一种多彩线扫描眼底成像装置及多彩眼底图像合成方法
技术领域
本发明涉及到眼科成像设备领域,尤其是涉及到利用多种单色线光束扫描人眼,得到若干张线扫描眼底图像,以及将该若干张线扫描图像拼接成一张多彩眼底图像的技术领域。
背景技术
目前眼科设备中能用于眼底白光成像的就眼底相机,但眼底相机存在成像清晰度不足等缺陷,不利于细微病症的诊断。而线扫描成像系统具有较高的成像分辨率、成像对比度及成像质量。但是目前的线扫描成像系统的光源通常采用近红外光源,相比于眼底相机中的白光光源,其所成的灰度图不利于某些能通过反光颜色区分病症区域的患者的眼底检查。因此,眼底相机和线扫描成像系统各自具有自己的优缺点,不能满足患者眼部检测的需要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中眼底相机和线扫描成像系统各自的缺点,设计了一种多彩线扫描眼底成像装置;本发明还公布了一种利用该装置扫描人眼得到j+m-1张m×k个像素的图像,并将该j+m-1张m×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图像的方法。
本发明公布的一种多彩线扫描眼底成像装置,包括:线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元;
所述线光束生成单元发出m条不同的单色线光束,m条不同的所述单色线光束被所述光束传递单元反射至所述扫描单元,经所述扫描单元反射至所述透镜组,由所述透镜组透射至人眼眼底;所述扫描单元使m条不同的所述单色线光束依次扫描眼底,经眼底散射后,返回的m条不同的所述单色线光束携带眼底信息,由所述透镜组返回至所述扫描单元并被所述扫描单元反射,经过所述光束传递单元入射至所述第一透镜,在所述成像单元上成像,得到n张、每张均包含m×k个像素的图像;其中m≥2,k表示每一行像素的像素个数。
进一步地:所述光束传递单元为反射镜或者二向色镜;当所述光束传递单元为反射镜时,所述反射镜的反射面小于所述第一透镜的通光口径,返回至所述扫描单元并被所述扫描单元反射的所述单色线光束除一小部分被所述反射镜遮挡外,其余大部分经过所述反射镜的外围区域入射至所述第一透镜;当所述光束传递单元为二向色镜时,返回至所述扫描单元并被所述扫描单元反射的所述单色线光束,部分由所述二向色镜透射至所述第一透镜。
进一步地:所述线光束生成单元包括:m种不同的单色点光源、第二透镜和柱透镜;m种不同的所述单色点光源发出的m条单色光束依次穿过所述第二透镜和所述柱透镜后,形成m条不同的所述单色线光束。
进一步地:m条不同的所述单色线光束经过所述传递单元、所述扫描单元和所述透镜组后入射到眼底Er,在眼底Er上形成m条细亮线ErAm;所述m条细亮线ErAm经扫描单元扫描眼底后携带眼底信息,经眼底散射由所述透镜组返回至所述扫描单元,经过所述光束传递单元和所述第一透镜在所述成像单元上形成m条细亮线像ErAm’;其中,每一细亮线像至少对应所述成像单元上的一行像素,每一细亮线像和对应的细亮线共轭;所述成像单元包含不少于m×k个像素。
进一步地:所述扫描单元扫描眼底时,扫描单元从第一转角到最大转动位置之间依次转动n个角度;所述m条细亮线ErAm作为整体在眼底依次平移n个部位,经所述成像单元成像,得到n张、每张均包含m×k个像素的图像。
进一步地:所述m条细亮线ErAm作为整体在眼底依次平移n个部位,经所述成像单元分别成像,得到n张、每张均包含m×k个像素的图像,具体步骤如下:
当所述扫描单元处于第一转角时,所述m条细亮线ErAm位于眼底的一侧;所述成像单元采集第一张m×k个像素的图像;
当所述扫描单元经转动处于第二转角时,所述m条细亮线ErAm在眼底的一侧整体平移一定距离,所述成像单元采集第二张m×k个像素的图像;其中,在所述扫描单元处于第二转角时,所述m条细亮线ErAm中的任意第b条细亮线ErAb和所述扫描单元处于所述第一转角时第b+1条细亮线ErAb+1扫描的眼底位置重合;1≤b≤m-1,且b为变量;
所述扫描单元继续转动并到达最大转角,所述m条细亮线ErAm在眼底上整体依次共平移n个位置,所述成像单元共采集n张、每张包含m×k个像素的图像;其中,在所述成像单元采集任意一张m×k个图像时,所述任意第b条细亮线ErAb和装置采集前一张图像时所述第b+1条细亮线ErAb+1扫描的眼底位置重合。
进一步地:所述成像单元为面阵成像单元。
进一步地:所述m条细亮线ErAm作为整体在眼底依次平移n个部位,是指:所述m条不同的单色线光束在眼底上按照从上到下,或者从下到上,或者从左到右,或者从右到左的顺序平移n个位置。
进一步地:所述成像单元为线阵成像单元,包括:m-1个分光镜和m个线阵成像单元;所述m-1个分光镜将从所述第一透镜接收到的m条细亮线ErAm透射或反射在m个线阵成像单元上,得到m条细亮线像ErAm’;其中,每一个线阵成像单元上只有一条细亮线像ErAm’;所述一张包含m×k个像素的图像由m组、每组均为1×k像素的图像按在眼底上的扫描位置组成。
进一步地:所述m个线阵成像单元同时为线阵CCD相机或者同时为线阵CMOS相机,或者同时为线阵CCD相机与线阵CMOS相机的组合。
进一步地:所述透镜组包括第三透镜和接目物镜,所述第三透镜靠近所述扫描单元设置。
本发明还公布了一种多彩眼底图像的合成方法,包括如下步骤:
利用多彩线扫描眼底成像装置扫描眼底,得到j+m-1张、每张均包含m×k像素的图像;
将所述j+m-1张、每张均包含m×k像素的图像合成为一张j×k个像素的多彩眼底图像;
其中,m≥2,j为所述多彩眼底图像的像素行数。
进一步地:将所述j+m-1张m×k个像素的图像合成为一张j×k个像素的多彩眼底图像,具体步骤如下:
求出所述j×k个像素的多彩眼底图像的第Q(1≤Q≤j)行像素值;
以和求第Q行像素值同样的方法求出多彩眼底图像的其余j-1行像素值;
将j行像素值依次拼接成一张所述j×k个像素的多彩眼底图像。
进一步地:求出j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素值是通过:将所述j+m-1张m×k个像素的图像中第Q张至第Q+m-1张共m张图像中,各选取每张相应的一行像素进行合成得到的;
其中,1≤Q≤j,所述每张相应的一行像素是指:第Q张m×k个像素的图像选取第m行像素,第Q张以后依次递增的每张m×k个像素的图像选取的像素行数在第m行的基础上分别依次递减一行,直到第Q+m-1张m×k个像素的图像选取第一行像素。
进一步地:求出j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素值,包括如下步骤:
定义第Q张m×k个像素的图像中第m行像素为ErFQ;
定义第Q+1张至第Q+m-1张m×k个像素的图像的所述相应的行像素为ErFD,其中Q+1≤D≤Q+m-1,D为变量且其值和图像张数的序号相同;
求出所述j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素ErBQ的第M(1≤M≤k)个像素值XSM;
用和求像素值XSM同样的方法求出所述j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素ErBQ的其余剩下的k-1个像素值;
将k个像素值依次组合得到所述j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素值。
进一步地:求出所述j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素ErBQ的第M(1≤M≤k)个像素值XSM,包括如下步骤:
定义第Q张m×k个像素的图像的第Q行像素ErFQ的第M(1≤M≤k)个像素值XS(Q,M),定义第Q+1张至第Q+m-1张m×k个像素的图像的所述相应的行像素ErFD的各自第M个像素值定义为像素XS(D,M);
所述多彩眼底图像的第Q行像素ErBQ的第M个像素值XSM满足:像素值XSM=(XS(Q,M)/ρm,XS(D,M)/ρw);
其中,XS(D,M)/ρw的数值个数和D的取值个数对应;ρm表示第m线光束依次经过如权利要求1所述的线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;ρw表示第w单色线光束由依次经过如权利要求1所述的线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;1≤w≤m-1。
本发明的有益效果:(1)、由于在眼底Er上的m条细亮线ErAm之间存在一定空间间隔,使得全部单色线光束没有全部汇聚于一处,因此本装置能有效减弱光强过强对眼底的伤害,并能适当提高光源功率,从而提高眼底成像质量;另外,本装置采用m种不同的单色线光束而不是采用单个白光光源照亮眼底,能避免光强过强导致瞳孔收缩,影响成像范围的问题;(2)、为了将j+m-1张m×k个像素的图像拼接成一张j×k个的多彩线扫描眼底图像,本装置的扫描单元需转动j+m-1次,采集j+m-1张m×k个像素的图像,比利用发光光源为近红外光源的线扫描成像系统多采集m-1次,所以该多彩线扫描成像系统成像速度快,采集时间短,避免了人眼抖动的影响,但相比传统红外线扫描成像系统只增加m-1次采集次数;(3)、将j+m-1张m×k个像素的图像合成为一张j×k个像素的多彩眼底图像,通过该方法得到的多彩眼底图像,有利于眼底病症的检查。
附图说明
图1为现有线扫描眼底成像系统方案示意图;
图2为线光束生成单元10C生成第一线光束和第二线光束、且成像单元为面阵成像单元1092时线扫描眼底成像系统的光路图;
图3为图2中的面阵成像单元1092被替换为线阵成像单元1091时的光路图;
图4为利用图2所示的线扫描眼底成像系统扫描人眼,得到n张、每张包含2×k个像素的图像;
图5为第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2扫描眼底时的示意图;
图6为将j+m-1张m×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图像的总步骤图。
图7为当m=2时,将j+1张2×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图的示意图;
图8为当m=3时,将j+2张3×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图的示意图。
图中,各序号及对应的名称分别为:
10A、线光束生成单元;
101、点光源;
102、第二透镜;
103、柱透镜;
104、光束传递单元;
105、扫描单元;
10B、透镜组;
106、第三透镜;
107、接目物镜;
108、第一透镜;
109、成像单元;
1091、线阵成像单元;
1091A、第一线阵成像单元;
1091B、第二线阵成像单元;
1092、面阵成像单元;
1010、分光镜;
11、光轴;
E、人眼;
Er、人眼眼底;
ErC、细亮线;
ErC’、成像单元109上细亮线的像;
10C、线光束生成单元;
101A、第一单色点光源;
101B、第二单色点光源;
ErA1、第一细亮线;
ErA2、第二细亮线;
ErA3、第三细亮线;
ErA1’、第一细亮线ErA1的像;
ErA2’、第二细亮线ErA2的像;
ErA3’、第三细亮线ErA3的像;
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,图1为现有的多彩线扫描眼底成像装置,包括:线光束生成单元10A、光束传递单元104、扫描单元105、透镜组10B、第一透镜108和成像单元109。其中,照明眼底的光束的传播路径如下:线光束生成单元10A生成的线光束,打在光束传递单元104上,光束传递单元104将接收到的线光束全部反射至扫描单元105,线光束经过扫描单元105反射至透镜组10B,到达人眼E,最后会聚于人眼眼底Er。扫描单元105使线光束扫描眼底,经过眼底散射后,返回的线光束携带眼底信息,经透镜组10B透射至扫描单元105,扫描单元105将携带有眼底信息的线光束反射,形成反射光束。反射光束穿过光束传递单元104,然后入射至第一透镜108,最后在成像单元109上成像,经本装置处理得到被测人眼的眼底图。
作为具体的实施例,光束传递单元104优选为反射镜或者二向色镜。当光束传递单元104为反射镜时,线光束生成单元10A生成的线光束入射到反射镜,经反射镜全部反射至扫描单元105,然后由扫描单元105反射至透镜组10B,最后经透镜组10B聚焦,形成入射光汇聚于人眼眼底Er。由于入射光在眼底Er上发生了漫反射,所以经眼底Er散射后返回的光束的直径比入射至眼底Er上的入射光的线光束直径大。返回的线光束经透镜组10B汇聚后入射在扫描单元105上,经扫描单元105反射,由于从眼底返回的线光束的直径比入射至眼底的线光束直径大,除一小部分被反射镜遮挡外,其余大部分光束经过反射镜外围区域入射至第一透镜108,最后在成像单元109上成像,得到被测人眼的眼底图。当光束传递单元104为二向色镜时,二向色镜将来自线光束生成单元10A生成的线光束部分反射至扫描单元105;将由眼底Er散射后依次经透镜组10B和扫描单元105返回的携带有眼底信息的线光束部分经二向色镜透射至第一透镜108,最后在成像单元109上成像,得到被测人眼的眼底图。
进一步地,线光束生成单元10A应理解为能够生成线光束的装置或者它本身发出的就是线光束。因此,线光束生成单元10A可以是线光束,也可以是点光源经过光学元件处理后变成线光束的光学装置。
作为其中一个实施例,在本文中,线光束生成单元10A包括点光源101、第二透镜102以及柱透镜103。点光源101发出的光经过第二透镜102和柱透镜103后,变为线光束。这样,入射到光束传递单元104上的入射光就成为线光束了。当然,正如前面所说,线光束生成单元10A也可以不包含其他光学元件,即不包括第二透镜102和柱透镜103,在这种情况下,101就是线光源而不再是点光源了。
由线光束生成单元10A生成的线光束经过光束传递单元104反射到扫描单元105后,最后再经扫描单元105反射至透镜组10B,汇聚于眼底Er时,变为一条细亮线ErC。该细亮线ErC通过透镜组105B透射至扫描单元105,经扫描单元105反射,最后在成像单元109上显示出细亮线像ErC’。在图1中,细亮线ErC垂直于纸面,成像单元109上显示的细亮线像ErC’亦垂直于纸面,因此在图1中细亮线ErC和细亮线像ErC’均显示为垂直于纸面的一个点。
经扫描单元105的扫描,图1中的细亮线ErC在眼底向下平动,相当于图5中第一细亮线ErA1或者第二细亮线ErA2在眼底上向下平动。当细亮线ErC在眼底向下平动的过程中,成像单元109便对眼底不同部位成像。图1中,扫描单元105在扫描过程中不断的转动,每转动一次,细亮线ErC在眼底上就向下平移一次。因此,当扫描单元105转动n次,细亮线ErC在眼底Er上就会向下平移n个部位,成像单元109对眼底的每一个部位分别成像,最终得到n条线扫描图像。将这n条线扫描图像,拼成一张完成的眼底线扫描图像,这便是线扫描眼底成像系统的原理。
由于线光束是由近红外光源经线光束生成单元10A处理得到的,因此,与白光光源相比,其所成的成灰度图不利于某些能通过反光颜色区分病症区域的患者的眼底检查。为了克服这一缺陷,需要将图1中现有的多彩线扫描眼底成像装置中的线光束生成单元10A进行改进,以得到不同的单色线光束。当不同的单色线光束照射患者眼底时,由于人眼组织对不同的单色光的吸收能力不同,就能得到通过反光颜色区分出的患者病症区域的眼底图。根据这一思路,将图1中的线光束生成单元10A变为图2中的线光束生成单元10C。而成像单元109根据需要,设计成两种实施例,第一种是图2中的面阵成像单元1092,第二种是图3中线阵成像单元1091。
由于白光可由多种单色光合成,最简单的就是由两种不同颜色的单色光合成。因此,本专利申请重点介绍通过改进的多彩线扫描眼底成像装置,示例性用两种不同颜色的单色线光束扫描人眼得到的n张2×k个像素的图像的技术方案。
将两种不同颜色的单色线光束分别命名为第一线光束和第二线光束,图1中的单个点光源101更换为图2所示的并排的两色点光源代替。这两色点光源分别是:第一单色点光源101A和第二单色点光源101B。图2中,第一单色点光源101A和第二单色点光源101B关于主光轴11对称。当第一单色点光源101A、第二单色点光源101B发出的单色光束经过第二透镜102和柱透镜103后,分别形成第一线光束和第二线光束。当然,线光束生成单元10C中也可以不包括第二透镜102和柱透镜103,在这种情况下,各点光源均改为线光源,则通过线光束生成单元10C直接得到的就是第一线光束和第二线光束。
参考图2,当第一线光束和第二线光束被光束传递单元104全反射至扫描单元105,若此时扫描单元105处于实线2a所示的第一转角,则第一线光束和第二线光束通过透镜组10B在人眼E的眼底Er形成两条细亮线:第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2,具体见图5。第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2均垂直于纸面,即在图2中分别显示为两个圆点ErA1和ErA2,这两个圆点就是图5中的两条细亮线ErA1、ErA2沿顺时针朝向读者转动90°后在纸面上的投影。两个圆点ErA1和ErA2关于主光轴11对称。第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2扫描眼底,经眼底散射后,返回时携带眼底信息,由透镜组10B透射后返回至扫描单元105,由于光的传播速度非常快,可以理解为此时扫描单元105还处于实线所示的第一转角。此时,扫描单元105分两种情况将返回的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2传递至成像单元109:第一种情况,当光束传递单元104为反射镜(反射镜的反射面小于第一透镜108的通光口径)时,第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2经扫描单元105反射至反射镜,部分光束被光束反射镜挡住,不能入射到第一透镜108上,但经过反射镜外围的光束能入射到第一透镜108,最后两条细亮线在面阵成像单元1092上成像,即图2中的第一细亮线像ErA1’和第二细亮线像ErA2’;第二种情况,当光束传递单元104为二向色镜时,由扫描单元105返回的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2入射至光束传递单元104时,部分被光束传递单元104透射后再经第一透镜108后在成像单元109上成像,即图2中的第一细亮线像ErA1’和第二细亮线像ErA2’。在这两种情况下,由于第一单色点光源101A和第二单色点光源101B均偏离了主光轴11,所以第一细亮线像ErA1’和第二细亮线像ErA2’也偏离了主光轴11。需要说明的是,在前面所说的两种情况下,第一细亮线ErA1和它在面阵成像单元1092上成的第一细亮线像ErA1’保持共轭,第二细亮线ErA2和它在面阵成像单元1092上成的第二细亮线像ErA2’保持共轭。
请参考图2,面阵成像单元1092有m×k个像素,前面所说的每条细亮线成的像,如第一细亮线像ErA1’或者第二细亮线像ErA2’在面阵成像单元1092上至少对应一行像素,所以第一细亮线像ErA1’和第二细亮线像ErA2’至少对应2行像素,即当采用两种单色线光束时,m≥2。可以理解的是,m的取值和选取的单色线光束的数目相对应,若选用3种单色线光束,则m≥3;选用4种单色线光束,m≥4。
参考图2,当图2中的扫描单元105位于实线所示的第一转角2a时,图5中的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2位于人眼最上面的位置,此时面阵成像单元1092采集如图4所示的第一张2×k个像素的图像;
当图2中的扫描单元105由实线所示的第一转角2a经逆时针旋转,处于第二转角2b(需要说明的是,扫描单元105可以在转动范围内最先由第一转角2a逆时针转到最大位置,然后由最大位置顺时针转回到第一转角2a)时,则图5中的两条细亮线在眼底Er上的扫描位置会整体下移一定距离,但它们彼此之间的距离保持不变。此时,面阵成像单元1092采集如图4所示的第二张2×k个像素的图像。在图4中,第二张2×k个像素的图像中的位于上端的第一细亮线ErA1对应的虚线和第一张图像中位于第一细亮线ErA1下端的第二细亮线ErA2对应的虚线重合,这表明了:扫描单元105处于第二转角2b,装置采集第二张2×k个像素的图像时,位于眼底上端的第一细亮线ErA1在眼底Er上的扫描位置和装置在采集第一张2×k个像素的图像时位于下端的第二细亮线ErA2在眼底Er上的扫描位置重合。同样的,在采集第二张2×k个像素的图像中,第一细亮线ErA1、第二细亮线ErA2对应的行像素自上而下的顺序也没有变化,这表明了图5中在眼底Er上的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2虽然整体下移了一定距离,但彼此之间的相对位置没有发生改变。
当图2中的扫描单元105继续沿逆时针方向转动,处于第三转角2c时,面阵成像单元1092采集如图4所示的第三张2×k个像素的图像。同样的,第三张2×k个像素的图像中第一细亮线ErA1对应的扫描位置和第二张2×k个像素的图像中第二细亮线ErA2对应的扫描位置重合。同样的,在第三张2×k个像素的图像中,第一细亮线ErA1、第二细亮线ErA2对应的行像素自上而下的顺序也没有变化,这也说明了在眼底Er上的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2相对于采集第二张2×k个像素的图像时虽然整体下移了一定距离,但彼此之间的相对位置没有发生改变。
参考图2和图4:图2中,扫描单元105继续沿逆时针方向转至第n转角,即处于最大转动位置2s处,本装置采集最后一张,即图4中第n张2×k个像素的图像。此时,图5中眼底Er上的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2整体下移到人眼最下边的位置。和采集前一张,即第n-1张2×k个像素的图像相比,采集最后一张2×k个像素时,第一细亮线ErA1在眼底Er上的扫描位置与采集倒数第二张,即第n-1张2×k个像素时第二细亮线ErA2在眼底Er上的扫描位置重合。在第n张2×k个像素的图像中,第一细亮线ErA1、第二细亮线ErA2对应的行像素自上而下的顺序也没有变化,这也说明了在眼底Er上的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2相对于采集第n-1张2×k个像素的图像时虽然整体下移了一定距离,但彼此之间的相对距离没有发生改变。应当理解,当采集了n张2×k个像素的图像中的任意一张,准备采集所述任意一张的后面一张图像时,采集后面一张图像时在眼底Er上的第一细亮线ErA1和采集前一张的第二细亮线ErA2的扫描眼底位置重合。
参考图4,从图4中的第一张、第二张和第三张的每张均包含有2×k个像素的图像可以知道,第一张的第二细亮线ErA2所对应的眼底位置被第二张的第一细亮线ErA1重复扫描一次,第二张的第二细亮线ErA2所对应的眼底位置被第三张的第一细亮线ErA1重复扫描了一次。但是第一张的第一细亮线ErA1对应的眼底位置只被扫描了一次。这就说明,为了实现将眼底的某一位置分别被第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2都扫描到,则还需要再增加1次扫描,即扫描单元105需要多转动1次才能实现第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2都能扫描到眼底Er的某一位置的目的。因此,可以推断:为得到一张j×k个像素的多彩线扫描眼底像,扫描单元105需转j+m-1次,即采集j+m-1张m×k个像素的图像,这比近红外光源的线扫描成像系统多采集m-1次。故该多彩线扫描成像系统成像速度快,但相比传统红外成像只增加很少量次数。此处的m应理解为不同单色光在眼底上形成的细亮线条数,例如实施例中所列举的2条。当m取2时,为了得到一张j×k个像素的多彩线扫描眼底图像,则扫描单元105需要转动j+1次。其中,m表示一张m×k个像素的图像共有m行像素,k表示每一行像素的像素个数。j表示最后拼接成的多彩线扫描眼底图像的像素行数。在图5中,由于眼底Er中第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2存在一定空间间隔,使得全部单色线光束没全部汇聚于一处,能有效减弱全部线光束入射到人眼同一位置产生的光强过强对人眼眼底造成的伤害;并能通过适当提高光源功率,从而提高眼底成像质量;同时,由于第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2在眼底上间隔了一定距离,亦避免光强过强导致瞳孔收缩,影响成像范围的问题。
综上所述,当利用两种单色线光束扫描眼底时,可以得到如图4所示的n张2×k个像素的图像。
进一步地,参考图2和图3,前面所述透镜组10B包括第三透镜106和接目物镜107。由图2和图3可以知道,第三透镜106靠近扫描单元105设置,接目物镜107靠近人眼E设置。第三透镜106接收来自扫描单元105的扫描光束,并将扫描光束透射至接目物镜107,扫描光束最后到达人眼。
进一步地,扫描单元105优先选择为振镜或者MEMS等扫描机构。
前面提到的成像单元109除了图2中所示的面阵成像单元1092外,也可以为图3所示的线阵成像单元1091。图3中,线阵成像单元1091包括:分光镜1010、第一线阵成像单元1091A和第二线阵成像单元1091B。其中,分光镜1010将从第一透镜108接收到的第二细亮线ErA2反射至第二线阵成像单元1091B,第二细亮线ErA2在第二线阵成像单元1091B形成第二细亮线像ErA2’,并且第二线阵成像单元1091B和位于眼底上的第二细亮线ErA2共轭。分光镜1010还将从第一透镜108接收到的第一细亮线ErA1透射至第一成像单元1091A,第一细亮线ErA1在第一成像单元1091A上形成第一细亮线像ErA1’,第一线阵成像单元1091A和位于眼底上的第一细亮线ErA1共轭。图3所示的线阵成像单元1091所包含的光学元件只是针对m=2(即两束单色线光束)的情况,若m=3,则线阵成像单元1091包括2个分光镜,3个线阵成像单元。由此,可以得出如下结论:当单色线光束为m时,线阵成像单元1091包括m-1个分光镜,m个线阵成像单元。
同样的,当成像单元109为线阵成像单元1091时,眼底上的每一条细亮线和与之在线阵成像单元1091上对应的像也互相平行且均垂直于纸面,具体而言:第一细亮线ErA1和第一细亮线像ErA1’平行且均垂直于纸面;第二细亮线ErA2和第二细亮线像ErA2’平行且均垂直于纸面。
在本文中,线阵成像单元1091优选为线阵CCD相机,或者线阵CMOS相机,或者为线阵CCD相机和线阵CMOS相机的结合。
通过本发明所公布的多彩线扫描眼底成像装置,可以得到若干张2×k个像素的图像。
需要说明的是,图5中的第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2在眼底上自上而下的扫描眼底仅仅是示例性的,事实上,第一细亮线ErA1和第二细亮线ErA2在从下往上扫描眼底,也可以从左往右扫描眼底,还可以从右往左扫描眼底。此外,在本专利申请中,细亮线的条数示例性的选择为2条,其条数也可以为3条、4条、5条或者更多。为方便归纳和描述,将细亮线的条数定义为m,m≥2,将任意一条细亮线定义为ErAm,如第一细亮线定义为ErA1,第二细亮线定义为ErA2,第三细亮线定义为ErA3,与之对应的细亮线像分别定义为第一细亮线像ErA1’、第二细亮线像ErA2’、第三细亮线像ErA3’。若细亮线的条数为3条,即m=3,则可以理解的是,图2中的单色点光源将为:第一单色点光源101A、第二单色点光源101B和第三单色点光源(未图示),在图4中的细亮线将包括:第一细亮线定义ErA1、第二细亮线定义ErA2和第三细亮线定义ErA3(见图8)。
前文描述1≤b≤m-1。当b为1,m=2时,则采集的图像为图4所示的n张、每张包括2×k个像素的图像,此时,第二张图像的第一细亮线ErA1和第一张图像的第二细亮线ErA2扫描眼底位置重合,第三张中第一细亮线ErA1和第二张中第二细亮线ErA2扫描眼底位置重合。参考图8,当b取1和2,m取3时,在得到的j+m-1张3×k个像素的图像中,第二张图像的第一细亮线ErA1和第一张图像的第二细亮线ErA2扫描眼底位置重合,第二张图像的第二细亮线ErA2和第一张图像的第三细亮线ErA3扫描眼底位置重合;第三张的第一细亮线ErA1和第二张的第二细亮线ErA2扫描眼底位置重合,第三张的第二细亮线ErA2和第二张的第三细亮线ErA3扫描眼底位置重合;第三张的第一细亮线ErA1、第二张的第二细亮线ErA2和第一张图像的第三细亮线ErA3扫描眼底位置重合。
由此,可以得到以下结论:在利用本装置采集任意一张m×k个像素的图像时,任意第b条细亮线ErAb和采集前一张图像时第b+1条细亮线ErAb+1扫描的眼底位置重合。其中,1≤b≤m-1,且b为变量。
需要说明的是,图4中的n和图7中j+1,图8中的j+2表达的是同一个意思,即n=j+m-1。
参考图6,本发明还公布了一种将多彩线扫描眼底成像装置扫描眼底得到的j+m-1张m×k个像素的图像拼成一幅j×k个像素的多彩眼底图像的方法,包括如下步骤:
S1:利用多彩线扫描眼底成像装置扫描人眼,得到j+m-1张、每张均包含m×k个像素的图像;
S2:将所述j+m-1张m×k个像素的图像合成为一张j×k个像素的多彩眼底图像;
其中m≥2。
下面对步骤S1和S2分别具体展开描述。
对于步骤S1,前面在介绍本发明所说的多彩线扫描眼底成像装置已作了详细描述,在此不再累述。
对于步骤S2中所说的将j+m-1张m×k个像素的图像合成为一张j×k个像素的多彩眼底图像,具体步骤如下:
S21:求出j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素值ErBQ;
S22:以和求第Q行像素值同样的办法求出其余j-1行像素值;
S23:将j行像素值依次拼接成一张所述j×k个像素的多彩眼底图像。
因此,只要知道了需要拼接的j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素值ErBQ的求法,就可以用同样的办法求出剩下的j-1行像素值。
对于j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素值,它是由j+m-1张m×k个像素的图像中第Q(1≤Q≤j,且Q为变量)张至第Q+m-1张的共m张图像中,各选取每张相应的一行像素进行合成得到的。其中,每张相应的一行像素是指:第Q张m×k个像素的图像选取第m行像素ErFQ,第Q+1张m×k个像素的图像中第m-1行像素ErFQ+1、第Q+2张m×k个像素的图像中第m-2行像素ErFQ+2、第Q+3张m×k个像素的图像中第m-3行像素ErFQ+3....一直到第Q+m-1张m×k个像素的图像选取第一行像素ErFQ+m-1。由此可见,第Q张以后依次递增的每张m×k个像素的图像选取的像素行数在第Q张的m行的基础上分别依次递减一行,直到第Q+m-1张m×k个像素的图像选取第一行像素。需要说明的是,第Q+m-1张图像只有在Q=j时才是最后一张(即第j+m-1张)。
对于S21步骤中第Q行像素值的求法,可以通过如下步骤得到:
S22A:求出j×k个像素的多彩眼底图像的第Q行像素的第M个像素值;
S22B:用和求第M个像素值同样的办法求出剩余k-1个像素值;
S22C:将k个像素依次组合成j×k个像素的所述多彩眼底图像的第Q行像素ErBQ。
其中,步骤S22A又具体分解为如下几步:
S22A1:依次选取第Q张m×k个像素图像的第m行细亮线ErAm对应的行像素ErFQ的第M(1≤M≤k)个像素值XS(Q,M)、第Q+1张m×k个像素图像的第m-1行细亮线ErAm-1对应的行像素ErFQ+1的第M(1≤M≤k)个像素值XS(Q+1,M),第Q+2张m×k个像素图像的第m-2细亮线ErAm-2对应的行像素ErFQ+2的第M个像素值XS(Q+2,M)、第Q+3张m×k个像素图像的第m-3细亮线ErAm-3对应的行像素ErFQ+3的第M个像素值XS(Q+3,M),一直到第Q+m-1张的第1细亮线ErA1对应的行像素ErFQ+m-1的第M个像素值XS(Q+m-1,M);
S22A2:所述多彩眼底图像的第Q行像素的第M个像素值=
(XS(Q,M)/ρm,XS(Q+1,M)/ρm-1,XS(Q+2,M)/ρm-2,XS(Q+3,M)/ρm-3,.....XS(Q+m-1,M)/ρ1);ρm表示第m线光束依次经过线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;ρm-1表示第m-1单色线光束依次经过线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;ρm-2表示第m-2单色线光束依次经过线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;ρm-3表示第m-3单色线光束依次经过线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;ρ1表示第1单色线光束依次经过线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率。具体地,前面提到的线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元所指代的光学元件参考图2和图3,是指:光源101或者光源101A/B、第二透镜102、柱透镜103、光束传递单元104、扫描单元105、第三透镜106、接目物镜107和第一透镜108、面阵成像单元1092(见图2)或者线阵成像单元1091形成的总的光学元件的总称(见图3)。
对于步骤S22A1,可以将第Q+1张至第Q+m-1张m×k个像素的图像的相应的行像素定义为ErFD,Q+1≤D≤Q+m-1,D为变量且其值和图像张数的序号相同,例如D取Q+1,则相应的行像素为ErFQ+1,D取Q+2,则相应的行像素为ErFQ+2;各自第M个像素值定义为像素XS(D,M),这样,第Q+1张m×k个像素图像的第m-1行像素ErFQ+1的第M个像素值为XS(Q+1,M),第Q+2张m×k个像素图像的第m-2行像素ErAQ+2的第M个像素值为XS(Q+2,M).......;步骤S22A2中多彩眼底图像的第Q行像素的第M个像素值XSM的表达式则变为:
XSM=(XS(Q,M)/ρm,XS(D,M)/ρw);ρw表示ρm-1、ρm-2、ρm-3.......ρ1中的任意一个值。
其中,XS(D,M)/ρw的数值个数和D的取值个数对应;ρm表示第m线光束依次经过线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;ρw表示第w单色线光束依次经过线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元后形成的整体传光效率;1≤w≤m-1。线光束生成单元、光束传递单元、扫描单元、透镜组、第一透镜和成像单元所指代的光学元件前面一段已经阐述,在此不再累述。
对于步骤S2及其展开步骤,可以通过图7和图8来理解。
图7为当m=2时,将j+1张2×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图的示意图。由前面的叙述可以知道,一张j×k个像素的多彩眼底图像的第1行像素ErB1是由第1张2×k个像素的图像的第二细亮线ErA2对应的行像素和第2张2×k个像素的图像的第一细亮线ErA1对应的行像素合并得到;多彩眼底图像的第j行像素ErBj是由第j张2×k个像素的图像的第二细亮线ErA2对应的行像素和第j+1张2×k个像素的图像的第一细亮线ErA1对应的行像素合并得到。由此可以推出,j×k个像素的多彩眼底图的第Q行(1≤Q≤j)像素是由第Q张2×k个像素的图像的第二细亮线ErA2对应的像素和第Q+1张2×k个像素的图像的第一细亮线ErA1对应的像素合并得到。
下面具体阐述如何得到一张j×k个像素的多彩眼底图的第1行像素ErB1,对于其它行像素,也可以用同样的办法求得。
第一步:将图7中的第1张2×k个像素的图像的第2行像素,即第二细亮线ErA2右边虚线所对应的行像素ErF1,按从左到右依次划分为k个像素值,每一个像素值依次编号为XS(1,1)、XS(1,2)、,XS(1,3)......XS(1,k);选取第二张2×k个像素的图像的第1行像素,即第一细亮线ErA1右边虚线所对应的行像素ErF2,同样也将该行像素按从左到右的顺序划分为k个像素值,将每一个像素值依次编号XS(2,1)、XS(2,2)、,XS(2,3)......XS(2,k);
则j×k个像素的多彩眼底图的第1(Q=1)行像素中的第一个(M=1)像素值XS1=(XS(1,1)/ρ2,XS(2,1)/ρ1)。
对于j×k个像素的多彩眼底图的第1(Q=1)行像素中的剩余k-1个像素值,也可以用同样的办法求出。
然后将这k个像素值依次拼接成j×k个像素的多彩眼底图的第1行像素。
对于j×k个像素的多彩眼底图的其余j-1行像素,又可以和求它的第一行像素同样的办法求出。
最后将j行像素依次拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图。
通过上述办法,可以将j+1张2×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图。
参考图8,图8为当m=3时,将j+2张3×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图的示意图。和图7不同的是,为了得到j×k个像素的多彩眼底图的第一行像素ErB1,需要将:第一张3×k个像素的图像的第三细亮线ErA3对应的行像素ErF1、第二张3×k个像素的图像的第二细亮线ErA2对应的行像素ErF2和第三张3×k个像素的图像的第一细亮线ErA1对应的行像素ErF3进行合并得到的。
同样的,将第一张3×k个像素的图像的第三细亮线ErA3对应的行像素ErF1按从左到右的顺序划分为k个像素值,并依次编号为:XS(1,1)、XS(1,2)、,XS(1,3)......XS(1,k);将第二张3×k个像素的图像的第二细亮线ErA2对应的行像素ErF2按从左到右的顺序划分为k个像素值,并依次编号为XS(2,1)、XS(2,2)、,XS(2,3)......XS(2,k);将第三张3×k个像素的图像的第一细亮线ErA1对应的行像素ErF3按左到右的顺序划分为k个像素值,并依次编号为:XS(3,1)、XS(3,2)、,XS(3,3)......XS(3,k)。
则j×k个像素的多彩眼底图的第一行像素ErB1的第一个像素值XS1=(XS(1,1)/ρ3,XS(2,1)/ρ2、XS(3,1)/ρ1);
对于j×k个像素的多彩眼底图的第一行像素ErB1的剩下的k-1个像素值,可以和求第一个像素值XS1同样的办法求出。
将k个像素值拼接成j×k个像素的多彩眼底图的第一行像素ErB1;
用和求j×k个像素的多彩眼底图的第一行像素ErB1同样的办法求出剩下的j-1行像素值;
最后将j行像素值拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图。
上面只示例性的说明了在m=2(即两种不同的单色线光束)时利用多彩线扫描眼底成像装置扫描人眼得到的j+1张2×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图的步骤,以及在m=3(即三种不同的单色线光束)时利用多彩线扫描眼底成像装置扫描人眼得到的j+2张3×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图的步骤。对于m(m≥2)为其它值,将多彩线扫描眼底成像装置扫描人眼得到的m×k个像素的图像拼接成一张j×k个像素的多彩眼底图的步骤,其原理类似。
通过拼接的一张j×k个像素的多彩眼底图,有利于眼底病症的检查。
需要说明的是,当m=3时,3种不同的单色线光束可以是红色线光束、绿色线光束和蓝色线光束。因为白色光就是通过最常见的红光、绿光和蓝光合成得到的。
对于图2所示的面阵成像单元实施例中,一次采集得到一张m×k个像素图像,若采用图3所示的线阵成像单元组实施例时,对应m个线阵成像单元,每个线阵成像单元对应1×k个像素图像。若用图3所示的线阵成像单元组实施例时,图像合成方法与面阵成像单元的类似。
本发明的优点:(1)、由于在眼底Er上的m(m≥2)条细亮线存在一定空间间隔,因此该装置能有效减弱光强过强对人眼眼底的伤害,并能适当提高光源功率,从而提高眼底成像质量;另外,该装置采用单色线光束而不是白光线光束照亮眼底,能避免光强过强导致瞳孔收缩,影响成像范围的问题;(2)为得到一张j×k个像素的多彩眼底图,该装置的扫描单元需转动j+m-1次,即采集j+m-1张m×k个像素的图像,即比利用近红外光源的线扫描成像系统多采集m-1次。故该多彩线扫描眼底成像装置成像速度快,采集时间短,避免了人眼抖动的影响,但相比传统红外成像只增加很少量次数。(3)、通过将若干张m×k个像素的图像合成为一张多彩眼底图像,根据该方法得到的多彩眼底图像,有利于眼底病症的检查。
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。