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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Augenfundus-Messgerät zum Messen
einer dreidimensionalen Konfiguration des Augenfundus (Fundus) auf der
Basis von stereoskopischen Bildern des Augenfundus sowie ein Aufzeichnungsmedium
mit einem darauf aufgezeichneten Augenfundus-Messprogramm.
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Es
heißt,
dass die Beobachtung der optischen Platte (nachfolgend einfach als
Platte bezeichnet) durch ein Bild des Augenfundus als Diagnosemittel
des Glaukoms wichtig ist, welches als eine der Störungen der
Sehfunktion bekannt ist. In den letzten Jahren wurden Vorrichtungen
vorgeschlagen, mit denen eine dreidimensionale Konfiguration des
Augenfundus auf der Basis von stereoskopischen Bildern des Augenfundus,
photographiert von einer stereoskopischen Funduskamera, gemessen
wird, und die Wölbung
der Platte und ein Umfangsbereich der Platte werden quantitativ
analysiert.
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Das
Verfahren zum Messen der dreidimensionalen Information des Augenfundus
auf der Grundlage von stereoskopischen Bildern des Augenfundus ist
allgemein bekannt als ein stereoskopisches Ausgleichsverfahren,
und beim Erhalten einer Höheninformation
ist es wichtig, entsprechende Punkte im linken und rechten Bild
zu entnehmen. Um die Entnahme der entsprechenden Punkte genau durchzuführen, ist
es nötig,
einen Abweichungsbetrag (nachfolgend als Parallaxe bezeichnet) des
Gesamtbildes aufgrund eines Refraktionsfehlers des photographierten
Auges zu bestimmen, damit das linke Bild und das rechte Bild miteinander übereinstimmen. Herkömmlicherweise
wird die Parallaxe auf der Grundlage eines charakteristischen Punktes,
wie einem Abzweigungspunkt eines Blutgefäßes oder dergleichen, auf dem
Augenfundus bestimmt, damit das linke und das rechte Bild miteinander übereinstimmen.
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Jedoch
gibt es Fälle,
bei denen der Kontrast in den photographierten stereoskopischen
Bildern des Augenfundus nicht gut ist, und wenn der Abzweigungspunkt
des Blutgefäßes unklar
ist, ist die Genauigkeit der Übereinstimmung
zwischen linkem und rechtem Bild häufig gering, was eine Messung
häufig unmöglich macht.
Da die Messung der Parallaxe auf der Grundlage des Abzweigungspunktes
des Blutgefäßes auf
einer zwei-dimensionalen Messung beruht, gibt es zusätzlich das
Problem, dass eine lange Verarbeitungszeit erforderlich ist.
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Außerdem verursacht
die Entnahme der entsprechenden Punkte aus dem linken und rechten
Bild ein Problem, dass die Gesamtverarbeitungszeit lang ist, denn
für die
Suche nach Pixeln (Bereichen), die am besten mit bestimmten Pixeln
(Bereichen) des einen Bildes übereinstimmen,
muss das andere Bild in einem bestimmten Bereich minuziös durchsucht
werden.
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Die
US 4715703 offenbart eine
opto-elektrische Augenfundus-Analysiervorrichtung.
Um ein dreidimensionales Profil eines Augenfundus zu erhalten, entnimmt
diese Analysiervorrichtung unterscheidbare Fundusmerkmale der Blutgefäße als Merkmalspunkte
von den Fundusstereobildern, um entsprechende Punkte zu erhalten.
Weiterhin erhält die
Analysiervorrichtung für
merkmalslose Bereiche ohne unterscheidbare Fundusmerkmale die entsprechenden
Punkte auf der Grundlage der Verzerrung eines aufgeschnittenen Bildes,
das auf den Fundus projiziert wird.
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Die
JP 0800567 offenbart eine
Vorrichtung zum Erhalten dreidimensionaler Augenhintergrunddaten
aus einem stereoskopischen Bild des Augenhintergrunds. Die Vorrichtung
schneidet das stereoskopische Bild des Augenhintergrundes in linke
und rechte Bilder, vergrößert das
geschnittene rechte und linke Bild durch ein Interpolationsverfahren,
eliminiert vertikale und laterale Parallaxe und erhält danach entsprechende
Punkte durch Entnehmen von Merkmalspunkten.
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Die
FR 2700654 offenbart ein
Verfahren zum Schätzen
des Unterschieds zwischen den monoskopischen Bildern, die ein stereoskopisches
Bild ausmachen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Im
Hinblick auf die oben beschriebenen Probleme ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Augenfundus-Messgerät und ein Aufzeichnungsmedium
mit einem darauf aufgezeichneten Augenfundus-Messprogramm bereitzustellen,
die in der Lage sind, die dreidimensionale Konfiguration des Augenfundus
auf der Grundlage der stereoskopischen Bilder des Augenfundus in
einer kurzen Verarbeitungszeit genau zu messen.
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Dieses
Ziel wird durch ein Augenfundus-Messgerät gemäß Anspruch 1 und ein Aufzeichnungsmedium
gemäß Anspruch
7 erreicht. Die Unteransprüche
enthalten jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung.
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf den Gegenstand der japanischen
Patentanmeldung Nr. Hei 10-308134 (eingereicht am 29. Oktober 1998).
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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In
den beigefügten
Zeichnungen gilt:
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1 ist
eine schematische Darstellung eines Augenfundus-Messgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ist
ein Flussdiagramm, das die Prozedur der Messung einer dreidimensionalen
Konfiguration des Augenfundus erläutert;
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3 ist
eine schematische Darstellung der Anordnung der stereoskopischen
Bilder des Augenfundus;
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4 ist
eine erläuternde
schematische Darstellung zur Erläuterung
der Hintergrundtrennungsverarbeitung;
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5 ist
eine erläuternde
schematische Darstellung, welche die Messungsverarbeitung der vertikalen
und horizontalen Parallaxe erläutert;
und
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6 ist
eine erläuternde
schematische Darstellung, welche die Verarbeitung der Entnahme des
entsprechenden Punktes unter Verwendung von mehrfach aufgelösten Bildern
erläutert.
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Beschreibung
des bevorzugten Ausführungsbeispiels
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Bezug
nehmend auf die Zeichnungen wird nun ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung beschrieben. 1 ist eine schematische Darstellung
eines Augenfundus-Messgeräts gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Ein
Augenfundus-Messgerät 1 umfasst
eine Bedienungs- und Analyseeinheit 2; eine Befehlseingabeeinheit 3 wie
eine Tastatur und/oder eine Maus; eine Anzeige 4 zum Anzeigen
von Bildern eines Augenfundus, der Messergebnisse und dergleichen;
einen Drucker 5 zum Ausdrucken; und eine Bildlesevorrichtung 7,
die als eine Bildeingabeeinheit dient. Die Bildlesevorrichtung 7 liest
ein Paar von linken und rechten stereoskopischen Bildern des Augenfundus,
der von einer stereoskopischen Augenfunduskamera 6 photographiert
wird, und gibt die gelesenen Bilder in die Bedienungs- und Analyseeinheit 2 ein. Es
ist möglich,
als Messgerät 1 einen
im Handel erhältlichen
PC und seine Peripheriegeräte
zu verwenden. Das heißt,
ein Programm zum Messen einer dreidimensionalen Konfiguration eines
Augenfundus (wird später
beschrieben) kann von einem Aufzeichnungsmedium, auf dem das Programm
aufgezeichnet ist, auf einen im Handel verfügbaren PC usw. installiert
werden, so dass der im Handel erhältliche PC usw. funktionsfähig ist.
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Die
stereoskopische Augenfunduskamera 6 teilt ein Strahlenbündel, das
vom Augenfundus reflektiert wird, in zwei Strahlenbündel mittels
einer Zweilochmembrane, um so ein Paar von linken und rechten stereoskopischen
Bildern des Augenfundus zu erhalten. Als stereoskopische Augenfunduskamera 6 ist
ein Typ bekannt, bei dem die Bilder auf einen Diafilm photographiert
werden, und ein Typ, bei dem die Bilder von einer CCD-Kamera erfasst
werden. Beim ersten Typ werden die stereoskopischen Bilder des Augenfundus,
die von der Augenfunduskamera 6 photographiert wurden,
von der Bildlesevorrichtung 7 in digitale Bilddaten umgewandelt
und in die Bedienungs- und Analyseeinheit 2 eingegeben.
Beim letzteren Typ werden die Bilder des Augenfundus im Speicher
oder dergleichen der Augenfunduskamera 6 als Standbilder
gespeichert und können
dann direkt oder über
ein Aufzeichnungsmedium wie eine Diskette in die Bedienungs- und
Analyseeinheit 2 eingegeben werden.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das die Prozedur der Messung der dreidimensionalen
Konfiguration des Augenfundus durch die Bedienungs- und Analyseeinheit 2 erläutert. Nachfolgend
wird die Messung der dreidimensionalen Konfiguration des Augenfundus
beschrieben.
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Die
Bilder des Augenfundus eines betreffenden Auges, das von der Augenfunduskamera 6 photographiert
wurde, werden als stereoskopische Bilder 10 des Augenfundus
erhalten, wobei ein linkes Bild PhL und
ein rechtes Bild PHR links und rechts nebeneinanderliegen
(siehe 3). Ein Kommentierungsbereich 11 ist
auf dem stereoskopischen Bild 10 des Augenfundus vorgesehen,
so dass eine Kommentierung bezüglich
des Tages der Photographie oder dergleichen darauf geschrieben werden
kann.
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Als
Erstes wird das stereoskopische Bild 10 des Augenfundus
von der Bildlesevorrichtung 7 gelesen. Das stereoskopische
Bild 10 des Augenfundus, das von der Bildlesevorrichtung 7 gelesen
wurde, wird in digitale Bilddaten umgewandelt und in die Bedienungs-
und Analyseeinheit 2 als eine stereoskopische Bilddatei
eingegeben. Die digitalisierten stereoskopischen Bilddaten 20 bestehen
aus einem Satz von Pixeln, bei denen die Dichte (Helligkeit) jedes Punktes
digitalisiert ist, und wird auf einer Skale von 256 z. B. von 0
bis 255 digitalisiert. Durch Betätigen der
Befehlseingabeeinheit 3 weist der Bediener die Bedienungs-
und Analyseeinheit 2 an, ein Programm zum Messen der dreidimensionalen
Konfiguration des Fundus auszuführen.
Die Bedienungs- und Analyseeinheit 2 misst die dreidimensionale
Konfiguration des Augenfundus auf der Grundlage der stereoskopischen
Bilder des Augenfundus durch die folgenden Schritte.
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In
Schritt 1 wird eine Hintergrundtrennungsverarbeitung durchgeführt, um
Bildbereiche und andere Bereiche als diese zu trennen und zu erkennen. Wie
in 4 gezeigt, wird insbesondere, nachdem die Integrationsverarbeitung
der Dichtewerte in Bezug auf die jeweiligen X- und Y-Richtungen
(horizontale und vertikale Richtungen) der eingegebenen Bilddaten
durchgeführt
wurde, ein Schwellenwert SL für
den erhaltenen Integralwert bereitgestellt, und ein Bereich eines
Dichtewertes höher
als dieser Schwellenwert SL wird als ein Bildbereich erkannt. Auch wenn
der Schwellenwert SL im voraus festgelegt werden kann, wird in diesem
Ausführungsbeispiel
ein geometrischer Wert, der durch die folgende Formel auf der Grundlage
eines Maximalwerts und eines Minimalwerts des integralen Werts erhalten
wird, als Schwellenwert SL unabhängig
für alle
Integralwertdaten festgelegt. Schwellenwert SL
= [{Maximalwert} – (Minimalwert)}/4]
+ (Minimalwert)
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Wenn
angenommen wird, dass die Koordinaten jedes Schnittpunktes des Schwellenwerts
SL in Bezug auf einen Integralwert Itx in
der X-Richtung und einen Integralwert Ity in
der Y-Richtung X1, X2, X2, X4, Y1 und Y2 sind, eine Rechteckform
geteilt durch X1, X2, Y1 und Y2 wird ein linkes Augenfundusbild IML und eine Rechteckform geteilt durch X3,
X4, Y1 und Y2 wird ein rechtes Augenfundusbild IMR.
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In
Schritt 2 werden Parallaxe (Abweichungen des Bildes) aufgrund des
Refraktionsfehlers und dergleichen des photographierten Auges gemessen. Eine
vertikale Parallaxe aufgrund der Wirkung des photographischen Optiksystems
der Augenfunduskamera 6 und eine horizontale Parallaxe
aufgrund des Refraktionsfehlers des photographierten Auges treten
im linken und rechten Bild, die durch die Hintergrundtrennung erhalten
wurden, auf. Bei der Messung der dreidimensionalen Konfiguration
ist es notwendig, Parameter ihrer Berechnungsformel zu korrigieren,
so dass die Parallaxe im voraus gemessen werden. Zusätzlich,
wenn die vertikalen und horizontalen Parallaxe vor der Entnahme
der entsprechenden Punkte in Schritt 5, der später beschrieben wird, bekannt
sind, kann der Punkt einer 0-Parallaxe als Anfangswert der Suche
des entsprechenden Punktes festgelegt werden (der entsprechende
Punkt kann bei Verschieben der Parallaxe gesucht werden) und ein
Bereich, in dem der entsprechende Punkt im Umfangsbereich des Bildes
nicht existiert, kann von der Entnahme des entsprechenden Punktes
ausgeschlossen werden. Die Messung der Parallaxe wird wie folgt
durchgeführt.
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Als
erstes wird eine Integrationsverarbeitung in der jeweiligen X- und
Y-Richtung in Bezug auf die Dichteinformation über das linke und das rechte
Bild IML und IMR,
die in Schritt 1 erkannt wurden, durchgeführt, um Integralwerte zu bestimmen.
Um zu verhindern, dass die Messung der horizontalen Parallaxe von
der Platte beeinträchtigt
wird, wird die Integrationsverarbeitung in der Y-Richtung auf der
Grundlage der Umfangsverteilung ausschließlich des Mittelbereichs des
Bildes (die Wölbung
der Platte) durchgeführt.
Insbesondere werden nur ein Bereich eines oberen Drittels und ein
Bereich eines unteren Drittels jedes linken und rechten Bildes IML und IMR einer Integrationsverarbeitung
unterworfen, um Integralwerte zu erhalten. Andererseits, da die
Messung der vertikalen Parallaxe (Integration in der X-Richtung) die Platte
als Referenz nutzt, werden alle Bereiche einschließlich des
Mittelbereichs einer Integrationsverarbeitung in der X-Richtung
unterworfen.
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Nachdem
die jeweiligen Integralwerte erhalten wurden, wird eine Differenzialverarbeitung
in Bezug auf jeden der Integralwerte durchgeführt, um so Differenzialwerte
zu erhalten. Wie in 5 gezeigt, werden die Differenzialwerte
des linken und des rechten Bildes IML und
IMR jeweils als DfXL,
DfXR, DfYL bzw.
DfYR festgelegt.
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Nachdem
die Differenzialwerte DfXL, DfXR, DfYL und DfYR in der
X- und der Y-Richtung
bestimmt wurden, werden die maximalen Kreuzkorrelationswerte der
Differenzialwerte in der vertikalen und der horizontalen Richtung
jeweils aus diesen Wellenformen erhalten, und Parallaxe (Beträge der Abweichungen
der Bilder) in der vertikalen und der horizontalen Richtung werden
auf der Grundlage dieser maximalen Kreuzkorrelationswerte erhalten
(dieses Verfahren ist im Allgemeinen bekannt als das Kreuzkorrelations-Koeffizientenverfahren).
Bei der Messung der Parallaxe ist die Aufmerksamkeit nicht auf die Struktur
eines großen
Bereichs, der von der Helligkeitsverteilung und der Reflexion des
Augenfundus dominiert wird, gerichtet, sondern auf die Struktur
auf Grundlage der Blutgefäße und dergleichen;
dadurch kann unter Verwendung der Wellenformen solcher Differenzialwerte
die charakteristische Struktur der Blutgefäße und dergleichen genau erkannt
werden, sogar im Falle von Bildern des Augenfundus mit schwachem
Kontrast. Zusätzlich,
da die vertikalen und horizontalen Parallaxe unabhängig voneinander gemessen
werden, kann die Rechenmenge verringert werden im Vergleich zu dem
Fall, wenn die Parallaxe zweidimensional bestimmt werden, wodurch es
möglich
wird, die Verarbeitungszeit zu verringern.
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In
Schritt 3 wird eine Verarbeitung zur Entnahme linker und rechter
Bildbereiche durchgeführt, die
in der Entnahmeverarbeitung der entsprechenden Punkte im nachfolgenden
Schritt 5 verwendet werden sollen. Insbesondere schließt Schritt
3 diejenigen Bereiche aus, die nur im linken Bild IML oder
im rechten Bild IMR auf der Grundlage der
Parallaxe (Beträge
der Abweichungen der Bilder) in der vertikalen und der horizontalen
Richtung, erhalten in Schritt 2, photographiert wurden, wodurch
ein linker Bildbereich IML' und ein rechter
Bildbereich IMR' entnommen wird, die in der nachfolgenden
Entnahmeverarbeitung der entsprechenden Punkte verwendet werden
sollen, damit diese einander entsprechen. Durch Entnahme der linken
und rechten Bilder, in denen keine Wirkung der Parallaxe mehr vorhanden
ist, kann die Entnahme der entsprechenden Punkte vereinfacht werden.
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In
Schritt 4 wird, um Störungen,
die die entnommenen linken und rechten Bilder IML' und IMR' überlagern, zu verringern, eine
Störungsentfernungsverarbeitung
mittels eines Störungsentfernungsfilters,
wie ein Mittelfilter (Zwischenwertfilter) oder dergleichen, durchgeführt.
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In
Schritt 5 wird in Bezug auf die linken und rechten Bilder IML' und
IMR',
die der Entnahmeverarbeitung unterworfen wurden, eine Vielzahl von
linken und rechten Bildern, deren Auflösung fortlaufend verringert
wird (nachfolgend als Bilder mit Mehrfachauflösung bezeichnet), erzeugt und
die Entnahmeverarbeitung der entsprechenden Punkte wird auf der Grundlage
dieser Bilder durchgeführt.
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Als
erstes werden linke und rechte Bilder mit verringerter Auflösung jeweils
in Bezug auf die entnommenen linken und rechten Bilder IML' und
IMR' erzeugt.
Diese Bilder sind z. B. ein Links/Rechtsbild IM1/4,
bei dem die Auflösung
einer Linie auf die Hälfte reduziert
ist, ein Links/Rechtsbild IM1/16, bei dem
die Auflösung
einer Linie weiter auf die Hälfte
davon reduziert ist, ein Links/Rechtsbild IM1/64,
bei dem die Auflösung
einer Linie noch weiter auf die Hälfte davon verringert ist,
und ein Links/Rechtsbild IM1/256, bei dem
die Auflösung
einer Linie noch weiter auf die Hälfte davon reduziert ist (siehe 6).
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Nach
der Erzeugung der Bilder mit Mehrfachauflösung wird die Entnahme der
entsprechenden Punkte zuerst in Bezug auf das Links/Rechtsbild IM1/256 mit der niedrigsten Auflösung durchgeführt. Als
Verfahren zur Entnahme der entsprechenden Punkte wird dieses Mal
ein kleiner Bereich (nachfolgend als ein Fenster bezeichnet) WL mit einem bestimmten Pixel und seinen benachbarten
Pixeln in dem linken Bild festgelegt, und ein Fenster WR mit gleicher
Größe wird
in der horizontalen Richtung des rechten Bildes bewegt, um einen
Platz zu suchen, welcher in Übereinstimmung
dazu der beste ist. Der Bereich, in dem das Fenster WR bewegt
wird, ist vielleicht nicht ein gesamter Bereich, und das Fenster WR wird vielleicht nur um die Breite bewegt,
wo geschätzt
wird, dass der entsprechende Punkt vorhanden ist. Zusätzlich kann
für die
vertikale Richtung die Suche ausgelassen werden, indem die vertikale
Parallaxe im voraus beseitigt wird. Somit wird die Entnahme der
entsprechenden Punkte zuerst in Bezug auf das Bild IM1/256 durchgeführt; da
jedoch die Anzahl der Pixel nur 1/256 derjenigen der Originalbilder IML' und
IMR' ist,
kann der gesamte Bereich mit einer sehr kurzen Verarbeitungszeit
durchsucht werden.
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Nachfolgend
wird die Entnahme der entsprechenden Punkte in Bezug auf das Bild
IM1/4 mit der nächst niedrigeren Auflösung durchgeführt. Zu
diesem Zeitpunkt wird die Positionsinformation des entsprechenden
Punktes, die vom Bild IM1/256 erhalten wurde,
zurückgemeldet.
Das heißt,
da die Positionsbeziehung zwischen dem Bild IM1/256 und
dem Bild IM1/64 auf der Grundlage der Vergrößerung der
Auflösung
in Übereinstimmung
zueinander gebracht werden kann, wird die Entnahme der entsprechenden Punkte
des Bildes IM1/64 so durchgeführt, dass
ein entsprechender Bereich, dem das Fenster WR entspricht, auf der
Grundlage der Positionsinformation des entsprechenden Punktes, die
vom Bild IM1/256 erhalten wurde, festgelegt
wird und dann wird die Suche innerhalb eines Bereichs einer vorbestimmten Breite
durchgeführt
(die Breite, in der vermutet wird, dass der entsprechende Punkt
vorhanden ist), einschließlich
dieses entsprechenden Bereichs und seines benachbarten Bereichs.
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Durch
ein ähnliches
Verfahren wird die Entnahme der entsprechenden Punkte nachfolgend
in Bezug auf das Bild IM1/16 das Bild IM1/4 und die Originalbilder IML' und IMR' durchgeführt. Da
die Positionsinformation des entsprechenden Punktes somit fortlaufend
zu Bildern mit höherer
Auflösung
zurückgemeldet
wird und die Entnahme der entsprechenden Punkte in eng gesteckten
Suchbereichen durchgeführt
wird, kann der gleiche Bereich insgesamt in einer kurzen Zeit durchsucht
werden, verglichen mit dem Fall, wenn die Suche unter Verwendung
nur der Bilder IML' und IMR' durchgeführt wird.
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In
Schritt 6 wird die Höheninformation
auf der Grundlage der in Schritt 5 entnommenen Information über den
entsprechenden Punkt berechnet, um dreidimensionale Daten zu erzeugen.
Ein bekannter kollinearer boolescher Ausdruck kann bei der Erzeugung
der dreidimensionalen Daten verwendet werden und die Vergrößerung,
welche die Refraktionsstärke
des photographierten Auges nachteilig beeinträchtigt, wird in der in Schritt
2 erhaltenen Parallaxeinformation korrigiert, um tatsächliche
dreidimensionale Daten zu erhalten. Die Vergrößerung für diese Korrektur kann einfach
erhalten werden, wenn eine Tabelle bezüglich dem Verhältnis zwischen
der Parallaxe (Abweichungsbetrag) und der Korrekturvergrößerung im
voraus gespeichert wird.
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Bei
der Interpolationsverarbeitung in Schritt 7 wird die Interpolation
in Bezug auf die in Schritt 6 erzeugten dreidimensionalen Daten
durchgeführt
und die Information wird erneut als Höhedaten in Gitterkoordinaten
angeordnet. Durch Bewirken der Interpolationsverarbeitung ist es
möglich,
bessere dreidimensionale Graphiken herzustellen, eine leichtverständliche
Umrissdarstellung, eine dreidimensionale Ansicht aus Vogelperspektive
und so weiter.
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Nachdem
die dreidimensionale Konfiguration des Augenfundus wie oben beschrieben
gemessen wurde, werden dreidimensionale Graphiken und eine orthogonale
Projektionszeichnung des Augenfundus auf der Anzeige 4 dargestellt.
Wenn der Bediener die Ausführung
eines Programms zur Analyse der optischen Platte über die
Befehlseingabeeinheit 3 anordnet, führt die Bedienungs- und Analyseeinheit 2 ferner
ihre Analyseverarbeitung auf der Grundlage der dreidimensionalen
Konfigurationsdaten durch, und die Ergebnisse der Analyse werden
auf der Anzeige 4 dargestellt.
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Wie
oben beschrieben, kann gemäß der vorliegenden
Erfindung die Messung einer dreidimensionalen Konfiguration des
Augenfundus genau in einer kurzen Verarbeitungszeit auf der Grundlage
von stereoskopischen Bildern des Augenfundus durchgeführt werden.