JP3424327B2

JP3424327B2 - 眼底計測装置

Info

Publication number: JP3424327B2
Application number: JP13405094A
Authority: JP
Inventors: 井上　　徹
Original assignee: 朝日航洋株式会社
Priority date: 1994-06-16
Filing date: 1994-06-16
Publication date: 2003-07-07
Anticipated expiration: 2018-07-07
Also published as: JPH08567A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、眼底計測装置に関し、
より具体的には、眼底ステレオ画像から眼底（特に、そ
の乳頭部付近）の３次元画像を得る眼底計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】眼底をステレオ撮影するスチル・カメラ
が、例えば、株式会社ニデックにより製品化されてい
る。図２は、株式会社ニデック製造の眼底ステレオ・カ
メラの概略構成図を示す。

【０００３】図２において、１０は検査しようとする被
検眼であり、その眼底からの光は、正常な目の場合で瞳
孔１２によりほぼ平行光束になり、眼底カメラの対物レ
ンズ１４により、対物レンズ１４の後側焦点に空中像１
６を形成する。その空中像１６は、立体視のために、ス
テレオ撮影絞り１８により２系統に分離される。その２
系統の光束は、分離プリズム２０、フォーカシング・レ
ンズ２２、結像レンズ２４及び整合プリズム２６からな
るリレー光学系を介してフィルム面２８に入射する。こ
れにより、フィルム面２８上に、空中像１６のステレオ
撮影画像が形成される。

【０００４】図３は、このようにして形成されたステレ
オ写真の平面図又はフォーマットを示す。１枚の写真フ
レーム３０上で、左から見た眼底の画像（左画像）３２
Ｌが左側に、右側から見た眼底の画像（右画像）３２Ｒ
が右側に、並んで画像形成されている。

【０００５】このようなステレオ写真から３次元データ
を得る場合、一般的には、航空写真測量の技術を利用で
きるが、そのためには、左画像と右画像に共通する３個
以上の指標点が必要とされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、眼底の場合、
指標点としては、特有の血管模様などに頼ることにな
り、従来例では、オペレータが、その特有の血管模様な
どに注目して対話形式で左画像と右画像で共通する複数
の指標点を指定している。このような作業は、かなり面
倒であるだけでなく、精度的にも満足できない。

【０００７】本発明は、このような不都合を解消し、よ
り簡単な操作で済む眼底計測装置を提示することを目的
とする。

【０００８】本発明はまた、眼底ステレオ画像から眼底
の３次元画像データを自動生成する眼底計測装置を提示
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、先ず、入力
眼底ステレオ画像から、その左画像と右画像を含むフレ
ームの４隅の座標値に従い左画像と右画像を抽出する。
抽出された左右画像から眼底の３次元データを算出し、
算出された眼底の３次元データを出力、例えば３次元画
像表示する。

【００１０】好ましくは、抽出された左右画像の縦視差
を除去し、左右画像の全体的なズレを検出してそのズレ
を解消すべく左画像と右画像の少なくとも一方をシフト
する。更には、ＣＣＤ撮像素子の出力画像のように粗い
画像には、縦視差除去の前に、抽出された左右画像を所
定の方法で内挿する。

【００１１】左右画像の抽出では、入力眼底ステレオ画
像を２値化して、左画像と右画像を含むフレームの４隅
を検出し、検出された４隅の座標値に従い、入力眼底ス
テレオ画像から左画像と右画像を切り出す。

【００１２】

【作用】上記手段により、眼底ステレオ画像から、非常
に手軽且つ短時間で、眼底の３次元データを得ることが
できる。左右画像の抽出では、眼底ステレオ画像から精
度良く左画像と右画像を切り出せる。切り出された左右
画像に各種の補正処理を加えるので、高精度の眼底３次
元データを得ることができる。これらの結果、眼底検査
を迅速に行なえるようになる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例を
詳細に説明する。

【００１４】本発明の一実施例を説明する前に、図２に
図示した眼底ステレオ・カメラにおける光学作用を数学
的に説明する。

【００１５】眼底の像は空中像１６に光学変換され、空
中像１６はフィルム２８に投影され、フィルム２８によ
る写真は、後述する画像処理のための画像に座標変換さ
れる。

【００１６】眼を空中に置いたレンズと考えると、この
レンズと対物レンズ１４により、空中像１６は、眼底に
一定の結像倍率を乗じたものになっている。但し、一般
に、高さ方向（光軸方向）に微小量、物点が移動する
と、像位置では、結像倍率の２乗を乗じた移動量にな
り、横方向（光軸と垂直な面内）での移動に対しては、
結像倍率を乗じた移動量になる。従って、空中像１６の
凸凹量を結像倍率の２乗で除算すれば、眼底での凸凹量
を得ることができる。

【００１７】空中像１６からフィルム２８への投影は、
図４に示す座標系で考えることができる。空中像１６の
座標系を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、フィルム面２８上の写真の座
標系を（ｘ，ｙ，ｚ）、空中像１６の座標系で見た写真
の投影中心Ｏの地上座標を（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）、カメ
ラの撮影軸の傾きを（ω，φ，κ）とする。ω，φ，κ
はそれぞれ、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸を中心とする回転角を
示し、それぞれの正方向に向かって右回りを正とする。
写真はｚ＝０の面から距離−ｆの位置にあるとする。

【００１８】写真の座標（ｘ，ｙ）と空中像１６の座標
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）との間には、次の幾何学的関係が成立す
る。これは、共線条件式と呼ばれる。

【００１９】

【数１】

【００２０】９つの係数ａ₁₁〜ａ₃₃は、カメラの撮影軸
の傾き（ω，φ，κ）から下記式により求めることがで
きる。

【００２１】

【数２】

【００２２】従って、

【００２３】

【数３】

【００２４】

【数１】の逆変換式は、以下の通りである。即ち、

【００２５】

【数４】

【００２６】なお、ある型式の上記眼底カメラでは、そ
の設計仕様から例えば、左画像に対して、Ｘｏ＝−６．３ｍｍＹｏ＝０ｍｍＺｏ＝２３０ｍｍ ω＝０゜ φ＝１゜３３’３０” κ＝０゜右画像に対してＸｏ＝６．３ｍｍＹｏ＝０ｍｍＺｏ＝２３０ ω＝０゜ φ＝−１゜３３’３０” κ＝０゜であった（これを、標定要素という）。

【００２７】次に、写真（座標）から画像（座標）への
変換を説明する。画像データは、各点の濃度が数値化さ
れた画素の集りで構成され、その座標系として走査方向
をｕ、走査の進行方向をｖとすると、ｕは水平ライン上
の画素番号を、ｖはライン番号を示す。ｕ，ｖは共に整
数値をとる。写真座標系を（ｘ，ｙ）とすると、画像座
標系（ｕ，ｖ）との間では、画像読取りの過程で上下・
左右の移動と回転が混じった画像歪みが加わり、写真
は、一般的には次のようなアフィン変換を受ける。

【００２８】

【数５】

【００２９】この逆変換式は次のようになる。即ち、

【００３０】

【数６】

【００３１】このアフィン変換の未知変量はｃ₁₁，
ｃ₁₂，ｃ₂₁，ｃ₂₂，ｄ₁，ｄ₂の６個である。写真座標系
と画像座標系の関係を図５に示す。これらの未知変量
は、座標位置が既知の１個以上の指標が写し込まれた写
真を同じイメージ・スキャナで画像読取りし、その１個
以上の指標の画像座標を測定することにより、決定でき
る。このような指標としては例えば、４辺上のマーク、
４隅のマーク又はレゾマークがある。

【００３２】次に、図１を参照して、本発明の一実施例
を詳細に説明する。図１は、本実施例の概略構成ブロッ
ク図であり、そのほとんどは、ソフトウエア・プログラ
ムとして提供されるが、勿論、ハードウエアとして構成
してもよいことは明らかである。

【００３３】スチル写真による眼底ステレオ画像は、拡
大焼き付けした眼底ステレオ写真をイメージ・スキャナ
により画像読取りし、画像ファイル４０としてハード・
ディスク、光磁気ディスク装置などの大容量記憶装置に
格納される。

【００３４】本実施例では、図２に示すような眼底ステ
レオ・カメラの他に、ビデオ・カメラも使用できる。即
ち、フィルム面２８に相当する面位置に撮像素子が位置
するようにビデオ・カメラを配置し、その出力画像を静
止画としてフレーム・バッファに取り込むようにすれ
ば、眼底ステレオ画像となる右画像と左画像からなる静
止画像信号を得ることができる。その際の撮像素子に
は、例えば、ハイビジョン・カメラに使用されるような
高精細ＣＣＤ撮像素子を使用すればよい。この場合、ビ
デオ入力による眼底ステレオ画像信号は、フレーム・バ
ッファから直接、又は適当なフォーマット変換を経て、
同じく、画像データ・ファイル４０として大容量記憶装
置に格納される。

【００３５】先ず、右画像と左画像の両方を含むフレー
ム内で、両画像を含む４角形の領域の４隅の点Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ（図６参照）を確定する。具体的には、４隅計算
ステップ４２が、図３又は図６に示すように、右画像と
左画像を含むステレオ画像データ・ファイル４０を読み
込み、先ず、２値化し、ノイズを除去する。そして、右
画像と左画像の両方を含めた４角フレームの境界を抽出
し、最小二乗法により当該４角フレームの四辺の一次式
を求める。次に、得られた一次式の相関係数から直線性
の最も高い辺を基準に回転角を求め、得られた回転角か
ら、図６に示す４隅の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標を求め
る。

【００３６】本実施例では、４隅計算ステップ４２によ
る４隅の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの自動計算に加えて、オペレ
ータとの対話処理で４隅の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを決定する
対話処理ステップ４４も設けてある。利用者は、状況に
応じて、４隅計算ステップ４２による自動計算と対話処
理ステップ４４によるマニュアル指定のどちらかを選択
する。４隅計算ステップ４２又は対話処理ステップ４４
から出力される４隅の点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの座標値は、選
択的に切り出しステップ４８に印加される。

【００３７】切り出しステップ４８は、４隅計算ステッ
プ４２又は対話処理ステップ４４からの４隅の点Ａ，
Ｂ，Ｃ，Ｄの座標値を利用し、記憶装置に記憶されるス
テレオ画像データ・ファイル４０の画像データを図３に
示す眼底画像フォーマットに従いアフィン逆変換し、左
画像３２Ｌと右画像３２Ｒを分離して切り出す。この切
り出しに際して、必要な画素値は共一次内挿により内挿
補間される。

【００３８】内挿ステップ５０は、切り出しステップ４
８により切り出された左画像と右画像のそれぞれを、３
次畳み込み内挿により拡大する。最終的に得たい高さの
分解能は、入力画像の画素サイズにより決定されるから
である。例えば、内挿処理により２倍に拡大すれば、高
さの分解能も２倍になる。ビデオ・カメラによる入力画
像は画素サイズが写真に比べて非常に大きいので、この
処理は特に、ビデオ・カメラの入力画像の場合に効果的
である。

【００３９】切り出しステップ４８では、フレームを基
準に左画像及び右画像を切り出したが、フレーム内の画
像は、１）フレームに対する主点のズレによる歪み、
２）投影中心位置（図４参照）による歪み、３）投影中
心位置でのレンズの傾き（図４参照）による歪み、並び
に、４）フィルム面の平坦性及びレンズの収差による歪
みを含んでいる。１）、２）及び３）による歪みは、先
に説明した、空中像１６からフィルム面２８への投影を
逆変換することにより、解消できる。縦視差除去ステッ
プ５２で、この逆変換を実行する。ステップ５２での内
挿法は、共一次内挿である。このステップでの処理結果
が悪いと、縦視差が残り、左画像と右画像のミスマッチ
ングの原因となり、その結果、後述するステレオ・マッ
チングによる高さ検出の精度も悪化する。

【００４０】近視眼又は遠視眼では、空中像１６は前後
に移動する。これにより、右画像と左画像は全体として
右又は左にずれてくる。このズレ量から被検眼の屈折異
常値を求めることができる。但し、高さ計算には邪魔で
あるので、ズレ補正ステップ５４により、左画像と右画
像の全体的な上下左右方向のズレを補正する。具体的に
は、ステレオ・マッチングにより左画像と右画像の全体
的な上下左右方向のズレ量を算出し、そのズレを相殺す
るように左画像又は右画像をシフトする。このシフト量
は、被験者に固有のものと考えられるので、次回の検眼
の際に利用できる。これを考慮し、ズレ補正ステップ５
４では、外部から入力されたシフト量を応じて、左画像
又は右画像をシフトする機能も設けてある。

【００４１】ＤＥＭ（ＤｉｇｉｔａｌＥｌｅｖａｔｉ
ｏｎＭｏｄｅｌ）作成ステップ５６は、ズレ補正ステ
ップ５４から供給されるズレ補正された左画像及び右画
像から、自動ステレオ・マッチングにより眼底各部の高
さ値を算出する。具体的には、左画像と右画像の一方に
ウインドウを設定し、同一の大きさのウインドウを他方
の画像の探索範囲内移動させて、最も良く一致する場所
を探すものであり、左画像と右画像の横方向の画素差
（即ち、視差差）が、その位置での高さを示す。ウイン
ドウ内での一致度を定量的に把握する方法として、残差
逐次検定法や相互相関係数法が知られている。

【００４２】なお、本実施例では、マッチング精度を上
げるため、両側検索（左画像を基にした右画像の検索
と、右画像を基にした左画像の検索）を実行し、一定の
基準に従いどちらの検索結果を利用するかを決定する。

【００４３】ＤＥＭ作成ステップ５６は、右側検索と左
側検索の両方で妥当な値が得られた場所に対しては両方
の結果の平均値をＤＥＭデータとして出力し、右側検索
がミスマッチングの結果が高いが、左側検索結果は妥当
である場合には、左側検索結果をＤＥＭデータとして出
力し、左側検索がミスマッチングの結果が高いが、右側
検索結果は妥当である場合には、右側検索結果をＤＥＭ
データとして出力し、両方の検索がミスマッチングして
いる可能性が高い場合には、ゼロ・データ又は無効デー
タをＤＥＭデータとして出力する。ＤＥＭ作成ステップ
５６はまた、どちらの検索結果を採用したかを示すＤＥ
Ｍチェック・データを計測結果の検討用に出力する。

【００４４】内挿ステップ５８は、ＤＥＭ作成ステップ
５６からのＤＥＭデータを内挿する。先に説明したよう
に、入力画像の画素サイズが大きい程、高さの分解能が
悪くなり、３次元鳥瞰図を作成する際に、画像が階段状
になって凹凸が強調されてしまうからである。内挿ステ
ップ５８を設けることで、滑らかな３次元図形、又は分
かりやすい等高線図を作成できる。

【００４５】内挿ステップ５８により内挿されたＤＥＭ
データは、フォーマット変換ステップ６０により、出力
（表示及び／又は印刷）や記憶に適した内部形式にフォ
ーマット変換される。勿論、このようなフォーマット変
換が不要であれば、このステップ６０は省略できる。

【００４６】屈折異常判定ステップ６２は、ズレ補正ス
テップ５４で検出されたシフト量から屈折異常値を算出
する。

【００４７】ステレオ画像は高さの影響で横方向の歪み
を持っている。ステレオ・マッチングでは、この歪みか
ら高さを算出している。正射画像形成ステップ６４は、
この歪みを除去して眼底の正射画像を形成する。即ち、
正射画像形成ステップ６４は、ズレ補正ステップ５４か
ら出力されるシフト量データと、ＤＥＭ作成ステップ５
６から出力されるＤＥＭデータとを使って、切り出しス
テップ４８から出力される左画像から横方向の歪みを除
去し、正射画像データを出力する。この正射画像データ
は、眼底各部の位置計測に利用できる。

【００４８】本実施例では、切り出しステップ４８から
出力される左画像データから正射画像データを形成した
が、右画像データから正射画像データを形成してもよ
い。更には、内挿ステップ５０又は縦視差除去ステップ
５２の処理の終わった左画像データ又は右画像データか
ら正射画像データを形成してもよい。

【００４９】出力・記憶ステップ６２は、フォーマット
変換ステップ６０によりフォーマット変換されたＤＥＭ
データ、ＤＥＭ作成ステップ５６から出力されるＤＥＭ
チェック・データ、ズレ補正ステップ５４から出力され
るシフト量データ、屈折異常判定ステップ６２から出力
される屈折異常値、及び、正射画像形成ステップ６４か
ら出力される正射画像データを、モニタ画面に表示（好
ましくは３次元表示）し、プリンタによりデータ出力又
は３次元表示のハードコピー出力し、また、ハードディ
スク装置などの記憶装置に記憶する。

【００５０】勿論、ＤＥＭデータの表示方法としては、
３次元ワイヤフレーム・モデル表示やレンダリング表示
を使用するのが好ましい。このようにすれば、眼底各部
の状況を明瞭に認識できるようになる。本実施例のステ
ップ４２〜６４は全自動で実行可能であり、非常に短時
間の内に眼底３次元データを得ることができるので、医
療診断の効果的な補助手段となりうる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明により容易に理解できるよう
に、本発明によれば、非常に手軽、且つ短時間で、眼底
の３次元データを得ることができる。眼底ステレオ画像
から精度良く左画像と右画像を切り出すことができ、各
種の補正処理を加えるので、高精度の眼底３次元データ
を得ることができ、眼底検査を迅速に行なえるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のフローチャートである。

【図２】眼底ステレオ・カメラの概略構成図である。

【図３】図２に示すカメラによる眼底ステレオ写真の
平面図である。

【図４】空中像１６の座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とフィル
ム面２８上の写真座標系（ｘ，ｙ，ｚ）の対応の説明図
である。

【図５】写真座標系と画像座標系の対応説明図であ
る。

【図６】４隅計算ステップ４２で計算する点Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄの説明図である。

【符号の説明】

１０：被検眼１２：瞳孔１４：対物レンズ１６：空中像１８：ステレオ撮影絞り２０：分離プリズム２２：フォーカシング・レンズ２４：結像レンズ２６：整合プリズム２８：フィルム面３０：写真フレーム３２Ｌ：左画像３２Ｒ：右画像４０：画像ファイル４２：４隅計算ステップ４４：対話処理ステップ４８：切り出しステップ５０：内挿ステップ５２：縦視差除去ステップ５４：ズレ補正ステップ５６：ＤＥＭ作成ステップ５８：内挿ステップ６０：フォーマット変換ステップ６２：屈折異常判定ステップ６４：正射画像形成ステップ６２：出力・記憶ステップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) A61B 3/10 - 3/18 A61B 1/00 - 1/32 G01C 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力眼底ステレオ画像から眼底の３次元
形状を計測する眼底計測装置であって、当該入力眼底ステレオ画像から、その左画像と右画像を
含むフレームの４隅の座標値を自動算出し、左画像と右
画像を抽出する左右画像抽出手段と、抽出された左右画像から眼底各部の高さを算出し、眼底
の３次元データを自動生成する３次元データ算出手段
と、当該３次元データ算出手段により算出された眼底の３次
元データを出力する出力手段とからなることを特徴とす
る眼底計測装置。
【請求項２】上記左右画像抽出手段が、抽出された左
右画像の縦視差を除去する縦視差除去手段を具備する請
求項１に記載の眼底計測装置。
【請求項３】上記左右画像抽出手段が、上記縦視差除
去手段により縦視差を除去された左右画像の全体的なズ
レを検出し、そのズレを解消すべく左画像と右画像の少
なくとも一方をシフトするズレ補正手段を具備する請求
項２に記載の眼底計測装置。
【請求項４】上記左右画像抽出手段が更に、上記ズレ
補正手段に代わり、指定されたシフト量だけ左画像と右
画像の少なくとも一方をシフトして、ズレ補正するシフ
ト手段を具備する請求項３に記載の眼底計測装置。
【請求項５】上記左右画像抽出手段が、更に、上記縦
視差除去手段による縦視差除去の前に、抽出された左右
画像を所定の方法で内挿する内挿手段を具備する請求項
２乃至４の何れか１項に記載の眼底計測装置。
【請求項６】上記左右画像抽出手段が、上記入力眼底
ステレオ画像を２値化して、左画像と右画像を含むフレ
ームの４隅を検出する４隅検出手段と、左画像と右画像
を含むフレームの４隅の座標値に従い、当該入力眼底ス
テレオ画像から左画像と右画像を切り出す切り出し手段
とからなる請求項１乃至５の何れか１項に記載の眼底計
測装置。
【請求項７】更に、上記ズレ補正手段及び上記シフト
手段の何れか一方におけるズレ補正シフト量、及び、上
記高さ算出手段から出力される高さデータに従い、上記
左右画像抽出手段から出力される左画像及び右画像の一
方から正射画像を形成する正射画像形成手段を具備する
請求項３又は４に記載の眼底計測装置。
【請求項８】更に、上記ズレ補正手段及び上記シフト
手段におけるズレ補正シフト量に従い、屈折異常を判定
する屈折異常判定手段を具備する請求項３又は４に記載
の眼底計測装置。
【請求項９】上記出力手段が、上記３次元データ算出
手段の算出結果に従いモニタ画面に眼底を３次元画像表
示する３次元画像表示手段である請求項１乃至８の何れ
か１項に記載の眼底計測装置。
【請求項１０】更に、上記３次元データ算出手段で算
出された眼底の３次元データを記憶する記憶手段を具備
する請求項１乃至９の何れか１項に記載の眼底計測装
置。
【請求項１１】上記３次元データ算出手段が、抽出さ
れた左右画像を両方向でステレオ・マッチングし、右側
検索と左側検索の両方がマッチングしているとき、両検
索結果の平均値を高さ値とし、一方の検索結果のみがマ
ッチングしているとき、そのマッチングしている検索結
果を高さ値とし、両方の検索結果マッチングしないと
き、所定値を高さ値とし、高さ値を出力すると共に、検
索結果を示すチェック・データも出力する請求項１乃至
１０に記載の眼底計測装置。