CN114748035A - 基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，涉及瞳孔反射数据采集领域。包括头戴式眼镜框、LED光源、LED光源控制模块、摄像采集模块、主控模块；其中，LED光源控制模块与LED光源相连；主控模块与LED光源控制模块、摄像采集模块相连；LED光源、LED光源控制模块、摄像采集模块、主控模块均设置在箱体内，头戴式眼镜框上设置有延伸于双眼中央前方的外沿支架，箱体与外沿支架相连。本发明将LED光源与摄像采集模块集成在眼镜框上，单摄像头捕捉瞳孔响应情况，利用二分法处理得到左右眼的关键帧数据，本装置体积小巧且佩戴方便，极大提升了特殊儿童PLR检测的便捷性，提高了检测效率。

Description

基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统

技术领域

本发明涉及瞳孔反射数据采集技术领域，更具体的说是涉及一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统。

背景技术

目前热门的眼动追踪技术主要是基于眼球图像分析的“非侵入式”技术，其基本原理是：将一束光线和一台摄像机对准被试的眼球，通过光线和后端分析来推断被试者注视的方向，摄像机则记录交互的过程。目前的眼动仪多采用的是基于瞳孔-角膜反射光斑的识别技术，其所利用的眼动过程保持不变的特征，是眼球角膜外表面上的普尔钦斑——眼球角膜上的一个亮光点，由进入瞳孔的光线在角膜外表面上反射而产生。

由于眼动仪(含摄像机)的位置固定，光源的位置也固定、眼球中心位置不变(假设眼球为球状，且头部不动)，普尔钦斑的绝对位置并不随眼球的转动而变化。但其相对于瞳孔和眼球的位置则是在不断变化的，只要实时定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置，计算出角膜反射向量，便能利用几何模型，估算得到用户的视线方向。

相关技术中的眼动仪检测设备，其光源一般是独立设置，结构较为复杂，体积大，携带不便，无法随时随地进行检测；光源的光线容易产生眩光，伤害到孩子眼睛；由于检测时光源与眼睛距离较远，易受外界光线干扰，对使用环境的要求也比较高；照射光波波长单一，而且不同被试对不同波长的瞳孔响应灵敏度不同，易引起被试的测试疲劳。因此，对本领域技术人员来说，如何克服上述缺陷是亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，以解决背景技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，包括头戴式眼镜框、LED光源、LED光源控制模块、摄像采集模块、主控模块；其中，所述LED光源控制模块与所述LED光源相连，所述LED光源的发光方向朝向眼睛侧，所述摄像采集模块取景方向也朝向眼睛侧；所述主控模块与所述LED光源控制模块、摄像采集模块相连；所述LED光源、所述LED光源控制模块、所述摄像采集模块、所述主控模块均设置在箱体内，所述头戴式眼镜框上设置有延伸于双眼中央前方的外沿支架，所述箱体与所述外沿支架相连。

可选的，还包括摄像数据存储模块，所述摄像数据存储模块与所述主控模块相连，设置在所述箱体内。

可选的，还包括电源模块、所述电源模块设置在箱体内，与所述LED光源、所述摄像采集模块、所述LED光源控制模块、所述主控模块、所述摄像数据存储模块供电连接。

可选的，所述LED光源为4种不同波长，包括发光波长为435nm发蓝光的LED、发光波长550nm发绿光的LED、发光波长为650nm发红光的LED和发光波长范围为435nm-650nm发白光的LED。

可选的，所述LED光源控制模块控制所述LED光源的电流，使所述LED光源发出照度不同的光线；所述LED光源控制模块还控制所述LED光源中各只LED的开关，发出不同波长的光线。

可选的，所述电源模块包括蓄电池和设置在所述头戴式眼镜框上且与蓄电池连接的充电接口。

可选的，还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述电源模块相连。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，将四种不同波长LED光源与摄像采集模块集成在眼镜框上，单摄像头捕捉自闭症儿童接受光刺激时的瞳孔响应情况，利用二分法处理得到左右眼的关键帧数据，本装置体积小巧且佩戴方便，极大提升了特殊儿童PLR检测的便捷性，提高了检测效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明的系统正面结构图；

图2为本发明的系统的右视图；

图3为本发明的箱体结构图；

图4为本发明的检测方法流程图；

其中，1为头戴式眼镜框、2为外沿支架、3为箱体、4为LED光源、5为摄像采集模块、6为LED光源控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

本发明实施例公开了一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，如图1、图2、图3所示，包括：

头戴式眼镜框1，头戴式眼镜框1上部设置有延伸于双眼中央前方的外沿支架2，外沿支架2上设置有箱体3；

LED光源4，设置在箱体3内，LED光源4的发光方向朝向眼睛侧；

LED光源控制模块6，设置在箱体3上，且与LED光源4连接；

摄像采集模块5，设置在箱体3上，摄像采集模块5的取景方向朝向测试者眼睛；

摄像数据存储模块，设置在箱体3上，用于存储摄像采集模块5采集的图像数据；

主控模块，设置在箱体3上且与LED光源控制模块6、摄像采集模块5、摄像数据存储模块连接。

主控模块，设置在箱体3上且与LED光源控制模块6、摄像采集模块5、摄像数据存储模块7连接；

电源模块，设置在箱体3上且与LED光源4、摄像采集模块5、LED光源控制模块6、摄像数据存储模块、主控模块、无线通信模块供电连接。

进一步的，在本实施例中，LED光源4能发出4种不同波长的光，包括发光波长为435nm发蓝光的LED、发光波长550nm发绿光的LED、发光波长为650nm发红光的LED和发光波长范围为435nm-650nm发白光的LED。

进一步的，LED光源控制模块6通过控制LED光源4的电流，使LED光源4发出照度不同的光线；LED光源控制模块6还控制LED光源4中各只LED的开关，发出不同波长的光线。

进一步的，电源模块包括蓄电池和设置在头戴式眼镜框1上且与蓄电池连接的充电接口。

进一步的，还包括无线通信模块，无线通信模块与电源模块相连。

另一方面，提供一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集方法，采用一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统进行采集，如图4所示，具体步骤包括如下：

S1、将头戴式眼镜框戴在受检测者的头上；

S2、使摄像采集模块的取景方向朝向受检测者的脸部，令LED光源发出颜色和照度不同的光线唤起瞳孔光刺激反射响应；

S3、通过摄像采集模块采集接受光刺激时的瞳孔动态录像；

S4、对瞳孔动态录像进行处理，利用二分法处理得到左右眼的瞳孔数据，分别通过提取瞳孔图像动态参数，得到左右眼瞳孔反射曲线。

进一步的，使摄像采集模块5的取景方向朝向接受测试者的脸部，以采集到清楚的瞳孔图像，以分别观察到左眼瞳孔和右眼瞳孔接受光刺激时瞳孔动态数据；通过LED光源控制模块6控制四种不同波长LED光源4的电流和开关，使四种不同波长LED光源4发出颜色和照度不同的光线唤起瞳孔光刺激反射响应。

通过四种不同波长LED光源4随机选择发出0-1000ms范围内自动可调的不同波长的闪光光线刺激瞳孔。

在S3中，包括瞳孔图像采集和瞳孔光刺激反射图像采集。瞳孔图像采集首先获取基线瞳孔图像1秒钟，然后四种不同波长LED光源发出0-1000ms范围内自动可调的闪光光线，然后继续进行瞳孔图像获取2秒钟，以捕获整个瞳孔缩小和恢复过程；瞳孔光刺激反射图像采集，通过定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置，计算出角膜反射向量和瞳孔变化大小数据，通过光线和后端分析，估算得到用户的视线变化方向。

在步骤S4中，在一次4秒钟的检测中，从每只眼睛获取图像采集率为200Hz，图像大小为192像素×192像素，分辨率为12位。对瞳孔多帧连续图像进行处理，通过提取瞳孔图像动态参数，得到瞳孔反射曲线。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，其特征在于，包括头戴式眼镜框、LED光源、LED光源控制模块、摄像采集模块、主控模块；其中，所述LED光源控制模块与所述LED光源相连，所述LED光源的发光方向朝向眼睛侧，所述摄像采集模块取景方向也朝向眼睛侧；所述主控模块与所述LED光源控制模块、摄像采集模块相连；所述LED光源、所述LED光源控制模块、所述摄像采集模块、所述主控模块均设置在箱体内，所述头戴式眼镜框上设置有延伸于双眼中央前方的外沿支架，所述箱体与所述外沿支架相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，其特征在于，还包括摄像数据存储模块，所述摄像数据存储模块与所述主控模块相连，设置在所述箱体内。

3.根据权利要求2所述的一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，其特征在于，还包括电源模块、所述电源模块设置在箱体内，与所述LED光源、所述摄像采集模块、所述LED光源控制模块、所述主控模块、所述摄像数据存储模块供电连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，其特征在于，所述LED光源为4种不同波长，包括发光波长为435nm发蓝光的LED、发光波长550nm发绿光的LED、发光波长为650nm发红光的LED和发光波长范围为435nm-650nm发白光的LED。

5.根据权利要求1所述的一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，其特征在于，所述LED光源控制模块控制所述LED光源的电流，使所述LED光源发出照度不同的光线；所述LED光源控制模块还控制所述LED光源中各只LED的开关，发出不同波长的光线。

6.根据权利要求3所述的一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，其特征在于，所述电源模块包括蓄电池和设置在所述头戴式眼镜框上且与蓄电池连接的充电接口。

7.根据权利要求3所述的一种基于单摄像头的瞳孔光反射数据采集系统，其特征在于，还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述电源模块相连。

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