專利名稱：全視野瞳孔分析測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于圖像檢測(cè)及處理技術(shù)，特別是一種全視野瞳孔分析測(cè) 量裝置。
背景技術(shù)：
目前，隨著科學(xué)技術(shù)和醫(yī)療水平的不斷進(jìn)步，經(jīng)研究表明，客觀定量 瞳孔檢測(cè)被越來越多的應(yīng)用于各個(gè)不同方向。
在醫(yī)學(xué)研究中，準(zhǔn)分子激光屈光矯正手術(shù)(LASIK)，神經(jīng)眼科(例如 球后視神經(jīng)炎)，糖尿病，神經(jīng)生物學(xué)和自主神經(jīng)系統(tǒng)功能研究，中樞神 經(jīng)系統(tǒng)疾病、腦功能、神經(jīng)精神疾病(例如顱內(nèi)壓增高監(jiān)測(cè)、腦中風(fēng)病情 觀察、腦死亡輔助判定)，重癥監(jiān)護(hù)和急救醫(yī)學(xué)，麻醉(例如麻醉深度監(jiān) 測(cè))，臨床藥理學(xué)，眼動(dòng)檢測(cè)、視頻眼震檢測(cè)/紅外眼震檢測(cè)(用于眩暈、 前庭器官疾病的檢查)等；吸毒研究和檢測(cè)，可用于吸毒界定、生理和心 理成癮(渴求)程度判定、戒毒效果評(píng)定等科研和檢測(cè)領(lǐng)域，供禁毒執(zhí)法 部門、戒毒所、吸毒鑒定機(jī)構(gòu)及相關(guān)科研機(jī)構(gòu)使用，可大大降低檢定費(fèi)用， 并大大節(jié)省毒品和其他藥物的初篩時(shí)間；疲勞和飲酒的判定，在工業(yè)、交 通、運(yùn)輸?shù)炔块T使用瞳孔檢測(cè)儀可有效評(píng)定工作者或司機(jī)的疲勞程度(疲 勞駕駛)或者是否有酒后駕駛，有助于降低相關(guān)事故和酒后撞車的發(fā)生， 并可提高工作場(chǎng)所的安全性以及增加工作效率。
國內(nèi)現(xiàn)有的簡易瞳孔測(cè)量板不能夠達(dá)到實(shí)時(shí)測(cè)量，雙眼瞳孔檢測(cè)儀又 不適宜攜帶，其他手持瞳孔測(cè)量器方便攜帶，但不能得出實(shí)時(shí)測(cè)量結(jié)果。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)時(shí)性好、攜帶和使用方便的一種全視 野瞳孔分析測(cè)量裝置。
本實(shí)用新型的目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的 一種全視野瞳孔分析測(cè) 量裝置，至少包括一個(gè)圖像檢測(cè)單元、 一圖像處理單元，其特征是圖像檢測(cè)單元和圖像處理單元之間通過電連接。 所述的電連接可以是有線電連接。 所述的電連接可以是無線電連接。
所述的圖像檢測(cè)單元電連接有無線發(fā)射裝置，無線發(fā)射裝置是一視頻 無線發(fā)射裝置。
所述的圖像處理單元電連接有無線接收裝置，無線接收裝置是視頻接 所述的圖像處理單元是筆記本電腦。
所述的圖像檢測(cè)單元是CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)。 本實(shí)用新型中采用了三點(diǎn)確定圓心以及掃描像素得到直徑的方法。
本實(shí)用新型的工作過程及優(yōu)點(diǎn)是
采用有線視頻或無線發(fā)射裝置和視頻接收卡進(jìn)行視頻信息傳遞，可以
使攝像機(jī)構(gòu)成的手持式瞳孔測(cè)量器以采集頻率為30幀每秒圖像信號(hào)實(shí)時(shí) 傳到筆記本電腦內(nèi)，經(jīng)筆記本電腦的圖像處理軟件對(duì)瞳孔圖像進(jìn)行快速分 析，迅速得到分析結(jié)果。
由于現(xiàn)有的筆記本電腦具有攜帶方便的特點(diǎn)，而筆記本電腦對(duì)圖像處 理速度快，因此可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)測(cè)量和圖像分析的任務(wù)。

下面結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1是本實(shí)用新型實(shí)施1結(jié)構(gòu)示意圖2是本實(shí)用新型實(shí)施2結(jié)構(gòu)示意圖3是瞳孔圖像提取和快速分析和流程圖4是二值化后的圖像示意圖5是二值化后的消除瞳孔反光圖像示意圖； 圖6是圖像處理中膨脹的原理過程圖； 圖7是將瞳孔的區(qū)域轉(zhuǎn)換成一個(gè)圓域(二值圖像)；
4圖8是將—值化后得到的圓域進(jìn)行邊界提取(提取圓域的輪廓)。 圖中1、圖像處理單元；2、圖像檢測(cè)單元；3、無線電；4、無線接
收裝置；5、無線發(fā)射裝置；6、手柄；7、開關(guān)；8、攝像頭；9、照明燈;
10、驅(qū)動(dòng)電路；11、連接線；12、視頻接口端。
具體實(shí)施方式
如圖l所示，這是一款利用現(xiàn)有帶攝像頭的筆記本電腦改進(jìn)的實(shí)例方 式，與現(xiàn)有的帶攝像頭的筆記本電腦不同之處，筆記本電腦(圖像處理單 元1)原裝的攝像頭8通過連接線11與筆記本電腦電連接；筆記本電腦包 括視頻接口端12。這樣圖像檢測(cè)單元2就應(yīng)包括攝像頭8、驅(qū)動(dòng)電路IO、 固定攝像頭8和驅(qū)動(dòng)電路10的殼體，殼體下端有手柄6，手柄6上有開關(guān) 7。實(shí)際上圖像檢測(cè)單元2構(gòu)成了一種手持式瞳孔測(cè)量儀。
圖像檢測(cè)單元2的電源直接取自筆記本電腦電源；將筆記本電腦原有 的攝像頭8驅(qū)動(dòng)電路10移自圖像檢測(cè)單元2內(nèi)，使圖像檢測(cè)單元2直接 輸出視頻信號(hào)到筆記本電腦，筆記本電腦內(nèi)再對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理。
這種實(shí)施方式由于不需要?jiǎng)?chuàng)造性勞動(dòng)，實(shí)施起來特別方便。為了實(shí)現(xiàn) 本實(shí)用新型對(duì)瞳孔測(cè)量和處理的需求，筆記本電腦內(nèi)有圖像處理軟件，通 過對(duì)攝像頭8提取的瞳孔圖像灰度化處理，邊緣提取，掃描像素對(duì)視頻單 幀圖像進(jìn)行分析，可排除或者補(bǔ)償因眨眼所帶來的誤差導(dǎo)致瞳孔直徑的不 確定性，保證了測(cè)量結(jié)果的可信性和可重復(fù)性。
為了不影響暗環(huán)境下檢查，攝像頭8—側(cè)配有光源，該光源為照明燈 9，光源可以是外置伸縮光源可控，包括照射單個(gè)瞳孔時(shí)確保不漏光照到 另外一個(gè)瞳孔，影響測(cè)量結(jié)果；保證在暗環(huán)境下檢查時(shí)不受室內(nèi)外照條件 的影響，確保各種環(huán)境下測(cè)試的一致性。攝像頭8可以物距調(diào)整和定標(biāo)校 準(zhǔn)，在不同患者的眼睛因凸凹程度不同時(shí)可按需分別調(diào)節(jié)攝像頭的物距， 保證始終得到個(gè)體化的最佳圖像質(zhì)量，并保證測(cè)量結(jié)果不受物距變動(dòng)的影 響。使用時(shí)首先將手持式瞳孔測(cè)量儀對(duì)準(zhǔn)被測(cè)人眼(左右眼都可)，打開 開關(guān)，通過調(diào)焦按鈕調(diào)節(jié)遠(yuǎn)近，在屏幕上得到清晰的被測(cè)人眼視頻圖像， 按下開始鍵，錄像開始，當(dāng)錄像結(jié)束時(shí)，按下停止鍵即可。
圖2是-種無線式實(shí)施方案，在這種方案中，通過在圖像檢測(cè)單元
2 (手持式瞳孔測(cè)量儀)的視頻輸出端連接一無線發(fā)射裝置5，無線發(fā)射裝 置5是一視頻無線發(fā)射裝置，通過無線電3不斷向外發(fā)送無線視頻信號(hào)。 而在筆記本電腦(圖像處理單元1)的USB接口上電連接一無線接收裝置 6，無線接收裝置6是視頻接收卡。就可實(shí)現(xiàn)像檢測(cè)單元2 (手持式瞳孔測(cè) 量儀)與筆記本電腦(圖像處理單元l)遠(yuǎn)距離互動(dòng)。
無論是實(shí)施例1和實(shí)施例2都是利用現(xiàn)有的技術(shù)做了結(jié)構(gòu)性的變化， 使全視野瞳孔分析變得方便、準(zhǔn)確。而(手持式瞳孔測(cè)量儀)與筆記本電 腦(圖像處理單元l)通過有線或無線連接則是實(shí)現(xiàn)這--技術(shù)的關(guān)鍵。
圖3是利川圖1或圖2進(jìn)行瞳孔圖像提取和快速分析和流程圖
步驟300為瞳孔的提取過程開始，首先通過視頻采集長將眼部區(qū)域的 圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，得到眼部區(qū)域圖像。
步驟301是圖象的灰度化處理，通過均值法或最值法或公式法對(duì)300 歩采集到的圖像進(jìn)行灰度化，上述的三種方法對(duì)同一幅彩色圖像進(jìn)行灰度 化，通過視覺觀察對(duì)比發(fā)現(xiàn)利用公式法處理后的圖像的效果比較理想，圖 像的顏色相對(duì)更均勻，視覺效果更好，因此，本軟件采用了第三種方法進(jìn) 行灰度化即利用公式Y(jié)二O. 3R+0. 59G+0. IIB。
通過直方圖法對(duì)步驟301灰度化的圖像進(jìn)行二值化處理。直方圖法是 :"1背景與目標(biāo)差異大并且面積相當(dāng)時(shí)直方圖出現(xiàn)雙峰，這時(shí)的最低谷點(diǎn)為 T，這樣在進(jìn)行二值化時(shí)就將最低谷點(diǎn)T作為閾值點(diǎn)，進(jìn)行步驟302眼部 區(qū)域的二值化處理，如圖4所示。
步驟303瞳孔區(qū)域反光的消除，在實(shí)時(shí)采集眼部圖像時(shí)會(huì)在瞳孔部位 產(chǎn)生反光區(qū)域，二值化后可以清楚的看到反光區(qū)域，通過圖4的白色區(qū)域所示，這些反光區(qū)域?qū)?huì)影響下一步的瞳孔的中心定位，因此必須將反光 區(qū)域進(jìn)行消除。
如圖6所示，反光區(qū)域進(jìn)行消除以圖像處理中膨脹的原理為基礎(chǔ)進(jìn)行 處理。首先膨脹的簡單定義設(shè)A為圖像區(qū)域集合，B為結(jié)構(gòu)元素。S為B 的關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的集合，(S)z表示各平移Z. A B = {z|[(3)znA]GA}。 B月彭 脹A實(shí)際上就是S的位移與A至少有一個(gè)非零元素相交時(shí)B的原點(diǎn)為位置 的集合。
根據(jù)圖6可以看出，如果想進(jìn)行圖像內(nèi)部的空白自動(dòng)的黑色填充，關(guān) 鍵必須區(qū)分出背景的白色，和對(duì)象(瞳孔內(nèi)部區(qū)域)的白色。對(duì)于這個(gè)問 題解決方案如下首先逐行掃描，找出左邊是黑色，右邊是白色的像素點(diǎn)，
這樣就可以將左部分的背景的白色區(qū)域排除掉，留下的區(qū)域如圖5紅色，
藍(lán)色標(biāo)記。其次再判斷每一個(gè)紅色區(qū)域的像素點(diǎn)所在的行的右邊是否還有 黑色的像素點(diǎn)，如果有黑色的像素則說明此點(diǎn)是在內(nèi)部，否則可以判斷出 此點(diǎn)就是藍(lán)色區(qū)域所在的背景的白色。最后將判斷出的內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行自動(dòng)
填充。結(jié)果如下圖7所示。
步驟304確定瞳孔中心，計(jì)算其直徑，本實(shí)用新型實(shí)施例的最終的目 的就是提取瞳孔的圓心，以及確定瞳孔的直徑(瞳孔暫可近似看成一個(gè) 圓)，實(shí)現(xiàn)瞳孔中心的跟蹤測(cè)量。根據(jù)幾何的方法，確定圓心的方法比較 多，可以通過三條弦的垂直平分線的交點(diǎn)確定，還可以通過兩條弦的中點(diǎn) 確定，也可以通過圓上的三點(diǎn)，進(jìn)一步利用公式確定。本實(shí)用新型中采用 了三點(diǎn)確定圓心以及掃描像素得到直徑的方法。
通過圓心計(jì)算直徑
設(shè)(a,b)為圓心，R為半徑，(xl，yl)， (x2,y2)， (x3， y3)為圓上的三點(diǎn)。 根據(jù)下面的公式，最終可以解出a,b，R的值，進(jìn)而可以確定圓心，計(jì)算
出面積。
(X")2+(yl-b)2=R2 (x2_a)2+(y2_b)2 =R2 (x3-a)2+(y3 — b)2 =R2根據(jù)上面的公式，如何得到圓上的三點(diǎn)是關(guān)鍵。而原始圖像在經(jīng)過上 述的過程處理之后，已經(jīng)是將瞳孔的區(qū)域轉(zhuǎn)換成一個(gè)圓域(二值圖像)如 圖7所示。因此如何得到圓域的邊界上的點(diǎn)是關(guān)鍵。利用下述的方法得到 圓上三點(diǎn)。首先，將二值化后得到的圓域進(jìn)行邊界提取(提取圓域的輪廓) 操作如圖8所示，得到圓后在圓上取三個(gè)不同的點(diǎn)，然后按照上述的公式 計(jì)算出圓心，半徑，進(jìn)而確定了圓心，計(jì)算可得直徑。
輪廓提取確定圓上3點(diǎn)
輪廓提取的主要實(shí)現(xiàn)原理是，逐行掃描圖像找出黑色像素的點(diǎn)，然后 進(jìn)一步判斷這個(gè)點(diǎn)的上，下，左，右都是黑色的像素點(diǎn)，如果是，則將此 點(diǎn)色像素附予白色，否則不改變此像素點(diǎn)。最后可以通過邊緣上3點(diǎn)確定 瞳孔中心點(diǎn)，通過在邊緣上提取點(diǎn)的坐標(biāo)可以計(jì)算出瞳孔的直徑。
掃描像素得到直徑
在邊緣提取過的圖像上面從圖像下方開始向上逐行掃描像素，掃描到 的第-個(gè)黑色的像素點(diǎn)記錄下縱坐標(biāo)以及橫坐標(biāo)，沿著該點(diǎn)記錄的橫坐標(biāo)
繼續(xù)垂直向上掃描直到掃描到第二黑色的像素點(diǎn)，記錄該點(diǎn)的縱坐標(biāo)，2 點(diǎn)的縱坐標(biāo)之差即為瞳孔直徑，單位為像素，由此可以得到瞳孔直徑。
每測(cè)量出一個(gè)值以后，由軟件通過判別，如果該測(cè)量值與前5個(gè)后5 個(gè)測(cè)量值相差超過10個(gè)平均值的20%，那么則判斷該值為眨眼波，則排除， 由此對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償。
權(quán)利要求1、全視野瞳孔測(cè)量分析裝置，它至少包括一個(gè)圖像檢測(cè)單元(2)、一圖像處理單元(1)，其特征是圖像檢測(cè)單元(2)和圖像處理單元(1)之間通過電連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視野瞳孔測(cè)量分析裝置，其特征是所 述的電連接可以是有線電連接或無線電連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視野瞳孔測(cè)量分析裝置，其特征是所述的圖像檢測(cè)單元(2)電連接有無線發(fā)射裝置(5)，無線發(fā)射裝置(5)是一視頻無線發(fā)射裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視野瞳孔測(cè)量分析裝置，其特征是所述的圖像處理單元(1)電連接有無線接收裝置(4)，無線接收裝置(4)是視頻接收卡。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全視野瞳孔測(cè)量分析裝置，其特征是所述的圖像處理單元(2)是筆記本電腦。
6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的全視野瞳孔測(cè)量分析裝置，其特征是所述的圖像檢測(cè)單元(2)是CMOS攝像機(jī)或CCD攝像機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種全視野瞳孔分析測(cè)量裝置，它至少包括一個(gè)圖像檢測(cè)單元(2)、一個(gè)圖像處理單元(1)，其特征是圖像檢測(cè)單元(2)和圖像處理單元(1)之間通過電連接。該裝置為一種實(shí)時(shí)性好、攜帶和使用方便的一種全視野瞳孔測(cè)量分析裝置。
文檔編號(hào)A61B3/11GK201375508SQ200920032369
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月26日
發(fā)明者張作明, 徐世偉, 莉 李, 佳 耿, 群 郭 申請(qǐng)人:中國人民解放軍第四軍醫(yī)大學(xué)