CN107358224A - 一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法 - Google Patents

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Abstract

一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法属于医学图像处理领域，是一种在手术器械的干扰和部分虹膜轮廓在显示视野外的情况下实时检测虹膜外轮廓的方法。该方法包括图片的读取、颜色空间转换、二值化、轮廓提取、轮廓感兴趣区域的选取、轮廓的筛选、轮廓最小外切圆检测和虹膜外轮廓最小外切圆的绘制，该方法用于白内障手术中实时显示虹膜外轮廓，辅助医生精准和快速的实施手术。该方法在有手术器械的干扰和部分虹膜轮廓在显示视野外的情况下均能检测出虹膜外轮廓，且时间效率上能满足实时检测的要求。

Description

一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法
技术领域：
本发明属于医学图像处理领域，是一种在手术器械的干扰和部分虹膜轮廓在显示视野外的情况下实时检测虹膜外轮廓的方法。
背景技术：
白内障手术对象是眼睛，手术的准确性和效率十分重要。现有的手术辅助仪器中，没有使用快速定位虹膜外轮廓的功能。手术中快速而准确的定位虹膜外轮廓的方法，需要在保证检测时间效率达标的情况下，排除手术器械等物品的干扰，准确的找到虹膜外轮廓。虽然，已有很多虹膜轮廓检测技术，但是，众多类似技术都是在没有考虑到其他物体的严重干扰的情况下快速检测。
发明内容：
本发明提出的一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法，相较于众多虹膜轮廓检测拥有更强的抗干扰性。该方法能够应用于多中设备，在有手术工具干扰和部分虹膜在拍摄范围内均可正常检测虹膜外轮廓。
技术方案如下：
1、一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法，该方法包括图片的读取、颜色空间转换、二值化、轮廓提取、轮廓感兴趣区域的选取、轮廓的筛选、轮廓最小外切圆检测和虹膜外轮廓最小外切圆的绘制，详细实施流程如下：
步骤一：读取拍摄白内障手术的图像；
步骤二：对获取的图像颜色空间从RGB空间转换到HSV空间；
步骤三：基于HSV空间图像进行通道分离，对单通道图像进行二值化；
步骤四：基于二值图像，提取所有轮廓，并存储轮廓上所有的点；
步骤五：基于完整的轮廓，选取感兴趣区域；
步骤六：基于感兴趣区域，删除明显不符要求的轮廓，保留剩下的有用轮廓；
步骤七：基于有用轮廓，检测各轮廓的最小外切圆，结合虹膜轮廓大小的先验知识绘制出虹膜的最小外切圆。
2、所述步骤一读取拍摄白内障手术的图像要求如下：
图像尺寸为1920*1080或768*576，图像格式为BMP、JPEG和PNG。
3、所述步骤二将图像颜色空间从RGB空间转换到HSV空间的方法如下：
步骤一中获取的图像大部分区域为红色，虹膜、手术器械、睫毛等为灰色。利用颜色分割，能有效的去掉大部分非目标部分。HSV在图像处理中，用于指定颜色分割时，有较大的作用。H和S分量代表色彩信息，V表示色彩的明亮程度，利用分量划定阈值，可进行图像分割。由RGB空间转换到HSV空间的公式如下：
V←max(R,G,B) (1)
If H<0thenH←H+360.output 0≤V≤1,0≤S≤1,0≤H≤360 (4)
4、所述步骤三基于HSV空间图像进行通道分离，对单通道图像进行二值化的方法如下：
(1)将HSV图像分离成H、S和V三个单通道；
(2)选取V通道，求其灰度直方图；
(3)利用灰度直方图计算V通道的阈值，如果是单峰直方图，则阈值为单峰处的灰度值；如果是双峰直方图图，则阈值为双峰间的波谷值；
(4)利用步骤三中的阈值，对V通道图像进行二值化。
5、所述步骤五选取感兴趣区域的轮廓的方法：根据步骤一中读取的图像，求得图像的宽度W和高度H，则感兴趣区域为以W/2为半径，(W/2,H/2)为圆心的圆形轮廓区域。
6、所述步骤六基于感兴趣区域，删除明显不符要求的轮廓的方法为：
(1)遍历所有轮廓点，用直线检测方法检测出在一条直线上的轮廓点，这些点很可能是手术器械的轮廓点，删除直线上的这些点；
(2)遍历所有轮廓点，检测轮廓的连通域，如果连通域小于一般虹膜轮廓连通域值得一半，则删除此轮廓。
7、所述步骤七基于有用轮廓，结合目标特点，绘制出虹膜的最小外切圆：遍历所有轮廓，求其最小外切圆直径，绘制出直径大于图片高度H一半(H/2)而小于图片宽度H的外切圆。
附图说明：
(1)图1：本发明方法的流程图
(2)图2：原图
(3)图3：HSV图
(4)图4：HSV单通道图
(5)图5：二值图
(6)图6：感兴趣区域二值图
(7)图7：轮廓图
(8)图8：轮廓的最小外切圆图
(9)图9：结果图
具体实施方式：
本发明使用的是白内障手术的视频资料，对视频的每一帧按照技术方案的步骤实施，即包括图片的读取、颜色空间转换、二值化、轮廓提取、轮廓感兴趣区域的选取、轮廓的筛选、轮廓最小外切圆检测和虹膜外轮廓最小外切圆的绘制。
采用本发明提供的虹膜外轮廓检测方法，实时提示虹膜外轮廓的位置，提高医生手术效率和手术的准确性。在将本发明植入到白内障辅助仪器时，仪器每拍摄一张图片就按照技术方案的步骤实施，辅助仪器显示器即可实时提示虹膜外轮廓位置。
白内障手术过程中肯定会出现手术器械遮挡虹膜的情况，本方法能克服手术器械的干扰；手术过程中因眼球移动会导致只有部分虹膜在图片中，当虹膜轮廓在图片中的部分大于三分之二时，本方法依然能提取虹膜的外轮廓；手术中会有眼睛出血的情况，本方法能克服出血的所带来的干扰。综上所述，本发明的一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法实现了手术过程中实时提取虹膜外轮廓，具有较强的抗干扰能力和较高的应用价值。

Claims (4)

1.一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法，其特征在于，详细实施流程如下：
步骤一：读取拍摄白内障手术的图像；
步骤二：对获取的图像颜色空间从RGB空间转换到HSV空间；
步骤三：基于HSV空间图像进行通道分离，对单通道图像进行二值化；
步骤四：基于二值图像，提取所有轮廓，并存储轮廓上所有的点；
步骤五：基于完整的轮廓，选取感兴趣区域；
选取感兴趣区域的轮廓的方法具体为：根据步骤一中读取的图像，求得图像的宽度W和高度H，则感兴趣区域为以W/2为半径，(W/2,H/2)为圆心的圆形轮廓区域。
步骤六：基于感兴趣区域，删除明显不符要求的轮廓，保留剩下的有用轮廓，具体如下：
步骤6.1：遍历所有轮廓点，用直线检测方法检测出在一条直线上的轮廓点，删除直线上的这些点；
步骤6.2：遍历所有轮廓点，检测轮廓的连通域，如果连通域小于一般虹膜轮廓连通域值的一半，则删除此轮廓，保留剩下的有用轮廓，
步骤七：基于有用轮廓，
绘制出虹膜的最小外切圆：遍历所有轮廓，求其最小外切圆直径，绘制出直径大于图片高度H一半(H/2)而小于图片宽度H的外切圆。
2.根据权利要求1所述的一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法，其特征在于：所述步骤一读取拍摄白内障手术的图像要求如下，
图像尺寸为1920*1080或768*576，图像格式为BMP、JPEG或PNG。
3.根据权利要求1所述的一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法，其特征在于：所述步骤二将图像颜色空间从RGB空间转换到HSV空间的方法如下：
H和S分量代表色彩信息，V表示色彩的明亮程度，由RGB空间转换到HSV空间的公式如下：
由RGB空间转换到HSV空间的公式如下：
V←max(R,G,B) (1)
If H<0thenH←H+360.output 0≤V≤1,0≤S≤1,0≤H≤360 (4) 。
4.根据权利要求1所述的一种白内障手术中虹膜外轮廓检测的方法，其特征在于：所述步骤三基于HSV空间图像进行通道分离，对单通道图像进行二值化的方法如下：
步骤一：将HSV图像分离成H、S和V三个单通道；
步骤二：选取V通道，求其灰度直方图；
步骤三：利用灰度直方图计算V通道的阈值，如果是单峰直方图，则阈值为单峰处的灰度值；如果是双峰直方图图，则阈值为双峰间的波谷值；
步骤四：利用步骤三中的阈值，对V通道图像进行二值化。
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