CN103860136A - 在点扫描激光眼底中对图像局部放大的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种在点扫描激光眼底系统对图像局部放大的方法，主要包括：定义系统扫描人眼得到的第一眼底图像在计算机上的成像范围为a*b的区域，第一中心定义为OA；选取所述第一眼底图像上的任意一点，并定义该点为第二中心OB,所述第二中心相对于所述第一中心的横、纵坐标偏移量分别为Δx和Δy；以所述第二中心为基准抓取所述第一眼底图像的a`*b`区域；所述快速扫描装置Y、区域调节装置和慢速扫描装置X互为配合地进行调整，对第一眼底图像的局部放大，得到第二眼底图像。本发明也公布了在点扫描激光眼底系统对图像局部放大的系统。本发明可以不用更换镜头就能实现对眼底图像的任意区域进行局部放大，方便医生的使用。

Description

在点扫描激光眼底中对图像局部放大的方法及系统

技术领域

本发明属于光学中的点扫描领域，具体涉及在点扫描激光眼底系统中对图像局部放大的方法及系统。

背景技术

图像数字分辨率表示每个像素的空间位置的大小。假设其成像范围为10mm*10mm，其为总像素数为100万像素（1000*1000，由CCD的象元数决定），则其图像数字分辨率为10微米。为了提高图像的数字分辨率，要么减小图像的成像范围，要么提高成像器件CCD的像素。采用高分辨率的CCD，其价格昂贵，不利于成本的控制。另外一种提高图像的数字分辨率的方法是通过更换不同的成像镜头来实现，如现有的retcam眼底扫描装置（面阵CCD成像），通过更换不同的成像镜头（130度、120度、80度和30度）改变减小成像范围、提高图像的数字分辨率，但这种办法价格同样高昂，也不利于成本的控制。

在现有技术中的点扫描系统中，为了实现较快的扫描速度，通常都会使用共振振镜。共振振镜可以调节振动幅度，但是无法调节中心位置。所以即使减小共振振镜的振幅，也只能对图像的中心区域进行放大，而不能对图像的任意区域进行放大。

发明内容

本发明提供一种在点扫描激光眼底系统中对图像局部放大的方法及系统，其目的在于解决在点扫描激光眼底系统中不能实现对同一幅图像的任意区域放大的缺陷。

本发明的技术方案是这样的：

一种在点扫描激光眼底中对图像局部放大的方法,其特征在于，包括如下步骤：

设置入射光路和点探测光路；所述入射光路的点光源发出的光依次经过二向色镜、快速扫描装置Y、区域调节装置、慢速扫描装置X和成像透镜组，在人眼上成像；所述入射光经人眼反向散射后，按原光路返回至所述二向色镜，并经所述二向色镜透射后通过点探测光路的聚焦镜聚焦在点探测装置上；所述点探测装置和计算机相连，所述计算机显示人眼的眼底图像；

定义所述点扫描激光眼底中以X方向扫描长度a*Y方向扫描长度b的区域扫描人眼，得到第一眼底图像，其区域中心定义为第一中心OA；

选取所述第一眼底图像的区域上的任意一点，并定义该点为第二中心OB,定义所述第二中心ＯＢ相对于所述第一中心ＯＡ的横、纵坐标偏移量分别为Δx和Δy；

以所述第二中心ＯＢ为中心选取所述第一眼底图像的X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的区域；所述快速扫描装置Y、区域调节装置和慢速扫描装置X互为配合地进行调整，对第一眼底图像的选取区域放大，得到第二眼底图像。

进一步地：所述快速扫描装置Y、区域调节装置和慢速扫描装置X互为配合地进行调整，对第一眼底图像的选取区域放大，得到第二眼底图像的具体步骤为：

定义所述快速扫描装置Y在Y方向扫描得到第一眼底图像时的振动角度为β以及得到第二眼底图像时的振动角度为β`，定义所述成像透镜组的焦距为f,

由公式：f.tanβ＝b/2，求得

$f.\tan (\mathrm{\β}`)=\frac{b`}{2},$ 求得 $\mathrm{\β}`=\arctan \left(\frac{b`}{2f}\right);$

所述快速扫描装置Y在第一眼底图像时在Y方向的振动范围为-β/2～β/2；在第二眼底图像时在Y方向的振动范围为-β`/2～β`/2；

定义所述区域调节装置角度在由所述第一眼底图像变化到所述第二眼底图像的过程中由0变为δ，

定义所述慢速扫描装置X在由所述第一眼底图像变到所述第二眼底图像的过程中在X方向的振动角度分别由α变为α`，根据公式

f.tanα＝a/2，求得

f.tanα`＝a`/2，求得

所述慢速扫描装置X由所述第一眼底图像变到所述第二眼底图像的过程中在X方向的振动范围由-α/2～α/2变为 $-\mathrm{\α}`/2+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right)~$ $\mathrm{\α}`/2+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right).$

本发明还公布了一种在点扫描激光眼底中对图像局部放大的系统，包括，入射光路和点探测光路，所述入射光路的点光源发出的光依次经过二向色镜、快速扫描装置Y、慢速扫描装置X和成像透镜组，在人眼上成像；所述入射光经人眼反向散射后，按原光路返回至所述二向色镜，并经所述二向色镜透射后通过点探测光路的聚焦镜聚焦在点探测装置上，所述点探测装置和计算机相连，在所述快速扫描装置Ｙ和所述慢速扫描装置Ｘ之间的光路上还设置有区域调节装置，所述区域调节装置和所述快速扫描装置Ｙ和所述慢速扫描装置Ｘ互为配合的进行调整，实现对成像在计算机上的眼底图像的任意区域进行放大。

进一步地,所述区域调节装置为慢振镜或者电机带动旋转的平面镜。

进一步地：所述快速扫描装置Y为快振镜，所述慢速扫描装置Ｘ为慢振镜。

进一步地，在所述聚焦镜和所述二向色镜之间还设置有对光路进行微调的反射镜。

进一步地：所述成像透镜组至少包括调屈镜。

进一步地：所述成像头镜组还包括设置在所述慢速扫描装置X和所述调屈镜之间的扫描场镜.

本发明的有益技术效果：由于在快速扫描装置Y和慢速扫描装置X之间的光路上增加了区域调节装置；在光路系统处于初始状态时，系统得到X方向扫描长度a*Y方向扫描长度b的区域的第一眼底图像；如果医生需要对第一眼底图像上的任意区域进行局部放大，则选取X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的区域进行放大；快速扫描装置Y、慢速扫描装置X和区域调节装置互为配合的做相应的调整，最终实现对第一眼底图像局部放大，得到X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的扫描区域的第二眼底图像，并对该第二眼底图像进行放大。该方法和系统方便医生观察人眼眼底图像任意区域的细节；同时，该方法和系统无需更换不同的镜头，不但节约了成本，而且方便医生操作。

说明书附图

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的系统光路图；

图3为本发明中在电脑屏幕上对同一幅图像的不同位置进行抓取放大时位置的坐标变化量；

图4为快速扫描装置Y振动角度β推导示意图；

图5为快速扫描装置Y、区域调节装置和慢速扫描装置X在第一眼底图像和第二眼底图像时候各自振动角度的变化对比图。

图中，各零件序号及对应的名称分别为：1、点探测器；2聚焦镜；3、反射镜；4、二向色镜；5、准直镜；6、点光源；7、快速扫描装置Y；8、区域调节装置；9、慢速扫描装置X；10、扫描场镜；11、调屈镜；12、人眼。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，为了实现在点扫描激光眼底系统中对图像局部放大的目的，本发明按如下步骤执行实现：

S101:设置入射光路和点探测光路；所述入射光路的点光源发出的光依次经过二向色镜、快速扫描装置Y7、区域调节装置8、慢速扫描装置X9和成像透镜组（成像透镜组可以理解为扫描场镜10和调屈镜11的组合），在人眼上成像；所述入射光经人眼12反向散射后，按原光路返回至二向色镜4，并经二向色镜4透射后通过点探测光路的聚焦镜2聚焦在点探测装置1上；所述点探测装置1和计算机（未图示）相连，所述计算机显示人眼的第一眼底图像.

具体而言，参考图2，该图为本发明的系统光路图，点光源6发出的光经过准直镜5入射至二向色镜4，经二向色镜4反向散射后进入快速扫描装置7，再依次经过区域调节装置8、慢速扫描装置X9、扫描场镜10、最后经过调屈镜11入射到人眼12。其中慢速扫描装置X9和快速扫描装置Y7实现了对人眼的二维扫描。当入射光经过人眼反向散射后，按原路返回至二向色镜4（即依次通过调屈装置11、扫描场镜10、慢速扫描装置X9、区域调节装置8和二向色镜4），返回的光经二向色镜4透射后入射至聚焦镜2，最后到达点探测器1上。

S102:定义所述点扫描激光眼底系统以X方向扫描长度a*Y方向扫描长度b的区域扫描人眼，得到第一眼底图像，其区域中心定义为第一中心OA；

该第一眼底图像是人眼经扫描后在电脑上得到的初始图像，此时，设置在慢速扫描装置X9和快速扫描装置Y7之间的区域调节装置8未发挥作用。这个时候，不能对第一眼底图像放大。

S103：选取所述第一眼底图像上的任意一点，并定义该点为第二中心OB,所述第二中心相对于所述第一中心的横、纵坐标偏移量分别为Δx和Δy.

具体地，该步骤的目的在于对第一眼底图像的任意区域进行局部放大，则需要医生在第一眼底图像上任意一点先点击，命名该点为第二中心OB，再以该第二中心选取X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的区域放大。由于被选取的第一眼底图像的a`*b`的区域放大后的图像像素和第一眼底图像的像素不同，故定义放大后的图像为第二眼底图像。定义第二中心OB和第一中心OA两者的横、纵坐标偏移量为Δx和Δy。该步骤为慢速扫描装置X9、区域调节装置8和快速扫描装置Y7根据指令动作提供了部分技术参数。

S104：以所述第二中心ＯＢ为中心选取所述第一眼底图像的X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的区域；所述快速扫描装置Y、区域调节装置和慢速扫描装置X互为配合地进行调整，对第一眼底图像的选取区域放大，得到第二眼底图像。

在得到在第一眼底图像中选取以第二中心OB为中心的a`*b`区域放大的指令后，快速扫描装置Y7、区域调节装置8和慢速扫描装置X9互为配合的工作，以实现对第一眼底图像放大的目的。

具体地，定义快速扫描装置Y7的在得到第一眼底图像（扫描区域a*b区域）时在Y方向振动角度为β，在得到第二眼底图像(扫描区域a`*b`)时振动角度为β`，成像透镜组（未图示）焦距为f。由于前面所述的在第一眼底图像上欲放大的第二眼底图像的成像范围为a`*b`的区域。参考图4，图4为振动角度β的推导计算示意图，该图同样适用于β`的推导计算。快速扫描装置Y7在第一眼底图像对人眼Y方向扫描时，当振动角度为β时，第一眼底图像的成像区域为a*b,在第二眼底图像时候根据公式：

f.tanβ＝b/2  (1)

求得 $\mathrm{\β}=\arctan \left(\frac{b}{2f}\right)---\left(2\right),$

其中，f为成像透镜组（未图示）的焦距。

快速扫描装置Y7是以其振动中心来回振动，因此它在第一眼底图像的振动范围为-β/2～β/2（见图5）,结合公式（2），也就是

$-1/2\arctan \left(\frac{b}{2f}\right)~1/2\arctan \left(\frac{b}{2f}\right)---\left(3\right);$

在第一眼底图像的任意一点（该点命名为第二中心OB)选取a`*b`的图像，欲得到成像区域为X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的第二眼底图像时，快速扫描装置Y7在Y方向的振动角度为β`，

根据公式：f.tanβ`＝b`/2  (4)，

求得 $\mathrm{\β}`=\arctan \left(\frac{b`}{2f}\right)---\left(5\right).$

同样的，此时快速扫描装置Y7在第二眼底图像的振动范围变为-β`/2～β`/2，也就是：

$-1/2\arctan \left(\frac{b`}{2f}\right)~1/2\arctan \left(\frac{b`}{2f}\right)---\left(6\right).$

快速扫描装置Y7在第一眼底图像和第二眼底图像在Y方向的振动角度分别为β和β`，也就是

和

振动范围由-β/2～β/2变为-β`/2～β`/2，也就是由 $-1/2\arctan \left(\frac{b}{2f}\right)~1/2\arctan \left(\frac{b}{2f}\right)$ 变为 $-1/2\arctan \left(\frac{b`}{2f}\right)~$ $1/2\arctan \left(\frac{b`}{2f}\right).$

区域调节装置8在系统成像第一眼底图像时，其振动角度为0，当需要得到第二眼底图像的时候，定义其振动角度为δ：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δy}}{f}\right)---\left(5\right).$

在第一眼底图像时，由于区域调节装置8未配合慢速扫描装置X9和快速扫描装置Y7一起扫描，慢速扫描装置X9对人眼进行X方向扫描的振动角度定义为α；当系统得到第二眼底图像时，区域调节装置8配合慢速扫描装置X9对人眼的X方向扫描;将慢速扫描装置X9的在扫描第二眼底图像时在X方向扫描时的振动角度定义为α`;

根据公式

f.tanα＝a/2  （6）

求得 $\mathrm{\α}=\arctan \left(\frac{a}{2f}\right);---\left(7\right)$

f.tanα`＝a`/2  （8）

求得 $\mathrm{\α}`=\arctan \left(\frac{a`}{2f}\right)---\left(9\right)$

慢速扫描装置X9也是以其振动中心来回振动，因此在第一眼底图像时的振动范围为-a/2～a/2，根据公式（7），得到

在第二眼底图像时，慢速扫描装置X9的振动范围为：

$-1/2\mathrm{\α}`+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right)~1/2{\mathrm{\α}}^{`}+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right),$ 代入公式（9），得到：

$(-1/2)\arctan \left(\frac{a`}{2f}\right)+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right)~(1/2)\arctan \left(\frac{a`}{2f}\right)+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right).$

上面的快速扫描装置Y7、区域调节装置8以及慢速扫描装置X9在第一眼底图像和第二眼底图像时振动角度的变化详细对比可以参考图5，其对比结果一目了然。

因此，通过快速扫描装置Y7、区域扫描装置8和慢速扫描装置X9的配合动作，实现了对第一眼底图像任意区域选取放大的目的，方便医生观察检测人眼的任意局部位置的扫描图像情况。

本发明还公布了一种在点扫描激光眼底系统对图像局部放大的系统，包括，入射光路和点探测光路，所述入射光路的点光源发出的光依次经过二向色镜、快速扫描装置Y7、慢速扫描装置X9和成像透镜组，在人眼上成像；所述入射光经人眼反向散射后，按原光路返回至所述二向色镜4，并经二向色镜4透射后通过点探测光路的聚焦镜2聚焦在点探测装置1上，点探测装置1和计算机（未图示）相连，在快速扫描装置Ｙ7和所述慢速扫描装置Ｘ9之间的光路上还设置有区域调节装置8，区域调节装置8和快速扫描装置Ｙ7和慢速扫描装置Ｘ9互为配合的进行调整，实现对成像在计算机上的眼底图像的任意区域进行放大。

具体地，所述快速扫描装置Ｙ、慢速扫描装置Ｘ和区域调节装置的振动角度改变是指扫描区域由前述的第一眼底图像（X方向扫描长度a*Y方向扫描长度b的扫描区域）变为第二眼底图像（X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的扫描区域）各自振动角度的改变，具体改变见前述步骤S101～Ｓ104，在此不在累述。本系统中快速扫描装置Ｙ、慢速扫描装置Ｘ和区域调节装置配合光路的其他光学元件，实现了对计算机上显示的眼底图像的任意区域进行放大的目的，方便医生观察眼底的细节且无需更换在背景技术中提到的不同的成像镜头。

优选地，在本技术方案中，快速扫描装置Y7为快振镜，慢速扫描装置X9为慢振镜。当然，快速扫描装置Y7也可以是其他能实现快速扫描的装置，如高速电机带动其旋转的反射镜；慢速扫描装置X9也可以是低速电机带动其低速旋转的反射镜。

优选地，区域调节装置8可以为步进电机带动其旋转的平面镜或者采用慢振镜。

进一步地，在前述的成像透镜组至少包括调屈镜11，焦距为f。当然，成像透镜组也可以包括调屈镜11和扫描场镜10，扫描场镜10设置在慢速扫描装置X9和调屈镜11之间的光路上。另外，本发明在前述聚焦镜2和二向色镜4之间的光路上还可以设置反射镜3。添加反射镜3的目的易于对系统光路进行微调。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在点扫描激光眼底中对图像局部放大的方法,其特征在于，包括如下步骤：

设置入射光路和点探测光路；所述入射光路的点光源发出的光依次经过二向色镜、快速扫描装置Y、区域调节装置、慢速扫描装置X和成像透镜组，在人眼上成像；所述入射光经人眼反向散射后，按原光路返回至所述二向色镜，并经所述二向色镜透射后通过点探测光路的聚焦镜聚焦在点探测装置上；所述点探测装置和计算机相连，所述计算机显示人眼的眼底图像；

定义在所述点扫描激光眼底中以X方向扫描长度a*Y方向扫描长度b的区域扫描人眼，得到第一眼底图像，其区域中心定义为第一中心OA；

选取所述第一眼底图像的区域上的任意一点，并定义该点为第二中心OB,定义所述第二中心ＯＢ相对于所述第一中心ＯＡ的横、纵坐标偏移量分别为Δx和Δy；

以所述第二中心ＯＢ为中心选取所述第一眼底图像的X方向扫描长度a`*Y方向扫描长度b`的区域；所述快速扫描装置Y、区域调节装置和慢速扫描装置X互为配合地进行调整，对第一眼底图像的选取区域放大，得到第二眼底图像。

2.如权利要求1所述的在点扫描激光眼底中对图像局部放大的方法，其特征在于：所述快速扫描装置Y、区域调节装置和慢速扫描装置X互为配合地进行调整，对第一眼底图像的选取区域放大，得到第二眼底图像的具体步骤为：定义所述快速扫描装置Y在Y方向扫描得到第一眼底图像时的振动角度为β以及得到第二眼底图像时的振动角度为β`，定义所述成像透镜组的焦距为f,

由公式：f.tanβ＝b/2，求得

$f.\tan (\mathrm{\β}`)=\frac{b`}{2},$ 求得 $\mathrm{\β}`=\arctan \left(\frac{b`}{2f}\right);$

所述快速扫描装置Y在第一眼底图像时在Y方向的振动范围为-β/2～β/2；在第二眼底图像时在Y方向的振动范围为-β`/2～β`/2；

定义所述区域调节装置振动角度在由所述第一眼底图像变化到所述第二眼底图像的过程中由0变为δ，

定义所述慢速扫描装置X在由所述第一眼底图像变到所述第二眼底图像的过程中在X方向的振动角度分别由α变为α`，根据公式

f.tanα＝a/2，求得

f.tanα`＝a`/2，求得

所述慢速扫描装置X由所述第一眼底图像变到所述第二眼底图像的过程中在X方向的振动范围由-α/2～α/2变为 $-\mathrm{\α}`/2+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right)~$ $\mathrm{\α}`/2+\frac{1}{2}\arctan \left(\frac{\mathrm{\Δx}}{f}\right).$

3.一种在点扫描激光眼底中对图像局部放大的系统，包括，入射光路和点探测光路，所述入射光路的点光源发出的光依次经过二向色镜、快速扫描装置Y、慢速扫描装置X和成像透镜组，在人眼上成像；所述入射光经人眼反向散射后，按原光路返回至所述二向色镜，并经所述二向色镜透射后通过点探测光路的聚焦镜聚焦在点探测装置上，所述点探测装置和计算机相连，其特征在于：在所述快速扫描装置Ｙ和所述慢速扫描装置Ｘ之间的光路上还设置有区域调节装置，所述区域调节装置和所述快速扫描装置Ｙ和所述慢速扫描装置Ｘ互为配合的进行调整，实现对眼底图像的任意区域进行放大。

4.如权利3所述的在点扫描激光眼底中对图像局部放大的系统，其特征在于：所述区域调节装置为慢振镜或者电机带动旋转的平面镜。

5.如权利要求3所述的在点扫描激光眼底中对图像局部放大的系统，其特征在于：所述快速扫描装置Y为快振镜，所述慢速扫描装置Ｘ为慢振镜。

6.如权利要求3至5中任意一项所述的在点扫描激光眼底中对图像局部放大的系统，其特征在于，在所述聚焦镜和所述二向色镜之间还设置有对光路进行微调的反射镜。

7.如权利要求6所述的在点扫描激光眼底中对图像局部放大的系统，其特征在于：所述成像透镜组至少包括调屈镜。

8.如权利要求7所述的在点扫描激光眼底中对图像局部放大的系统，其特征在于：所述成像头镜组还包括设置在所述慢速扫描装置X和所述调屈镜之间的扫描场镜。

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