CN209122188U - 一种数字化角膜曲率测量的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种数字化角膜曲率测量的装置，包括：目标图像获取装置，相干干涉测距装置，角膜曲率测量模块；所述目标图像装置用于获取待检测用户的人眼角膜中心的目标图像；所述相干干涉测距装置用于在光纤耦合器发射的测量光路和参考光路发生干涉时，获得所述人眼角膜中心至测量参考物之间的距离；所述角膜曲率测量模块用于依据所述人眼角膜中心至所述测量参考物之间的距离和预设规则，计算所述待检测用户的人眼角膜曲率；本实用新型所提供的数字化角膜曲率测量的装置提高了人眼角膜曲率测量的准确性。本实用新型还公开了一种数字化角膜曲率测量的方法，具有上述有益效果。

Description

一种数字化角膜曲率测量的装置

技术领域

本实用新型涉及人眼检测技术领域，特别是涉及一种数字化角膜曲率测量的装置。

背景技术

角膜是人眼最前面的透明部分，为人眼提供大部分的屈光力。角膜曲率的检测可以判断人眼有无杂散光、诊断眼睛某些疾病、指导角膜屈光度矫正手术以及为佩戴隐形眼镜提供科学验配依据等作用。因此，精确测量人眼的角膜曲率是非常有必要的。

人眼角膜曲率的测量方法大部分都采用将一参考物体经人眼反射后形成的像的大小再通过光学成像物镜再次成像在图像传感器上，通过解算图像中像的大小来间接测量角膜曲率的大小的方法。除了解算图像的大小外这一方法还需要测量参考物到角膜顶点的距离以及成像物镜放大率的大小。

现有的角膜曲率计或电脑验光仪大都通过观测传感器上所成的图像的清晰度来手动调节人眼与测量仪器的距离(参照物一般与成像系统相对人眼静止)。现有的测量仪器的人眼角膜顶点到参照物体的距离是由成像物镜是否清晰成像所确定的，而成像物镜总是会有一定的景深，因此不能保证测量时角膜顶点到参照物体的距离是非常精确的。且一般成像物镜的放大率并不是稳定的，会随着人眼的稍微移动而改变，同样会造成测量精度的下降。

综上所述可以看出，如何提高人眼角膜曲率测量结果的准确性是目前有待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种数字化角膜曲率测量的装置，已解决现有技术中人眼角膜曲率测量结果准确率低的问题。本实用新型还提供了一种数字化角膜曲率测量的方法，具有上述有益效果。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种数字化角膜曲率测量的装置，包括：目标图像获取装置，相干干涉测距装置，角膜曲率测量模块；所述目标图像装置用于获取待检测用户的人眼角膜中心的目标图像；所述相干干涉测距装置用于在光纤耦合器发射的测量光路和参考光路发生干涉时，获得所述人眼角膜中心至测量参考物之间的距离；所述角膜曲率测量模块用于依据所述人眼角膜中心至所述测量参考物之间的距离和预设规则，计算所述待检测用户的人眼角膜曲率。

优选地，所述目标图像获取装置包括：圆形LED灯组、光学成像物镜、图像传感器、处理器；其中，待检测用户的人眼、所述圆形LED灯组、所述光学成像物镜和所述图像传感器位于同一光轴上；

所述圆形LED灯组用于照射待检测用户的面部，以便于所述圆形LED灯组发射的光线通过所述待检测用户的面部反射至所述光学成像物镜后入射至所述图像传感器；所述处理器用于对所述图像传感器采集到的所述待检测用户的面部图像信息进行处理，以便于通过控制三维移动平台的移动获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。

优选地，所述处理器具体用于：当所述图像传感器采集到所述待检测用户的面部图像信息后，采用SVM识别人眼算法控制所述三维移动平台的上下移动和左右移动，并通过SVM识别人眼瞳孔算法获得所述待检测人眼的准确的位置，以便于获得所述待检测用户的人眼图像；

获得所述待检测用户的人眼图像后，利用hough圆检测人眼瞳孔中心算法定位并识别所述待检测用户的人眼中心，以便于获得所述待检测用户的人眼中心的图像；

获得所述待检测用户的人眼中心的图像后，利用自动对焦算法控制所述三维移动平台的前后移动，以便于获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。

优选地，所述相干测距装置包括：激光光源、光纤耦合器、第一光纤准直器、分光棱镜、第二光纤准直器、反射镜、一维移动平台、光栅尺、光电探测器；

所述激光光源发出的光线经过所述光纤耦合器后分为测量光路和参考光路，所述测量光路经过第一光纤准直器入射至所述分光棱镜，后入射至所述人眼角膜中心后，反射至所述光纤耦合器；且所述测量光路与所述光学成像物镜保持同轴；

所述参考光路通过所述第二光纤准直器后入射至所述反射镜后，反射至所述光纤耦合器；

所述反射镜安装于所述一维移动平台上，所述一维移动平台安装于所述光栅尺上；

当所述光电探测器检测到所述测量光路和所述参考光路在所述光纤耦合器中发生干涉时，利用所述处理器记录所述光栅尺上的光程值，所述光程值为所述人眼角膜中心至所述圆形LED灯组之间的距离。

优选地，所述角膜曲率测量模块具体用于根据所述光学成像物镜的放大倍率以及所述人眼角膜顶点到所述圆形LED灯组的距离，测量所述待检测的人眼的角膜曲率。

优选地，完成所述待检测用户的一只人眼的角膜曲率测量后，控制所述三维移动平台向另一只人眼的方向移动预设距离，以便于测量另一只人眼的角膜曲率。

本实用新型还提供了一种数字化角膜曲率测量的方法，包括：获取待检测人眼的角膜中心的目标图像；在光纤耦合器发射的测量光路和参考光路发生干涉时，获得所述人眼角膜中心至测量参考物之间的距离；依据所述人眼角膜中心至所述参考物之间的距离和预设规则，计算所述待检测的人眼的角膜曲率。

优选地，所述获取待检测人眼的角膜中心的目标图像包括：利用圆形LED 灯组照射待检测用户的面部，以便于所述圆形LED灯组发射的光线通过所述待检测用户的面部反射至光学成像物镜后入射至图像传感器；

利用处理器对所述图像传感器采集到的所述待检测用户的面部图像信息进行处理，以便于通过控制三维移动平台的移动获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。

优选地，所述利用处理器对所述图像传感器采集到的所述待检测用户的面部图像信息进行处理包括：

当所述图像传感器采集到所述待检测用户的面部图像信息后，采用SVM识别人眼算法控制所述三维移动平台的上下移动和左右移动，并通过SVM识别人眼瞳孔算法获得所述待检测人眼的准确的位置，以便于获得所述待检测用户的人眼图像；

获得所述待检测用户的人眼图像后，利用hough圆检测人眼瞳孔中心算法定位并识别所述待检测用户的人眼中心，以便于获得所述待检测用户的人眼中心的图像；

获得所述待检测用户的人眼中心的图像后，利用自动对焦算法控制所述三维移动平台的前后移动，以便于获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。

优选地，所述依据所述人眼角膜中心至所述参考物之间的距离和预设规则，计算所述待检测的人眼的角膜曲率包括：

根据所述光学成像物镜的放大倍率以及所述人眼角膜顶点到所述圆形LED 灯组的距离，测量所述待检测用户的人眼角膜曲率。

本实用新型所提供的数字化角膜曲率测量的装置，在获得待检测用户的人眼角膜中心的最清晰的像后，利用光纤耦合器发射测量光路和参考光路，当所述测量光路和所述参考光路发生干涉时，获取所述人眼角膜中心至测量参考物之间的距离。根据所述人眼角膜中心至所述测量参考物之间的距离计算所述待检测用户的人眼角膜曲率。本申请利用相干干涉测距的方法，测量人眼角膜中心至测量参考物之间的距离，提高了所测距离的准确性，解决了现有技术中的角膜测量仪器不能直接测量角膜顶点到测量参照物的距离所造成的测量精度不高的问题。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种数字化角膜曲率测量的装置的结构框图；

图2为三维移动平台的结构图；

图3为本实用新型所提供的另一种数字化角膜曲率测量的装置的结构框图；

图4为圆形LED灯组的结构图；

图5为本实用新型实施例提供的一种数字化角膜曲率测量的方法的流程图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种数字化角膜曲率测量的装置，提高了人眼角膜曲率测量的准确性。本实用新型还提供了一种数字化角膜曲率测量的方法，具有上述有益效果。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考图1，图1为本实用新型所提供的一种数字化角膜曲率测量的装置的结构框图；本实施例所提供的数字化角膜曲率测量装置包括：目标图像获取装置，相干干涉测距装置，角膜曲率测量模块；其中所述目标图像装置用于获取待检测用户的人眼角膜中心的目标图像；所述相干干涉测距装置用于在光纤耦合器发射的测量光路和参考光路发生干涉时，获得所述人眼角膜中心至预设参考物之间的距离；所述角膜曲率测量模块用于依据所述人眼角膜中心至所述预设参考物之间的距离和预设规则，计算所述待检测用户的人眼角膜曲率。

所述目标图像获取装置，相干干涉测距装置，角膜曲率测量模块放置于三维移动平台上。如图2所示，所述三维移动平台包括支撑板、丝杠螺母、与所述丝杠螺母相匹配的丝杠、上下运动电机、左右运动电机和前后运动电机；其中，所述支撑板用于放置所述目标图像获取装置，相干干涉测距装置，角膜曲率测量模块；所述丝杠螺母固定于所述支撑板上；所述丝杠螺母固定在所述支撑板上；所述上下移动电机带动所述丝杠运动，从而控制所述丝杠螺母上下移动；所述左右移动电机带动滑块和连接板在导轨上移动；所述前后移动电机带动滑块和连接板在导轨上移动；所述支撑板被三个运动方向的电机分别控制，从而实现了自动三维移动功能。

本实施例所提供的数字化角膜曲率测量装置，利用相干干涉测距的方法测量所述待检测用户的人眼至预选参考物之间的距离，提高了角膜曲率测量的准确性，解决了现有技术中的角膜测量仪器不能直接测量角膜顶点到测量参照物的距离所造成的测量精度不高的问题。

请参考图3，图3为本实用新型所提供的另一种数字化角膜曲率测量的装置的结构框图；

如图3所示，本实施例所提供的目标图像获取装置可以包括圆形LED灯组 2、光学成像物镜3、图像传感器4、处理器5；其中，待检测用户的人眼1、所述圆形LED灯组2、所述光学成像物镜3和所述图像传感器4位于同一光轴上；

所述圆形LED灯组2用于照射待检测用户的面部，以便于所述圆形LED灯组2发射的光线通过所述待检测用户的面部反射至所述光学成像物镜3后入射至所述图像传感器4，所述圆形LED灯组2的排列方式可以如图4所示。

在本实施例中，所述光学成像物镜可以采用双远心光路设计；双远心光路具有超大景深、在一定物距变化范围内放大率保持恒定的特性；因此更容易获得人眼角膜中心的清晰图像，降低了测量过程中人眼轻微晃动所造成的误差；且双远心光学系统成像清晰，畸变非常小，使得数字化角膜曲率测量装置中图像信息处理的结果更为准确，进一步的提高了角膜曲率测量结果的准确性。

所述处理器5用于对所述图像传感器采集到的所述待检测用户的面部图像信息进行处理，以便于通过控制三维移动平台的移动获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。所述处理器5可以包括对所述图像传感器采集到的图像进行处理的图像处理单元、对所述图像处理单元处理完成后的图像信息进行处理的数字处理单元。

当所述图像传感器4采集到所述待检测用户的面部图像信息后，所述处理器5采用SVM识别人眼算法控制所述三维移动平台的上下移动和左右移动，并通过SVM识别人眼瞳孔算法获得所述待检测人眼的准确的位置，以便于获得所述待检测用户的人眼图像；获得所述待检测用户的人眼图像后，所述处理器5 利用hough圆检测人眼瞳孔中心算法定位并识别所述待检测用户的人眼中心，以便于获得所述待检测用户的人眼中心的图像；获得所述待检测用户的人眼中心的图像后，所述处理器5利用自动对焦算法控制所述三维移动平台的前后移动，以便于获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。

本实施例中利用SVM和Hough圆检测的人眼定位算法控制所述三维移动平台进行移动，使成像光学系统和相干干涉系统的光轴对准人眼的中心，从而实现自动寻找人眼、自动对准人眼中心以及自动对焦的功能。

在本实施例中，所述目标图像处理装置还可以包括显示屏6，所述显示屏6 可以在所述处理器5对所述图像传感器4采集到的人眼图像信息进行处理后，分别呈现所述待检测用户的面部图像、人眼图像以及人眼角膜图像的图像。

在本实施例中，所述相干测距装置包括激光光源7、光纤耦合器8、第一光纤准直器9、分光棱镜10、第二光纤准直器11、反射镜12、一维移动平台13、光栅尺14、光电探测器15。

其中，所述激光光源7为宽带激光光源；所述光纤耦合器8为2×2光纤耦合器。

当所述显示屏6上呈现所述待检测用户的人眼角膜中心的清晰图像后，所述激光光源7发射光纤，所述2×2光纤耦合器8分成一路测量光路和一路参考光路。所述测量光路的经过第一光纤准直器9入射至所述分光棱镜10，后入射至所述人眼角膜中心后，原路反射至所述2×2光纤耦合器8；且所述分光棱镜 10与所述光学成像系统同轴。所述参考光路通过所述第二光纤准直器11后入射至所述反射镜12后，原路反射至所述光纤耦合器8；所述反射镜12安装于所述一维移动平台13上，所述一维移动平台13安装于所述光栅尺14上。

所述反射镜12安装在所述一维移动平台13，所述一维移动平台13在所述光栅尺14上直线运动。

当所述光电探测器15检测到所述测量光路和所述参考光路在所述光纤耦合器8中发生干涉时，处理器记录所述光栅尺14上的光程值，所述光程值为所述人眼角膜中心至所述圆形LED灯组2之间的距离。

需要说明的是，对光电探测器15采集的光电信息进行处理处理器可以与处理所述图像传感器4采集到的图像信息的处理器为同一处理器，也可以为不同的处理器。当处理光电信息的处理器与处理图像信息的处理器为同一处理器时，所述处理器可以包括图像处理单元，数据处理单元和信息处理单元。所述处理器5根据所述图像传感器4采集到的图像信息以及光电探测器15采集到的信号信息，对所述三维移动平台进行控制，从而实现全自动测量人眼角膜曲率。

所述角膜曲率测量模块具体用于根据所述光学成像物镜3的放大倍率以及所述人眼角膜顶点到所述圆形LED灯组2的距离，测量所述待检测的人眼的角膜曲率。需要说明的是，计算角膜曲率的处理器可以与处理所述图像传感器4 采集到的图像信息的处理器为同一处理器，也可以为不同的处理器。

当完成所述待检测用户的一只人眼的角膜曲率测量后，所述处理器控制所述三维移动平台向另一只人眼的方向移动预设距离，以便于测量另一只人眼的角膜曲率；可以将所述三维移动平台移动的距离设置为60mm。

在本实施例中，所述圆形LED灯组照射待检测用户的面部，所述光线经过所述待检测用户的面部反射后，入射至所述光学成像物镜，利用所述图像传感器采集所述待检测用户的面部图像信息，并将所述面部图像信息传输至所述处理器，所述处理器根据所述面部图像信息控制所述三维移动平台进行移动，自动寻找人眼、自动对准人眼中心以及自动焦距，从而获得所述待检测用户的人眼角膜中心清晰的像；获取所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像后，利用所述宽带激光光源发射光纤，所述2×2光纤耦合器将光纤分成一路测量光路和一路参考光路。所述测量光路的经过第一光纤准直器入射至所述分光棱镜，后入射至所述人眼角膜中心后，原路反射至所述2×2光纤耦合器。当所述光电探测器检测到所述测量光路和所述参考光路在所述光纤耦合器中发生干涉时，处理器记录所述光栅尺上的光程值，所述光程值为所述人眼角膜中心至所述圆形LED灯组之间的距离。

在本实施例中，利用低相干干涉直接测量所述人眼中心与圆形LED灯组之间的距离，采用宽带激光光源，保证了所测距离的精度满足测量标准。并且由于光学系统的景深很大，物距变化不敏感，每次测量时都能保证测量误差在宽带激光光源的相干长度内，提高了测量时的信噪比。

且本实施例中，所述目标图像获取装置中光学成像系统采用双远心光路设计，保证了大景深的同时使光学成像物镜的放大率在一定物距变化范围内保持恒定，在测量时能更加容易的获得清晰图像，降低了测量时人眼的轻微晃动所造成的误差；并且双远心光学系统成像清晰，畸变非常小，使得整个测量系统中图像处理的结果更为准确，进一步提高了测量结果的准确性。本实施例采用一种基于SVM和Hough圆检测的人眼定位算法，并将两者结合，以及一种基于图像处理清晰度的算法，分别控制了测量仪器相对人眼的前后、左右以及上下的移动，实现了全自动无接触测量出双眼的角膜曲率，消除了测量时操作员由于对准和对焦的难度所造成的测量效率和测量精度的降低。

因此本实施例提供了一种具有测量精度高、测量速度快、信噪比高、无接触测量的数字化全自动角膜曲率测量装置。

请参考图5，图5为本实用新型实施例提供的一种数字化角膜曲率测量的方法的流程图；具体步骤可以包括：

步骤S501：获取待检测人眼的角膜中心的目标图像；

步骤S502：在光纤耦合器发射的测量光路和参考光路发生干涉时，获得所述人眼角膜中心至测量参考物之间的距离；

步骤S503：依据所述人眼角膜中心至所述参考物之间的距离和预设规则，计算所述待检测的人眼的角膜曲率。

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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于其与实施例公开的装相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见装置部分说明即可。

以上对本实用新型所提供的数字化角膜曲率测量的装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种数字化角膜曲率测量的装置，其特征在于，包括：目标图像获取装置，相干干涉测距装置，角膜曲率测量模块；

所述目标图像装置用于获取待检测用户的人眼角膜中心的目标图像；

所述相干干涉测距装置用于在光纤耦合器发射的测量光路和参考光路发生干涉时，获得所述人眼角膜中心至测量参考物之间的距离；

所述角膜曲率测量模块用于依据所述人眼角膜中心至所述测量参考物之间的距离和预设规则，计算所述待检测用户的人眼角膜曲率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述目标图像获取装置包括：圆形LED灯组、光学成像物镜、图像传感器、处理器；

其中，待检测用户的人眼、所述圆形LED灯组、所述光学成像物镜和所述图像传感器位于同一光轴上；

所述圆形LED灯组用于照射待检测用户的面部，以便于所述圆形LED灯组发射的光线通过所述待检测用户的面部反射至所述光学成像物镜后入射至所述图像传感器；

所述处理器用于对所述图像传感器采集到的所述待检测用户的面部图像信息进行处理，以便于通过控制三维移动平台的移动获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于：

当所述图像传感器采集到所述待检测用户的面部图像信息后，采用SVM识别人眼算法控制所述三维移动平台的上下移动和左右移动，并通过SVM识别人眼瞳孔算法获得所述待检测人眼的准确的位置，以便于获得所述待检测用户的人眼图像；

获得所述待检测用户的人眼图像后，利用hough圆检测人眼瞳孔中心算法定位并识别所述待检测用户的人眼中心，以便于获得所述待检测用户的人眼中心的图像；

获得所述待检测用户的人眼中心的图像后，利用自动对焦算法控制所述三维移动平台的前后移动，以便于获得所述待检测用户的人眼角膜中心的目标图像。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述相干干涉测距装置包括：

激光光源、光纤耦合器、第一光纤准直器、分光棱镜、第二光纤准直器、反射镜、一维移动平台、光栅尺、光电探测器；

所述激光光源发出的光线经过所述光纤耦合器后分为测量光路和参考光路，所述测量光路经过第一光纤准直器入射至所述分光棱镜，后入射至所述人眼角膜中心后，反射至所述光纤耦合器；且所述测量光路与所述光学成像物镜保持同轴；

所述参考光路通过所述第二光纤准直器后入射至所述反射镜后，反射至所述光纤耦合器；

所述反射镜安装于所述一维移动平台上，所述一维移动平台安装于所述光栅尺上；

当所述光电探测器检测到所述测量光路和所述参考光路在所述光纤耦合器中发生干涉时，利用所述处理器记录所述光栅尺上的光程值，所述光程值为所述人眼角膜中心至所述圆形LED灯组之间的距离。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角膜曲率测量模块具体用于根据所述光学成像物镜的放大倍率以及所述人眼角膜顶点到所述圆形LED灯组的距离，测量所述待检测的人眼的角膜曲率。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于：完成所述待检测用户的一只人眼的角膜曲率测量后，控制所述三维移动平台向另一只人眼的方向移动预设距离，以便于测量另一只人眼的角膜曲率。