CN106821303B - 一种自主式眼底摄影成像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自主式眼底摄影成像系统，包括眼底摄像装置、眼瞳辅助精确定位装置和下颌支撑装置(3)，所述的眼底摄像装置包括固定在移动工作平台(7)上的眼底相机(4)和光学定位传感器(2)，所述的眼瞳辅助精确定位装置包括控制器和驱动机构，所述的控制器分别与驱动机构、眼底相机(4)和光学定位传感器(2)连接，所述的驱动机构与移动工作平台(7)连接，所述的下颌支撑装置(3)与眼底摄像装置相对设置，与现有技术相比，本发明在现有眼底摄像方法基础上，增设眼瞳辅助精确定位装置和光学定位传感器，实现双眼搜索并对准视轴，进行自主精确眼底摄像，具有效率高、精度高的优点。

Description

一种自主式眼底摄影成像系统及方法
技术领域
本发明涉及一种眼底摄像成像装置，尤其是涉及一种自主式眼底摄影成像系统及方法。
背景技术
眼底摄影成像检查通常是由专业的眼科检查人员采用精密光学眼底相机，通过手动辅助定位和调焦，实现对眼底生理结构的观测和记录。通过眼底摄像可以直接观测分布在眼底视网膜上的毛细血管和视神经结构，所以眼底摄像检查对眼底疾病，糖尿病和高血压等的早期诊断和治疗随访都具有重要意义。
自1925年德国蔡司公司研制成功眼底摄像技术以来，眼底摄像方法基本都沿用共轴式照明光学系统。在摄像过程中需要配备专业人员来协助被摄对象，手动定位聚焦眼底区域，确保眼底处于眼底相机的视野和景深范围之内。因此这种眼底摄像方法对操作人员的技术素质有一定要求，限制了眼底摄像检查方法的推广应用。
为了降低传统眼底摄像方法的操作难度，现有方法采用具有特殊形状的辅助视标(如圆点或矩形目标)，通过眼底相机摄影采集图像并实时显示在屏幕上，操作人员在视标的导引下判定眼底位置是否适合曝光。这种方法在操作过程中仍然需要手动移动眼底摄像系统，寻找最佳摄像位置和方向。也有研究据眼底相机摄影采集到的眼瞳图像清晰程度作为判断依据，进行自动调焦。这些方法都需要配备额外的人员手动操作眼底摄像系统，它们都存在稳定性和重复性差等问题。因此一种能够进行自动精确定位和对准的摄像方法可以更好地进行眼底摄像，帮助推广眼底摄像检查的应用，给患者提供更多的便利。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可以实现眼球视轴自动定位和对准的自主式眼底摄影成像系统及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自主式眼底摄影成像系统，包括眼底摄像装置、眼瞳辅助精确定位装置和下颌支撑装置，所述的眼底摄像装置包括固定在移动工作平台上的眼底相机和光学定位传感器，所述的眼瞳辅助精确定位装置包括控制器和驱动机构，所述的控制器分别与驱动机构、眼底相机和光学定位传感器连接，所述的驱动机构与移动工作平台连接，所述的下颌支撑装置与眼底摄像装置相对设置，下颌支撑装置供被测对象将下颌置于其上，并将额头紧贴上支架，下颌支撑装置还提供相互距离已知的标记，提供给光学定位传感器获得被测对象眼球与眼底相机之间的空间相对位置。
工作时，所述的光学定位传感器对被测对象的双眼和下颌支撑装置进行拍摄，所述的控制器计算下颌支撑装置与眼底相机之间的距离以及眼底相机视轴与被测对象人眼视轴之间的偏差，并向驱动机构发送控制指令，令移动工作平台在水平面和竖直方向移动，使眼底相机被测对象人眼视轴和眼底相机视轴对准、提高眼底相机拍摄清晰度。光学定位传感器与眼底相机的相互位置关系通过标定过程确定，标定过程可以通过特征比较明显的三维目标靶实现。
所述的眼底相机包括照明光源和光学镜头，所述的照明光源与光学镜头同轴设置。
所述的光学镜头设有一组，是能够完成常规的聚焦，曝光和摄像动作的光学镜头。
所述的照明光源为可切换的近红外光和白光光源，所述的光学定位传感器工作于近红外光条件，所述的眼底相机工作于近红外光或白光条件。
所述的近红外光的波长范围为700-900nm。
所述的下颌支撑装置上设有定位视标，所述的定位视标与光学定位传感器相对设置。
所述的系统还包括设置在下颌支撑装置上的压力感应装置，所述的压力感应装置与控制器连接。
所述的系统还包括与控制器连接的语音提示装置，包括模拟真人发音的语音库和嵌入式麦克风，嵌入式麦克风可固定在下颌支撑装置上，麦克风的音量大小手动可调。
一种采用所述的自主式眼底摄影成像系统进行眼底摄影成像的方法，包括以下步骤：
S1，系统检测到下颌置于下颌支撑装置，控制器控制驱动机构动作，使光学定位传感器与下颌支撑装置对准；
S2，控制器根据光学定位传感器拍摄到的双眼瞳孔图像，确定双眼视轴与眼底相机视轴之间的偏差，提示被检者调整面部方向，直到两个视轴对准；
S3，眼底相机对眼底进行拍摄，控制器根据眼底图像清晰程度，令驱动机构调节移动工作平台的前后位置，直到清晰度达到最大。
所述的步骤S2中，光学定位传感器检测双眼瞳孔内外边缘，得到拟合圆，根据圆形的变形程度确定双眼视轴方向。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)在现有眼底摄像方法的基础上，增设眼瞳辅助精确定位装置和光学定位传感器，在进行眼底摄像之前，实现双眼搜索并对准视轴，进行自主精确眼底摄像，整个操作过程不需要配备专业人员。
(2)本发明采用的定位和对准方法优于人为操作，下颌支撑装置上设有定位视标，可以实现亚毫米级甚至更高精度，这为眼球视轴的精确定位创作了条件，因此可以用来实现特定解剖结构(如黄斑等)的摄像。
(3)可以根据眼底摄像系统获取的瞳孔影像的清晰程度，实现对眼前节的摄影成像。
(4)照明光源为可切换的近红外光和白光光源，红外光用于定位，可见光用于眼底摄像。
(5)近红外光的波长范围为700-900nm，人眼在该波段的光线不敏感，接受光照时不会引起瞳孔收缩现象。
(6)可通过压力感应检测到下颌，用来启动眼底摄像装置，平时处于待机状态，从而节约系统能耗。
(7)与控制器连接的语音提示装置，可提示操作者调节视轴角度，从而灵活快速的对准视轴。
(8)控制器根据眼底图像清晰程度，令驱动机构调节移动工作平台的前后位置，可使清晰度达到最大。
附图说明
图1为本实施例的自主式眼底摄影成像系统结构示意图；
图2为本实施例双眼瞳孔定位原理图；
图3为本实施例自主式眼底摄影成像系统光路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
如图1所示，一种自主式眼底摄影成像系统，包括眼底摄像装置1、眼瞳辅助精确定位装置和下颌支撑装置3，眼底摄像装置1包括固定在移动工作平台7上的眼底相机4和光学定位传感器2，眼瞳辅助精确定位装置包括控制器和驱动机构，控制器分别与驱动机构、眼底相机4和光学定位传感器2连接，驱动机构与移动工作平台7连接，下颌支撑装置3与眼底摄像装置1相对设置，工作时，光学定位传感器2对被测对象的双眼和下颌支撑装置3进行拍摄，控制器计算下颌支撑装置3与眼底相机4之间的距离以及眼底相机4视轴与被测对象人眼6视轴之间的偏差，并向驱动机构发送控制指令，令移动工作平台在水平面和竖直方向移动，使眼底相机4被测对象人眼6视轴和眼底相机4视轴对准、提高眼底相机4拍摄清晰度。
在系统探测到下颌置于下颌支撑装置3的托架之上后，光学定位传感器2根据其包含的光学敏感元器件(CCD或CMOS)摄取人脸及下颌托架的标记信息，如图2所示。下颌托架上的标记信息通过图像二值化处理提取，用以确定人眼的空间位置及其与眼底相机4光轴的偏移程度；人眼的瞳孔中心通过圆形目标搜索方法或人脸模板匹配方法确定；眼底相机4的光轴方向也即镜头的视轴方向，可以通过已知尺寸的三维目标实现，如双目立体视觉的棋盘标定靶，棋盘标定靶独立于摄像系统而存在。
根据测量获得的眼底相机4光轴和眼球视轴的偏移量，将眼底摄像装置1通过移动工作平台7驱动到指定的位置，完成眼底相机4光轴和人眼视轴的初步对准；进一步，提取瞳孔的内外边缘，如图2所示，根据内外边缘拟合的圆形程度，语音引导被检者调整视轴方向，直视眼底相机镜头，等待常规眼底摄像过程。
根据眼底图像预览的清晰程度，或标记自动对准流程，前后调整眼底相机4与眼底的距离，首先拍摄红外照明条件下的眼底照片，并快速关闭近红外光照明，启动闪光灯，拍摄白光照明条件下的眼底照片。
整个定位和拍摄过程通过微控制器协调执行，最终的图像保存于本地存储器中，也可以通过无线形式发送到指定的终端。光源的切换以及语音提示也通过微控制系统统一实现。
系统光路图如图3所示，图中向右的箭头同轴可见光，向左的箭头表示眼底的反射光线，2和4为光学定位和摄像传感器。
利用上述自主眼底摄像系统进行摄像的方法，包括以下步骤：
1)眼底摄像系统循检到下颌置于托板，打开近红外照明光源，红外照明光源的波长范围为700-900nm，启动自主引导定位和眼底对准摄像过程；下颌置于托板的状态检测可采用光电或压电导通传感器；
2)光学对准传感器检测人眼瞳孔的中心位置，获取被检者眼底相对于眼底相机的空间位置；图像中人眼瞳孔中心的自动检测可采用圆形标志检测方法并精确拟合提取圆心，瞳孔中心的空间定位相对于下颌托标记建立的空间坐标系，图像坐标和标记坐标的关系可以通过标定过程建立；
3)根据眼球中心和眼底相机光学中心的水平和上下偏离程度，水平和垂直方向驱动眼底摄像系统到指定位置；
4)光学位置传感器根据人眼瞳孔内外边缘拟合圆形参数，根据圆形的变形程度，确定被检者眼球的视轴方向，确定人眼的视轴方向是否朝向正前方，并根据偏离程度，针对所有需要被摄者的协助动作，自主眼底摄像系统具有语音提示功能，被摄者在语音提示的帮助下可以完成相应的调整动作，协助调整视轴方向；
5)根据眼底摄影的清晰程度，或根据现有的辅助视标如圆点或矩形目标)的对齐和聚焦程度，前后驱动眼底摄像系统，达到理想的摄像位置；
6)切换近红外和白光照明，眼底相机获取眼底摄像指令，执行自动曝光，拍摄获取眼底的近红外和可见光照明下的眼底照片，完成眼底摄像过程。

Claims (7)

1.一种自主式眼底摄影成像系统，其特征在于，包括眼底摄像装置(1)、眼瞳辅助精确定位装置和下颌支撑装置(3)，所述的眼底摄像装置(1)包括固定在移动工作平台(7)上的眼底相机(4)和光学定位传感器(2)，所述的眼底相机(4)包括照明光源和光学镜头，所述的照明光源与光学镜头同轴设置，所述的照明光源为可切换的近红外光和白光光源，所述的光学定位传感器(2)工作于近红外光条件，所述的眼底相机(4)工作于近红外光或白光条件，所述的眼瞳辅助精确定位装置包括控制器和驱动机构，所述的控制器分别与驱动机构、眼底相机(4)和光学定位传感器(2)连接，所述的驱动机构与移动工作平台(7)连接，所述的下颌支撑装置(3)与眼底摄像装置(1)相对设置，
工作时，所述的光学定位传感器(2)对被测对象的双眼和下颌支撑装置(3)进行拍摄，所述的控制器计算下颌支撑装置(3)与眼底相机(4)之间的距离以及眼底相机(4)视轴与被测对象人眼视轴之间的偏差，并向驱动机构发送控制指令，令移动工作平台在水平面和竖直方向移动，使眼底相机(4)被测对象人眼视轴和眼底相机(4)视轴对准、提高眼底相机(4)拍摄清晰度。
2.根据权利要求1所述的一种自主式眼底摄影成像系统，其特征在于，所述的近红外光的波长范围为700-900nm。
3.根据权利要求1所述的一种自主式眼底摄影成像系统，其特征在于，所述的下颌支撑装置(3)上设有定位视标，所述的定位视标与光学定位传感器(2)相对设置。
4.根据权利要求1所述的一种自主式眼底摄影成像系统，其特征在于，所述的系统还包括设置在下颌支撑装置(3)上的压力感应装置，所述的压力感应装置与控制器连接。
5.根据权利要求1所述的一种自主式眼底摄影成像系统，其特征在于，所述的系统还包括与控制器连接的语音提示装置。
6.一种采用如权利要求1～5任一所述的自主式眼底摄影成像系统进行眼底摄影成像的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，系统检测到下颌置于下颌支撑装置(3)，控制器控制驱动机构动作，使光学定位传感器(2)与下颌支撑装置(3)对准；
S2，控制器根据光学定位传感器(2)拍摄到的双眼瞳孔图像，确定双眼视轴与眼底相机(4)视轴之间的偏差，提示被检者调整面部方向，直到两个视轴对准；
S3，眼底相机(4)对眼底进行拍摄，控制器根据眼底图像清晰程度，令驱动机构调节移动工作平台(7)的前后位置，直到清晰度达到最大。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的步骤S2中，光学定位传感器(2)检测双眼瞳孔内外边缘，得到拟合圆，根据圆形的变形程度确定双眼视轴方向。
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