CN103876706A - 检眼镜中的改进以及与检眼镜相关的改进 - Google Patents

Abstract

一种用于确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正的方法，包括：（i）构建包括检眼镜和模型眼的系统的光学描述，（ii）使射线通过系统入射到模型眼表面，（iii）计算表面处的射线的实际测量结果，（iv）确定针对该射线的系统的水平扫描角度和垂直扫描角度，（v）利用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度来计算表面处的射线的期望测量结果，（vi）针对多个其它射线重复步骤（ii）至（v），以及（vii）将表面处的射线的实际测量结果与表面处的射线的相应期望测量结果进行比较以便确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正。

Description

检眼镜中的改进以及与检眼镜相关的改进

技术领域

本发明涉及检眼镜中的改进以及与检眼镜相关的改进，具体涉及对用于检眼镜的眼部表现中的失真的校正的确定。

背景技术

检眼镜一般包括用于将射线从源引导至对象眼睛的一部分上并且用于在射线检测器中收集从对象眼睛的该部分反射的射线的系统。多个光学元件和扫描元件被共同地用来引导并收集射线，而且收集的射线被用来形成对象眼睛的该部分（通常是对象眼睛的视网膜的一部分）的表现。由于眼睛的三维特性、光学元件和扫描元件的固有特性、以及该检眼镜采用的常规操作模式，失真可能会被引入检眼镜产生的眼部表现中。表现中的失真使得很难精确确定对象眼睛该部分的特征的尺寸、结构和位置并将检眼镜眼部表现与利用其它装置得到的眼部表现进行比较。这可能导致眼睛诊断和治疗条件的困难。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正的方法，包括：（i）构建包括检眼镜和模型眼的系统的光学描述，（ii）使射线通过系统入射到模型眼表面，（iii）计算表面处的射线的实际测量结果，（iv）确定针对该射线的系统的水平扫描角度和垂直扫描角度，（v）利用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度来计算表面处的射线的期望测量结果，（vi）针对多个其它射线重复步骤（ii）至（v），以及

（vii）将表面处的射线的实际测量结果与表面处的射线的相应期望测量结果进行比较以便确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正。

通过系统的射线将经历检眼镜和眼睛的失真，而且眼睛表面处的这些射线的实际测量结果将是'具有失真'的测量结果。利用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度计算出来的眼睛表面处的射线的期望测量结果是'没有失真'的测量结果。因此，可通过比较实际和期望测量结果来确定校正。

校对可针对检眼镜的眼部表现中的几何失真。校正可针对检眼镜的眼部表现中的角测量几何失真。校对可针对检眼镜的眼部表现中的空间几何失真。校对可针对检眼镜的眼部表现中的角测量及空间几何失真。

构建包括检眼镜和模型眼的系统的光学描述可包括确定检眼镜的光路特性、确定模型眼的光路特性、以及将光路特性关联以给出系统的光路特性。确定检眼镜的光路特性可包括：查明具有光路影响的检眼镜的组件，查明检眼镜中组件的顺序，建立描述每个组件随时间变化的光路特性的数学函数，按照该顺序将组件的光路特性关联以给出检眼镜的光路特性。确定模型眼的光路特性可包括：查明具有光路影响的模型眼的组件，查明模型眼中组件的顺序，建立描述每个组件的光路特性的数学函数，按照该顺序将组件的光路特性关联以给出模型眼的光路特性。

模型眼表面可以是模型眼的视网膜表面。

使多个射线通过系统描述入射至模型眼表面可包括：利用射线追踪系统。该射线追踪系统可以是可商业获取的射线追踪系统，例如Zemax。利用射线追踪系统可包括将系统的光学描述加载至射线追踪系统，并且针对每个射线确定经过系统的路径。

计算表面处的每个射线的实际测量结果可包括计算每个射线与表面的交叉点的坐标。

针对射线确定水平扫描角度可包括查明用于产生射线的检眼镜的水平扫描元件的角位置，以及利用它来计算针对射线的水平扫描角度。针对射线确定系统的垂直扫描角度可包括查明用于产生射线的检眼镜的垂直扫描元件的角位置，以及利用它来计算针对射线的垂直扫描角度。

计算表面处的每个射线的期望测量结果可包括采用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度来计算每个射线与表面的交叉点的坐标。

确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正可包括导出将模型眼表面处的射线的实际测量结果映射至模型眼表面处的射线的相应期望测量结果的全纯映射。确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正可包括构建校正查找表（LUT），该校正查找表包括针对多个射线的每一个的模型眼表面处的射线的实际位置与模型眼表面处的射线的相应期望位置的对照。

射线可包括针对检眼镜的眼部表现的多个像素的每一个的至少一个射线。计算表面处的射线的实际测量结果可包括计算针对多个像素的每一个的至少一个射线与表面的交叉点的坐标。针对多个像素的每一个的至少一个射线可以是每个像素的中点处的射线。计算表面处的射线的期望测量结果可包括采用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度来计算每个射线与表面的交叉点的坐标。

该方法还可包括针对模型眼的多个非零视线角确定用于检眼镜的眼部表现中的失真的校正。对于每个非零视线角，还可包括利用模型眼的凹视位置测量视线角。可针对多个非零视线角的每一个来构建校正LUT。

系统的检眼镜可代表单个实际的检眼镜或者代表都具有或者意图具有相同光学特性的多个实际的检眼镜。系统的检眼镜可表示构想的检眼镜，例如将在其实际构建之前测试的检眼镜。

根据本发明的第二方面，提供了一种计算机程序，其在被执行时执行本发明的第一方面的方法。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读介质，其存储了程序指令，该程序指令在被执行时执行本发明的第一方面的方法。

根据本发明的第四方面，提供了一种校正利用检眼镜获取的眼部表现中的失真的方法，包括：

利用本发明的第一方面的方法获取针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正，以及

利用校正来将获取的眼部表现的点映射至校正的眼部表现的相应点。

眼部表现可包括视网膜眼部表现。获取针对检眼镜的眼部表现中的失真的校对可包括执行本发明第一方面的方法。获取针对检眼镜的眼部表现中的失真的校对可包括第三方执行本发明第一方面的方法并从第三方接收校对。

使用校对可包括使用全纯映射将获取的眼部表现的点映射至校正的眼部表现的相应的点。使用校对将获取的眼部表现的点映射至校正的眼部表现的相应的点可包括使用校正LUT，校正LUT包括获取的眼部表现的每个点的位置与校正的眼部表现的相应点的位置的对照。使用校对将获取的眼部表现的点映射至校正的眼部表现的相应的点可包括使用校正LUT，校正LUT包括针对获取的眼部表现的多个像素的每一个的点，获取的眼部表现的像素的标识与校正的眼部表现的相应点的位置的对照。

该方法还包括使用获取的眼部表现的凹视位置测量视线角，针对视线角选择校正LUT，以及利用所选的校正LUT来将获取的眼部表现的点映射至校正的眼部表现的相应点。

该方法还包括利用已知数量的图像投影技术中的一种来将3D校正眼部表现转换成2D校正眼部表现。图像投影技术可以是立体投影技术。图像投影技术可以是从3D表现至2D表现保持角度的等角投影技术。图像投影技术可以是从3D表现至2D表现保持距离的等距投影技术。图像投影技术可以是从3D表现至2D表现保持面积的保持面积投影技术。

将校正的眼部表现从3D表现转换为2D表现可包括3D表现的数据的插值或2D表现的数据的插值。

2D校正的眼部表现可被用来计算眼睛特征的测量结果。测量结果可包括特征的尺寸、坐标、弧长、面积和角度。特征的测量结果可被用来对染病的/受伤的伪假象进行分类和纵向追踪，从而改进获取的眼部表现、诊断和治疗计划之间的关联。采用另一眼睛捕获模式的有意义的比较也是可行的，由此允许多个成像模式之间的特征尺寸、位置等的相关测量。

根据本发明的第五方面，提供了一种利用本发明的第四方面的方法获取的校正的眼部表现。

根据本发明的第六方面，提供了一种计算机程序，其在被执行时执行本发明的第四方面的方法。

根据本发明的第七方面，提供了一种计算机可读介质，其存储了程序指令，该程序指令在被执行时执行本发明的第四方面的方法。

根据本发明的第八方面，提供了一种检眼镜，包括根据本发明的第二方面所述的计算机程序本发明和/或根据本发明的第六方面所述的计算机程序。

附图说明

将参考附图并仅仅通过示例的方式来描述本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明的第八方面的检眼镜的示意表现;

图2是示出本发明的第一方面的方法的流程图，以及

图3是示出本发明的第四方面的方法的流程图。

具体实施方式

参见图1，检眼镜10是在用于获取病人眼睛的表现（例如，病人眼睛的视网膜的一部分的表现）时将在获取的表现中引入失真的检眼镜的示例。检眼镜10包括平行光源12、第一扫描元件14、第二扫描元件16、扫描补偿装置18以及扫描传递装置20。平行光源12将光束13引导至第一扫描元件14。这就产生了第一垂直方向上的光束的扫描（由射线A、B和C表示）。光束入射到扫描补偿装置18，并且从其反射至第二扫描元件16。这就产生了第二水平方向上的光束的扫描。光束入射到扫描传递装置20，扫描传递装置20具有两个焦点，第二扫描元件16布置在第一焦点处，病人的眼睛22布置在第二焦点处。来自第二扫描元件16的入射到扫描传递装置20上的光束被导入眼睛22，并将撞击在眼睛视网膜的一部分上。检眼镜10的组件组合起来以提供从外部点源到视网膜部分上的入射光的二维扫描。随着入射光束在视网膜部分上扫描，它将在那上面反射以产生反射光束，反射光束通过检眼镜10的组件被传递回去并被一个或多个检测器（未示出）接收。

为了获取视网膜表现，入射光束在眼睛22的视网膜部分上方按照由彼此垂直操作的第一和第二扫描元件14、16而产生的光栅扫描模式进行扫描。第一和第二扫描元件连续操作，以便从扫描起始时间到扫描终止时间产生视网膜部分上的连续入射光束以及来自视网膜部分的连续反射光束。检测器被操作来在整个扫描期间以固定时间间隔（例如30ns）对反射光束进行记录或采样。在每个时间间隔，入射光束在视网膜部分的一部分上扫描，并且来自视网膜部分的该部分的反射光束被记录并被分配给与视网膜部分的该部分相关的像素。结果是视网膜部分的一个像素化的表现。

在检眼镜10中，由于光学元件和扫描元件14、16、18、20的固有特性（以及眼睛的三维特性），光瞳面处的扫描角度不均匀。因此，在检眼镜10的常规操作模式下，扫描的每个相等的时间间隔内覆盖的角度以及每个时间间隔内扫描的视网膜部分的一部分是具有视网膜弧长的非线性，从而导致所获取的视网膜部分表现中的失真，其由不均匀像素组成。像素在角度方面和空间方面都不一致，从而与实际视网膜相比时，在获取的视网膜部分表现中引入了非线性和蜷曲。获取的表现的几何形状由反射光束采样的时间间隔以及检眼镜的角扫描模式确定。

检眼镜10包括在被执行时执行确定针对检眼镜的视网膜表现中的失真的校正的方法的计算机程序（未示出），而且包括在被执行时执行校正利用检眼镜获取的视网膜表现中的失真的方法的计算机程序（未示出）。针对检眼镜10的视网膜表现中的失真的校正如下所述地确定，见图2。构造包括检眼镜10和模型眼的系统光学描述（步骤30）。模型眼可以是任意的多个标准模型眼。检眼镜10和模型眼的光路特性被确定并关联以给出光路特性。检眼镜10的光路特性可通过如下确定：查明具有光路影响的检眼镜10的组件，查明检眼镜10的组件的顺序，建立描述每个组件随时间变化的光路特性的数学函数，以及按照该顺序将组件的光路特性关联以给出检眼镜10的光路特性。模型眼的光路特性可从眼睛相关信息获知，或者以类似于检眼镜10的方式确定。

随后，使射线通过系统光学描述入射至模型眼的表面（在当前情况下为模型眼的视网膜表面）上（步骤32）。这是通过将系统光学描述载入Zemax射线追踪系统并确定射线通过系统的路径来实现的。射线被选择成对应于所获取的检眼镜10的视网膜表现的像素的中点。射线追踪考虑了检眼镜和模型眼的整个光路上以及检眼镜的扫描处理中发生的所有反射和折射等。

随后，通过计算射线与视网膜表面的交叉点的坐标来计算视网膜表面处的射线的实际测量结果（步骤34）。坐标可以是xy坐标或视网膜表面处的球面坐标。包含射线的交叉坐标的数据文件由Zemax射线追踪系统产生。

随后，通过查明产生射线的检眼镜10的水平扫描元件16的角位置以及垂直扫描元件14的角位置，并利用它们来计算针对射线的扫描角度，由此针对射线确定系统的水平扫描角度和垂直扫描角度（步骤36）。利用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度计算射线在视网膜表面处的期望测量结果（步骤38），由此计算射线与视网膜表面的交叉点的坐标。

随后，针对多个其它射线重复步骤32至38（步骤40）。射线被选择使得它们对应于所获取的检眼镜10的视网膜表现的其它像素的中点。

随后，将射线在视网膜表面处的实际的或者'具有失真的'测量结果与射线在视网膜表面处的相应期望的或者'没有失真的'测量结果进行比较，从而确定针对系统的（因此检眼镜10的）光学描述的视网膜表现中的失真的校正（步骤42）。来自射线追踪的数据文件在Matlab中进行分析以产生校正（该校正包括将视网膜表面处射线的实际测量结果映射至视网膜表面处射线的相应期望测量结果的全纯映射），并产生构建校正LUT，该校正LUT包括针对每个像素的像素的标识与视网膜表面处的像素的射线的相应期望测量结果的位置的对照。

随后，校正利用检眼镜10获取的视网膜表现，见图3。利用上述方法获取将被采用的校正（步骤50）。随后，利用校正来将获取的视网膜表现的点映射至校正的视网膜表现的相应点（步骤52）。校正LUT可被用来将获取的视网膜表现的点映射至校正的视网膜表现的点。

视网膜表现校正方法还可包括：利用获取的视网膜表现的凹视位置来测量视线角，针对视线角选择校正LUT，以及利用所选的校正LUT来将获取的视网膜表现的点映射至校正的视网膜表现的相应点。

视网膜表现校正方法还可包括：利用已知数量的图像投影技术中的一种（例如共形立体投影技术）来将3D校正眼部表现转换成2D校正眼部表现。立体投影将校正视网膜表现的坐标映射至眼睛的中心处的平面并与光轴正交。算术上，利用下述等式该投影将校正的视网膜表现的3D笛卡尔坐标（x，y，z）转换至2D笛卡尔坐标（Y，Z）

$Y=\frac{\mathrm{yR}}{R+x},Z=\frac{\mathrm{zR}}{R+x}$

其中R是眼睛半径（一般R=12mm）。一些类型的插值或像素丢弃是必须的，这是因为3D球面校正视网膜表现的网格不会均匀地投影至投影平面的矩形网格。立体投影数据的线性投影被执行来产生由等数量的水平及垂直像素组成的最终视网膜表现。立体投影通过将特征重新布置至它们应该处于的位置来产生视网膜的更自然的视觉。

2D校正视网膜表现可被用来计算表现的特征的测量结果。测量结果可包括特征的尺寸、坐标、弧长、面积和角度。视网膜特征的测量结果可用于对染病的/受伤的伪假象进行分类和纵向追踪，从而改进获取的视网膜表现、诊断和治疗计划之间的关联。采用另一视网膜捕获模式的有意义的比较也是可行的，由此允许多个成像模式之间的特征尺寸、位置等的相关测量。

校正方法还可包括在反馈回路中使用校正LUT，从而动态地改变捕获的视网膜表现像素信息的捕获时间间隔。

Claims (20)

1.一种用于确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正的方法，包括：

（i）构建包括检眼镜和模型眼的系统的光学描述，

（ii）使射线通过系统入射到模型眼表面，

（iii）计算表面处的射线的实际测量结果，

（iv）确定针对该射线的系统的水平扫描角度和垂直扫描角度，

（v）利用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度来计算表面处的射线的期望测量结果，

（vi）针对多个其它射线重复步骤（ii）至（v），以及

（vii）将表面处的射线的实际测量结果与表面处的射线的相应期望测量结果进行比较以便确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正。

2.根据权利要求1所述的方法，其中构建包括检眼镜和模型眼的系统的光学描述包括确定检眼镜的光路特性、确定模型眼的光路特性、以及将光路特性关联以给出系统的光路特性。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中使多个射线通过系统描述入射至模型眼表面包括：利用射线追踪系统并将系统的光学描述加载至射线追踪系统，并且针对每个射线确定经过系统的路径。

4.根据任意前述权利要求所述的方法，其中计算表面处的每个射线的实际测量结果包括计算每个射线与表面的交叉点的坐标。

5.根据任意前述权利要求所述的方法，其中针对射线确定水平扫描角度包括查明用于产生射线的检眼镜的水平扫描元件的角位置，以及利用它来计算针对射线的水平扫描角度；而且，针对射线确定系统的垂直扫描角度包括查明用于产生射线的检眼镜的垂直扫描元件的角位置，以及利用它来计算针对射线的垂直扫描角度。

6.根据任意前述权利要求所述的方法，其中计算表面处的每个射线的期望测量结果包括采用系统的水平扫描角度和垂直扫描角度来计算每个射线与表面的交叉点的坐标。

7.根据任意前述权利要求所述的方法，其中确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正包括导出将模型眼表面处的射线的实际测量结果映射至模型眼表面处的射线的相应期望测量结果的全纯映射。

8.根据任意前述权利要求所述的方法，其中确定针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正包括构建校正查找表（LUT），该校正查找表包括针对多个射线的每一个的模型眼表面处的射线的实际位置与模型眼表面处的射线的相应期望位置的对照。

9.根据任意前述权利要求所述的方法，还包括通过利用模型眼的凹视位置进一步测量视线角来针对模型眼的多个非零视线角确定用于检眼镜的图像失真的校正。

10.根据权利要求9所述的方法，其中针对多个非零视线角的每一个构建校正LUT。

11.一种计算机程序，其在被执行时执行根据权利要求1至10之一所述的方法。

12.一种计算机可读介质，其存储了程序指令，该程序指令在被执行时执行根据权利要求1至10之一所述的方法。

13.一种校正利用检眼镜获取的眼部表现中的失真的方法，包括：

利用根据权利要求1至10之一所述的方法获取针对检眼镜的眼部表现中的失真的校正，以及

利用校正来将获取的眼部表现的点映射至校正的眼部表现的相应点。

14.根据权利要求13所述的方法，还包括：利用获取的眼部表现的凹视位置来测量视线角，针对视线角选择校正LUT，以及利用所选的校正LUT来将获取的眼部表现的点映射至校正的眼部表现的相应点。

15.根据权利要求13或14所述的方法，还包括利用已知数量的图像投影技术中的一种来将3D校正眼部表现转换成2D校正眼部表现。

16.根据权利要求13至15之一所述的方法，其中2D校正眼部表现被用来计算眼部表现的特征的测量结果。

17.一种利用根据权利要求13至16之一所述的方法获取的校正的眼部表现。

18.一种计算机程序，其在被执行时执行根据权利要求13至16之一所述的方法。

19.一种计算机可读介质，其存储了程序指令，该程序指令在被执行时根据权利要求13至16之一所述的方法。

20.一种检眼镜，包括根据权利要求11所述的计算机程序和/或根据权利要求19所述的计算机程序。

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