进一步实现眼睛自适应操作提供基础。
这里的“眼底”呈现的图像主要为在视网膜上呈现的图像，其可以为眼底自身的图像，或者可以为投射到眼底的其它物体的图像。这里的眼睛可以为人眼，也可以为其它动物的眼睛。
如图2所示，本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像采集装置110为微型摄像头，在本发明实施例的另一种可能的实施方式中，所述图像采集装置110还可以直接使用感光成像器件，如CCD或CMOS等器件。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述成像装置120包括：可调透镜单元121，位于眼睛与所述图像采集装置110之间的光路上，自身焦距可调和/或在光路中的位置可调。通过该可调透镜单元121，使得从眼睛到所述图像采集装置110之间的系统等效焦距可调，通过可调透镜单元121的调节，使得所述图像采集装置110在可调透镜单元121的某一个位置或状态时获得眼底最清晰的图像。在本实施方式中，所述可调透镜单元121在检测过程中连续实时的调节。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述可调透镜单元121为：焦距可调透镜，用于通过调节自身的折射率和/或形状完成自身焦距的调整。具体为：1）通过调节焦距可调透镜的至少一面的曲率来调节焦距，例如在双层透明层构成的空腔中增加或减少液体介质来调节焦距可调透镜的曲率；2）通过改变焦距可调透镜的折射率来调节焦距，例如焦距可调透镜中填充有特定液晶介质，通过调节液晶介质对应电极的电压来调整液晶介质的排列方式，从而改变焦距可调透镜的折射率。
在本发明实施例的另一种可能的实施方式中，所述可调透镜单元121包括：透镜组，用于调节透镜组中透镜之间的相对位置完成透镜组自身焦距的调整。
除了上述两种通过调节可调透镜单元121自身的特性来改变系统的光路参数以外，还可以通过调节所述可调透镜单元121在光路上的位置来改变系统的光路参数。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，为了不影响用户对观察对象的观看体验，并且为了使得系统可以便携应用在穿戴式设备上，所述成像装置120还包括：分光装置122，用于形成眼睛和观察对象之间、以及眼睛和图像采集装置110之间的光传递路径。这样可以对光路进行折叠，减小系统的体积，同时尽可能不影响用户的其它体验。
优选地，在本实施方式中，所述分光装置包括：第一分光单元，位于眼睛和观察对象之间，用于透射观察对象到眼睛的光，传递眼睛到图像采集装置的光。
所述第一分光单元可以为分光镜、分光光波导（包括光纤）或其它适合的分光设备。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述系统的图像处理装置130包括光路校准模块，用于对系统的光路进行校准，例如进行光路光轴的对齐校准等，以保证测量的精度。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理装置130包括：
图像分析模块131，用于对所述图像采集装置得到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
参数计算模块132，用于根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时系统已知的成像参数计算眼睛的光学参数。
在本实施方式中，通过成像装置120使得所述图像采集装置110可以得到最清晰的图像，但是需要通过所述图像分析模块131来找到该最清晰的图像，此时根据所述最清晰的图像以及系统已知的光路参数就可以通过计算得到眼睛的光学参数。这里眼睛的光学参数可以包括眼睛的光轴方向。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，优选地，所述系统还包括：投射装置140，用于向眼底投射光斑。在一个可能的实施方式中，可以通过微型投影仪来视线该投射装置的功能。
这里投射的光斑可以没有特定图案仅用于照亮眼底。
在在本发明实施例优选的一种实施方式中，所述投射的光斑包括特征丰富的图案。图案的特征丰富可以便于检测，提高检测精度。如图3a所示为一个光斑图案500的示例图，该图案可以由光斑图案生成器形成，例如毛玻璃；图3b所示为在有光斑图案500投射时拍摄到的眼底的图像。
为了不影响眼睛的正常观看，优选的，所述光斑为眼睛不可见的红外光斑。
此时，为了减小其它光谱的干扰：
所述投射装置的出射面可以设置有眼睛不可见光透射滤镜。
所述图像采集装置的入射面设置有眼睛不可见光透射滤镜。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理装置130还包括：
投射控制模块134，用于根据图像分析模块得到的结果，控制所述投射装置的投射光斑亮度。
例如所述投射控制模块134可以根据图像采集装置110得到的图像的特性自适应调整亮度。这里图像的特性包括图像特征的反差以及纹理特征等。
这里，控制所述投射装置的投射光斑亮度的一种特殊的情况为打开或关闭投射装置，例如用户持续注视一点时可以周期性关闭所述投射装置；用户眼底足够明亮时可以关闭发光源只利用眼底信息来检测眼睛当前视线对焦点到眼睛的距离。
此外，所述投射控制模块134还可以根据环境光来控制投射装置的投射光斑亮度。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理装置130还包括：图像校准模块133，用于进行眼底图像的校准，获得至少一个与眼底呈现的图像对应的基准图像。
所述图像分析模块131将图像采集装置130得到的图像与所述基准图像进行对比计算，获得所述最清晰的图像。这里，所述最清晰的图像可以为获得的与所述基准图像差异最小的图像。在本实施方式中，通过现有的图像处理算法计算当前获得的图像与基准图像的差异，例如使用经典的相位差值自动对焦算法。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述参数计算模块132包括：
眼睛光轴方向确定单元1321，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向。
这里眼睛的特征可以是从所述最清晰图像上获取的，或者也可以是另外获取的。眼睛光轴方向表示眼睛视线注视的方向。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述眼睛光轴方向确定单元1321包括：第一确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼底的特征得到眼睛光轴方向。与通过瞳孔和眼球表面的特征得到眼睛光轴方向相比，通过眼底的特征来确定眼睛光轴方向精确度更高。
在向眼底投射光斑图案时，光斑图案的大小有可能大于眼底可视区域或小于眼底可视区域，其中：
当光斑图案的面积小于等于眼底可视区域时，可以利用经典特征点匹配算法（例如尺度不变特征转换（Scale Invariant FeatureTransform，SIFT）算法）通过检测图像上的光斑图案相对于眼底位置来确定眼睛光轴方向；
当光斑图案的面积大于等于眼底可视区域时，可以通过得到的图像上的光斑图案相对于原光斑图案（通过图像校准模块获得）的位置来确定眼睛光轴方向确定用户视线方向。
在本发明实施例的另一种可能的实施方式中，所述眼睛光轴方向确定单元1321包括：第二确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛瞳孔的特征得到眼睛光轴方向。这里眼睛瞳孔的特征可以是从所述最清晰图像上获取的，也可以是另外获取的。通过眼睛瞳孔特征得到眼睛光轴方向为已有技术，此处不再赘述。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理装置130还包括：眼睛光轴方向校准模块135，用于进行眼睛光轴方向的校准，以便更精确的进行上述眼睛光轴方向的确定。
在本实施方式中，所述系统已知的成像参数包括固定的成像参数和实时成像参数，其中实时成像参数为获取最清晰图像时所述可调透镜单元的参数信息，该参数信息可以在获取所述最清晰图像时实时记录得到。
在得到眼睛当前的光学参数之后，就可以计算得到眼睛对焦点到眼睛的距离，具体为：
图4a所示为眼睛成像示意图，结合经典光学理论中的透镜成像公式，由图4a可以得到公式(1)：
1 d o + 1 d e = 1 f e - - - ( 1 )
其中do和de分别为眼睛当前观察对象1010和视网膜上的实像1020到眼睛等效透镜1030的距离，fe为眼睛等效透镜1030的等效焦距，X为眼睛的光轴方向（即视线的光轴）。
图4b所示为根据系统已知光学参数和眼睛的光学参数得到眼睛对焦点到眼睛的距离的示意图，图4b中光斑1040通过可调透镜单元121会成一个虚像，假设该虚像距离透镜距离为x，结合公式(1)可以得到如下方程组：
1 d p - 1 x = 1 f p 1 d i + x + 1 d e = 1 f e - - - ( 2 )
其中dp为光斑1040到可调透镜单元121的光学等效距离，di为可调透镜单元121到眼睛等效透镜1030的光学等效距离，fp为可调透镜单元121的焦距值，di为所述眼睛等效透镜1030到可调透镜单元121的距离。
由(1)和(2)可以得出当前观察对象1010（眼睛对焦点）到眼睛等效透镜1030的距离do如公式(3)所示：
d o = d i + d p · f p f p - d p - - - ( 3 )
根据上述计算得到的观察对象1010到眼睛的距离，又由于之前的记载可以得到眼睛光轴方向，则可以轻易得到眼睛的对焦点位置，为后续与眼睛相关的进一步交互提供了基础。
如图5所示为本发明实施例的一种可能的实施方式的眼睛对焦点检测系统400应用在眼镜200上的实施例，其包括图2所示实施方式的记载的内容，具体为：由图5可以看出，在本实施方式中，在眼镜200右侧（不局限于此）集成了本实施方式的系统400，其包括：
微型摄像头410，其作用与图2实施方式中记载的图像采集装置相同，为了不影响用户正常观看对象的视线，其被设置于眼镜200右外侧；
第一分光镜420，其作用与图2实施方式中记载的第一分光单元相同，以一定倾角设置于眼睛300注视方向和摄像头410入射方向的交点处，透射观察对象进入眼睛300的光以及反射眼睛到摄像头410的光；
焦距可调透镜430，其作用与图2实施方式中记载的焦距可调透镜相同，位于所述第一分光镜420和摄像头410之间，实时进行焦距值的调整，使得在某个焦距值时，所述摄像头410能够拍到眼底最清晰的图像。
在本实施方式中，所述图像处理装置在图5中未表示出，其功能与图2所示的图像处理装置相同。
由于一般情况下，眼底的亮度不够，因此，最好对眼底进行照明，在本实施方式中，通过一个发光源440来对眼底进行照明。为了不影响用户的体验，这里优选的发光源440为眼睛不可见光，优选对眼睛300影响不大并且摄像头410又比较敏感的近红外光发光源。
在本实施方式中，所述发光源440位于右侧的眼镜架外侧，因此需要通过一个第二分光镜450与所述第一分光镜420一起完成所述发光源440发出的光到眼底的传递。本实施方式中，所述第二分光镜450又位于摄像头410的入射面之前，因此其还需要透射眼底到第二分光镜450的光。
可以看出，在本实施方式中，为了提高用户体验和提高摄像头410的采集清晰度，所述第一分光镜420优选地可以具有对红外反射率高、对可见光透射率高的特性。例如可以在第一分光镜420朝向眼睛300的一侧设置红外反射膜实现上述特性。
由图5可以看出，由于在本实施方式中，所述眼睛对焦点检测系统400位于眼镜200的镜片远离眼睛300的一侧，因此进行眼睛光学参数进行计算时，可以将镜片也看成是眼镜的一部分，此时不需要知道镜片的光学特性。
在本发明实施例的其它实施方式中，所述眼睛对焦点检测系统400可能位于眼镜200的镜片靠近眼睛300的一侧，此时，需要预先得到镜片的光学特性参数，并在计算对焦点距离时，考虑镜片的影响因素。
发光源发出的光通过第二分光镜450的反射、焦距可调透镜430的投射、以及第一分光镜420的反射后再透过眼镜200的镜片进入用户眼睛，并最终到达眼底的视网膜上；摄像头410经过所述第一分光镜420、焦距可调透镜430以及第二分光镜450构成的光路透过眼睛300的瞳孔拍摄到眼底的图像。
如图6所示为本发明实施例的另一种实施方式眼睛对焦点检测系统600的结构示意图。由图6可以看出，本实施方式与图5所示的实施方式相似，包括微型摄像头610、第二分光镜620、焦距可调透镜630，不同之处在于，在本实施方式中的投射装置640为投射光斑图案的投射装置640，并且通过一个曲面分光镜650取代了图5实施方式中的第一分光镜。
这里采用了曲面分光镜650分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到图像采集装置。这样摄像头可以拍摄到眼球各个角度混合叠加的成像，但由于只有通过瞳孔的眼底部分能够在摄像头上清晰成像，其它部分会失焦而无法清晰成像，因而不会对眼底部分的成像构成严重干扰，眼底部分的特征仍然可以检测出来。因此，与图5所示的实施方式相比，本实施方式可以在眼睛注视不同方向时都能很好的得到眼底的图像，使得本实施方式的眼睛对焦检测装置适用范围更广，检测精度更高。
图7所示为本发明实施例的一种眼睛光学参数检测方法，包括：
S110：实时采集眼底呈现的图像；
S120：调整眼睛与图像采集装置之间光路的成像参数，以采集到最清晰的图像；
S130：对所述采集的图像进行处理，得到采集的图像最清晰时眼睛的光学参数。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括步骤S140：根据所述眼睛的光学参数得到眼睛的对焦点位置。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，在所述步骤S130对所述采集的图像进行处理的之前，所述方法还包括：
进行眼底图像的校准，获得至少一个与眼底呈现的图像对应的基准图像。
如图8所示，优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述步骤S130对所述采集的图像进行处理，得到采集的图像最清晰时眼睛的光学参数的步骤包括：
S131：对所述采集到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
S132：根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时所述光路已知的成像参数计算眼睛的光学参数。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述步骤S131包括：
将采集得到的图像与所述基准图像进行对比计算，获得所述最清晰的图像。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述步骤S132包括：
根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼底的特征得到眼睛光轴方向。
优选地，在本发明实施例的另一种可能的实施方式中，所述根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼睛瞳孔的特征得到眼睛光轴方向。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，在根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤之前，所述方法还包括：
进行眼睛光轴方向校准的步骤。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述步骤S120通过调节眼睛与所述图像采集装置之间的光路上透镜单元的焦距和/或在光路中的位置的方式调整眼睛与图像采集装置之间光路的成像参数。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述实时采集眼底呈现的图像的步骤包括：
分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，采集眼底呈现的图像。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括：向眼底投射光斑的步骤。
其中，所述投射的光斑包括特征丰富的图案并且为红外光斑。
为了减小可见光的对检测精度的影响，优选地，在本实施方式中，所述向眼底投射的光斑经过眼睛不可见光透射过滤；所述采集的图像经过眼睛不可见光透射过滤。例如可以采用近红外透射滤光片，使得仅有近红外光可以透过所述滤光片。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括步骤：根据对采集到的图像进行分析的结果，控制所述投射光斑亮度。
本发明实施例的方法可以通过上面图1至图6所述的装置实施例来实现，具体的实现手段参考上面装置实施例的描述，此处不再赘述。
图9为本发明实施例提供的一种眼睛光学参数检测系统中图像采集装置800的结构示意图，本发明具体实施例并不对图像采集装置800的具体实现做限定。如图9所示，该图像采集装置800可以包括：
处理器(processor)810、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)830、以及通信总线840。其中：
处理器810、通信接口820、以及存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。
通信接口820，用于与比如客户端等的网元通信。
处理器810，用于执行程序832，具体可以执行上述图8所示的方法实施例中的相关步骤。
具体地，程序832可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。
处理器810可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC（Application Specific Integrated Circuit），或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
存储器830，用于存放程序832。存储器830可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。程序832具体可以包括：
图像分析模块，用于对所述图像采集装置得到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
参数计算模块，用于根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时系统已知的成像参数计算眼睛的光学参数。
程序832中各单元的具体实现可以参见图2所示实施例中的相应单元，在此不赘述。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的设备和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程描述，在此不再赘述。
本发明的实施例还提供了一种可穿戴式光学设备，所述可穿戴式光学设备可以为图5或图6示出的框架眼镜、或者还可以为隐形眼睛，该可穿戴式光学设备包括上面各实施例记载的眼睛光学参数检测系统。
在本发明实施例的其它可能的实施方式中，所述眼睛光学参数检测系统还可能应用于其它与眼睛相关的设备上，例如望远镜等非穿戴式光学设备；或者，本发明的光学参数检测系统还可以应用于除了眼睛之外的其他成像接收装置，如相机等。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (40)

1.一种眼睛光学参数检测系统，其特征在于，包括：
图像采集装置，用于采集眼底呈现的图像；
成像装置，用于进行眼睛与所述图像采集装置之间光路成像参数的调节以使得所述图像采集装置得到最清晰的图像；
图像处理装置，用于对所述图像采集装置得到的图像进行处理，得到所述图像采集装置获得最清晰图像时眼睛的光学参数。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置包括：
图像分析模块，用于对所述图像采集装置得到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
参数计算模块，用于根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时系统已知的成像参数计算眼睛的光学参数。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置还包括：
图像校准模块，用于进行眼底图像的校准，获得至少一个与眼底呈现的图像对应的基准图像。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述图像分析模块将图像采集装置得到的图像与所述基准图像进行对比计算，获得所述最清晰的图像。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述参数计算模块还用于根据所述眼睛的光学参数得到眼睛的对焦点位置。
6.如权利要求2至5中的任一个所述的系统，其特征在于，所述参数计算模块包括：
眼睛光轴方向确定单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述眼睛光轴方向确定单元包括：
第一确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼底的特征得到眼睛光轴方向。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述眼睛光轴方向确定单元包括：
第二确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛瞳孔的特征得到眼睛光轴方向。
9.如权利要求6或7或8所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置还包括：
眼睛光轴方向校准模块，用于进行眼睛光轴方向的校准。
10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述成像装置包括：
可调透镜单元，位于眼睛与所述图像采集装置之间的光路上，自身焦距可调和/或在光路中的位置可调。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述可调透镜单元包括：
焦距可调透镜，用于通过调节自身的折射率和/或形状完成自身焦距的调整。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述可调透镜单元包括：
透镜组，用于调节透镜组中透镜之间的相对位置完成透镜组自身焦距的调整。
13.如权利要求1、10-12中任一项所述的系统，其特征在于，所述成像装置还包括：
分光装置，用于形成眼睛和观察对象之间、以及眼睛和图像采集装置之间的光传递路径。
14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述分光装置包括：
第一分光单元，位于眼睛和观察对象之间，用于透射观察对象到眼睛的光，传递眼睛到图像采集装置的光。
15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一分光单元为分光镜、和/或分光光波导。
16.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述第一分光单元为曲面分光镜，用于分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到图像采集装置。
17.如权利要求1至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
投射装置，用于向眼底投射光斑。
18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述投射装置投射的光斑包括特征丰富的图案。
19.如权利要求17或189所述的系统，其特征在于，所述投射装置为红外光斑投射装置。
20.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述投射装置的出射面设置有眼睛不可见光透射滤镜。
21.如权利要求19所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置的入射面设置有眼睛不可见光透射滤镜。
22.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置还包括：
投射控制模块，用于根据图像分析模块得到的结果，控制所述投射装置的投射光斑亮度。
23.一种可穿戴式光学设备，其特征在于，包括权利要求1至22中的任一项所述的眼睛光学参数检测系统。
24.一种眼睛光学参数检测方法，其特征在于，包括：
实时采集眼底呈现的图像；
调整眼睛与图像采集装置之间光路的成像参数，以采集到最清晰的图像；
对所述采集的图像进行处理，得到采集的图像最清晰时眼睛的光学参数。
25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，对所述采集的图像进行处理，得到采集的图像最清晰时眼睛的光学参数的步骤包括：
对所述采集到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时所述光路已知的成像参数计算眼睛的光学参数。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，在对所述采集的图像进行处理的步骤之前，所述方法还包括：
进行眼底图像的校准，获得至少一个与眼底呈现的图像对应的基准图像。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，对所述采集到的图像进行分析，找到最清晰的图像的步骤包括：
将采集得到的图像与所述基准图像进行对比计算，获得所述最清晰的图像。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括根据所述眼睛的光学参数得到眼睛的对焦点位置。
29.如权利要求25至28中的任一个所述的方法，其特征在于，所述根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时所述光路已知的成像参数计算眼睛的光学参数的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼底的特征得到眼睛光轴方向。
31.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤包括：
根据得到所述最清晰图像时眼睛瞳孔的特征得到眼睛光轴方向。
32.如权利要求29或30或31所述的方法，其特征在于，在根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向的步骤之前，所述方法还包括：
进行眼睛光轴方向校准的步骤。
33.如权利要求24所述的方法，其特征在于，通过调节眼睛与所述图像采集装置之间的光路上透镜单元的焦距和/或在光路中的位置的方式调整眼睛与图像采集装置之间光路的成像参数。
34.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述实时采集眼底呈现的图像的步骤包括：
分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，采集眼底呈现的图像。
35.如权利要求24至34中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：向眼底投射光斑的步骤。
36.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述投射的光斑包括特征丰富的图案。
37.如权利要求35或36所述的方法，其特征在于，所述光斑为红外光斑。
38.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述向眼底投射的光斑经过眼睛不可见光透射过滤。
39.如权利要求37所述的方法，其特征在于，所述采集的图像经过眼睛不可见光透射过滤。
40.如权利要求35所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据对采集到的图像进行分析的结果，控制所述投射光斑亮度。
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