本發(fā)明涉及一種眼底攝像成像裝置，尤其是涉及一種自主式眼底攝影成像系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

眼底攝影成像檢查通常是由專業(yè)的眼科檢查人員采用精密光學眼底相機，通過手動輔助定位和調(diào)焦，實現(xiàn)對眼底生理結(jié)構(gòu)的觀測和記錄。通過眼底攝像可以直接觀測分布在眼底視網(wǎng)膜上的毛細血管和視神經(jīng)結(jié)構(gòu)，所以眼底攝像檢查對眼底疾病，糖尿病和高血壓等的早期診斷和治療隨訪都具有重要意義。

自1925年德國蔡司公司研制成功眼底攝像技術(shù)以來，眼底攝像方法基本都沿用共軸式照明光學系統(tǒng)。在攝像過程中需要配備專業(yè)人員來協(xié)助被攝對象，手動定位聚焦眼底區(qū)域，確保眼底處于眼底相機的視野和景深范圍之內(nèi)。因此這種眼底攝像方法對操作人員的技術(shù)素質(zhì)有一定要求，限制了眼底攝像檢查方法的推廣應(yīng)用。

為了降低傳統(tǒng)眼底攝像方法的操作難度，現(xiàn)有方法采用具有特殊形狀的輔助視標(如圓點或矩形目標)，通過眼底相機攝影采集圖像并實時顯示在屏幕上，操作人員在視標的導引下判定眼底位置是否適合曝光。這種方法在操作過程中仍然需要手動移動眼底攝像系統(tǒng)，尋找最佳攝像位置和方向。也有研究據(jù)眼底相機攝影采集到的眼瞳圖像清晰程度作為判斷依據(jù)，進行自動調(diào)焦。這些方法都需要配備額外的人員手動操作眼底攝像系統(tǒng)，它們都存在穩(wěn)定性和重復性差等問題。因此一種能夠進行自動精確定位和對準的攝像方法可以更好地進行眼底攝像，幫助推廣眼底攝像檢查的應(yīng)用，給患者提供更多的便利。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可以實現(xiàn)眼球視軸自動定位和對準的自主式眼底攝影成像系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種自主式眼底攝影成像系統(tǒng)，包括眼底攝像裝置、眼瞳輔助精確定位裝置和下頜支撐裝置，所述的眼底攝像裝置包括固定在移動工作平臺上的眼底相機和光學定位傳感器，所述的眼瞳輔助精確定位裝置包括控制器和驅(qū)動機構(gòu)，所述的控制器分別與驅(qū)動機構(gòu)、眼底相機和光學定位傳感器連接，所述的驅(qū)動機構(gòu)與移動工作平臺連接，所述的下頜支撐裝置與眼底攝像裝置相對設(shè)置，下頜支撐裝置供被測對象將下頜置于其上，并將額頭緊貼上支架，下頜支撐裝置還提供相互距離已知的標記，提供給光學定位傳感器獲得被測對象眼球與眼底相機之間的空間相對位置。

工作時，所述的光學定位傳感器對被測對象的雙眼和下頜支撐裝置進行拍攝，所述的控制器計算下頜支撐裝置與眼底相機之間的距離以及眼底相機視軸與被測對象人眼視軸之間的偏差，并向驅(qū)動機構(gòu)發(fā)送控制指令，令移動工作平臺在水平面和豎直方向移動，使眼底相機被測對象人眼視軸和眼底相機視軸對準、提高眼底相機拍攝清晰度。光學定位傳感器與眼底相機的相互位置關(guān)系通過標定過程確定，標定過程可以通過特征比較明顯的三維目標靶實現(xiàn)。

所述的眼底相機包括照明光源和光學鏡頭，所述的照明光源與光學鏡頭同軸設(shè)置。

所述的光學鏡頭設(shè)有一組，是能夠完成常規(guī)的聚焦，曝光和攝像動作的光學鏡頭。

所述的照明光源為可切換的近紅外光和白光光源，所述的光學定位傳感器工作于近紅外光條件，所述的眼底相機工作于近紅外光或白光條件。

所述的近紅外光的波長范圍為700-900nm。

所述的下頜支撐裝置上設(shè)有定位視標，所述的定位視標與光學定位傳感器相對設(shè)置。

所述的系統(tǒng)還包括設(shè)置在下頜支撐裝置上的壓力感應(yīng)裝置，所述的壓力感應(yīng)裝置與控制器連接。

所述的系統(tǒng)還包括與控制器連接的語音提示裝置，包括模擬真人發(fā)音的語音庫和嵌入式麥克風，嵌入式麥克風可固定在下頜支撐裝置上，麥克風的音量大小手動可調(diào)。

一種采用所述的自主式眼底攝影成像系統(tǒng)進行眼底攝影成像的方法，包括以下步驟：

S1，系統(tǒng)檢測到下頜置于下頜支撐裝置，控制器控制驅(qū)動機構(gòu)動作，使光學定位傳感器與下頜支撐裝置對準；

S2，控制器根據(jù)光學定位傳感器拍攝到的雙眼瞳孔圖像，確定雙眼視軸與眼底相機視軸之間的偏差，提示被檢者調(diào)整面部方向，直到兩個視軸對準；

S3，眼底相機對眼底進行拍攝，控制器根據(jù)眼底圖像清晰程度，令驅(qū)動機構(gòu)調(diào)節(jié)移動工作平臺的前后位置，直到清晰度達到最大。

所述的步驟S2中，光學定位傳感器檢測雙眼瞳孔內(nèi)外邊緣，得到擬合圓，根據(jù)圓形的變形程度確定雙眼視軸方向。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

(1)在現(xiàn)有眼底攝像方法的基礎(chǔ)上，增設(shè)眼瞳輔助精確定位裝置和光學定位傳感器，在進行眼底攝像之前，實現(xiàn)雙眼搜索并對準視軸，進行自主精確眼底攝像，整個操作過程不需要配備專業(yè)人員。

(2)本發(fā)明采用的定位和對準方法優(yōu)于人為操作，下頜支撐裝置上設(shè)有定位視標，可以實現(xiàn)亞毫米級甚至更高精度，這為眼球視軸的精確定位創(chuàng)作了條件，因此可以用來實現(xiàn)特定解剖結(jié)構(gòu)(如黃斑等)的攝像。

(3)可以根據(jù)眼底攝像系統(tǒng)獲取的瞳孔影像的清晰程度，實現(xiàn)對眼前節(jié)的攝影成像。

(4)照明光源為可切換的近紅外光和白光光源，紅外光用于定位，可見光用于眼底攝像。

(5)近紅外光的波長范圍為700-900nm，人眼在該波段的光線不敏感，接受光照時不會引起瞳孔收縮現(xiàn)象。

(6)可通過壓力感應(yīng)檢測到下頜，用來啟動眼底攝像裝置，平時處于待機狀態(tài)，從而節(jié)約系統(tǒng)能耗。

(7)與控制器連接的語音提示裝置，可提示操作者調(diào)節(jié)視軸角度，從而靈活快速的對準視軸。

(8)控制器根據(jù)眼底圖像清晰程度，令驅(qū)動機構(gòu)調(diào)節(jié)移動工作平臺的前后位置，可使清晰度達到最大。

附圖說明

圖1為本實施例的自主式眼底攝影成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實施例雙眼瞳孔定位原理圖；

圖3為本實施例自主式眼底攝影成像系統(tǒng)光路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。

實施例

如圖1所示，一種自主式眼底攝影成像系統(tǒng)，包括眼底攝像裝置1、眼瞳輔助精確定位裝置和下頜支撐裝置3，眼底攝像裝置1包括固定在移動工作平臺7上的眼底相機4和光學定位傳感器2，眼瞳輔助精確定位裝置包括控制器和驅(qū)動機構(gòu)，控制器分別與驅(qū)動機構(gòu)、眼底相機4和光學定位傳感器2連接，驅(qū)動機構(gòu)與移動工作平臺7連接，下頜支撐裝置3與眼底攝像裝置1相對設(shè)置，工作時，光學定位傳感器2對被測對象的雙眼和下頜支撐裝置3進行拍攝，控制器計算下頜支撐裝置3與眼底相機4之間的距離以及眼底相機4視軸與被測對象人眼6視軸之間的偏差，并向驅(qū)動機構(gòu)發(fā)送控制指令，令移動工作平臺在水平面和豎直方向移動，使眼底相機4被測對象人眼6視軸和眼底相機4視軸對準、提高眼底相機4拍攝清晰度。

在系統(tǒng)探測到下頜置于下頜支撐裝置3的托架之上后，光學定位傳感器2根據(jù)其包含的光學敏感元器件(CCD或CMOS)攝取人臉及下頜托架的標記信息，如圖2所示。下頜托架上的標記信息通過圖像二值化處理提取，用以確定人眼的空間位置及其與眼底相機4光軸的偏移程度；人眼的瞳孔中心通過圓形目標搜索方法或人臉模板匹配方法確定；眼底相機4的光軸方向也即鏡頭的視軸方向，可以通過已知尺寸的三維目標實現(xiàn)，如雙目立體視覺的棋盤標定靶，棋盤標定靶獨立于攝像系統(tǒng)而存在。

根據(jù)測量獲得的眼底相機4光軸和眼球視軸的偏移量，將眼底攝像裝置1通過移動工作平臺7驅(qū)動到指定的位置，完成眼底相機4光軸和人眼視軸的初步對準；進一步，提取瞳孔的內(nèi)外邊緣，如圖2所示，根據(jù)內(nèi)外邊緣擬合的圓形程度，語音引導被檢者調(diào)整視軸方向，直視眼底相機鏡頭，等待常規(guī)眼底攝像過程。

根據(jù)眼底圖像預覽的清晰程度，或標記自動對準流程，前后調(diào)整眼底相機4與眼底的距離，首先拍攝紅外照明條件下的眼底照片，并快速關(guān)閉近紅外光照明，啟動閃光燈，拍攝白光照明條件下的眼底照片。

整個定位和拍攝過程通過微控制器協(xié)調(diào)執(zhí)行，最終的圖像保存于本地存儲器中，也可以通過無線形式發(fā)送到指定的終端。光源的切換以及語音提示也通過微控制系統(tǒng)統(tǒng)一實現(xiàn)。

系統(tǒng)光路圖如圖3所示，圖中向右的箭頭同軸可見光，向左的箭頭表示眼底的反射光線，2和4為光學定位和攝像傳感器。

利用上述自主眼底攝像系統(tǒng)進行攝像的方法，包括以下步驟：

1)眼底攝像系統(tǒng)循檢到下頜置于托板，打開近紅外照明光源，紅外照明光源的波長范圍為700-900nm，啟動自主引導定位和眼底對準攝像過程；下頜置于托板的狀態(tài)檢測可采用光電或壓電導通傳感器；

2)光學對準傳感器檢測人眼瞳孔的中心位置，獲取被檢者眼底相對于眼底相機的空間位置；圖像中人眼瞳孔中心的自動檢測可采用圓形標志檢測方法并精確擬合提取圓心，瞳孔中心的空間定位相對于下頜托標記建立的空間坐標系，圖像坐標和標記坐標的關(guān)系可以通過標定過程建立；

3)根據(jù)眼球中心和眼底相機光學中心的水平和上下偏離程度，水平和垂直方向驅(qū)動眼底攝像系統(tǒng)到指定位置；

4)光學位置傳感器根據(jù)人眼瞳孔內(nèi)外邊緣擬合圓形參數(shù)，根據(jù)圓形的變形程度，確定被檢者眼球的視軸方向，確定人眼的視軸方向是否朝向正前方，并根據(jù)偏離程度，針對所有需要被攝者的協(xié)助動作，自主眼底攝像系統(tǒng)具有語音提示功能，被攝者在語音提示的幫助下可以完成相應(yīng)的調(diào)整動作，協(xié)助調(diào)整視軸方向；

5)根據(jù)眼底攝影的清晰程度，或根據(jù)現(xiàn)有的輔助視標如圓點或矩形目標)的對齊和聚焦程度，前后驅(qū)動眼底攝像系統(tǒng)，達到理想的攝像位置；

6)切換近紅外和白光照明，眼底相機獲取眼底攝像指令，執(zhí)行自動曝光，拍攝獲取眼底的近紅外和可見光照明下的眼底照片，完成眼底攝像過程。