本發(fā)明涉及眼底成像，尤其涉及一種基于三維眼球追蹤與自動對焦的眼底成像方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、視網(wǎng)膜血管狀態(tài)作為眼底健康及普遍疾病的病理依據(jù)，而人眼是一個復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，內(nèi)部各屈光介質(zhì)折射率不均勻，而且各表面曲率和厚度也因人而異。即使是正常的人眼也不可避免地存在一定像差，這嚴(yán)重影響了眼底的成像質(zhì)量。因為，對人眼眼底高分辨率成像的眼底相機(jī)設(shè)計不僅需要校正人眼的像差，而且需要考慮人眼的差異性。所以在眼底照相中，對圖像進(jìn)行精細(xì)聚焦是系統(tǒng)較為關(guān)鍵的一步，缺乏對焦往往造成照片質(zhì)量不佳，自動對焦可以更快速，精準(zhǔn)的獲取高質(zhì)量眼底圖像。即要實現(xiàn)對眼底的自動對焦補(bǔ)償人眼的像差且需保證普適性，相關(guān)的眼底成像技術(shù)包括自動對焦方法與眼球三維追蹤方法，目前眼底照相機(jī)的對焦方法主要以對比度檢測與相位檢測法為主。其中對焦方式包括對焦深度(dff)法和離焦深度(dfd)法，然而現(xiàn)有的自適應(yīng)式自動對焦所實現(xiàn)的對焦多以夏克-哈特曼波前傳感器為波前探測器，并在光路設(shè)計上添加波前校正器，此類方法需計算出屈光度數(shù)或擬合出波面，并對屈光度數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。此類方法在光路設(shè)計上復(fù)雜度高，且精確調(diào)節(jié)范圍較小，計算量大導(dǎo)致對焦速度慢，對于眼底照相機(jī)的眼球三維追蹤方法包括手動和全自動。傳統(tǒng)的眼底相機(jī)主要采用手動對中方法，其中，手動受限于主觀判斷，操作較為繁瑣。而全自動眼底相機(jī)的眼球追蹤方法主要包括三角定位法和偏移量位移法，但其存在三角定位法受環(huán)境影響因素大，外部光線進(jìn)入系統(tǒng)可能會干擾外眼照明光源形成的散射亮斑的問題，導(dǎo)致計算出現(xiàn)誤差。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于三維眼球追蹤與自動對焦的眼底成像方法及裝置，能夠通過雙目相機(jī)與人眼瞳孔之間的自動對焦以及對眼球進(jìn)行實時三維追蹤，提高人眼眼底成像的清晰度。

2、本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是：一種基于三維眼球追蹤與自動對焦的眼底成像方法，包括以下步驟：

3、通過夏克-哈特曼波前傳感器采集的圖像計算波面像差，獲取離焦量并進(jìn)行擬合，構(gòu)建步進(jìn)電機(jī)的移動曲線；

4、對雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像進(jìn)行定位，獲取瞳孔中心坐標(biāo)；

5、根據(jù)瞳孔中心坐標(biāo)進(jìn)行三維眼球追蹤坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，得到人眼眼球的三維坐標(biāo)；

6、根據(jù)人眼眼球的三維坐標(biāo)控制雙目相機(jī)進(jìn)行自動對焦，并結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的移動曲線控制雙目相機(jī)進(jìn)行移動拍攝，得到人眼眼底圖像。

7、進(jìn)一步，所述通過夏克-哈特曼波前傳感器采集的圖像計算波面像差，獲取離焦量并進(jìn)行擬合，構(gòu)建步進(jìn)電機(jī)的移動曲線這一步驟，其具體包括：

8、通過光源對人眼眼底進(jìn)行照射處理，形成二次光源并通過夏克-哈特曼波前傳感器進(jìn)行探測，得到夏克-哈特曼波前傳感器采集的圖像；

9、設(shè)定參考波面的光斑點陣圖，獲取夏克-哈特曼波前傳感器采集的圖像對應(yīng)的測量波面并進(jìn)行分割處理，得到測量波面的光斑點陣圖；

10、通過重心法獲取參考波面的光斑點陣圖的質(zhì)心坐標(biāo)與測量波面的光斑點陣圖的質(zhì)心坐標(biāo)并進(jìn)行計算，得到質(zhì)心偏移量；

11、通過zernike多項式對質(zhì)心偏移量進(jìn)行展開表示，得到參考波面與測量波面之間的波面像差；

12、考慮夏克-哈特曼波前傳感器波前矯正的功率，對參考波面與測量波面之間的波面像差進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，得到離焦量；

13、將離焦量與步進(jìn)電機(jī)的移動值進(jìn)行曲線擬合處理，得到步進(jìn)電機(jī)的移動曲線。

14、進(jìn)一步，所述對雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像進(jìn)行定位，獲取瞳孔中心坐標(biāo)這一步驟，其具體包括：

15、對雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像進(jìn)行粗定位，獲取初步的瞳孔區(qū)域；

16、對初步的瞳孔區(qū)域進(jìn)行細(xì)定位處理，得到瞳孔中心坐標(biāo)。

17、進(jìn)一步，所述對雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像進(jìn)行粗定位，獲取初步的瞳孔區(qū)域這一步驟，其具體包括：

18、對雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像進(jìn)行降采樣處理，得到降采樣后的圖像；

19、對降采樣后的圖像進(jìn)行高斯平滑與灰度歸一化處理，得到預(yù)處理后的圖像；

20、通過動態(tài)閾值二值化與連通域分析對預(yù)處理后的圖像進(jìn)行提取處理，得到連通域的質(zhì)心；

21、以連通域的質(zhì)心為矩形框中心，與雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像進(jìn)行定位匹配，得到初步的瞳孔區(qū)域。

22、進(jìn)一步，所述對初步的瞳孔區(qū)域進(jìn)行細(xì)定位處理，得到瞳孔中心坐標(biāo)這一步驟，其具體包括：

23、對初步的瞳孔區(qū)域進(jìn)行高斯平滑與灰度歸一化處理，得到預(yù)處理后的瞳孔區(qū)域；

24、通過二值化與圖像相減對預(yù)處理后的瞳孔區(qū)域進(jìn)行去除光點處理，得到初步的瞳孔連通域；

25、對初步的瞳孔連通域進(jìn)行圖像二值化與模板匹配尋找處理，得到瞳孔連通域；

26、通過sobel算子邊緣檢測算法對瞳孔連通域的邊緣進(jìn)行重構(gòu)處理，得到瞳孔中心坐標(biāo)。

27、進(jìn)一步，所述根據(jù)瞳孔中心坐標(biāo)進(jìn)行三維眼球追蹤坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，得到人眼眼球的三維坐標(biāo)這一步驟，其具體包括：

28、獲取瞳孔中心坐標(biāo)與雙目相機(jī)之間的水平距離以及瞳孔中心坐標(biāo)與雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像的中心點之間的豎直距離；

29、根據(jù)水平距離與豎直距離并結(jié)合雙目相機(jī)的工作距離、傾斜角與焦距，確定雙目相機(jī)的光心坐標(biāo)；

30、根據(jù)雙目相機(jī)的光心坐標(biāo)與瞳孔中心坐標(biāo)確定之間的直線方程并根據(jù)根據(jù)相似三角形定理進(jìn)行求解，得到人眼眼球的三維坐標(biāo)。

31、本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是：一種基于三維眼球追蹤與自動對焦的眼底成像裝置，包括眼底成像系統(tǒng)、自動對焦系統(tǒng)與雙目定位系統(tǒng)，其中：

32、眼底成像系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)與成像系統(tǒng)，眼底成像系統(tǒng)用于對人眼眼底視網(wǎng)膜進(jìn)行成像，得到人眼眼底圖像；

33、自動對焦系統(tǒng)用于計算成像系統(tǒng)中獲取的視網(wǎng)膜圖片的離焦量；

34、雙目定位系統(tǒng)用于進(jìn)行三維眼球追蹤。

35、進(jìn)一步，所述成像系統(tǒng)包括接目物鏡、調(diào)焦鏡組、成像鏡組、分光棱鏡和電荷耦合器件。

36、本發(fā)明方法及裝置的有益效果是：本發(fā)明通過夏克-哈特曼波前傳感器采集的圖像計算波面像差，獲取離焦量并進(jìn)行擬合，構(gòu)建步進(jìn)電機(jī)的移動曲線，利用夏克-哈特曼波前傳感器實現(xiàn)的自動對焦由于通過計算離焦量并利用離焦量與步進(jìn)電機(jī)的移動關(guān)系曲線來指導(dǎo)對焦過程中電機(jī)運動，只對離焦量進(jìn)行了計算，且不需要額外矯正系統(tǒng)相差，只需計算單透鏡的立體校正像差這樣做大大簡化了計算，提高了自動對焦的速度，進(jìn)而對雙目視覺系統(tǒng)采集的人眼瞳孔圖像進(jìn)行定位，獲取瞳孔中心坐標(biāo)，分粗細(xì)定位的方法，以實現(xiàn)能更好的針對被各種干擾的瞳孔能夠定位到中心，實現(xiàn)對干擾瞳孔光斑的去除，進(jìn)一步根據(jù)瞳孔中心坐標(biāo)進(jìn)行三維眼球追蹤坐標(biāo)轉(zhuǎn)換處理，得到人眼眼球的三維坐標(biāo)，無需對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，并設(shè)定世界坐標(biāo)系的原點是兩個相機(jī)鏡頭主光軸的交點，只需要把通過控制雙目相機(jī)的安裝傾斜角，使左右相機(jī)鏡頭的主光軸的交點設(shè)置到眼底相機(jī)的焦平面上即可實現(xiàn)對中對焦，最后根據(jù)人眼眼球的三維坐標(biāo)控制雙目相機(jī)進(jìn)行自動對焦，并結(jié)合步進(jìn)電機(jī)的移動曲線控制雙目相機(jī)進(jìn)行移動拍攝，得到人眼眼底圖像，提高人眼眼底圖像的成像精度。