CN116172507A - 一种眼部动作捕捉及泪膜检测系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种眼部动作捕捉及泪膜检测系统及设备，包括用于对受检者的眼部进行照明的照明模块，用于对受检者的眼部进行图像记录的采集模块，用于对受检者和的眼部图像信息进行分析处理的处理模块，照明模块能够周期性地在眼部的泪膜区域产生镜面反射的第一光源以及能够在眼部的眼球部位产生光斑的第二光源；采集模块采集存储泪膜信息的第一图像和存储眼球运动信息的第二图像；处理模块基于第一图像对受检者的泪膜脂质层厚度进行计算，处理模块基于第二图像对受检者的眼球运动轨迹进行模拟；处理模块还能够基于时间序列的第一图像和第二图像筛选出结合第二图像中眼球处于预设位置的第一图像，使得计算得到的厚度信息更准确。

Description

一种眼部动作捕捉及泪膜检测系统及设备

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种眼部动作捕捉及泪膜检测系统及设备。

背景技术

眼睛是人类感官中最重要的器官，大脑中大约有80％的知识都是通过眼睛获取的。读书认字、看图赏画、看人物、欣赏美景等都要用到眼睛。泪膜是人眼眼表将角膜与空气隔开的保护膜。泪膜由三层组成，内层为黏蛋白，中层为泪液，外部为脂质层。其中脂质层在泪膜表面上分布一般不均匀、不规则、呈动态变化。人通过眨眼将泪液和脂质层涂抹在分泌有黏蛋白的眼表上，形成泪膜。泪膜在正常状态下十余秒左右破裂，大量破裂后就需要通过眨眼来重建泪膜。泪膜是人眼的最外层屏障，是眼表免疫防御系统的重要组成部分，泪膜的不稳定将使泪膜屏障的完整性受到破坏，细菌毒素及抗原性物质容易直接与角膜上皮接触，导致角膜的免疫病理反应和损害泪膜脂质层的作用是防止水液层的泪液直接与空气接触而减少蒸发。泪膜脂质层的厚度对泪膜的稳定性起到重要作用，因此对眼部的泪膜中的脂质层厚度的测量具有重要意义。

现有技术中如公开号为CN103251375B的专利文献所提出的用于成像和测量泪液膜层一个或多个厚度的仪器，用于测量眼睛泪液膜的泪液膜层厚度(TFLT)的眼表干涉测量(OSI)装置、系统和方法，所述TFLT包括脂质层厚度(LLT)和/或水样层厚度(ALT)。所测量的TFLT可用于诊断干眼症(DES)。在某些公开的实施例中，可控制多波长光源来照射所述眼睛泪液膜。从多波长光源发出的光在泪液膜中经历光波干涉交互。成像装置可聚焦在泪液膜的脂质层上以捕捉在第一图像中与背景信号(一个或多个)组合的来自泪液膜的镜面反射光的光波干涉交互。成像装置也可聚焦在泪液膜的脂质层上以捕捉包含出现在第一图像的背景信号(一个或多个)的第二图像。

现有技术中如公开号为CN111110185A的专利文献所提出的一种泪膜脂质层厚度检测装置，包括：照明模块、图像采集模块、图像处理模块和图像分析模块。图像处理模块用于连接至图像处理模块对反光区域进行色彩分析以判定待检测者的泪膜脂质层厚度，图像处理模块包括：灰度化子模块、归一化子模块、图像拉伸子模块、滤波子模块、识别子模块和提取子模块。该发明的有益之处在于所提供的泪膜脂质层厚度检测装置通过检测人眼泪膜脂质层对光源的干涉产生的图案的色彩分布来测量泪膜脂质层的厚度。

现有技术中如公开号为CN114098628A的专利文献所提出的一种附加在角膜地形图上的眼表泪膜脂质层照明装置，包括角膜地形图，其特征在于：在角膜地形图上安装有眼表泪膜脂质层照明装置，该照明装置位于被观察者眼睛下部，对被观察者眼睛眼表角膜下半部分表面进行照明，用于观察泪膜脂质层情况；该眼表泪膜脂质层照明装置包括转动部和照明体，该转动部铰接在所述角膜地形图光学体上，所述照明体安装在所述转动部上，所述照明体光源为面发光光源；所述眼表泪膜脂质层照明装置光源发出的光线相对眼轴方向(被观察眼睛正视前方，眼轴的方向)倾斜设置，其倾斜角度≥20°减少了角膜后面的虹膜等透明部位的噪声干扰，降低噪声，提高了对眼表脂质层观察、成像清晰度。

但在现有技术的技术方案中，绝大多数用于检测、分析眼部泪膜的装置的体积都比较庞大，在检查时受检者将头部靠近检测装置，将眼部保持在检测装置的特定位置上，由检测装置从内部射出光源照射到受检者的眼球部位，再由眼球部位将光线反射至检测装置的检测装置的成像设备，从而对泪膜进行信息采集，进一步将采集得到的图像信息进行分析计算，得到脂质层的厚度。在现有技术的成像方案中，用于成像的摄像装置和用于发射光源的照明装置相对于成像方案中的镜片处于同一侧，换言之，以成像设备的镜片为分界线，眼部处于镜片的其中一侧，照明装置和摄像装置同处于镜片的另一侧，在该种成像方案下，对于受检者的眼部、照明装置以及摄像装置之间的直线距离具有严格要求，因此在设计时无法设计成轻量级的检测设备，只能设计成放在台面或桌面上的体积较大的装置，并且由于受检者需要保持在检测设备的前端特定的位置，由于受检者的体力或忍耐力有限，无法长时间以同一姿势保持在同一位置，所以受检者在利用现有技术的检测装置进行检查时每次只能完成几十秒的图像采集，而又由于需要长时间地进行数据检测才能保证对于泪膜中脂质层的厚度分析准确，因此需要反复重复将眼部保持在检测装置的前端的动作。

此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

发明内容

针对患者泪膜层的检测，并非是仅检测患者的一个眼部图像就能够准确获知泪膜层状态的，眼部泪膜的脂质层与眼部运动状态相关，是动态变化的，因此需要同时采集患者眼部图像以及其眼部移动轨迹才能够较为全面地获知患者眼部泪膜状态。然而即使存在采用采集设备收集照射光线至人眼后的反射光线以获取人眼图像，进而同时处理计算人眼泪膜层图像和人眼移动轨迹图像的方案，遗憾的是，预期获取较好的泪膜层图像需求白光或者近白光照射人眼，因为这样可以获得较好且清晰的晶体反射，但是由于人眼的玻璃体呈非平面结构，在人眼移动时，其散射的光线一定程度上影响了对人眼图像边缘的确定，从而影响了对人眼移动轨迹的判定。

额外地，鉴于处理器和通信能力的限制，现有类似用于检测的医疗产品，若非本方案在背景技术中列举的大型医疗设备，则受到成本、通信能力和能耗的限制，很难应用高算力的处理器和大带宽，从而使得处理器在同时处理泪膜层图像和人眼移动图像以及高精度图像传输时，受限于处理能力进而导致对相关图像数据的处理总是出现延迟、丢帧、数据错误等问题，对数据的准确性带来很大影响，这对于可佩戴、相对轻便、简化的泪膜检测设备造成较大的应用困难。

由此，针对现有技术所提出的技术方案之不足，本申请提出了一种眼部动作捕捉及泪膜检测系统，包括：照明模块，用于对受检者的眼部进行照明；采集模块，用于对受检者的眼部进行图像记录；处理模块，用于对受检者和的眼部图像信息进行分析处理。

优选地，所述照明模块能够周期性地在眼部的泪膜区域产生镜面反射的第一光源以及能够在眼部的眼球部位产生光斑的第二光源。

第一光源是在所有的发射方向提供均匀或者基本均匀的强度。将第一光源设置成使得从第一光源发射的光线从泪液膜镜面反射，并在眼睛泪液膜中经历相长及相消的光波干涉交互(也称为“干涉交互”)。采集模块聚焦在泪液膜脂质层上的关注部位(一个或多个)上，该采集模块具有包括检测光源频谱的频谱检测。采集模块捕捉从被照射的泪液膜所镜面反射的光线的干涉交互，这些光线由于采集模块在第一图像中的聚焦动作而聚集在一起。然后，采集模块捕捉表示从泪液膜所镜面反射的光的干涉交互的光波干涉信号，采集模块产生代表第一图像中的干涉信号的输出信号(一个或多个)。第一图像可包含采集模块捕捉的脂质层的一个或多个给定成像的像素的干涉信号。

第二光源相对于受检者的头部是固定不动的，使得光斑位置相对于患者眼部而言是固定不动的，例如通过判断眼部内的标志物与光斑之间的相对位置，从而可确定眼球运动情况；本发明不采用绝对位置，而仅仅采用相对位置，可大量减少通信和计算开支，尤其适合小型穿戴式设备(大多数情况下离线工作)。

本发明有利地布置了双光源，即，所述第一光源和所述第二光源可依靠光的波长、频率不同在眼部产生的效果不同的方式进行配置，具体地将用于捕捉泪膜图像的所述第一光源和用于捕捉眼球运动轨迹的所述第二光源分别配置以不同波长发出光线。由此能够防止两者之间相互干扰即在采用单一光源对泪膜图像和眼球运动轨迹进行捕捉时，可能会造成泪膜图像的清晰度、眼球运动轨迹的准确度降低。此外，在单张图像上同时分析泪膜图像和眼球轨迹时，所获结果的准确度比不上单独光源下单独泪膜图像的清晰度和单独光源下单独眼球轨迹图像的准确度。

优选地，所述采集模块能够长时间持续获取基于所述第一光源的反射光采集到存储泪膜信息的第一图像和基于所述第二光源在眼部形成的光斑采集到存储眼球运动信息的第二图像。所述采集模块以光源照射至眼部时布置的防护镜片为分界线(防护镜片在现有技术中设计为保护装置的防护透光玻璃，在本方案中设计为眼镜的镜片，即环形框所在的平面)，所述采集模块与眼部同处于防护镜片的同一侧，而照明装置处于防护镜片的另一侧。优选地，第一光源按照第一频率闪烁，第二光源按照第二频率闪烁，第一频率被配置为至少大于60Hz，第二频率被配置为大于或等于第一频率。

优选地，从两个光源的供电波形观察，第一光源的波峰被配置为恰好对应第二光源的波谷，第二光源的波峰被配置为恰好对应第一光源的波谷，且其中一个光源的波谷范围内可以有不止一个另一光源的波峰。

进一步地，用于捕捉第一光源的第一采集装置的电子快门被配置为与第一频率相适应，用于不做第二光源的第二采集装置的电子快门被配置为与第二频率相适应，以使得采集装置彼此获取的图像总是在其相对应的光线处于波峰时呈现的。

此外，现有技术的所述照明模块和所述采集模块通常是配置在受检者眼部的对侧，现有技术在该种方案下设计出的检测装置的体积就比较大或者佩戴十分不便，不利于长时间地检测，与泪膜的诊疗需要长时间的检测数据冲突，而在本发明中，将所述采集装置和受检者的眼部配置在同一侧，所述照明装置在相对于所述采集装置和受检者的眼部在另一侧，该种方案下，能够将检测装置配置为轻量级设备，例如眼镜等，直接佩戴在受检者的眼部，从而满足长时间的检测需求，也不影响受检者的正常行动。

优选地，所述处理模块基于所述第一图像根据所述处理模块的分区单元和算法单元对受检者的泪膜脂质层厚度进行计算，所述处理模块基于所述第二图像根据处理模块的提取单元和划线单元对受检者的眼球运动轨迹进行模拟。

针对绝大多数现有技术的对于脂质层的计算方式而言，该种计算方式是对整个眼表观察到的脂质层进行整体估算，然而，对于眼部的脂质层而言，其在眼部的泪膜层中的分布是不均匀、不规则、呈动态变化的，简单的整体估算对于脂质层的计算是不准确的，因此，针对泪膜图像进行分区处理以及分别计算能够更准确地反应脂质层的实际状态。其次，在眼球的追踪方面，单纯地对眼球运动进行追踪的实际意义不大，需要对眼球的运动轨迹进行数据化描述，才能够使得眼球的运动具有医学意义。

优选地，所述处理模块还能够基于时间序列的所述第一图像和所述第二图像筛选出结合所述第二图像中眼球处于预设位置的所述第一图像，使得计算得到的厚度信息更准确。

在检测过程中，人体的眼球可能会不自主地转动，而眼球转动将影响泪膜层的成像信息，因此可以基于时间序列，筛选出与眼球处于中心区域的所述第二图像的相邻时间序列的所述第一图像，在该种方式下，筛选出的所述第一图像的泪膜图像的偏移率将降低。

此外，通过该种方式，可以基于所述第二图像的眼球位置，将眼球位置划分为五个区域。具体地，眼部处建立直角坐标系，处理模块将正常状态下的瞳孔位置作为直角坐标系的原点，以原点为圆心(一定距离为半径划出中心区域)并以从其出发的垂线和水平线为横纵坐标，另外四个象限内的区域在除去中心区域后分别划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。

优选地，处理模块也可以将“内眦与外眦的连线视为横坐标”，而“纵坐标是通过上眼睑中点到该横坐标的垂线来构成的”，由此可以通过确定瞳孔所在的象限，或者通过先将眼球图像二值化得到黑白图像(作为第二图像的一种优选方式)，其中，瞳孔连同虹膜(黑)在以眼球其他部位(白)为底的图像上，此时可通过分析黑色面积在各象限的占比来确定当前图像的所在象限。由于二值化对于运算开销极小，且1024*768的分辨率就足以确定瞳孔当前时间序列所在的象限，而且还规避了运动的瞳孔连同运动的虹膜引发的复杂计算，不仅运算量的极小化对于可穿戴离线设备的续航能力有着显著提升，而且作为黑白图像的第二图像在后续对第一图像进行计算时，也显著减少了干扰量，对于结合第一图像的泪膜分析反而提升了效率和精度。

之所以四象限的划分对于泪膜分析非常有利，是因为一般上睑睑板腺腺体与下睑睑板腺腺体数量有一定差距，例如上睑睑板腺腺体共约为25～30个；而下睑睑板腺腺体共约有20个，且其位置分布因人而异并不平均。作为全身最大的皮脂腺，睑板腺具有合计约50个开口，它们的堵塞情况各异，因此划分为四象限之后，可以针对性判断各象限内究竟哪一个象限真正存在需要疏通的睑板腺。肉眼观察无法看到腺体堵塞，特别是上睑睑板腺腺体细长其长度达到睑板高度三分之二以上，而其长长细管的内部堵塞是脂类固化引发的，触摸也很难确定位置，也就是说肉眼观察辅以触摸睑板腺是无法评估究竟哪个象限存在干眼症以及其严重程度，由此可见本发明这种做法对于精准治疗有着指导性重要意义，特别是睑板腺的当前治疗干预手段是有一定疼痛感、甚至是相当痛苦的十几分钟甚至几十分钟机械外力按摩。而且若某睑板腺功能正常但被施加了外力作用，反而可能不利于眼部功能，且治疗设备短缺带来的耗时也是一个问题。

根据本发明，采用“内眦与外眦的连线视为横坐标”，“通过上眼睑中点到该横坐标的垂线来构成的纵坐标”的象限划分方式，对于不能很好遵从医生指令的病患(如严重干眼症导致眨眼和运动频率很高)是比较有利的。以瞳孔为原点的划分方式虽然较为粗糙，但其对于遵从医生指令的病患而言，也能够作出大致的诊断结果，可以高效完成检测，进一步减少检测时间。本发明实际上给出了高精度精准检测以及粗略检测两种模式，对于病人排队情况严重的场景，有着一定意义。

在处理模块所确定的一时间序列内的特定时间点，由该处理模块根据当前第二图像上瞳孔所处的区域，将与所述当前第二图像的该时间序列内直接相邻的时间点的至少一张第一图像“划分”至所述当前第二图像所处的区域，即，处理模块给每一张第二图像分配至少一张第一图像，其中，所述第一图像在处理模块所确定的时间序列内与所述第二图像是时间上直接相邻的，其中，由第一光源照射得到的与泪膜相关的第一图像用于分析睑板腺的功能，其中，由第二光源照射得到的与瞳孔位置相关的第二图像用于确定眼球的当前位置。

此时，时间上直接相邻的第一图像与第二图像是分别由不同光源但由同一采集模块来获取的，其中，在第一图像与第二图像的采集时间间隔内肯定存在眼球运动，眼球运动会带来计算结果的差异，例如在以第二图像的时间点为中心确定时间上前后直接相邻的两张第一图像时，处理模块必然确定出有差异的计算结果。仅当两张差异低于处理模块预设的阈值时，第二图像与第一图像的配对才被存储，以用于后续分析。此时，在确定出“眼球运动带来的计算结果差异”超出预设阈值时，由于二值化的第二图像数据量很小，第二轮运算可以在不清空内存中的两张第一图像的情况下，直接加载在时间上与两张第一图像相邻但不同于超出预设阈值的第二图像的其他两个第二图像来执行相同的运算分析，可以在最短时间内确定出有效的一系列第一图像，能够以显著更少的时间利用极其有限的CPU能力和电池获得收集泪膜分析所需的第一图像量。其结果使得原本持续数小时的检测项目，可以压缩为1小时或者更少，对于因培训周期长而使得眼科医生持续短缺的情况而言，提升了病患诊断效率，也就意味着诊疗费用的整体性降低。

此外，将内眦与外眦的连线视为横坐标，而纵坐标是通过上眼睑中点到该横坐标的垂线来构成，通过坐标化对眼部进行象限划分，对不同象限下的泪膜厚度进行检测，从而对不同象限下的睑板腺进行具体分析，并对睑板腺患病的具体部位进行分析，例如处于第一象限下的睑板腺处于严重干眼症状态，而与第一象限相邻的第二象限和第四象限的睑板腺的干眼症状态较轻，与第一象限相对的第三象限处于状态更轻的状态时，可以判断处于第一象限内的睑板腺为主要患病区域，换言之，可以通过分析比较不同象限下的睑板腺状态得出睑板腺患病的主要区域，从而对患病的主要区域进行单独治疗，进而减少患者的痛苦。

优选地，所述照明模块的光源依次经过偏振组件、镜片组件以及单向镀膜射向受检者的眼部，所述偏振组件过滤眼部接收到的干扰光，所述单向镀膜的单向配置为以远离眼部一侧的光线穿过所述单项镀膜射向眼部的方向，所述单向镀膜将眼部的反射光线再次反射，被配置在与眼部同侧的所述采集模块采集。

所述偏振组件主要用于过滤干扰光，所述单向镀膜能够实现所述采集模块和受检者的眼部同侧布置，所述单向镀膜能够让外部的光线进入眼部，从而满足受检者正常的视野需求，眼部反射的光线在所述单向镀膜的阻隔下无法穿过所述单向镀膜，从而保证于受检者眼部同侧的所述采集模块能够采集到眼部图像信息。

优选地，所述照明模块产生所述第一光源和所述第二光源是周期交替的，所述采集模块配置有能够收集所述第一图像的第一采集单元和收集所述第二图像的第二采集单元，所述第一采集单元和所述第二采集单元与所述第一光源和所述第二光源的交替周期相匹配。

周期交替的设置保证所述第一图像和所述第二图像互不干扰，并且交替周期相较于检测的总时长而言十分渺小，可以在计算时将同一周期内的所述第一图像和所述第二图像的时间序列视为相同。

优选地，所述分区单元将所述第一图像以瞳孔为中心对整个眼表进行分区划分并对每个分区施加标记，所述算法单元根据所述分区模块划分的分区对眼部的脂质层的厚度进行计算，所述算法单元按照分区标记将每个分区的脂质层的厚度结果存入所述系统的存储模块中。

优选地，所述提取单元能够将所述第二图像坐标化并对每一张所述第二图像中能够基于光斑测定的眼部瞳孔位置在所述第二图像上的坐标进行提取，所述划线单元根据所述提取单元提取的瞳孔坐标按照时间序列进行连线从而模拟出预设时间内眼球的运动轨迹。

优选地，所述系统还包括能够显示所述采集模块收集到的图像以及检测结果的显示模块，所述显示模块至少能够显示整个眼表的脂质层的不同分区中的最大厚度、最小厚度、平均厚度、最大厚度区域、最小厚度区域、厚度分布图，所述显示模块还能够显示按照时间序列排列的眼球运动轨迹图。

优选地，所述系统的存储模块能够按照时间参数对所述采集模块的采集数据以及所述处理模块的处理数据进行保存，所述存储模块能够周期性地对保存的数据进行删除，所述存储模块还能够根据指令对特定数据实施删除忽略操作。

优选地，所述处理模块还能够基于所述存储模块中的各项数据生成反应眼部信息的角膜地形图，所述角膜地形图通过计算机图象处理系统将角膜形态进行数码化分析，并将所获得的信息以不同特征的彩色图来表现。

本申请还提出了一种眼部动作捕捉及泪膜检测设备，所述设备至少能够佩戴在受检者的眼部区域，其中，所述设备包括用于保持所述设备的支架结构以及用于放置所述照明模块以及所述采集模块的镜片结构。

优选地，所述支架结构根据人体的耳部、眼部及鼻部的位置结构设计有能够将所述镜片结构保持在受检者眼部前端的两个环形框以及连接在两个所述环形框两端的条形框，两个所述环形框之间通过能够贴合在鼻梁上端的弧形架连接。

优选地，所述镜片结构至少包括放置所述偏振片的偏振层、放置普通镜片组件的镜片层以及放置单向镀膜的镀膜层。

优选地，所述设备还包括用于放置所述处理模块和所述显示模块的外联设备，所述外联设备与所述支架结构和所述镜片结构内部的所述照明模块和所述采集模块进行无线连接，通过所述外联设备的显示屏能够对所述照明模块的所述第一光源和所述第二光源的交替周期进行设置。

通过将前述的系统配置到具体的设备上，可以将配置了该系统的设备佩戴在受检者的眼部位置，在满足长时间地获取检测数据的需求下，也不会影响受检者的正常视野、正常行动，医护人员也不必反复操作仪器，只需在最初阶段设定好所述第一光源和所述第二光源的交替周期、总检测时长等参数即可，在检测过程中也可以通过显示屏观察到实时情况，如遇到意外情况也可及时发现。

附图说明

图1是本发明的系统的简化关系结构示意图；

图2是本发明的设备的简化整体结构示意图；

图3是本发明的眼睛部位的侧视解剖结构示意图；

图4是本发明的眼睛部位的真是解剖结构示意图。

附图标记列表

100：照明模块；101：第一光源；102：第二光源；200：采集模块；201：第一图像；202：第二图像；300：处理模块；301：分区单元；302：算法单元；303：提取单元；304：划线单元；400：外联设备；401：存储模块；402：显示模块；500：支架结构；600：环形框；700：眼睛部位；701：泪腺；702：副泪腺；703：脂质层；704：泪膜层；705：黏蛋白层；706：内眦；707：外眦。

具体实施方式

干眼症是最为常见的、发病率高的眼表疾病。它在中国的发病率20～36％，近年由于用眼频率的增大，用眼时间的增长，其发展趋势呈现明显增长，研究这个疾病对人类的身体健康具有现实重要意义。干眼症发病原因分为：黏蛋白层705问题、泪膜层704问题、脂质层703问题，其中脂质层问题引起干眼是脂质层不足或脂质层不正常，导致不能很好地覆盖泪液表面，使泪膜蒸发过快过早破裂，无法锁住水分引起干眼症。针对干眼症的诊疗，需要利用检测装置检测出脂质层的厚度状态、破裂时间等，但现有技术的检测方案是依靠受检者人为地保持在检测装置的成像设备前，由于分析脂质层的状态需要长时间的检测数据，而人体却无法长时间地保持在检测装置的前端，因此在长时间的检测数据的采集过程中，受检者需要保持在检测装置前一段时间，然后以舒适的姿势休息一段时间，以此交替进行的方式完成检测数据的收集，既花费额外的时间，也使受检者身心疲惫。为此，发明人提出了如下的若干实施方式。下面结合附图1-4对本发明的各实施例进行详细说明。

实施例1

图1示出一种眼部动作捕捉及泪膜检测系统，包括：照明模块100，用于对受检者的眼部进行照明；采集模块200，用于对受检者的眼部进行图像记录；处理模块300，用于对受检者和的眼部图像信息进行分析处理。

优选地，照明模块100能够周期性地在眼部的泪膜区域产生镜面反射的第一光源101以及能够在眼部的眼球部位产生光斑的第二光源102。即，第一光源101射出的光线主要用于照明眼部的泪膜层，第二光源102射出的光线能够在眼部的瞳孔位置形成光斑，从而在眼部获取不同的信息。

具体地，第一光源101可以是郎伯(Lambertian)发射器，其在所有的发射方向提供均匀或者基本均匀的强度。第二光源102可采用红外光，在此配置下用于收集第二图像202的设备与红外光相匹配。

优选地，与受检者的眼部同侧配置的采集模块200能够长时间持续获取基于第一光源101的反射光采集到存储泪膜信息的第一图像201和基于第二光源102在眼部形成的光斑采集到存储眼球运动信息的第二图像202。采集模块200配置的偏光镜头用于采集第一光源101下的第一图像201，采集模块200配置的红外镜头用于采集第二光源102下的第二图像202，偏光镜头和红外镜头的工作时间按照第一光源101和第二光源102的交替周期协同配置，即保证偏光镜头与第一光源101是同步工作的，红外镜头与第二光源102是同步工作的。

第一光源101和第二光源102可按照依靠光的波长、频率不同在眼部产生不同效果的方式进行配置，将用于捕捉泪膜图像的第一光源101和用于捕捉眼球运动轨迹的第二光源102分别配置为能够防止两者之间相互干扰，即在采用同一光源对泪膜图像和眼球运动轨迹进行捕捉时，可能会造成泪膜图像的清晰度、眼球运动轨迹的准确度降低，即在同一张图像上同时对泪膜图像的清晰度和眼球轨迹的准确度比不上单独光源下泪膜图像的清晰度和眼球轨迹的准确度。

此外，现有技术的照明模块100和采集模块200通常是配置在受检者眼部的对侧，现有技术在该种方案下设计出的检测装置的体积就比较大或者佩戴十分不便，不利于长时间地检测，与泪膜的诊疗需要长时间的检测数据冲突，而在本发明中，将采集装置和受检者的眼部配置在同一侧，照明装置在相对于采集装置和受检者的眼部在另一侧，在该种方案下，能够将检测装置配置为轻量级设备，例如眼镜等，直接佩戴在受检者的眼部，从而满足长时间的检测需求，也不影响受检者的正常行动。

优选地，处理模块300基于第一图像201根据处理模块300的分区单元301和算法单元302对受检者的泪膜脂质层厚度进行计算，处理模块300基于第二图像202根据处理模块300的提取单元303和划线单元304对受检者的眼球运动轨迹进行模拟。

具体地，分区单元301以第一图像201中眼表泪膜脂质层图像的中心点为中心，对整个眼表中的泪膜脂质层进行分区，分区单元301按照n条等距垂直线和m条等距水平线分成横纵小区域，然后算法单元302对所有的横纵小区域分别进行测量处理；亦或者分区单元301按照n条过中心等偏转角直线和m条等距圆形弧线划分成环形向区域，然后算法单元302对所有的环形小区域分别进行测量处理，其中，n≥1，m≥1。

具体地，提取单元303将整个眼表实施坐标化处理，将代表着眼球位置的光斑在第二图像202中的坐标进行提取记录，提取出来的坐标信息按照时间序列保存在处理模块300本地或者发送至系统的存储模块401内，划线单元304可以基于提取单元303得到的光标坐标将每一个坐标点绘制在二维图像上，并基于时间序列将每一个坐标点进行顺滑连接，从而模拟处眼球的运动轨迹。

优选地，处理模块300也可以将“内眦706与外眦707的连线视为横坐标”，而“纵坐标是通过上眼睑中点到该横坐标的垂线来构成的”，由此可以通过确定瞳孔所在的象限，或者通过先将眼球图像二值化得到黑白图像(作为第二图像的一种优选方式)，其中，瞳孔连同虹膜(黑)在以眼球其他部位(白)为底的图像上，此时可通过分析黑色面积在各象限的占比来确定当前图像的所在象限。由于二值化对于运算开销极小，且1024*768的分辨率就足以确定瞳孔当前时间序列所在的象限，而且还规避了运动的瞳孔连同运动的虹膜引发的复杂计算，不仅运算量的极小化对于可穿戴离线设备的续航能力有着显著提升，而且作为黑白图像的第二图像在后续对第一图像进行计算时，也显著减少了干扰量，对于结合第一图像的泪膜分析反而提升了效率和精度。

针对绝大多数现有技术的对于脂质层的计算方式而言，该种计算方式是对整个眼表观察到的脂质层进行整体估算，然而，对于眼部的脂质层而言，其在眼部的泪膜层中的分布是不均匀、不规则、呈动态变化的，简单的整体估算对于脂质层的计算是不准确的，因此，针对泪膜图像进行分区处理以及分别计算能够更准确地反应脂质层的实际状态。其次，在眼球的追踪方面，单纯地对眼球运动进行追踪的实际意义不大，需要对眼球的运动轨迹进行数据化描述，才能够使得眼球的运动具有医学意义。

具体地，根据图3和图4示出的人体的眼睛部位700的解剖结构的部分结构分布图，在人的眼睛部位700包括泪腺701和副泪腺702，眼睛部位700的泪膜层704是由泪腺701和副泪腺702的分泌物形成的，在泪膜层704的外部是脂质层703，在泪膜层704的内部时黏蛋白层705。在眼镜部位700的靠近鼻梁的内角称为眼睛部位700的内眦706，远离鼻梁的内角称为外眦707，坐标轴的建立基于眼睛部位700的内眦706和外眦707。

优选地，处理模块300还能够基于时间序列的第一图像201和第二图像202筛选出结合第二图像202中眼球处于预设位置的第一图像201，使得计算得到的厚度信息更准确。换言之，将相邻时间序列内的第一图像201和第二图像202进行绑定，然后根据第二图像202内基于光斑测定的眼部瞳孔的具体坐标对第一图像201进行分类，即，当不同时间序列下的瞳孔落在不同的区域内时，受检者的眼部状态不同，其脂质层的展示状态也不同，将相同区域内的眼部状态的第一图像201划分为一类，更有利于脂质层的准确计算。例如，将受检者不同时间序列下向左看的第一图像201划分为一类，向右看的时间序列划分为一类等多种划分方式。

在检测过程中，人体的眼球可能会不自主地转动，而眼球转动将影响泪膜层的成像信息，因此可以基于时间序列，筛选出与眼球处于中心区域的第二图像202的相邻时间序列的第一图像201，在该种方式下，筛选出的第一图像201的泪膜图像的偏移率将降低。此外，通过该种方式，可以基于第二图像202的眼球位置，将眼球位置划分为五个区域，具体地，眼部处建立直角坐标系，正常状态下的瞳孔位置作为直角坐标系的原点，以原点为圆心，一定距离为半径划出中心区域，另外四个象限内的区域在除去中心区域后分别划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。基于时间序列，将与落在不同区域内的眼球位置相邻时间序列下的第一图像201划分在相应的区域。

优选地，分区单元301将第一图像201以瞳孔为中心对整个眼表进行分区划分并对每个分区施加标记，算法单元302根据分区模块划分的分区对眼部的脂质层的厚度进行计算，算法单元302按照分区标记将每个分区的脂质层的厚度结果存入系统的存储模块401中。

具体地，分区单元301至少将处于同一区域内的第一图像201按照同一种分区方式对该区域内的所有图像进行划分，例如分区单元301针对中心区域的所有第一图像201以横纵小区域的方式进行划分，分区单元301针对第一区域内的所有第一图像201以环形小区域的方式进行划分。或者，分区单元301针对不同区域的图像采用完全不同的划分方式，例如，在中心区域的第一图像201表明受检者此时的眼部是正视前方，其眼球没有发生偏转，可以对整个脂质层进行分区划分并计算；再例如在第一区域内的第一图像201，该区域处于第一象限内，表明受检者此时看向了自己的左上方，从而使得眼球部位发生了偏转，此时眼球部位的泪膜结构在左上方的部分收到遮蔽，因此分区单元301将泪膜结构的右下区域作为有效图像进行分区并交由算法单元302进行计算。其他区域的有效图像选择方式与此相同。在存储模块401内，算法单元302将每个区域的计算结果记录，算法单元302还能够将每个区域的计算结果进行整合成一个完整的眼部泪膜的结果。

具体地，算法单元302的具体算法可以采用现有技术常用的颜色/Pattern算法来计算脂质层的具体厚度。

优选地，提取单元303能够将第二图像202坐标化并对每一张第二图像202中基于光斑测定的眼部瞳孔位置在第二图像202上的坐标进行提取，划线单元304根据提取单元303提取的瞳孔坐标按照时间序列进行连线从而模拟出预设时间内眼球的运动轨迹。预设时间可以是十二小时、二十四小时等。

优选地，照明模块100的光源依次经过偏振组件、镜片组件以及单向镀膜射向受检者的眼部，偏振组件过滤眼部接收到的干扰光，单向镀膜的单向配置为以远离眼部一侧的光线穿过单项镀膜射向眼部的方向，单向镀膜将眼部的反射光线再次反射，被配置在与眼部同侧的采集模块200采集。

具体地，照明模块100的第一光源101和第二光源102根据指令交替穿过偏振组件、镜片组件以及单向镀膜到达受检者的眼部。偏振组件具体配置为偏振片的形式，镜片组件采用树脂镜片，偏振镜片贴合在树脂镜片的远离受检者的眼部的一侧，单向镀膜涂覆在树脂镜片的靠近受检者的眼部的一侧，镀膜采用纳米金属铬铝，纳米金属铬铝层能够使普通的双向透光镜片形成单行透光的镜片。

偏振组件主要用于过滤干扰光，单向镀膜能够实现采集模块200和受检者的眼部同侧布置，单向镀膜能够让外部的光线进入眼部，从而满足受检者正常的视野需求，眼部反射的光线在单向镀膜的阻隔下无法穿过单向镀膜，从而保证与受检者眼部同侧的采集模块200能够采集到眼部图像信息。

优选地，照明模块100产生第一光源101和第二光源102是周期交替的，采集模块200配置有能够收集第一图像201的第一采集单元和收集第二图像202的第二采集单元，第一采集单元和第二采集单元与第一光源101和第二光源102的交替周期相匹配。

周期交替的设置保证第一图像201和第二图像202互不干扰，并且交替周期相较于检测的总时长而言十分渺小，可以在计算时将同一周期内的第一图像201和第二图像202的时间序列视为相同。

具体地，照明模块100的第一光源101和第二光源102的交替周期可以通过连接的显示模块402进行配置，根据医护人员的实际需求对交替周期进行调整，在调整周期时，第一光源101和采集模块200中采集第一图像201的偏光镜头的工作周期是一起调整的，第二光源102和采集模块200中采集第二图像202的红外镜头的工作周期也是一起调整的，第一光源101和第二光源102的工作周期可以是相同的，也可以是不同的。

优选地，系统还包括能够显示采集模块200收集到的图像以及检测结果的显示模块402，显示模块402至少能够显示整个眼表的脂质层的不同分区中的最大厚度、最小厚度、平均厚度、最大厚度区域、最小厚度区域、厚度分布图，显示模块402还能够显示按照时间序列排列的眼球运动轨迹图。

具体地，上述各种数据都是通过处理模块300进行相应的计算得到的，在显示模块402上可以通过触摸控制的方式对上述数据进行选择性展示，展示的数据既可以是经历过处理模块300进行可视化处理过的数据，也可以是基础数据。

优选地，系统的存储模块401能够按照时间参数对采集模块200的采集数据以及处理模块300的处理数据进行保存，存储模块401能够周期性地对保存的数据进行删除，存储模块401还能够根据指令对特定数据实施删除忽略操作。

具体地，为保证系统不会由于存储的数据过多而出现故障，处理模块300会按照一定周期将存储模块401中的数据进行删除，如果有重要数据，医护人员可以通过显示模块402对数据施加特殊标记，例如白名单等方式，使得处理模块300在对数据进行周期性删除时跳过该类数据。

优选地，处理模块300还能够基于存储模块401中的各项数据生成反应眼部信息的角膜地形图，角膜地形图通过计算机图象处理系统将角膜形态进行数码化分析，并将所获得的信息以不同特征的彩色图来表现。

具体地，角膜地形图能够精确测量分析全角膜前表面任意点的曲率，检测角膜屈光力，是研究角膜前表面形态的一种系统而全面的定量分析手段。角膜地形图仪由3部分组成：①Placido氏盘投射系统。②实时图像监测系统。③计算机图像处理系统。Placido盘投射系统将16～34个同心圆环均匀地投射到从中心到周边的角膜表面上，中心环直径可小至0.4mm，圆环可覆盖整个角膜。在本申请的方案中可以利用分区模块代替Placido盘投射系统，采集模块200代替实时图像监测系统，处理模块300代替图像处理系统来完成角膜地形图的构建。用角膜地形图仪可以进行干眼病症的检查，例如可以进行眼表泪膜脂质层检查。

实施例2

如图2所示，本申请在实施例1的基础上还提出了一种眼部动作捕捉及泪膜检测设备，设备至少能够佩戴在受检者的眼部区域，其中，设备包括用于保持设备的支架结构500以及用于放置照明模块100以及采集模块200的镜片结构。

根据实施例1中的系统的方案，可以将该系统集成在智能设备上，例如在本实施例中，本发明将基于实施例1的系统设计一款智能眼镜。将系统集成在轻量级的智能设备上，例如智能眼镜，可以使受检者长时间地佩戴该智能眼镜，智能眼镜能够不断地对眼部信息进行采集以完成检测数据的收集。

优选地，支架结构500根据人体的耳部、眼部及鼻部的位置结构设计有能够将镜片结构保持在受检者眼部前端的两个环形框600以及连接在两个环形框600两端的条形框，两个环形框600之间通过能够贴合在鼻梁上端的弧形架连接。

具体地，采集模块200中用于采集泪膜信息的偏光镜头设置在支架结构500的内部，其中，支架结构500支撑在受检者的头部两侧，从受检者的耳朵与头部侧面获得支撑，即常见的眼镜支架，与常见的眼镜支架的区别在于，在每一个支架的内侧都配置有一个或多个偏光镜头和红外摄像头。

照明模块100，采用郎伯(Lambertian)发射器发射出第一光源101，第一光源101在所有的发射方向提供均匀或者基本均匀的强度。采用红外光发射器发射第二光源102，在此配置下用于收集第二图像202的设备与红外光相匹配。

照明模块100可以是配置在两个环形框600的顶端，第一光源101的发射器和第二光源102的发射器在环形框600的顶端间隔或并列配置。照明模块100还可以是以围绕环形框600的周围设置，在环形框600远离眼部的一端延伸出较小距离的环形圈，环形圈上相间分布第一光源101的发射器和第二光源102的发射器，两种发射器发射出的第一光源101和第二光源102都具有一定的角度，保证光源能够准确照射在眼部。

优选地，镜片结构至少包括放置偏振片的偏振层、放置普通镜片组件的镜片层以及放置单向镀膜的镀膜层。

具体地，环形框600将偏振层、镜片层以及镀膜层依次夹持在环形框600内部，偏振层内的偏振组件具体配置为偏振片的形式，镜片层内的镜片组件采用树脂镜片，偏振镜片贴合在树脂镜片的远离受检者的眼部的一侧，镀膜层内的单向镀膜涂覆在树脂镜片的靠近受检者的眼部的一侧，镀膜采用纳米金属铬铝，纳米金属铬铝层能够将普通的双向透光镜片形成单行透光的镜片。

优选地，设备还包括用于放置处理模块300和显示模块402的外联设备400，外联设备400与支架结构500和镜片结构内部的照明模块100和采集模块200进行无线连接，通过外联设备400的显示屏能够对照明模块100的第一光源101和第二光源102的交替周期进行设置。

外联设备400和采集模块200以及照明模块100通过蓝牙、无线网、局域网等方式进行无线连接，通过外联设备400对采集模块200和照明模块100进行控制，采集模块200通过无线连接方式将采集到的图像信息传输至处理模块300，由处理模块300按照前述方式进行数据处理，再通过显示屏进行可视化展示。

通过将前述的系统配置到具体的智能设备上，可以将配置了该系统的智能设备佩戴在受检者的眼部位置，在满足长时间地获取检测数据的需求下，也不会影响受检者的正常视野、正常行动，医护人员也不必反复操作仪器，只需在最初阶段设定好第一光源101和第二光源102的交替周期、总检测时长等参数即可，在检测过程中也可以通过显示屏观察到实时情况，如遇到意外情况也可及时发现。

需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种眼部动作捕捉及泪膜检测系统，包括：

照明模块(100)，用于对受检者的眼部进行照明；

采集模块(200)，用于对受检者的眼部进行图像记录；

处理模块(300)，用于对受检者的眼部图像信息进行分析处理；

其特征在于，

所述照明模块(100)能够周期性地在眼部的泪膜区域产生镜面反射的第一光源(101)以及能够在眼部的眼球部位产生光斑的第二光源(102)；

所述采集模块(200)能够获取基于所述第一光源(101)的反射光采集到存储泪膜信息的第一图像(201)和基于所述第二光源(102)在眼部形成的光斑采集到存储眼球运动信息的第二图像(202)；

所述处理模块(300)针对所述第一图像(201)对受检者的泪膜脂质层厚度进行计算，所述处理模块(300)针对所述第二图像(202)对受检者的眼球运动轨迹进行模拟；

其中，所述处理模块(300)还能够基于时间序列从所述第一图像(201)和所述第二图像(202)中筛选出与眼球处于中心区域的所述第二图像(202)的相邻时间序列的所述第一图像(201)。

2.根据权利要求1所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统，其特征在于，所述照明模块(100)的光源依次经过偏振组件、镜片组件以及单向镀膜射向受检者的眼部，所述单向镀膜将眼部的反射光再次反射从而被所述采集模块(200)采集。

3.根据权利要求1或2所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统，其特征在于，所述照明模块(100)产生所述第一光源(101)和所述第二光源(102)是周期交替的，所述采集模块(200)按照相同周期交替采集所述第一图像(201)和所述第二图像(202)。

4.根据权利要求1～3任一项所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统，其特征在于，所述处理模块(300)的分区单元(301)将所述第一图像(201)以瞳孔为中心对整个眼表进行分区划分并对每个分区施加标记，所述算法单元(302)根据分区对眼部的脂质层的厚度进行计算。

5.根据权利要求1～4任一项所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统，其特征在于，所述处理模块(202)基于光斑测定的眼部瞳孔位置将所述第二图像(202)进行化处理。

6.根据权利要求1～5任一项所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统，其特征在于，所述系统还包括能够显示所述采集模块(200)收集到的图像以及检测结果的显示模块(402)。

7.根据权利要求1～6任一项所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统，其特征在于，所述系统的存储模块(401)能够按照时间参数对所述采集模块(200)的采集数据以及所述处理模块(300)的处理数据进行保存。

8.根据权利要求1～7任一项所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统，其特征在于，所述处理模块(300)还能够基于所述存储模块(401)中的各项数据生成反应眼部信息的角膜地形图。

9.一种根据权利要求1～8任一项所述的眼部动作捕捉及泪膜检测系统的设备，其特征在于，所述设备至少能够佩戴在受检者的眼部区域，

其中，

所述设备包括用于保持所述设备的支架结构(500)以及用于放置所述照明模块(100)以及所述采集模块(200)的镜片结构，

所述支架结构(500)根据人体的耳部、眼部及鼻部的位置结构设计有能够将所述镜片结构保持在受检者眼部前端的两个环形框(600)以及连接在两个所述环形框(600)两端的条形框，两个所述环形框(600)之间通过能够贴合在鼻梁上端的弧形架连接，

所述镜片结构至少包括放置所述偏振片的偏振层、放置普通镜片组件的镜片层以及放置单向镀膜的镀膜层。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于放置所述处理模块(300)和所述显示模块(402)的外联设备(400)，所述外联设备(400)与所述支架结构(500)和所述镜片结构内部的所述照明模块(100)和所述采集模块(200)连接。

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