CN105011902A - 基于液体透镜的手持式眼底照相机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于液体透镜的手持式眼底照相机，包括壳体，所述壳体内部设有照明光源、图像传感器、第一透镜组件、第二透镜组件、液体透镜、驱动电路、信号处理单元、控制组件以及电源组件；所述信号处理单元，用于控制照明光源的工作状态，还用于接收处理图像传感器采集到的数字信号，以获取图像的清晰度评价指标，并根据图像的清晰度评价指标发出一控制信号来控制驱动电路的工作状态；所述驱动电路，用于接收所述信号处理单元发出的控制信号以驱动液体透镜的工作状态；所述电源组件，用于为照明光源、图像传感器、驱动电路、信号处理单元以及控制组件供电。本发明结构简单、体积小，能够基于图像清晰度指标的反馈控制实现全自动对焦。

Description

基于液体透镜的手持式眼底照相机

技术领域

本发明涉及医学影像领域，尤其涉及一种基于液体透镜的手持式眼底照相机。

背景技术

手持式眼底照相机属于医学影像领域，用于获取人眼视网膜图像，起到眼底病检查以及辅助其他器官病情判断的功能。目前手持式眼底照相机的调焦主要有两种方法，一种是调节光学组件或者是传感器相对位置的手动调焦方式，另一种是自动调焦方式。而当前的手动调焦和自动调焦方式都需要复杂的机械和电机驱动方式，限制了手持式眼底照相机体积、重量和电池续航时间等指标的提升。

随着能动光学器件的发展，能动光学技术逐步应用到眼科光学成像中，如激光共聚焦技术。在眼底照相机领域，有的眼底照相机采用变形镜消除眼睛和成像光学系统像差实现细胞级成像，这种眼底照相机使用激光或者闪光灯作为照明光源，而由于其采用了MEMS或者压电陶瓷驱动的变形镜，系统需要高压放大器驱动变形镜，另外这类眼底显微镜光路非常复杂，不能满足手持式设备对便携性、灵活性的要求。

液体透镜是近年来发展起来廉价的能动光学器件，它采用液体作为光通道，利用电磁驱动技术改变液体透镜的光焦度，达到调焦的目的。由于液体透镜无需额外机械调焦机构，降低了光学系统的体积，已经在内窥镜中取得了应用。其中，申请号为201310728493.6的中国发明专利公开了一种基于变曲率式液体透镜的便携式眼底照相机，主要目的是采用液体变曲率透镜代替传统的机械调焦结构，起到简化系统结构的目的。该发明采用分光镜合束的方式实现引导光和白光的眼底照明，在成像光路中又引入了一个分光镜、十字叉丝和目标定位器实现视轴和光轴的重合，其对焦方式是手动调节液体凸透镜的控制参数，没有实现自动对焦。但是，由于该发明的技术路线引入了两个分光镜、十字叉丝和目标定位器等光学元件，使得光路较为复杂，增加了相机的装调难度，而且眼底反射回光非常弱，故分光镜的引入进一步增加了对传感器和曝光量的要求，使系统成本难以降低，人眼所承担的光辐射量也较大。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种结构简单、体积小，且能实现全自动对焦的基于液体透镜的手持式眼底照相机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于液体透镜的手持式眼底照相机，包括壳体，所述壳体内部设有照明光源、图像传感器、第一透镜组件、第二透镜组件、液体透镜、驱动电路、信号处理单元、控制组件以及电源组件；

所述照明光源，用于对眼底进行照明；

所述图像传感器，用于将获取的图像的光学信号转换为数字信号；

所述第一透镜组件，位于所述壳体的左前端，用于将所述照明光源发出的光束聚焦到眼底，形成对眼底的均匀照明，还用于聚拢眼底反射回来的光束；

所述第二透镜组件，位于所述第一透镜组件与图像传感器之间，用于与第一透镜组件一起将眼底反射回来的光束聚焦到图像传感器上；

所述信号处理单元，用于控制照明光源的工作状态，还用于接收处理图像传感器采集到的数字信号，以获取图像的清晰度评价指标，并根据图像的清晰度评价指标发出一控制信号来控制驱动电路的工作状态；

所述驱动电路，用于接收所述信号处理单元发出的控制信号以驱动液体透镜的工作状态；

所述控制组件，用于与信号处理单元相连，以实现拍照控制；

所述电源组件，用于为照明光源、图像传感器、驱动电路、信号处理单元以及控制组件供电；

其中所述液体透镜位于第一透镜组件和第二透镜组件之间，或者第二透镜组件和图像传感器之间。

优选的，所述照明光源包括至少一个引导光源以及至少一个曝光光源，所述引导光源与曝光光源均与信号处理单元相连。

优选的，所述第一透镜组件为一个非球面透镜。

优选的，所述第二透镜组件由两个分离的双胶合透镜构成。

优选的，所述控制组件为与信号处理单元相连的机械按键或触控屏中的任一种。

优选的，所述手持式眼底照相机还包括显示模块、数据存储单元以及数据传输接口；所述显示模块、数据存储单元以及数据传输接口均与信号处理单元相连，并均由电源组件供电。

优选的，所述显示模块位于所述壳体的外侧，所述数据存储单元以及数据传输接口均装嵌于所述壳体的内部。

优选的，所述数据传输接口为有线数据接口和无线数据接口中的一种。

本发明的有益效果如下：

该基于液体透镜的手持式眼底照相机的结构简单、体积小，能够基于图像清晰度指标的反馈控制实现全自动对焦。本发明中的光路较为简单，减少了相机的装调难度，使得人眼所承担的光辐射量较小，而眼底反射回来的光束较强。并且在保证拍摄质量的同时也使得基于液体透镜的手持式眼底照相机的生产成本降低。

附图说明

图1为本发明基于液体透镜的手持式眼底照相机的较佳实施方式的结构图。

图2为本发明基于液体透镜的手持式眼底照相机的较佳实施方式的照明光路。

图3为本发明基于液体透镜的手持式眼底照相机的较佳实施方式的成像光路。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

请参见图1，本发明涉及一种基于液体透镜的手持式眼底照相机，其较佳实施方式包括壳体12，壳体12内部设有照明光源1、图像传感器2、第一透镜组件3、第二透镜组件4、液体透镜10、驱动电路11、信号处理单元5、控制组件6以及电源组件13。

具体的，照明光源1，用于对眼底进行照明。这里的照明光源为能够发出波长在400nm-2000nm之间的窄波段单色或宽波段光束的光源。照明光源可以是发光二极管、激光器和闪光灯中的一种，也可以是多个以上光源的组合。作为优选的，照明光源1包括至少一个引导光源以及至少一个曝光光源，而引导光源与曝光光源均与信号处理单元相连。引导光源可以在信号处理单元的控制下进行关闭和打开。曝光光源可以在信号处理单元的控制下进行曝光，其中曝光时间一般在0.2毫秒-300毫秒之间。进一步优选的，照明光源1可以包括一个红外LED(850nm波段)和一个白光LED(450nm-650nm)，红外LED和白光LED均可以镶嵌在同一个PCB板上，其中红外LED可以用作引导光源，白光LED可以用作曝光光源。

图像传感器2，用于将获取的图像的光学信号转换为数字信号。这里的图像传感器是一个二维图像传感器，其可以是CCD、CMOS或由一维传感阵列组成的二维光电传感器件中的一种。作为优选的，图像传感器可以是一个1920*1080分辨率的CMOS芯片。

如图2和图3所示，第一透镜组件3，位于所述壳体的左前端，用于将所述照明光源发出的光束聚焦到眼底，形成对眼底的均匀照明，即形成照明光路。第一透镜组件还用于聚拢眼底反射回来的光束，用于形成成像光路。其中，该第一透镜组件由一组光学元件或者空间距离构成，作为优选的，其具体可以是一个非球面透镜。

第二透镜组件4，位于第一透镜组件3与图像传感器2之间，用于与第一透镜组件3一起将眼底反射回来的光束聚焦到图像传感器2上。这里的第二透镜组件由一组光学元件或者空间距离构成，每组光学元件包含至少一个透镜。其中，作为优选的，第二透镜组件可以由两个分离的双胶合透镜构成。这里的双胶合透镜还起到了校正色差的作用。

信号处理单元5，用于控制照明光源的工作状态，还用于接收处理图像传感器采集到的数字信号，以获取图像的清晰度评价指标，并根据图像的清晰度评价指标发出一控制信号来控制驱动电路11的工作状态。这里的信号处理单元5可以是一个包含DSP和ARM芯片的SOC。该控制信号能够控制驱动电路11加载到液体透镜10的信号强度。为得到上述控制信号，信号处理单元包括一液体透镜控制算法模块，液体透镜控制算法模块根据图像清晰度评价指标计算加载以得到液体透镜控制器的信号强度，即作用于驱动电路的控制信号。

其中，图像清晰度评价指标是眼底图像灰度值的变换，一般选取一个区域或图像数个区域内灰度值的和，或者是平方和，或者是几次方和，也可以是基于灰度值梯度、图像熵、基于频域傅里叶变换或者是小波变换的值。

液体透镜控制算法模块采用的是基于图像清晰度评价指标的反馈控制算法，可以是PID、遗传算法、随机并行梯度下降算法、模拟退火算法或者查表法。作为优选的，液体透镜控制算法模块采用爬山法，爬山法是一种随机反馈控制算法。因为图像清晰度评价指标和液体透镜的控制信号之间很难得到一个解析表达式，这类情况下一般采用随机反馈控制算法实现图像清晰度指标的最大化，从而使获得图片清晰度最高。

驱动电路11，用于接收所述信号处理单元发出的控制信号以驱动液体透镜10的工作状态。其中，驱动电路通过I2C接口与信号处理单元连接，用于接收信号处理单元的控制信号，并将该控制信号转换后加载到液体透镜上，以完成对液体透镜焦距的控制。其中液体透镜10位于第一透镜组件和第二透镜组件之间，或者第二透镜组件和图像传感器之间。

控制组件6，用于与信号处理单元5相连，以实现拍照控制。控制组件作为一个输入装置，可以为与信号处理单元相连的机械按键或触控屏中的任一种。

再者，电源组件13，用于为照明光源、图像传感器、驱动电路、信号处理单元以及控制组件供电。电源组件可以是锂电池，当然也可以是其他类型的电池。

作为进一步优选的，手持式眼底照相机还包括显示模块7、数据存储单元8以及数据传输接口9；所述显示模块7、数据存储单元8以及数据传输接口9均与信号处理单元相连，并均由电源组件供电。显示模块位于所述壳体的外侧，数据存储单元以及数据传输接口均装嵌于所述壳体的内部。

其中，控制组件6能够通过信号处理单元5控制显示模块7的工作状态，即实现图片的浏览。数据存储单元8可以是机械硬盘，也可以是固态硬盘，也可以是SD或T-Flash等存储卡。数据传输接口9为有线数据接口和无线数据接口中的一种。当数据传输接口9为有线数据接口时，其可以是USB接口，也可以是CameraLink接口。当数据传输接口9为无线数据接口时，其可以是Wifi接口、Zigbee接口以及蓝牙接口中的任一种。

具体的，本发明的基于液体透镜的手持式眼底照相机的照明光路和成像光路分别如图2和图3所示。照明光源发出的光通过第一透镜组件进入人眼以形成照明光路。同时眼底反射回来的光束依次通过第一透镜组件、第二透镜组件以及液体透镜聚焦到图像传感器上，图形传感器将获取的图像的光学信号转换为数字信号并传送给信号处理单元，以获取图像的清晰度评价指标，并根据图像的清晰度评价指标发出一控制信号，该控制信号用于控制驱动电路以使得液体透镜进行自动调焦，从而获得清晰度更高的图片。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于液体透镜的手持式眼底照相机，包括壳体，其特征在于，所述壳体内部设有照明光源、图像传感器、第一透镜组件、第二透镜组件、液体透镜、驱动电路、信号处理单元、控制组件以及电源组件；

所述照明光源，用于对眼底进行照明；

所述图像传感器，用于将获取的图像的光学信号转换为数字信号；

所述第一透镜组件，位于所述壳体的左前端，用于将所述照明光源发出的光束聚焦到眼底，形成对眼底的均匀照明，还用于聚拢眼底反射回来的光束；

所述第二透镜组件，位于所述第一透镜组件与图像传感器之间，用于与第一透镜组件一起将眼底反射回来的光束聚焦到图像传感器上；

所述信号处理单元，用于控制照明光源的工作状态，还用于接收处理图像传感器采集到的数字信号，以获取图像的清晰度评价指标，并根据图像的清晰度评价指标发出一控制信号来控制驱动电路的工作状态；

所述驱动电路，用于接收所述信号处理单元发出的控制信号以驱动液体透镜的工作状态；

所述控制组件，用于与信号处理单元相连，以实现拍照控制；

所述电源组件，用于为照明光源、图像传感器、驱动电路、信号处理单元以及控制组件供电；

其中所述液体透镜位于第一透镜组件和第二透镜组件之间，或者第二透镜组件和图像传感器之间。

2.如权利要求1所述的基于液体透镜的手持式眼底照相机，其特征在于：所述照明光源包括至少一个引导光源以及至少一个曝光光源，所述引导光源与曝光光源均与信号处理单元相连。

3.如权利要求1所述的基于液体透镜的手持式眼底照相机，其特征在于：所述第一透镜组件为一个非球面透镜。

4.如权利要求1所述的基于液体透镜的手持式眼底照相机，其特征在于：所述第二透镜组件由两个分离的双胶合透镜构成。

5.如权利要求1所述的基于液体透镜的手持式眼底照相机，其特征在于：所述控制组件为与信号处理单元相连的机械按键或触控屏中的任一种。

6.如权利要求1至5中任一项所述的基于液体透镜的手持式眼底照相机，其特征在于：所述手持式眼底照相机还包括显示模块、数据存储单元以及数据传输接口；所述显示模块、数据存储单元以及数据传输接口均与信号处理单元相连，并均由电源组件供电。

7.如权利要求6所述的基于液体透镜的手持式眼底照相机，其特征在于：所述显示模块位于所述壳体的外侧，所述数据存储单元以及数据传输接口均装嵌于所述壳体的内部。

8.如权利要求6所述的基于液体透镜的手持式眼底照相机，其特征在于：所述数据传输接口为有线数据接口和无线数据接口中的一种。