CN115299873A - 一种眼部测量装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种眼部测量装置及其使用方法，该装置包括：测量单元；人机交互单元；测量单元包括第一拍摄模块、第二拍摄模块、眼角点固定模块和控制模块；其中，所述的第一拍摄模块位于被测量的眼部的正前方，用于辅助调整眼角固定模块的位置；所述的第二拍摄模块位于被测量的眼部的外侧方，用于采集被测量的眼部的侧视图数据；所述的人机交互单元调整眼角点固定模块的位置，使眼角点固定模块定位眼部的外眦点；所述的控制模块处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数。本发明的设备操作简便，自动的采集和分析眼部侧视图数据，并通过图像识别的方式快捷而精准的得出眼部的测量数据。

Description

一种眼部测量装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及测量仪器技术领域，具体涉及一种眼部测量装置及其使用方法。

背景技术

眼球的突出程度对医疗或科研均存在重要的意义。相关技术中已存在多种测量设备来获得眼球的突出度数据。但上述方案的测量结果无法满足使用需求，并且设备使用复杂。当前，常用的测量仪器有Hertel眼球突出度仪和CT扫描仪等。前者需要工作人员手动操作和读数，操作者个体间的操作习惯或使用经验的差异将导致测量结果缺乏稳定性。后者虽然测量精度较高，但是CT设备存在辐射大，测量成本高，结果生成慢等诸多问题。相关技术中还存在其它类似测量设备，但此类设备存在使用复杂，测量精度不高等诸多问题。并且，背景技术中提到的设备往往无法快速、准确的测量眼部的突出度数据，且设备的自动化程度低；即使部分设备涉及图像识别以获得眼部突出度数据，但图像识别方法复杂，获取数据的过程耗时过长。

发明内容

为了克服相关技术中设备存在的诸多问题中的至少一者，本发明提供了一种眼部测量装置及其使用方法。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种眼部测量装置，包括：

测量单元；

人机交互单元；

测量单元包括第一拍摄模块、第二拍摄模块、眼角点固定模块和控制模块；其中，

所述的第一拍摄模块位于被测量的眼部的正前方，用于辅助调整眼角固定模块的位置；

所述的第二拍摄模块位于被测量的眼部的外侧方，用于采集被测量的眼部的侧视图数据；

所述的人机交互单元调整眼角点固定模块的位置，使眼角点固定模块定位眼部的外眦点；

所述的控制模块处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数。

可选的一个实施例中，所述的测量单元还包括照明模块，所述的照明模块向被测量的眼部补光。

可选的一个实施例中，所述的第二拍照模块包括全反射棱镜、遮光筒和第二相机，所述的全反射棱镜固定于被测量的眼部的侧方以接收被测量的眼部反射的光线，并全反射所述的光线以使所述光线经过遮光筒后到达第二相机。

可选的一个实施例中，所述的第二拍照模块还包括活动拨片，所述的活动拨片设置于眼部和全反射棱镜之间，所述的活动拨片表面设置有刻度尺。

可选的一个实施例中，所述的眼角点固定模块包括眼角卡、传动结构和压力传感器；其中，

所述的传动结构驱动眼角卡靠近或远离眼部；所述的压力传感器临近眼角卡设置以采集眼角卡作用于眼角的压力。

可选的一个实施例中，所述的眼角点固定模块还包括限位开关，若传动机构控制眼角卡的位移超过设定阈值时，所述的限位开关启动以停止所述的传动结构。

可选的一个实施例中，所述的测量单元还包括额托和颌托，其中，

所述的额托与水平移动平台连接，所述的控制模块与水平移动平台电连接以调节额托的前后位置；

所述的颌托与竖直移动平台连接，所述的控制模块与竖直移动平台电连接以调节颌托的上下位置。

根据本发明的实施例的第二方面，提供一种眼部测量装置的使用方法，所述使用方法用于操作前文第一方面提供的任一所述的测量装置，

所述使用方法包括：

人机交互单元接收第一拍摄模块拍摄的画面，并收集控制眼角点固定模块移动的指令；

控制模块基于所述指令控制眼角点固定模块中的眼角卡移动并定位在眼部的外眦点；

控制模块控制第二拍摄模块拍摄眼部的侧视图数据，并处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数。

可选的一个实施例中，若眼角卡的位移超过设定阈值时，所述的眼角点固定模块中的限位开关启动以停止所述的眼角卡移动。

可选的一个实施例中，若被测量眼部偏离目标位置，则控制模块控制测量单元的额托的水平移动平台以调节额托的前后位置；和/或，

控制模块控制测量单元的颌托的竖直移动平台以调节颌托的上下位置。

本发明的技术方案具有如下优点或有益效果：

(1)第一拍摄模块位于被测量的眼部的正前方，用于辅助调整眼角固定模块的位置；第二拍摄模块位于被测量的眼部的外侧方，用于采集被测量的眼部的侧视图数据；人机交互单元调整眼角点固定模块的位置，使眼角点固定模块定位眼部的外眦点；控制模块处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数；上述的结构设置使得本发明的设备操作简便，自动化程度高，其在完成外眦点定位后仅需拍摄视频或图片即可完成测量，通过后续的图像处理手段即可获得眼球突出度参数，极大的提高了测量效率和数据测量的准确性。解决了相关技术中的测量设备测量成本高，测量效率低，测量结果准确度差的问题，且测量设备无辐射等副作用。再者，侧视图中眼球的突出轮廓相较于正视图或倾斜视图等视角更为清晰，测量的数据更准确，能够精确反映被测量目标的真实情况。眼部特征提取时，控制模块仅需从侧视图中提取角膜顶点数据，而使控制模块的数据处理量大幅度降低，从而显著提高了测量速度。

(2)第二拍照模块包括全反射棱镜、遮光筒和第二相机，所述的全反射棱镜固定于被测量的眼部的侧方以接收被测量的眼部反射的光线，并全反射所述的光线以使所述光线经过遮光筒后到达第二相机；通过遮光筒遮挡外部环境光，仅使经过全反射棱镜后的光线进入第二相机，从而有效消除的杂散光，降低了拍摄的画面的噪声，提高了拍照画面的清晰度，为后续的图像处理提供了高精度的数据源。第二拍摄模块的结构设计减小了其在底座上部的体积，使第二相机可置于底座内，从而为第二相机的散热提供了充足的空间，避免了相机过热而影响使用寿命和无法长时间工作的问题。

(3)活动拨片设置于眼部和全反射棱镜之间，所述的活动拨片表面设置有刻度尺。通过提取角膜顶点与外眦点之间的刻度值即可得到眼球的突出度数值，有效降低了图像处理的数据量，从而高效、便捷的获取眼球的突出度参数。

(4)压力传感器临近眼角卡设置以采集眼角卡作用于眼角的压力。眼角点固定模块还包括限位开关，若传动机构控制眼角卡的位移超过设定阈值时，所述的限位开关启动以停止所述的传动结构。通过设置限位开关有效解决了压力传感器失效时，如何限位眼角卡行程的问题，提高了设备的安全性，避免眼角卡过度移动而损伤眼部。

(5)通过所述的额托与水平移动平台连接，所述的控制单元与水平移动平台电连接以调节额托的前后位置；所述的颌托与竖直移动平台连接，所述的控制单元与竖直移动平台电连接以调节颌托的上下位置；同时配合眼角卡点的调节结构能够先通过粗调眼角卡点的定位，再精调其定位，通过上述的两步调节过程提高外眦点的定位效率和定位精度。上述的移动机构能够全方位调整被测试者的头部姿态，从而快速调节眼部至预定的目标位置。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是根据本发明实施例的眼部测量装置主体结构的轴侧示意图；

图2是根据本发明实施例的眼部测量装置主体结构的另一视角的示意图；

图3是根据本发明实施例的颌托调节机构的示意图；

图4是根据本发明实施例的额托调节机构的示意图；

图5是根据本发明实施例的眼角卡调节机构的示意图；

图6是根据本发明实施例的第二拍摄模块的主体机构的示意图；

图7是根据本发明实施例的照明模块的示意图；

图8是根据本发明实施例的第二拍摄模块的光路结构示意图；

图9是根据本发明实施例的活动拨片的安装示意图；

图10是根据本发明实施例的第二拍摄模块拍摄的画面的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

为了解决背景技术中的至少一个问题，根据本发明实施例的一个方面提供了一种眼部测量装置。

如图1和2所示的测量装置，其包括测量单元和人机交互单元(图中未示出)，所述的测量单元和人机交互单元均设置在底座上。为了便于操作人员和被测量人员的使用，所述的测量单元和人机交互单元分布在底座的前后两侧。操作人员面向人机交互单元进行测量操作时，可以方便观察被测量人员的头部姿态并控制设备的工作状态。相应的，被测量人员的面部面向测量单元的机壳。示例性的，所述的人机交互单元可以为显示器与键盘的组合，或者触摸显示屏等。进一步的，测量单元包括第一拍摄模块、第二拍摄模块、眼角点固定模块和控制模块；其中，所述的第一拍摄模块位于被测量的眼部的正前方，以观察眼部状态，如通过拍摄画面或视频流并显示在人机交互单元上以用于辅助调整眼角固定模块的位置。如背景技术所述，相关技术中的设备的测量结果的准确性强烈依靠使用人员的经验，个体间操作习惯的不同导致眼部外眦点的定位位置存在差异，且操作者难以准确同步定位左右两侧的外眦点。为了克服上述问题，本发明的眼角卡安装在位移平台上，所述的位移平台在接收到人机交互单元发送的指令后而调整眼角卡的位移，以准确将眼角卡定位在眼部的外眦点上。即使面对同时定位左右眼部外眦点的问题，也仅需要在测量装置的左右两侧各设置一个眼角卡点即可。可以理解的是，操作人员在调整眼角卡点位置的过程中需要实时观测眼角卡点的位置。所述的观察可以采用多种方式，一个实施例中，通过第一拍摄模块拍摄眼部的正视图画面，并将画面传递至人机交互单元，操作人员通过显示设备能够及时观察眼角卡与眼部的外眦点之间的距离。当然，操作人员也可适当缩小或放大所述的正视图画面以便通过全局和局部视图清晰观察两者之间的距离，进而通过人机交互单元向控制模块发送调节眼角点固定模块位置的指令，并最终使眼角卡精确定位在眼部的外眦点处。进一步的，所述的第二拍摄模块位于被测量的眼部的外侧方，用于采集被测量的眼部的侧视图数据；所述的人机交互单元调整眼角点固定模块的位置，使眼角点固定模块定位眼部的外眦点；所述的控制模块处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数。一个实施例中需要准确测量眼球的突出度参数，并提高数据处理的速度而设置第二拍摄模块，所述的第二拍摄模块设置于被测量的眼部的外侧方，该设置位置能够使第二拍摄模块清晰的采集被测量的眼部的侧视图数据。可以的理解的，所述的侧视图的定义与工程制图中的术语含义相同，即为从眼部的侧面观测的投影视图。所述的侧视图中眼球的突出轮廓相较于正视图或倾斜视图等视角更为清晰，具体参见图10所示的拍摄结果示意图。此外，该视角拍摄的画面更能反映眼球的突出程度。后期，控制模块在处理该图片时，仅需从图片中提取人体角膜顶点并结合外眦点的位置即可计算出眼球的突出度参数。由于上述视角的画面清晰，控制模块提取人体角膜顶点的准确度相较于其它视角更高。且眼部特征提取中，仅需要提取角膜顶点的位置，控制模块的数据处理量大幅度降低，从而显著提高了测量速度。通过上述的描述可以看出所述实施例中的设备操作简便，自动化程度高，其在完成外眦点定位后仅需拍摄视频或图片即可完成测量，通过后续的图像处理手段即可获得眼球突出度参数，极大的提高了测量效率和数据测量的准确性。解决了相关技术中的测量设备测量成本高，测量效率低，测量结果准确度差的问题，且测量设备无辐射等副作用。

可选的，所述的测量单元还包括照明模块，所述的照明模块向被测量的眼部补光。一个实施例中为了给第一拍照模块和第二拍照模块提供提供充足的光照，从而捕获眼部特征的清晰画面，该实施例中的测量装置面向眼部的上方设置有照明模块。所述的照明模块可以包括左右两个补光灯51，两个补光灯分别向左眼和右眼补光。可选的，所述的补光灯通过支架52定位在测量装置上。并且所述的补光灯与控制模块电连接，并由操作者通过人机交互模块向控制模块发送指令以控制补光灯的工作状态。可选的实施例中，在自然光线不足时，操作者控制补光灯开启。而在光线充足时，仅利用自然光拍照即可。

可选的，所述的第二拍照模块包括全反射棱镜、遮光筒和第二相机，所述的全反射棱镜固定于被测量的眼部的侧方以接收被测量的眼部反射的光线，并全反射所述的光线且使所述光线经过遮光筒后到达第二相机。如图1和6所示的实施例中，所述的第二拍照模块可以为两组，且分布于测量装置的左右两侧，从而分别从左侧或右侧拍摄眼部的侧视图。实践中，由于拍照模块的体积较大，合理布局第二拍照模块以提高设备的紧凑程度显得尤为重要，并且合理布局第二拍照模块以提高其核心部件的安全性，避免磕碰等行为损坏核心部件是设计时的重要考虑因素。图1和6所示的实施例中将第二相机44这一核心部件至于底座内，避免其暴露在外部，从而有效解决了安全性问题。再者，通过全反射棱镜41将眼部反射的光线折叠90°或者接近90°后从遮光筒43进入第二相机44中。具体的，参见图8所示的光路结构图中，所述的全反射棱镜包括入光面、全反射面、出光面；所述的入光面面向眼球，出光面面向遮光筒，所述的入光面、全反射面、出光面顺次连接。装配时，所述的全反射安装在壳体内，仅入光面暴露于环境内以接收眼部反射的光线。遮光筒遮挡外部环境光，仅使经过全反射棱镜后的光进入第二相机，从而有效消除的杂散光，降低了画面噪声，提高了拍照画面的清晰度，为后续的图像处理提供了高精度的数据源。此外，实践中发现，连续拍摄时，第二相机存在发热的问题，本发明的实施例采用如图1和6所示的空间排布结构可将第二相机置于底座内，从而为第二相机的散热提供了充足的空间，避免了相机过热而影响使用寿命和无法长时间工作的问题。一个实施例中，底座内在靠近第二相机的位置设置有散热模块，所述的散热模块包括但不限于散热片、风扇等。

可选的，所述的第二拍照模块还包括活动拨片42，所述的活动拨片设置于眼部和全反射棱镜之间，所述的活动拨片表面设置有刻度尺。一个实施例中，所述的活动拨片平行于所述的全反射棱镜的入光面设置。所述的活动拨片采用透明材质制作，其表面可由刻度值。当采集眼部的侧视图时，如图10所示，所述的刻度尺与眼部重叠出现在画面中。图像处理时，通过提取角膜顶点与外眦点之间的刻度指即可得到眼球的突出度数值，有效降低了图像处理的数据量，从而高效、便捷的获取眼球的突出度参数。通过实验验证，可以得出本发明的装置的测量过程仅历时30秒即可得出眼部的数据。图9所示的实施例中，所述的活动拨片可插拔地设置在所述的眼角点固定模块上。使用过程中，可根据需要更换具有不同刻度精度的活动拨片，或者更换具有不同透光度的活动拨片以获得所需的拍摄画面。

可选的，所述的眼角点固定模块包括眼角卡32、传动结构和压力传感器33；其中，所述的传动结构驱动眼角卡靠近或远离眼部；所述的压力传感器临近眼角卡设置以采集眼角卡作用于眼角的压力。如图5所示的实施例中，所述的压力传感器33设置在眼角卡32的端部，并能够随着眼角卡的移动而移动，即两者同步移动。眼角卡点采用符合人体工学的结构设计，其能够精确的抵靠眼部。测量时准确的找到人体颞侧眶缘骨性点，同时利用光学原理测试出眼睛突眼值。使用时，在调整好被测者的前后位置和高度后，即可通过传动机构控制眼角点固定模块水平移动以将眼角卡定位在外眦点处。可选的，所述的传动结构可以包括传动齿条34和传动齿轮35和眼角电机36。其中，传动齿条安装在眼角卡的侧边，所述的齿轮与眼角电机的输出轴串联后与所述齿条啮合。所述的电机与控制模块电连接，并由控制模块控制电机正转或反转以调整眼角卡与外眦点之间的距离。

可选的，所述的眼角点固定模块还包括限位开关31，若传动机构控制眼角卡的位移超过设定阈值时，所述的限位开关启动以停止所述的传动结构。实践中，通过检测压力传感器测量值的变化即可判断所述位移是否超过阈值，而本实施例中通过设置限位开关有效解决了压力传感器失效时，眼角卡的行程限位动作，提高了设备的安全性，避免眼角卡过度移动而损伤眼部。

可选的，所述的测量装置还包括额托21和颌托12，其中，所述的额托与水平移动平台连接，所述的控制单元与水平移动平台电连接以调节额托的前后位置；所述的颌托与竖直移动平台连接，所述的控制单元与竖直移动平台电连接以调节颌托的上下位置。如图3和4所示的实施例中，通过对颌托和额托分别设置独立的移动平台能够控制被测者的头部位置，使被测者的眼部初步对准眼角卡点；再通过眼角卡点的移动平台，如左位移平台或右位移平台进一步精调眼角卡点的位置以便精确定位眼部的外眦点。通过上述的两步调节过程能够提高外眦点的定位效率和定位精度。可选的，竖直移动平台包括底座23、电机22，所述的颌托通过连杆与电机22动力连接，通过电机22的正转或反转以驱动所述的颌托升高或降低。可选的，水平移动平台包括电机11，所述的额托与电机11动力连接，通过电机11的正转或反转以驱动所述的额托前进或后退。

可选的，所述底座上设置有卡槽；和/或多种类型的通信接口。所述的卡槽包括但不限于用于插入社会保障卡。所述的卡槽与底座内的读卡模组电连接。相应的，通信接口包括但不限于网络接入口、USB接口等。当然，为了便于操作设备，相应的电源开关和电源接口设置在上述通信接口同侧。所述的电源接口与电源连接。可以理解的是，也可在设备底座上集成其它类型的I/O接口，所述的I/O接口可以用于连接包括键盘、鼠标等的输入部分；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分；包括硬盘等的存储部分；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分。通信部分经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器也根据需要连接至I/O接口。可拆卸介质，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分。

本发明实施例的第二方面提供一种眼部测量装置的使用方法，所述使用方法用于操作第一方面提供的任一所述的测量装置。具体的使用方法包括如下步骤：人机交互单元接收第一拍摄模块拍摄的画面，并收集控制眼角点固定模块移动的指令；控制模块基于所述指令控制眼角点固定模块中的眼角卡移动并定位在眼部的外眦点；控制模块控制第二拍摄模块拍摄眼部的侧视图数据，并处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数。可以理解的是，测试过程中，可通过语音提示以及相机拍摄的方式，对患者进行眼部图像采集，并可保存患者每次检测的图像，以建立电子档案卡。并可通过长期的数据采集和分析得出被测量的眼部的历史数据变化过程。

可选的，若眼角卡的位移超过设定阈值时，所述的眼角点固定模块中的限位开关启动以停止所述的眼角卡移动。

可选的，若被测量眼部偏离目标位置，则控制模块控制测量单元的额托的水平移动平台以调节额托的前后位置；和/或，控制模块控制测量单元的颌托的竖直移动平台以调节颌托的上下位置。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种眼部测量装置，包括：

测量单元；

人机交互单元；

其特征在于：

测量单元包括第一拍摄模块、第二拍摄模块、眼角点固定模块和控制模块；其中，

所述的第一拍摄模块位于被测量的眼部的正前方，用于辅助调整眼角固定模块的位置；

所述的第二拍摄模块位于被测量的眼部的外侧方，用于采集被测量的眼部的侧视图数据；

所述的人机交互单元调整眼角点固定模块的位置，使眼角点固定模块定位眼部的外眦点；

所述的控制模块处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述的测量单元还包括照明模块，所述的照明模块向被测量的眼部补光。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，

所述的第二拍照模块包括全反射棱镜、遮光筒和第二相机，所述的全反射棱镜固定于被测量的眼部的侧方以接收被测量的眼部反射的光线，并全反射所述的光线以使所述光线经过遮光筒后到达第二相机。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，

所述的第二拍照模块还包括活动拨片，所述的活动拨片设置于眼部和全反射棱镜之间，所述的活动拨片表面设置有刻度尺。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述的眼角点固定模块包括眼角卡、传动结构和压力传感器；其中，

所述的传动结构驱动眼角卡靠近或远离眼部；所述的压力传感器临近眼角卡设置以采集眼角卡作用于眼角的压力。

6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于，

所述的眼角点固定模块还包括限位开关，若传动机构控制眼角卡的位移超过设定阈值时，所述的限位开关启动以停止所述的传动结构。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，

所述的测量单元还包括额托和颌托，其中，

所述的额托与水平移动平台连接，所述的控制模块与水平移动平台电连接以调节额托的前后位置；和/或，

所述的颌托与竖直移动平台连接，所述的控制模块与竖直移动平台电连接以调节颌托的上下位置。

8.一种眼部测量装置的使用方法，所述使用方法用于操作权利要求1-7中任一所述的测量装置，

其特征在于：

所述使用方法包括：

人机交互单元接收第一拍摄模块拍摄的画面，并收集控制眼角点固定模块移动的指令；

控制模块基于所述指令控制眼角点固定模块中的眼角卡移动并定位在眼部的外眦点；

控制模块控制第二拍摄模块拍摄眼部的侧视图数据，并处理所述的侧视图数据以得到眼部测量参数。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，

若眼角卡的位移超过设定阈值时，所述的眼角点固定模块中的限位开关启动以停止所述的眼角卡移动。

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，

若被测量眼部偏离目标位置，则控制模块控制测量单元的额托的水平移动平台以调节额托的前后位置；和/或，

控制模块控制测量单元的颌托的竖直移动平台以调节颌托的上下位置。

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