CN108324241A - 多光谱光源、眼底成像系统和成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多光谱光源、眼底成像系统和成像方法；其中，多光谱光源包括一个或多个照明单元和控制单元；照明单元包括发光二极管矩阵，每个发光二极管矩阵发出多种波长的光；控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光，以输出多光谱光。本发明可以获得形状、波长，能量，及闪光时间等参数满足用户需求的多光谱光源，为眼底成像系统或其他成像、照明系统提供了性能较佳的多光谱光源，提高了成像的能力，使成像更加清晰。
Description
技术领域
本发明涉及眼底成像技术领域，尤其是涉及一种多光谱光源、眼底成像系统和成像方法。
背景技术
通常，眼底成像系统可以采用卤素灯或氙气白光光源、发光二极管或扫描激光器作为光源，获取眼底视网膜图像。目前的眼底照相机像素传感器，使用不同滤镜技术将白光分成红绿蓝光谱，来获取视网膜图像。
使用氙气或其它白光光源，及红绿蓝图像传感器的视网膜成像可以生成视网膜或眼前节的彩色图像，但氙气白光光源照明光在不同波长上的功率差异较大而具有局限性。将氙气白光光用滤镜分离成多个窄带光谱任务量大，难以实现；同时，氙光照明光很强，重复照射会导致瞳孔收缩减小，使成像变得困难。眼底成像也可以使用激光扫描照射技术，激光束通过针孔给光。扫描激光器可以获取的离散波长很少，但激光成本昂贵，体积大，需要占用设备很大的内部空间，故激光扫描实用性较差，且对眼睛使用激光存在很大的安全隐患。
针对上述现有的用于眼底成像的光源性能较差，导致眼底成像的局限性较大的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多光谱光源、眼底成像系统和成像方法，为眼底成像系统或其他成像、照明系统提供性能较佳的多光谱光源，提高成像的能力，使成像更加清晰。
第一方面，本发明实施例提供了一种多光谱光源，多光谱光源包括一个或多个照明单元和控制单元；照明单元包括发光二极管矩阵，每个发光二极管矩阵发出多种波长的光；控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光，以输出多光谱光。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述多光谱光源还包括光导器件；光导器件与照明单元连接；光导器件将照明单元发光二极管矩阵发出的光进行成形处理，以输出设定形状的多光谱光。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述多光谱光源还包括光束成形单元；光束成形单元的输入端与照明单元的发光二极管矩阵相接；光束成形单元的输出端与光导器件相接；光束成形单元用于调节对照明单元的发光二极管矩阵发出的各个波长的光线分布，以使各个波长的光线均匀分布在光束成形单元的输出端的截面上；光导器件还用于按照设定的排列方式排列光纤，将光束成形单元的输出光整形，以输出设定形状的多光谱光源。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述多光谱光源还包括光束成形单元；光束成形单元的输入端与照明单元的发光二极管矩阵相接；光束成形单元用于调节对照明单元的发光二极管矩阵发出的各个波长的光线分布，以使各个波长的光线均匀分布在光束成形单元的输出端的截面上，从而输出设定形状的多光谱光。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述光导器件包括与照明单元的发光二极管矩阵数量相匹配的光纤子束；每个光导器件的光纤子束包括设定数量的光纤；在光导器件的输入端，每组光纤子束的纤芯均匀排列在相对应的发光二极管矩阵的发光面；每个光纤子束与每个发光二极管位置相对应；每个光纤子束包含每个光纤子束中的一个或多个光纤；在光导器件的输出端，形成设定形状及设定数量的光纤。
结合第一方面的第二种或第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述光束成形单元包括匀光器件。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述匀光器件为匀光棒；匀光棒的输入端与照明单元的发光二极管矩阵相对接耦合；匀光棒的输入端的形状与照明单元的发光二极管矩阵的形状相匹配；匀光棒的输出端与光导器件光纤束对接。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述照明单元的发光二极管矩阵排列成正方形阵列。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述多光谱光源包括一个或两个照明单元、以及与照明单元数量相对应的一个或两个光束成形单元、一个或两个光导器件；控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，以控制一个或两个照明单元。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，上述光导器件输出端为半环结构；两个光导器件输出端的半环结构相互匹配；两个光导器件输出端的半环结构可结合形成全环。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十种可能的实施方式，其中，上述光导器件输出端包括全环结构；全环结构用于将光束成形单元的输出端的光纤排列成设定半径的全环形；两个光导器件输出端中，其中一个全环形为外环结构，另一个全环形为内环结构；外环结构的半径大于内环结构的半径。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第十一种可能的实施方式，其中，上述光导器件输出端包括两组四分之一环结构；四分之一环结构用于将光导器件的输出端的光纤排列成弧形；两个光导器件输出端中，四分之一环结构沿同一圆周均匀分布。
第二方面，本发明实施例提供了一种眼底成像系统，系统包括上述多光谱光源；还包括中央控制器。
第三方面，本发明实施例提供了一种眼底成像方法，方法应用于上述眼底成像系统；方法包括：中央控制器向多光谱光源发出同步脉冲及控制指令；多光谱光源的控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光；光导器件将照明单元发光二极管矩阵发出的光进行成形处理，以输出设定形状的多光谱光。
结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，当眼底成像系统的多光谱光源包括两个照明单元，且每个照明单元中的光导器件包括形成半环结构时或两组四分之一环结构时，方法还包括：设置发光波长K的初始值；循环操作：控制单元控制多光谱光源中，第一照明单元点亮，并发出波长K的光，第二照明单元关闭；采集并保存第一眼底图像；控制器控制多光谱光源中，第二照明单元点亮，并发出波长K的光，第一照明单元关闭；采集并保存第二眼底图像；更新波长K，继续进行上述循环操作，直至遍历所有设定的波长。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种多光谱光源、眼底成像系统和成像方法，多光谱光源，包括一个或多个照明单元和控制单元；照明单元包括发光二极管矩阵，每个发光二极管矩阵发出多种波长的光；控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光，以输出多光谱光。通过该方式，可以获得形状、波长，能量，及闪光时间等参数满足用户需求的多光谱光源，为眼底成像系统或其他成像、照明系统提供了性能较佳的多光谱光源，提高了成像的能力，使成像更加清晰。
发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本发明的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施方式，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多光谱光源的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种多光谱光源的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种多光谱光源的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种多光谱光源的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种多光谱光源中，照明单元的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一种多光谱光源中，光束成形单元和照明单元的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种多光谱光源中，方形光纤束的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种多光谱光源的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的另一种多光谱光源的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的另一种多光谱光源的结构示意图；
图11为本发明实施例提供的采用多光谱光源生成的多光谱视网膜图像；
图12为本发明实施例提供的一种眼底成像系统的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的一种眼底成像方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到现有的用于眼底成像的光源性能较差，导致眼底成像的局限性较大的问题，本发明实施例提供了一种多光谱光源、眼底成像系统和成像方法；该技术可以应用于眼底成像系统中，还可以应用于眼底照相机中；另外，该多光谱光源还可以应用于其他成像系统或照明系统中。该技术可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。
参见图1所示的一种多光谱光源的结构示意图；该多光谱光源包括一个或多个照明单元10和控制单元00；照明单元10包括发光二极管矩阵，每个发光二极管矩阵发出多种波长的光；通常，多光谱光源仅设置一个控制单元00，该控制单元00可以分别控制一个或多个照明单元10；
控制单元00将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元10中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光，以输出多光谱光。该发光二极管矩阵可以排列成设定的形状，例如，环形、半环形，特定角度的弧形等，以使多光谱光的形状满足特定的照明需求。
本发明实施例提供的一种多光谱光源，包括一个或多个照明单元和控制单元；照明单元包括发光二极管矩阵，每个发光二极管矩阵发出多种波长的光；控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光，以输出多光谱光。通过该方式，可以获得形状、波长，能量，及闪光时间等参数满足用户需求的多光谱光源，为眼底成像系统或其他成像、照明系统提供了性能较佳的多光谱光源，提高了成像的能力，使成像更加清晰。
参见图2所示的另一种多光谱光源的结构示意图；该多光谱光源包括控制单元00，一个或多个照明单元10和光导器件11；每个照明单元包括一组发光二极管矩阵，每组发光二极管矩阵发出多种波长的光；
控制单元00从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光；光导器件11用于将照明单元发光二极管矩阵发出的光进行成形处理，以输出设定形状的多光谱光。
在实际实现时，上述控制单元可以控制一个或多个照明单元的发光二极管矩阵按照多种发光顺序，发出设定波长的光；光导器件可以设置有不同的形状结构输出，以使多光谱光的光具有设定的形状，例如，全环形、半环形、四分之一弧形等等。中央控制器可以通过控制单元控制该多光谱光的其他参数，以使最后输出的多光谱光在形状、数值孔径和发光面积等方面均满足用户需求。
本发明实施例提供的一种多光谱光源，包括一个或多个照明单元、控制单元及光导器件；照明单元包括发光二极管矩阵，每个发光二极管矩阵发出多种波长的光；控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光；光导器件将照明单元发光二极管矩阵发出的光进行成形处理，以输出设定形状的多光谱光。通过该方式，可以获得形状、波长，能量，及闪光时间等参数满足用户需求的多光谱光源，为眼底成像系统或其他成像、照明系统提供了性能较佳的多光谱光源，提高了成像的能力，使成像更加清晰。
参见图3所示的另一种多光谱光源的结构示意图，该多光谱光源包括控制单元00，一个或多个照明单元10和光导器件11；每个照明单元包括发光二极管矩阵，每组发光二极管矩阵发出多种波长的光；光束成形单元21的输入端与照明单元发光二极管矩阵相接；光束成形单元21的输出端与光导器件22相接；
该控制单元00将接收到由中央控制控制模块发送的控制指令，触发指定的照明单元20发光二极管矩阵发出设定波长的光；光束成形单元21用于调节对照明单元的发光二极管矩阵发出的各个波长的光线分布，以使各个波长的光线均匀分布在光束成形单元的输出端的截面上；光导器件22按照设定的排列方式排列光纤，将所述光束成形单元的输出光整形，以输出设定形状的多光谱光源。
参见图4所示的另一种多光谱光源的结构示意图，该多光谱光源包括控制单元00，一个或多个照明单元10；该多光谱光源还包括光束成形单元21；
光束成形单元21的输入端与照明单元10的发光二极管矩阵相接；光束成形单元21用于调节对照明单元10的发光二极管矩阵发出的各个波长的光线分布，以使各个波长的光线均匀分布在光束成形单元的输出端的截面上，从而输出设定形状的多光谱光。
上述照明单元发光二极管矩阵可以由多个高功率的发光二极管排列而成；每组照明单元发光二极管矩阵紧凑排列；例如，如果照明单元包括9个发光二极管组成的矩阵，则可以3×3的形式排列；如果照明单元包括个发光二极管组成的矩阵，则可以4×4的形式排列；当然，还可以包括更多数量的发光二极管组成的矩阵；排列出的照明单元发光二极管通排列为矩形，尤其可以为正方形；如此，多光谱光源可以通过空间复用生成实现设定波长的发光二极管组合。
本实施方式中，上述光束成形单元可以采用匀光棒或其它光学玻璃器件对照明单元发光二极管矩阵发出的各个波长的光线进行匀光处理，进而将处理后的光线传输至光导器件；该光导器件还可以采用多束光纤，每束光纤包含多个纤芯，在输出端对纤芯进行重新分组、排列的方式，由对照明单元发光二极管矩阵发出的各个波长的光线进行匀光处理，进而传输至照明光路的输入端。
上述光导器件可以采用结构件等对光束进行重新排列，例如，排列成半环形、全环形等。
本发明实施例提供的一种多光谱光源，控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光；再通过光束成形单元调节照明单元发光二极管矩阵发出的各个波长的光线分布，以使各个波长的光线均匀分布在光束成形单元的输出端截面上；通过光导器件按照设定的排列方式排列输出端的光纤，以输出对应形状的多光谱光；该方式中，通过对发光二极管矩阵的光进行匀光处理，可以使各个波长的光线均匀照射在眼底，为眼底成像系统提供了性能较佳的多光谱光源，提高了眼底成像的能力，使成像更加清晰。
通常，发光二极管、激光或其他光源发出的光，经过光收集、多光谱通道聚集、多光谱优化等处理，可以得到期望的光路截面形状和功率；基于此，本发明实施例还提供了另一种多光谱光源，该多光谱光源在图1中所示光源基础上实现；具体地，参见图5所示的一种多光谱光源中，照明单元的结构示意图；该照明单元包括多个发光二极管组成的矩阵，发光二极管矩阵排列成正方形阵列。当然，发光二极管矩阵还可以排列成其他形状，例如，直接排列成全环形或半环形等。
如图5中，照明单元发光二极管矩阵优选可以以下述形式实现：每个发光二极管为边长为1毫米的正方形，并具有特征准高斯谱；当矩阵由9个发光二极管组成时，矩阵可以3×3的形式排列；9个发光二级管紧凑排列，距离很近，形成的正方形阵列边长可以为3.3毫米。
在实际实现时，9个发光二极管的矩阵中，每个发光二极管对应一种波长，共9种波长；还可以是16组以4×4形式排列的发光二极管矩阵，共对应16种波长；还可以是25组以5×5形式排列的发光二极管矩阵，共对应25种波长。
在该实施例中，上述光导器件可以通过多种形式实现；在其中一种实施方式中，光导器件包括与照明单元的发光二极管矩阵数量相匹配的光纤子束；每个光导器件的光纤子束包括设定数量的光纤；在光导器件的输入端，每组光纤子束的纤芯均匀排列在相对应的发光二极管矩阵的发光面；每个光纤子束与每个发光二极管位置相对应；每个光纤子束包含每个光纤子束中的一个或多个光纤；在光导器件的输出端，形成设定形状及设定数量的光纤。另外，该光纤束可以采用多个阶跃折射率光纤的组合实现。
以3×3的排列形式的发光二极管矩阵为例进行说明，由于发光二极管的数量为9个，该光导器件也包括9组光纤束；每组光纤束可以包括25个光纤，25个光纤以5×5的形式排列为正方形，每根纤芯的直径约为0.2毫米，则该正方形的边长约为1毫米，与每个发光二极管的边长(1毫米)相匹配；在光导器件的输出端，形成9个子束，每个子束包括25个光纤，分别来自上述9组光纤束。
通过上述方式，照明单元发光二极管矩阵发出的各个波长的光线可以在光导器件的输出端的界面上均匀地分布，其均匀度的量化间隔与每组光纤束中纤芯的直径相关；当然，还可以采用直径更小的纤芯，以使相同面积下，每组光纤束包含更多的纤芯，以降低上述量化间隔，提高光谱的均匀度。
上述子束可以根据实际的成像需求，排列成任意形状，例如，排列成环形、半环形或其他部分环形的形状。
进一步地，上述多光谱光源还包括光能量探测器；该光能量探测器可以直接安装在发光二极管矩阵附近，也可与光纤束中的一个或多个纤芯连接，用于探测光源的输出功率及能量。该光功率探测器在经过校准及标定之后，可以进行实时功率监测，电子控制以及安全的硬切断。上述其中一个子束连接到光电探测器或者光功率探测器，用于功率监测；检测到的功率参数可以反馈至控制单元，以使用户有效地对发光功率和能量进行灵活控制和调整，保证日常使用的曝光量低于安全阈值水平，避免光照对眼睛的损害。
在另一种实施方式中，参见图6所示的一种多光谱光源中，一种光束成形单元和照明单元的结构示意图；该光束成形单元包括匀光器件。该匀光器件具体可以为匀光棒；匀光棒的输入端与照明单元的发光二极管矩阵对接耦合；匀光棒的输入端的形状与发光二极管矩阵的形状相匹配；匀光棒的输出端与光导器件光纤束对接。
如果该匀光棒足够长，则来自各个发光二极管的光在到达匀光棒的输出端之前将在空间上被充分地占据；匀光棒的长度可以为15毫米到30毫米；匀光棒输出端部与可被布置成形成任何所需形状的多个光纤对接。该实施例中，光纤束可以设置为方形光纤束，参见图7所示的一种多光谱光源中，方形光纤束的结构示意图；该方形光纤束具有方形端部，可以提高光学系统的光耦合效率。
在其中一种方式中，该匀光棒为方形玻璃匀光棒，该匀光棒输入端的端面边长为3.4毫米，以覆盖3×3形式的照明单元发光二极管矩阵(边长为3.3毫米)；该匀光棒输出端环形直径可以是3.4毫米，以与216根光纤的半环光纤束的方形输入端匹配；该匀光棒的长度可以为20毫米；该匀光棒在数值孔径0.28的光学系统中的耦合效率为4％，并可避免产生螺旋传导模式。
在另一种方式中，上述匀光棒可以匹配9个光纤束，该匀光棒输入端的端面边长为3.6毫米，输出端宽度为3.6毫米；该情况下，9个光纤束中，每个光纤束包含12根纤芯；该匀光棒的长度可以为20毫米；该匀光棒在数值孔径0.28的光学系统中的耦合效率为1.57％，并可避免产生螺旋传导模式。
上述匀光棒可以直接连接到照明单元发光二极管矩阵的发光表面，使得发光二极管矩阵中的任意波长的发光都可以均匀地投射到光纤中去；匀光棒是正方形截面，也可是立体呈锥形，根据棒的波导特性，输出照明。
参见图8所示的另一种多光谱光源的结构示意图；该多光谱光源包括一个或两个照明单元、以及与照明单元数量相对应的一个或两个所述光束成形单元、一个或两个光导器件；控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，以控制一个或两个照明单元；每个照明单元发光二极管分别由控制单元直接控制。
多光谱光源的分布需要确保各个波长的光源都可以均匀地照亮眼底，同时遵循传统的Gullstrand安排，确保在眼睛瞳孔处的进光光路横截面和出光光路横截面保持一定间距，以克服不需要的眼底后向散射带来的在图像上的干扰。通常，通过环形弧形提供照明，而通过中央圆形区域眼底反射出光供图像采集。
在所述的眼底相机中，环形照明通常是分成部分环形或者弧形，单次只会照亮部分环形，一般需要快速点亮两个部分环形照明以获取两张分开的图像，并合并成期望视场角的完整图像。这种顺序环形拍摄技术的单独图像通常存在一定面积的角膜反光，但是当把两张分开的图像合并之后，可以有效地消除角膜反光。在这种电子图像叠加中，单个半环照明获取的图像较暗的区域的像素灰度值会变成双倍。为了防止图像的任何重叠，部分环形照明的角度应该小于180度。在修补图像时，可以不出现明显的分界线，并且可以实现两个图像之间的渐变过渡。
基于此，在其中一种实施方式中，参见图9所示的另一种多光谱光源的结构示意图；导光导器件输出端为半环结构；该半环结构通过光纤排列成半环形来实现；两个光导器件输出端的半环结构相互匹配；两个光导器件输出端的半环结构可结合形成全环。
具体地，两个半环结构相互分隔，每个半环结构对应一个照明单元；当控制单元发送控制信号及控制电流至特定照明单元上某个波长的发光二极管时，相应的发光就会经由上述匀光棒和光纤，使该半环结构发光。
通过上述两个相互分隔的半环结构，可以形成两个弧形照明区域，两个弧形照明沿同一圆周均匀分布，两个弧形照明区域用于照明患者眼底的相同部分，两个弧形照明区域对应的圆心角均小于180度。
每个弧形照明区域源于对应的多光谱光源中的半环结构，成像在被测眼的瞳孔上为近半圆形，从而进一步的在预定立体角(视场)内照射整个视网膜。
作为另一种实施方式，光导器件输出端包括两组四分之一环结构；四分之一环结构用于将光导器件输出端的光纤排列成弧形；两个光导器件输出端中，四分之一环结构沿同一圆周均匀分布。四个四分之一环结构，沿同一圆周均匀分布，形成四个弧形照明区域，四个弧形照明区域用于照明患者眼底的相同部分，四个弧形照明区域对应的圆心角均小于90度。
四弧形照明方式，照明将由多光谱光源的两个对应的照明单元分别提供。每个对应的光导器件将把输出光再分两部分，同时分别提供给相对但不相邻的两个光环照明区域。
更近一步的，多光谱光源提供的四光环光束将被直接带到照明光路的输入端，每个光环为近四分之一。经照明光路从而成像在被测眼的瞳孔上。从而进一步的通过照明光路在预定立体角(视场)内照射整个视网膜。
每个照明单元将照亮相对的两个四分之一环。在实际实现时，四个四分之一环结构由每两个交替发光，具体的，在多光谱光源的一个照明单元(例如，负责相对的两个四分之一环结构)发出波长1的照明光后，另一个分支对应的照明单元(例如，负责另外相对的两个四分之一环结构)接着也发出波长1的照明光，然后，第一个分支发出波长2的照明光后，第二个分支也相继发出波长2的照明光，依次进行下去；在每侧弧形照明区域照明的同时，图像传感器同时进行图像采集。
当然，也可以由其中一个照明单元负责相邻的两个四分之一环结构；另一个照明单元负责另外相邻的两个四分之一环结构。
在另一种实施方式中，参见图10所示的另一种多光谱光源的结构示意图；每个光导器件输出端包括全环结构；全环结构用于将光束成形单元的输出端的光纤排列成设定半径的全环形；两个光导器件输出端中，其中一个全环形为外环结构，另一个全环形为内环结构；外环结构的半径大于所述内环结构的半径。
具体地，光纤通过设定的排布成内外两个全环的光纤输出端直接传向照明光路，其透镜系统可以将光线合并成完整的环形。
通过上述方式，既可以实现半环照明，四分之一环照明，也可以实现全环照明；半环照明时，发光二极管可以个包含9个波长；全环照明时，发光二极管最多可达到18个波长。参见图9所示的采用多光谱光源生成的多光谱视网膜图像；图11种展示了10种光谱下的视网膜图像，每种光谱下的视网膜图像可以呈现出不同的特征。
对应于上述多光谱光源实施例，参见图12所示的一种眼底成像系统的结构示意图；该系统包括上述多光谱光源100；还包括中央控制器101。
当眼底成像系统的多光谱光源包括两个照明单元时，该控制单元可以向两个照明单元(例如，单元a和单元b)分别发送控制信号，二者相互独立；该控制单元还可以控制任一照明单元中的每个发光二极管按照任意顺序开启或关闭；并且，单元a上的每个发光二极管可以与单元b上的任何发光二极管波长组合，并且单元a和单元b可以具有相同的波长或完全不同的波长。
本发明实施例提供的眼底成像系统，与上述实施例提供的多光谱光源具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
对应于上述多光谱光源实施例和眼底成像系统实施例，参见图13所示的一种眼底成像方法的流程图；该方法应用于上述眼底成像系统；该方法包括：
步骤S102，中央控制器向多光谱光源发出同步脉冲及控制指令；
步骤S104，多光谱光源的控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光；
步骤S106，光导器件将照明单元发光二极管矩阵发出的光进行成形处理，以输出设定形状的多光谱光。
进一步地，当眼底成像系统的多光谱光源的光导器件包括两个照明单元，且每个照明单元中的光导器件包括形成半环结构时或两组四分之一环结构时，上述方法还包括：
步骤202，设置发光波长K的初始值；
步骤204，循环操作：控制单元控制多光谱光源中，第一照明单元点亮，并发出波长K的光，第二照明单元关闭；
步骤206，采集并保存第一眼底图像；
步骤208，控制器控制多光谱光源中，第二照明单元点亮，并发出波长K的光，第一照明单元关闭；
步骤210，采集并保存第二眼底图像；
步骤212，更新波长K，继续进行上述循环操作，直至遍历所有设定的波长。
上述眼底成像系统中，多光谱光源中的多组照明单元发光二极管矩阵以预定的或指定的顺序和发光时间一个接一个闪烁特定波长的照明光，也可以根据应用要求使多个发光二极管一起同时发光；相同中的图像传感器将与发光二极管闪光同步收集一连串的对于每个光源一一对应的图像，并通过中央控制器将采集的原始视网膜图像传送到外部计算设备以用于存储，读取或进一步处理。通常应用时每个发光二极管的光谱照射的视网膜图像被分别采集。
当多光谱光源接到来自中央控制器发光指令或发光触发脉冲时，相对应的照明单元发光二极管矩阵按照指定的闪光时间发光；中央控制器可同时向多光谱光源和图像传感器发送信号，或者，多光谱光源在开始发光后立即同时向图像传感器发送信号，以使图像传感器和多光谱光源同步工作。
每个照明单元发光二极管矩阵的输出光功率和能量都经过校准并实时监测，以实现实时监视每个发光二极管每次发光的能量并在正常或非正常运行时能量一旦达到安全能量预警极限时立即切断光源，以对患者起到绝对的安全保护作用。
本发明实施例还提供了另一种眼底成像方法，该方法以多光谱光源包括两个照明单元，且每个照明单元中的光导器件包括形成半环结构时或两组四分之一环结构为例进行说明；并且，两个半环结构的位置需要保证图像中不存在重叠或合成边界。
该方法包括如下步骤：
步骤302，控制单元控制多光谱光源中，第一照明单元亮，第二照明单元关闭；
步骤304，采集并保存第一眼底图像；
步骤306，控制器控制多光谱光源中，第二照明单元点亮，第一照明单元关闭；
步骤308，采集并保存第二眼底图像；
步骤310，删除第一眼底图像中的角膜反光区域；
步骤312，获取第二眼底图像中，角膜反光区域的对应位置的有效图像；
步骤314，将有效图像合并至第一眼底图像中的对应位置，生成最终的眼底图像。
通过上述方式可以采用有效图像替代角膜反光区域，使眼底图像更加清晰、准确，为用户提供更多的眼底数据。
本发明实施例所提供的多光谱光源、眼底成像系统和成像方法，该多光谱光源为具有系列模式的多光谱照明源，系列模式可以按顺序短暂触发各个波长光源，一系列内可以捕获多幅图像(多个波长图像)，系列周期通常小于250毫秒；在系列内可以组合不同波长或多次重复单个波长或者不同波长闪光顺序；环形多光谱给光，以实现宽视场角眼底照明；多光谱光源可以满足多光谱眼底成像所需的多项需求，满足临床应用所需的可选的发光二极管能够提供足够的功率，以满足眼底清晰成像的照明需求。
本发明实施例所提供的多光谱光源、眼底成像系统和成像方法，能够从单一来源分成多个窄带光谱(小于30纳米的带宽)，或者将多个窄带光谱集成到一个光源中，以获取视网膜成像的能力；可以有效控制照明功率而不引起光伤害，并且日常使用的曝光量远低于安全阈值水平；多光谱光源为基于波长的模块化设计，可以根据实际需求灵活选择；可以基于光源适时功率监测和视网膜反光特性的实测反馈结果，动态地调节给光量。
本发明实施例所提供的多光谱光源、眼底成像系统和成像方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算平台可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机单元(可以是嵌入式中央处理单元及图像处理单元，个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (15)
1.一种多光谱光源，其特征在于，所述多光谱光源包括控制单元，一个或多个照明单元；所述照明单元包括发光二极管矩阵，每个发光二极管矩阵发出多种波长的光；
所述控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光，以输出多光谱光。
2.根据权利要求1所述的多光谱光源，其特征在于，所述多光谱光源还包括光导器件；所述光导器件与所述照明单元连接；
所述光导器件将所述照明单元发光二极管矩阵发出的光进行成形处理，以输出设定形状的多光谱光。
3.根据权利要求2所述的多光谱光源，其特征在于，所述多光谱光源还包括光束成形单元；
所述光束成形单元的输入端与所述照明单元的发光二极管矩阵相接；所述光束成形单元的输出端与所述光导器件相接；所述光束成形单元用于调节对所述照明单元的发光二极管矩阵发出的各个波长的光线分布，以使各个波长的光线均匀分布在所述光束成形单元的输出端的截面上；
所述光导器件还用于按照设定的排列方式排列光纤，将所述光束成形单元的输出光整形，以输出设定形状的多光谱光源。
4.根据权利要求1所述的多光谱光源，其特征在于，所述多光谱光源还包括光束成形单元；
所述光束成形单元的输入端与所述照明单元的发光二极管矩阵相接；所述光束成形单元用于调节对所述照明单元的发光二极管矩阵发出的各个波长的光线分布，以使各个波长的光线均匀分布在所述光束成形单元的输出端的截面上，从而输出设定形状的多光谱光。
5.根据权利要求2所述的多光谱光源，其特征在于，所述光导器件包括与所述照明单元的发光二极管矩阵数量相匹配的光纤子束；每个所述光导器件的光纤子束包括设定数量的光纤；
在所述光导器件的输入端，每组所述光纤子束的纤芯均匀排列在相对应的发光二极管矩阵的发光面；每个所述光纤子束与每个发光二极管位置相对应；每个所述光纤子束包含每个所述光纤子束中的一个或多个光纤；在所述光导器件的输出端，形成设定形状及所述设定数量的光纤。
6.根据权利要求3所述的多光谱光源，其特征在于，所述光束成形单元包括匀光器件。
7.根据权利要求6所述的多光谱光源，其特征在于，所述匀光器件为匀光棒；
所述匀光棒的输入端与所述照明单元的发光二极管矩阵相对接耦合；所述匀光棒的输入端的形状与所述照明单元的发光二极管矩阵的形状相匹配；所述匀光棒的输出端与所述光导器件光纤束对接。
8.根据权利要求1所述的多光谱光源，其特征在于，所述照明单元的发光二极管矩阵排列成正方形阵列。
9.根据权利要求3所述的多光谱光源，其特征在于，所述多光谱光源包括一个或两个照明单元、以及与所述照明单元数量相对应的一个或两个所述光束成形单元、一个或两个所述光导器件；
所述控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，以控制一个或两个照明单元。
10.根据权利要求9所述的多光谱光源，其特征在于，所述光导器件输出端为半环结构；
两个所述光导器件输出端的半环结构相互匹配；两个所述光导器件输出端的半环结构可结合形成全环。
11.根据权利要求9所述的多光谱光源，其特征在于，所述光导器件输出端包括全环结构；
所述全环结构用于将所述光束成形单元的输出端的光纤排列成设定半径的全环形；两个所述光导器件输出端中，其中一个所述全环形为外环结构，另一个所述全环形为内环结构；所述外环结构的半径大于所述内环结构的半径。
12.根据权利要求9所述的多光谱光源，其特征在于，所述光导器件输出端包括两组四分之一环结构；
所述四分之一环结构用于将所述光导器件的输出端的光纤排列成弧形；两个所述光导器件输出端中，所述四分之一环结构沿同一圆周均匀分布。
13.一种眼底成像系统，其特征在于，所述系统包括权利要求1-12任一项所述的多光谱光源；还包括所述中央控制器。
14.一种眼底成像方法，其特征在于，所述方法应用于权利要求13所述的眼底成像系统；所述方法包括：
中央控制器向多光谱光源发出同步脉冲及控制指令；
多光谱光源的控制单元将从中央控制器发送的控制指令转换为控制信号，触发指定的照明单元中，指定的发光二极管矩阵发出设定波长及设定能量的光；
光导器件将照明单元发光二极管矩阵发出的光进行成形处理，以输出设定形状的多光谱光。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，当所述眼底成像系统的多光谱光源包括两个照明单元，且每个照明单元中的光导器件包括形成半环结构时或两组四分之一环结构时，所述方法还包括：
设置发光波长K的初始值；
循环操作：控制单元控制多光谱光源中，第一照明单元点亮，并发出波长K的光，第二照明单元关闭；
采集并保存第一眼底图像；
所述控制器控制所述多光谱光源中，第二照明单元点亮，并发出波长K的光，第一照明单元关闭；
采集并保存第二眼底图像；
更新波长K，继续进行上述循环操作，直至遍历所有设定的波长。
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