本發(fā)明涉及光學(xué)設(shè)備，尤其涉及一種用于共聚焦激光檢眼鏡的人眼定位裝置及其人眼定位方法。

背景技術(shù)：

1、激光共聚焦眼底相機(jī)隨著拍攝范圍的不斷擴(kuò)大，目鏡的口徑和目鏡至人眼的距離會(huì)變得很近，同時(shí)目前手動(dòng)的拍攝方式需要操作者手動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備高度，左右，前后的位置和對(duì)焦，以此來拍攝被采集人員的眼底圖像，在整個(gè)過程中需要先手動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備，并通過操作人員手動(dòng)將設(shè)備目鏡調(diào)節(jié)到和被拍攝人員人眼高度，左右大致重合，然后再調(diào)節(jié)設(shè)備前后的位置，通過操作人員目視觀察眼底圖像的大小，然后再通過手動(dòng)調(diào)節(jié)屈光至圖像達(dá)到一定的清晰度，然后進(jìn)行拍攝，整個(gè)拍攝過程需要操作人員手動(dòng)認(rèn)為介入，整個(gè)拍攝過程時(shí)間較長，對(duì)操作人員的熟練度有很高的要求，同時(shí)因?yàn)榕臄z時(shí)間較長，需要被拍攝者有很高的配合度，同時(shí)因?yàn)殚L時(shí)間的睜眼對(duì)眼部檢測也不友好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于共聚焦激光檢眼鏡的人眼定位裝置及其人眼定位方法；能用于眼底成像的共聚焦設(shè)備也可以對(duì)人眼角膜和瞳孔進(jìn)行成像。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種用于共聚焦激光檢眼鏡的人眼定位裝置，包括設(shè)置在底座上的三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)和額托，三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)上設(shè)置有目鏡以及與目鏡對(duì)應(yīng)的屈光組件；目鏡位于屈光組件和額托之間，且目鏡通過鏡筒安裝在屈光組件的一側(cè)；目鏡用于將光線折射入人眼；三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)屈光組件和目鏡相對(duì)額托支撐的待檢測物的相對(duì)位移；屈光組件內(nèi)設(shè)置有屈光電機(jī)，屈光電機(jī)連接有光路組件，光路組件與目鏡配合使用，屈光組件用于對(duì)人眼的眼底圖像拍攝時(shí)的屈光補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)眼底圖像對(duì)焦；三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)和屈光組件均與共聚焦激光檢眼鏡的共聚焦激光系統(tǒng)互聯(lián)，共聚焦激光系統(tǒng)用于眼底和/或眼表圖像采集，屈光組件通過屈光補(bǔ)償機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)屈光補(bǔ)償。

3、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，目鏡的左右兩側(cè)設(shè)置有紅外相機(jī)，且紅外相機(jī)的外側(cè)設(shè)置有照明燈；紅外相機(jī)用于人眼的角膜和瞳孔圖像的采集；照明燈用于圖像采集時(shí)對(duì)待檢測物補(bǔ)光；鏡筒用于將紅外相機(jī)和照明燈與目鏡組裝固定。

4、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，在目鏡的上側(cè)，和/或，目鏡的下側(cè)設(shè)置有紅外相機(jī)；且紅外相機(jī)的一側(cè)設(shè)置有照明燈；紅外相機(jī)用于人眼的角膜和瞳孔圖像的采集；照明燈用于圖像采集時(shí)對(duì)待檢測物補(bǔ)光。

5、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，一種用于共聚焦激光檢眼鏡的人眼定位裝置的人眼定位方法，包括以下步驟：

6、步驟1，測試位置的初始校準(zhǔn)，包括校準(zhǔn)調(diào)整屈光組件和人眼在高度、左右、前后方向上與目鏡的相對(duì)位置關(guān)系；且屈光組件和人眼在高度、左右、前后方向上與目鏡同軸，且共聚焦激光檢眼鏡獲取的眼底視網(wǎng)膜圖像填充共聚焦激光檢眼鏡的預(yù)覽窗口；

7、步驟2，完成步驟1的測試位置的初始校準(zhǔn)后，獲取包含人眼瞳孔信息的灰度圖像；

8、步驟3，對(duì)步驟2中獲取的包含人眼瞳孔信息的灰度圖像進(jìn)行圖像處理，獲取人眼瞳孔的中心像素坐標(biāo)；

9、步驟4，對(duì)步驟3中得到的人眼瞳孔的中心像素坐標(biāo)與模板圖像的中心位置進(jìn)行對(duì)比，并做單位轉(zhuǎn)換后控制屈光電機(jī)完成人眼瞳孔的自動(dòng)定位；使得在共聚焦激光檢眼鏡的預(yù)覽窗口內(nèi)眼底視網(wǎng)膜圖像最清晰，此時(shí)完成人眼的視網(wǎng)膜的對(duì)焦過程。

10、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，步驟1中，測試位置的初始校準(zhǔn)包括以下步驟：

11、屈光組件和人眼與目鏡在高度、左右方向的定位，包括以下步驟：通過激光共聚焦檢眼鏡的共聚焦激光系統(tǒng)獲取的圖像或者紅外相機(jī)獲取的圖像中人眼角膜或人眼前表面圖像和瞳孔在圖像中的位置，進(jìn)行屈光組件和人眼與目鏡在高度、左右方向的定位；使屈光組件和人眼在高度、左右方向上與目鏡同軸；

12、屈光組件和人眼與目鏡之間前后距離的定位，包括以下步驟：調(diào)整屈光組件和人眼在前后方向上與目鏡的距離位置，觀察人眼視網(wǎng)膜圖像在眼底共聚焦檢眼鏡的預(yù)覽窗口的人眼眼底圖像的大小，直至眼底視網(wǎng)膜圖像完全填充預(yù)覽窗口，此時(shí)人眼和目鏡在高度、左右、前后三個(gè)維度同軸。

13、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，屈光組件和人眼與目鏡在高度、左右方向的定位，包括以下步驟：

14、基于人眼角膜和瞳孔在共聚焦激光系統(tǒng)獲取的圖像視野的位置，驅(qū)動(dòng)三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)調(diào)節(jié)屈光組件以及目鏡的位置以達(dá)到人眼和目鏡的高度和左右方向在同軸位置；

15、或，同軸調(diào)節(jié)方法中通過紅外相機(jī)對(duì)人眼角膜和瞳孔進(jìn)行高度、左右方向的定位，包括以下步驟：當(dāng)一對(duì)紅外相機(jī)和一對(duì)照明燈設(shè)置在目鏡左右兩側(cè)時(shí)，左右兩側(cè)照明燈照亮人眼前表面以使得目鏡左右兩側(cè)的紅外相機(jī)拍攝到人眼的人眼前表面圖像；且左右兩個(gè)紅外相機(jī)同時(shí)對(duì)人眼進(jìn)行拍照，觀察人眼眼表和瞳孔在左右紅外相機(jī)視野里的位置，確定人眼和設(shè)備的上下、左右、前后的相對(duì)位置，再驅(qū)動(dòng)三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)調(diào)整屈光組件和目鏡與人眼之間的相對(duì)位置，直至人眼在左右兩側(cè)的紅外相機(jī)采集的圖像的坐標(biāo)位置與預(yù)設(shè)位置重合，預(yù)設(shè)位置位于模板圖像的人眼中心位置；

16、或，同軸調(diào)節(jié)方法中通過紅外相機(jī)對(duì)人眼角膜和瞳孔進(jìn)行高度、左右方向的定位，包括以下步驟：當(dāng)紅外相機(jī)和照明燈設(shè)置在目鏡上端時(shí)，照明燈為目鏡頂部的紅外相機(jī)提供照明，提高紅外相機(jī)拍攝人眼圖像的亮度，紅外相機(jī)通過預(yù)先的三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)調(diào)節(jié)，使紅外相機(jī)的圖像的參考點(diǎn)和目鏡的光軸重合；在人眼拍攝采集時(shí)，通過判斷人眼的角膜和瞳孔在紅外相機(jī)中的位置和參考點(diǎn)的位置關(guān)系，驅(qū)動(dòng)三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)調(diào)節(jié)目鏡和屈光組件使人眼的角膜瞳孔和紅外相機(jī)的圖像的參考點(diǎn)重合，此時(shí)完成屈光組件和人眼在高度、左右方向上與目鏡同軸。

17、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，調(diào)整屈光組件和人眼在前后方向上與目鏡的距離位置包括以下步驟：

18、將屈光組件和目鏡調(diào)整到和人眼高度和左右方向同軸后，再驅(qū)動(dòng)三維運(yùn)動(dòng)臺(tái)帶動(dòng)屈光組件和目鏡向靠近人眼的位置移動(dòng)，此時(shí)觀察人眼視網(wǎng)膜圖像在眼底共聚焦檢眼鏡預(yù)覽窗口圖像的大小，直至眼底視網(wǎng)膜圖像完全填充預(yù)覽窗口后，此時(shí)目鏡與人眼的前后距離調(diào)整完成，此時(shí)人眼和目鏡在高度、左右、前后三個(gè)維度同軸；

19、或，將屈光組件和目鏡調(diào)整到和人眼高度和左右方向同軸后，通過兩個(gè)紅外相機(jī)中人眼的位置調(diào)整目鏡的前后位置，通過觀察眼底視網(wǎng)膜圖像在眼底共聚焦檢眼鏡界面預(yù)覽窗口中的大小，基于該圖像的所占預(yù)覽窗口的比例，判斷設(shè)備和人眼的距離，直至眼底視網(wǎng)膜圖像完全填充預(yù)覽窗口，使人眼和目鏡在高度、左右、前后三個(gè)維度完全和重合。

20、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，步驟2中，模板圖像的獲取是通過共聚焦激光檢眼鏡的共聚焦激光系統(tǒng)獲取的人眼的眼表圖像，獲取的眼表圖像包含人眼瞳孔信息的灰度圖像；

21、對(duì)于步驟3中人眼瞳孔中心坐標(biāo)的獲取方法，包括以下步驟：

22、步驟l3-a1，對(duì)灰度圖像進(jìn)行濾波去噪、自適應(yīng)二值化以及邊界去除處理，獲取含有人眼瞳孔信息的二值圖像；

23、步驟l3-a2，對(duì)步驟l3-a1二值圖像中最大的像素塊進(jìn)行篩選、輪廓提取，獲取只含有人眼瞳孔邊界的二值圖像；

24、步驟l3-a3，對(duì)步驟l3-a2二值圖像中所提取的人眼瞳孔邊界像素點(diǎn)進(jìn)行最小二乘擬合，得到人眼瞳孔的中心像素坐標(biāo)；

25、步驟l3-a1包括以下步驟：

26、步驟la1：將步驟2中得到的灰度圖像通過改進(jìn)的均值濾波算子進(jìn)行濾波，其中改進(jìn)的算子核為：

27、；

28、其中i為所處理的圖像，w和h分別為算子核的寬度和高度；濾波后得到去噪后的人眼瞳孔灰度圖像；

29、步驟la2：將步驟la1中得到的灰度圖像通過改進(jìn)的二值化算法進(jìn)行二值化，改進(jìn)的二值化閾值計(jì)算公式為：

30、；

31、其中，s為圖像的灰度值，取值為[0,255]，表示圖像灰度概率分布總相關(guān)性的反函數(shù)，其中計(jì)算方式為：

32、；

33、其中，是的一個(gè)概率分布函數(shù)，為一幅圖像中灰度值達(dá)到s的總概率；m為整數(shù)，；二值化后得到包含人眼瞳孔信息的二值圖像；

34、步驟la3：將步驟la2中得到的二值圖像通過邊界去除算子將圖像邊界處的信號(hào)塊刪去，得到去除邊界后的人眼瞳孔二值圖像；

35、步驟l3-a2包括以下步驟：

36、步驟lb1：將步驟la3得到的二值圖像中包含像素?cái)?shù)量最多的像素塊提取出來，得到只包含人眼瞳孔信息的二值圖像；

37、步驟lb2：將步驟lb1得到的二值圖像通過chain_approx_simple算子提取人眼瞳孔的邊界像素點(diǎn)，得到只含有人眼瞳孔邊界的二值圖像；

38、步驟l3-a3包括以下步驟：

39、步驟lc1：將步驟lb2得到的像素點(diǎn)通過公式p=(xtx)-1xty擬合成圓，得到瞳孔中心坐標(biāo)為所擬合圓的圓心，其中p為所擬合圓的參數(shù)信息，x和y分別為像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)所構(gòu)造的行向量，xt為行向量x的轉(zhuǎn)置；

40、步驟lc2：根據(jù)步驟lc1得到的擬合圓的參數(shù)繪制擬合線并映射至原圖；

41、對(duì)于步驟4中人眼瞳孔自動(dòng)定位方法中的自動(dòng)定位方法包括以下步驟：

42、步驟l4-a1，計(jì)算瞳孔中心的像素坐標(biāo)與圖像中心的水平和垂直像素差，得到瞳孔中心的水平和垂直像素偏移量；

43、步驟l4-a2，將步驟l4-a1水平和垂直像素偏移量轉(zhuǎn)換成電機(jī)的移動(dòng)量，并控制電機(jī)完成人眼瞳孔的自動(dòng)定位；

44、人眼瞳孔的自動(dòng)定位，包括以下步驟：

45、步驟ld1：將步驟lc1得到的瞳孔中心像素橫坐標(biāo)和像素縱坐標(biāo)與圖像中心橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)作差，得到水平像素偏移量和垂直像素偏移量，其中，；

46、步驟ld2：將步驟ld1得到的水平像素偏移量和垂直像素偏移量通過公式計(jì)算得到屈光電機(jī)的實(shí)際移動(dòng)量，從而控制屈光電機(jī)移動(dòng)完成人眼瞳孔的自動(dòng)定位，其中為圖像的像素尺寸大小，為水平或者垂直像素偏移量。

47、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，當(dāng)共聚焦激光檢眼鏡的目鏡的左右兩側(cè)設(shè)置有紅外相機(jī)和與紅外相機(jī)配合使用的照明燈時(shí)；

48、步驟2中，獲取包含人眼瞳孔信息的兩張灰度圖像；

49、步驟3中，對(duì)步驟2中獲取的兩張灰度圖像同時(shí)進(jìn)行圖像處理，分別得到兩張人眼圖像中人眼瞳孔的中心像素坐標(biāo)；

50、步驟4中，對(duì)步驟3中所得到的兩個(gè)像素坐標(biāo)與模板圖像的中心位置進(jìn)行對(duì)比，并做單位轉(zhuǎn)換后控制屈光電機(jī)完成人眼瞳孔的自動(dòng)定位。

51、本發(fā)明一個(gè)較佳方案中，對(duì)于步驟4中模板圖像的獲取方法，方法包括以下步驟：

52、將左右兩側(cè)設(shè)置的紅外相機(jī)獲取的兩張灰度圖像進(jìn)行上下拼接，構(gòu)建模板圖像；

53、對(duì)于步驟3中人眼瞳孔中心坐標(biāo)的獲取方法，包括以下步驟：

54、步驟s3-a1，對(duì)灰度圖像進(jìn)行濾波去噪、自適應(yīng)二值化，獲取含有人眼瞳孔信息的二值圖像；包括以下步驟：

55、步驟sa1：將步驟3中得到的灰度圖像通過高斯濾波算子進(jìn)行濾波，其中高斯濾波器公式為：

56、；

57、其中，為高斯濾波器的標(biāo)準(zhǔn)差，（x0，y0）為高斯濾波器的中心坐標(biāo)，（x，y）為高斯濾波器的除中心坐標(biāo)以外的其余位置處的坐標(biāo)；

58、步驟sa2：使用二值化算法對(duì)步驟sa1得到的圖像進(jìn)行二值化，得到包含人眼瞳孔信息的二值圖像；

59、步驟s3-a2，對(duì)二值圖像中的包含瞳孔信息的像素塊進(jìn)行篩選，并對(duì)篩選后的像素塊的邊緣提取并采樣，得到待擬合的像素點(diǎn)群；包括以下步驟：

60、步驟sb1：將sa2二值圖像中所有的像素塊進(jìn)行填充，得到填充后的二值圖像；

61、步驟sb2：將sb1所得到的二值圖像中像素?cái)?shù)小于設(shè)定閾值的像素塊刪除，去除干擾信息的二值圖像；

62、步驟sb3：將sb2所得到的二值圖像中圖像邊界處的像素塊刪除，得到只包含人眼瞳孔信息的二值圖像；

63、步驟sb4：對(duì)sb3所得到的二值圖像中人眼瞳孔信息通過canny邊緣檢測算子提取人眼瞳孔的邊緣，得到人眼瞳孔的邊緣二值圖像；

64、步驟sb5：對(duì)sb4得到的人眼瞳孔邊緣按照順時(shí)針方向進(jìn)行正向梯度采樣，以去除不屬于人眼瞳孔邊緣的像素點(diǎn)，得到篩選后的人眼瞳孔邊緣像素點(diǎn)群；

65、步驟s3-a3，對(duì)步驟s3-a2像素點(diǎn)群進(jìn)行最小二乘擬合，得到人眼瞳孔的中心像素坐標(biāo)；包括以下步驟：

66、步驟sc1：將步驟sb5得到的像素點(diǎn)群擬合成橢圓，得到瞳孔中心坐標(biāo)為所擬合橢圓的中心；

67、步驟sc2：根據(jù)步驟sc1得到的擬合圓的參數(shù)繪制擬合線并映射至原圖；

68、對(duì)于步驟4中的人眼瞳孔自動(dòng)定位方法包括以下步驟：

69、步驟s4-a1，分別計(jì)算兩個(gè)瞳孔中心的像素坐標(biāo)與模板圖像中心的水平和垂直像素差，得到瞳孔中心的水平和垂直像素偏移量；

70、步驟s4-a2，將步驟s4-a1水平和垂直像素偏移量轉(zhuǎn)換成電機(jī)的移動(dòng)量，并控制電機(jī)完成人眼瞳孔的自動(dòng)定位；

71、人眼瞳孔自動(dòng)定位方法，步驟s3-a1包括以下步驟：

72、步驟sd1：控制屈光電機(jī)移動(dòng)到一粗略位置，使得左右虹膜相機(jī)能采集到含有人眼瞳孔信息的圖像；

73、步驟sd2：通過對(duì)左右虹膜相機(jī)所采集到的人眼瞳孔圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)處理分別得到人眼瞳孔中心的坐標(biāo)為和；

74、步驟sd3：通過控制屈光電機(jī)使得模板圖像中心分別與和重合，得到：和，重合后控制屈光電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，從而完成人眼瞳孔的自動(dòng)定位。

75、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果：

76、本發(fā)明公開的一種用于共聚焦激光檢眼鏡的人眼定位裝置及其人眼定位方法；能用于眼底成像的共聚焦設(shè)備也可以對(duì)人眼角膜和瞳孔進(jìn)行成像。

77、1、通過引入全自動(dòng)的人眼定位過程，極大的減少了整個(gè)采集的時(shí)間，降低了采集的復(fù)雜度，極大的降低了操作者的熟練度要求。

78、2、減少了因?yàn)椴僮髡咧g主觀差異帶來的誤差和誤操作。