專利名稱：基于移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及移動(dòng)醫(yī)療裝置，尤其是一種基于移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置。
背景技術(shù)：
斜視是指兩眼不能同時(shí)注視目標(biāo)，屬眼外肌疾病?？煞譃楣餐孕币暫吐楸孕孕币晝纱箢悺６餐孕币暟l(fā)病率較高，根據(jù)眼位偏斜位置的不同分成上斜視、下斜視、內(nèi)斜視和外斜視。小兒是斜視的高發(fā)人群，平均100個(gè)孩子中就有一個(gè)患斜視。斜視對(duì)小兒的危害極大。首先是外觀的影響，更重要的是，斜視影響雙眼視覺功能，嚴(yán)重者沒有良好的立體視力。立體視力是只有人類和高等動(dòng)物才具有的高級(jí)視覺功能，是人們從事精細(xì)工作的先決條件之一。如沒有良好的立體視覺，在學(xué)習(xí)和就業(yè)方面將受到很大的限制。而大部分斜視患者都同時(shí)患有弱視。由于斜視患者長期一只眼注視，另一只眼將造成廢用性視力下降或停止發(fā)育，日后即便配戴合適的眼鏡，視力也不能達(dá)到正常。共同性斜視在醫(yī)學(xué)上常見的檢測裝置主要包括弧形視野計(jì)和同視機(jī)。但是弧形視野計(jì)和同視機(jī)攜帶不方便，且需要患者能夠配合。許多年齡較小的斜視患者，由于配合能力較差，斜視角測定較困難。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種便攜的基于移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置，該裝置可以讓普通非專業(yè)人群都能隨時(shí)隨地方便的對(duì)患者，尤其是配合能力較差的幼兒進(jìn)行斜視的診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治療。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置，包括有 一、圖像輸入裝置用于獲取眼部圖像；
二、圖像預(yù)處理裝置用于對(duì)獲取的眼部圖像做初步處理，其又包括以下單元圖像分辨率調(diào)整單元，用于對(duì)獲取的眼部圖像的分辨率進(jìn)行調(diào)整；圖像平滑、灰度轉(zhuǎn)換處理單元，用于將圖像進(jìn)行平滑和灰度轉(zhuǎn)換處理；
三、眼部定位裝置用于通過機(jī)器視覺技術(shù)定位眼部在圖像中的位置；
四、角膜緣定位裝置用于通過Hough變換原理，獲取眼部區(qū)域的角膜緣的中心坐標(biāo)以及半徑值；
五、反光點(diǎn)定位裝置用于通過Hough變換原理，獲取反光點(diǎn)的中心坐標(biāo)以及半徑值；
六、偏移計(jì)算裝置利用角膜緣的中心坐標(biāo)以及半徑值和反光點(diǎn)的中心坐標(biāo)值，按照Hirschberg法計(jì)算偏移量。七、斜視計(jì)算裝置根據(jù)所得的偏移量判斷患者是否存在斜視，哪種類型的斜視，以及計(jì)算出斜視的度數(shù)值；
八、圖像輸出裝置根據(jù)斜視計(jì)算裝置得到的斜視結(jié)果以文字方式輸出在顯示屏上。
本發(fā)明基于移動(dòng)平臺(tái)，可安裝于現(xiàn)有的智能手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)設(shè)備上，可方便的進(jìn)行斜視檢測，操作便利。


圖I移動(dòng)平臺(tái)斜視診斷技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程圖。圖2操作場景圖。圖3眼部定位裝置粗略定位結(jié)果圖。圖4眼部定位裝置精確定位結(jié)果圖。圖5斜視度數(shù)計(jì)算方法圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。本發(fā)明為一種斜視診斷裝置，以現(xiàn)有的智能手機(jī)為平臺(tái)，包括有
I.圖像輸入裝置該裝置采用醫(yī)學(xué)專業(yè)瞳孔燈為角膜映光點(diǎn)的光源來源，結(jié)合智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備攝像頭拍攝患者臉部正面圖像，為了提高檢測的精確度，具體拍攝環(huán)境和操作條件應(yīng)注意以下幾點(diǎn)(結(jié)合附圖2)
(一)患者應(yīng)位于室內(nèi)熒光燈等照明光源正下方，不能面對(duì)除瞳孔燈之外其它直射光源，滿足此條件下，保證室內(nèi)光照亮度，提高手機(jī)拍照的快門速度，防止對(duì)焦不清楚。( 二)操作者手持移動(dòng)設(shè)備，使得移動(dòng)設(shè)備與患者眼睛保持水平位置，并距離患者眼睛水平正前方大概50cm，與此同時(shí)將瞳孔燈置于移動(dòng)設(shè)備攝像頭正上方緊貼移動(dòng)設(shè)備。(三)瞳孔燈水平直射患者兩眼正中間鼻梁上方位置，囑患者眼睛自然睜大，水平直視攝像頭。滿足以上三點(diǎn)條件下，操作者拍攝照片，作為初始的輸入圖像。瞳孔燈是角膜映光點(diǎn)的光源來源，在本發(fā)明中是關(guān)鍵的設(shè)備。實(shí)際操作過程中，如果移動(dòng)設(shè)備自帶閃光燈的話，則可以直接采用閃光燈作為光源來源，但是要考慮到閃光燈的光源強(qiáng)度會(huì)不會(huì)造成被檢查者，尤其是幼兒的不適反應(yīng)，如果幼兒對(duì)于閃光燈的光照強(qiáng)度不適應(yīng)，則仍然應(yīng)該采用瞳孔燈為光源設(shè)備。2.圖像預(yù)處理裝置由于初始輸入的圖像有可能在不同的環(huán)境下獲取，為了較少圖像處理的時(shí)間和圖像檢測的有效性，必須做一些圖像預(yù)處理。其包括有以下單元
(一)圖像分辨率調(diào)整單元由于下一步的眼部定位過程中，需要對(duì)臉部圖像的眼睛區(qū)域進(jìn)行定位，為了減少定位的時(shí)間，提高效率，先要對(duì)圖像的分辨率進(jìn)行調(diào)整。具體調(diào)整幅度，要視圖像分辨率而變化，一般情況下將圖像分辨率調(diào)整為原來的十分之一大小。但是在眼部定位裝置完成工作之后，在角膜緣定位裝置工作時(shí)，為了提高定位的精確度，需要將圖像分辨率恢復(fù)為原來的值。( 二)圖像平滑、灰度轉(zhuǎn)換處理單元，用于將圖像進(jìn)行平滑和灰度轉(zhuǎn)換處理，該單元是為眼部定位裝置做一些預(yù)處理，使得眼部定位的錯(cuò)誤率盡可能低，并且最好在圖像進(jìn)行平滑和灰度轉(zhuǎn)換處理后對(duì)圖像灰度值進(jìn)行歸一化處理。所謂歸一化處理是指通過一系列變換(即利用圖像的不變矩尋找一組參數(shù)使其能夠消除其他變換函數(shù)對(duì)圖像變換的影響)，將待處理的原始圖像轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的唯一標(biāo)準(zhǔn)形式(該標(biāo)準(zhǔn)形式圖像對(duì)平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等仿射變換具有不變特性)，通過歸一化處理，可以進(jìn)一步減少不同環(huán)境拍攝造成圖像亮度偏差，有利于提聞眼部定位的準(zhǔn)確率。3.眼部定位裝置用于通過機(jī)器視覺技術(shù)定位眼部在圖像中的位置，該裝置分成兩大部分，具體如下
(一)在粗略定位單元，將經(jīng)過預(yù)處理的圖像灰度值進(jìn)行水平和垂直方向的投影(可以采用方差投影、積分投影等)。在臉部灰度圖像中由于眼部的生理特征，角膜區(qū)域和眉毛區(qū)域的灰度值低于人臉其它部位，所以通過水平方向的投影之后，我們就能在投影曲線上找到波峰(方差投影)或波谷(積分投影)，通過波峰或波谷就能大致確定眼部在圖像中的水平位置。同理通過垂直方向的投影，就能大致確定眼部在圖像中的垂直位置。而且眼部在臉部圖像中具有對(duì)稱性特征，可以進(jìn)一步提高定位的精確度。但是這一步驟只能確定眼部在圖像中的大致位置，可以定位一個(gè)矩形區(qū)域。定位結(jié)果如附圖3所示。
(二)根據(jù)粗略定位的結(jié)果，我們縮小了圖像中定位眼睛的區(qū)域范圍，接下來將進(jìn)行眼部區(qū)域的精確定位。該單元利用當(dāng)前比較成熟的模式識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)，它分為模型訓(xùn)練和識(shí)別兩大步驟。模型訓(xùn)練中，必須先根據(jù)大量的眼部圖像，訓(xùn)練出一個(gè)眼部模型，然后利用該眼部模型，在粗略定位階段確定的矩形區(qū)域中實(shí)現(xiàn)眼部的精確定位，當(dāng)前已有現(xiàn)成的比較成熟的眼部精確定位算法可以直接采用(如ETRI Journal, Volume 30, Number 2，April 2008 中的《Eye Detection in Facial Images Using Zernike Moments with SVM》就是其中的一種利用機(jī)器視覺技術(shù)實(shí)現(xiàn)眼部定位的算法)，本發(fā)明在實(shí)際開發(fā)過程中直接將眼部模型文件導(dǎo)入到分類器中，從而實(shí)現(xiàn)眼部的精確定位。該裝置操作完成之后，將在人臉圖像中的左右雙眼部位大致以角膜為中心確定兩個(gè)矩形區(qū)域，該區(qū)域能將左右雙眼包括在其中并使得矩形區(qū)域盡可能小。定位結(jié)果如附圖4所示。4.角膜緣定位裝置一般情況下，由于眼部生理構(gòu)造的特殊性，角膜緣在圖像中呈現(xiàn)規(guī)則的圓形或者圓弧(一般情況下，上下眼瞼會(huì)蓋住一部分角膜區(qū)域)，所以該步驟將采用Hough變換原理，精確定位眼部區(qū)域的角膜緣的中心坐標(biāo)以及半徑。由于在步驟3里已經(jīng)將眼部區(qū)域范圍縮小，而且圖像分辨率已知，拍攝距離已知，從而可以獲取Hough變換過程中待檢測圓弧的半徑范圍，這樣就可以提高角膜緣的定位精確度，防止錯(cuò)誤圓產(chǎn)生。5.反光點(diǎn)定位裝置因?yàn)檎Ｇ闆r下，由于瞳孔燈光源是點(diǎn)光源，所以圖像中的角膜映光點(diǎn)也呈現(xiàn)較規(guī)則的圓形，而且角膜緣定位裝置中已經(jīng)將檢測范圍進(jìn)一步縮小，因此該步驟同樣可以采用角膜緣定位裝置里提到的技術(shù)，進(jìn)行反光點(diǎn)的定位，只須改變檢測范圍和待檢測圓弧的半徑大小。6.偏移計(jì)算裝置在角膜緣定位裝置和反光點(diǎn)定位裝置中獲得角膜緣和反光點(diǎn)的中心坐標(biāo)以及半徑值之后，就可以依據(jù)Hirschberg法的基本原理來計(jì)算偏移量，具體方法結(jié)合附圖5說明如下
(一)假設(shè)右眼角膜中心坐標(biāo)為(XI，Y1)，右眼角膜半徑為R1，右眼亮點(diǎn)坐標(biāo)為(Ml, NI);左眼角膜中心坐標(biāo)為(X2，Y2)，左眼角膜半徑為R2，左眼亮點(diǎn)坐標(biāo)(M2，N2)。(二)計(jì)算右眼亮點(diǎn)與角膜中心點(diǎn)的水平距離為Hl=IXl-Ml |，垂直距離為Vl= I Yl-Nl I ;左眼亮點(diǎn)與角膜中心點(diǎn)的水平距離為H2= IX2-M2 |，垂直距離為V2= | Y2-N2 |。(三)計(jì)算雙眼的水平偏差S1=|H1_H2|，垂直偏差S2=|V1_V2|。
(四)計(jì)算雙眼角膜半徑的平均值R=(Rl+R2)/2。(五)計(jì)算水平偏差比例Hr=Sl/R，垂直偏差比例Vr=S2/R。角膜映光法(Hirschberg test)臨床檢測步驟在受檢者正前方大概33cm處放置瞳孔燈，讓患者注視之。醫(yī)生觀察反光點(diǎn)的位置，如角膜反光點(diǎn)位于兩眼瞳孔正中央則為正位眼；如果角膜反光點(diǎn)出現(xiàn)于一眼瞳孔正中央，而另一眼在瞳孔緣，則偏斜約10 15度；在角膜緣上，則偏斜約45度；在角膜中心與角膜緣之間的中點(diǎn)處，則斜視度約為25度。(注每偏斜Imm約相當(dāng)于斜視弧7 7. 5度)。7.斜視計(jì)算裝置根據(jù)偏移計(jì)算裝置得到的水平偏差比例值Hr和垂直偏差比例值Vr，結(jié)合角膜映光法(Hirschberg test)臨床檢測的基本原理，該裝置功能是用于判斷患者是否存在斜視，哪種類型的斜視，以及斜視的度數(shù)值。具體方法如下
(一)如果Hr>l/9或者Vr>l/9，則該患者存在斜視，繼續(xù)步驟(二)；否則正常，跳過 斜視判斷和計(jì)算過程。(二)如果患者存在斜視，則雙眼必然有一只為注視眼，另外一只為斜視眼。具體判斷流程如下
A.如果Hr>l/9，且H1-H2的值為正，則右眼為斜視眼。B.如果Hr>l/9，且H1-H2的值為負(fù)，則左眼為斜視眼。C.如果Vr>l/9，且V1-V2的值為正，則右眼為斜視眼。D.如果Vr>l/9，且V1-V2的值為負(fù)，則左眼為斜視眼。(三)以右眼為斜視眼為例(左眼判斷方法同右眼)，該步驟判斷患者為何種類型的斜視，具體方法如下
A.如果Hr>l/9，且Xl-Ml為正，則患者為右眼內(nèi)斜視。B.如果Hr>l/9，且Xl-Ml為負(fù)，則患者為右眼外斜視。C.如果Vr>l/9，且Yl-Nl為正，則患者為右眼下斜視。D.如果Vr>l/9，且Yl-Nl為負(fù)，則患者為右眼上斜視。E.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為正，且Yl-Nl為正，則患者為右眼內(nèi)斜視并下斜視。F.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為正，且Yl-Nl為負(fù)，則患者為右眼內(nèi)斜視并上斜視。G.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為負(fù)，且Yl-Nl為負(fù)，則患者為右眼外斜視并上斜視。H.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為負(fù)，且Y1-N1為正，則患者為右眼外斜視并下斜視。(四)該步驟將在步驟(三)的基礎(chǔ)上，具體計(jì)算斜視度數(shù)，方法如下
A.如果患者為內(nèi)斜視或者外斜視，則斜視度數(shù)為D1=S1*45/R。B.如果患者為上斜視或者下斜視，則斜視度數(shù)為D2=S2*45/R。8.圖像輸出裝置該裝置將在輸出圖像中，畫出檢測出來的角膜緣和亮點(diǎn)位置，并將最終的斜視判斷結(jié)果以文字形式輸出。發(fā)明實(shí)施過程中異常處理
由于利用機(jī)器視覺的技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行分析和處理，在具體實(shí)施過程中，必然會(huì)出現(xiàn)一些異常情況，現(xiàn)對(duì)這些異常情況進(jìn)行分析，并給出具體的處理方式。在本發(fā)明實(shí)施過程中，會(huì)出現(xiàn)如下三種常見的異常情況
(一)圖像中無法正確定位眼部
(二)圖像中無法正確定位角膜緣
(三)圖像中無法正確定位亮點(diǎn)
針對(duì)以上三種異常情況，采取的處理措施如下
(一)造成無法在圖像中定位眼部的原因，主要是拍攝時(shí)未正確取景或者取景時(shí)圖像中眼睛是閉合狀態(tài)造成。因此針對(duì)這種異常，系統(tǒng)會(huì)提示操作者重新取樣，并給出一定的提
/Jn o ( 二 )造成圖像中無法正確定位角膜緣異常情況(包括角膜緣定位錯(cuò)誤，定位了多個(gè)角膜緣，定位不到角膜緣等錯(cuò)誤)的原因比較復(fù)雜，我們給出的處理措施有兩種。第一種，提示用戶重新拍照取樣；第二種，采取人工手動(dòng)定位模式。該模式下，圖像中會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)定位用的圓圈，用戶只需簡單的通過拖動(dòng)和縮放的方式，將圓圈定位到圖像中的角膜緣上即可。該模式下，對(duì)于角膜緣的定位純粹靠用戶操作，所以對(duì)于用戶的操作要求比較高，檢測的結(jié)果也將和操作結(jié)果密切相關(guān)。(三)造成圖像中無法正確定位反光點(diǎn)位置的異常主要是拍照取景時(shí)，瞳孔燈沒有正確對(duì)準(zhǔn)雙眼中央，拍照對(duì)焦不清晰，圖像亮度不夠等原因造成；因此針對(duì)此異常，系統(tǒng)將給出提示，讓操作者重新拍照取景。隨著移動(dòng)科技的飛速發(fā)展，采用Android系統(tǒng)和iOS系統(tǒng)的智能手機(jī)占領(lǐng)了大部分的智能手機(jī)市場，基于智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)醫(yī)療也接踵而至。與此同時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)對(duì)于數(shù)據(jù)的處理能力和存儲(chǔ)能力大幅提高?，F(xiàn)在智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ鞯闹匾ぞ?，改變了人們的生活方式。另一方面，現(xiàn)在兒童患眼部疾病的趨勢越來越明顯，近視、斜視、弱視等等疾病嚴(yán)重困擾的很多家長，而且這些疾病在早期難以發(fā)現(xiàn)，往往會(huì)錯(cuò)過絕佳的治療機(jī)會(huì)。一般的非專業(yè)人士不能及時(shí)察覺兒童患斜視的早期癥狀，而去醫(yī)院檢查又會(huì)遇到醫(yī)療資源短缺等看病難問題。本發(fā)明利用強(qiáng)大的移動(dòng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理能力，采用傳統(tǒng)的角膜映光法(Hirschberg法)理論為斜視檢查理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于智能手機(jī)等移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置，利用該裝置可以讓普通非專業(yè)人群都能隨時(shí)隨地方便的對(duì)患者，尤其是配合能力較差的幼兒進(jìn)行斜視的診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和治療。
權(quán)利要求
1.一種基于移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置，其特征在于包括有 圖像輸入裝置，用于獲取眼部圖像； 圖像預(yù)處理裝置，用于對(duì)獲取的眼部圖像做初步處理，其又包括以下單元圖像分辯率調(diào)整單元，用于對(duì)獲取的眼部圖像的分辨率進(jìn)行調(diào)整； 圖像平滑、灰度處理單元，用于對(duì)圖像進(jìn)行平滑和灰度化處理； 人眼識(shí)別定位裝置，用于通過機(jī)器視覺技術(shù)定位人眼在圖像中的位置； 角膜緣定位裝置，用于通過Hough變換原理，獲取人眼區(qū)域的角膜緣的中心坐標(biāo)以及半徑值； 反光點(diǎn)定位裝置，用于通過Hough變換原理，獲取反光點(diǎn)的中心坐標(biāo)以及半徑值；偏移計(jì)算裝置；通過角膜緣的中心坐標(biāo)以及半徑值和反光點(diǎn)的中心坐標(biāo)以及半徑值，按照Hirschberg法計(jì)算偏移量； 斜視計(jì)算裝置根據(jù)所得的偏移量判斷患者是否存在斜視，哪種類型的斜視，以及計(jì)算出斜視的度數(shù)值； 圖像輸出裝置根據(jù)斜視計(jì)算裝置得到的斜視結(jié)果以文件方式輸出在顯示屏上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置，其特征在于所述的圖像輸入裝置為一攝像頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動(dòng)醫(yī)療裝置，尤其是一種基于移動(dòng)平臺(tái)的斜視診斷裝置，包括圖像輸入裝置用于獲取眼部圖像；圖像預(yù)處理裝置其又包括以下單元圖像分辨率調(diào)整單元；圖像平滑、灰度轉(zhuǎn)換處理單元；眼部定位裝置角膜緣定位裝置；反光點(diǎn)定位裝置偏移計(jì)算裝置；圖像輸出裝置。本發(fā)明基于移動(dòng)平臺(tái)，可安裝于現(xiàn)有的智能手機(jī)、平板電腦等智能移動(dòng)設(shè)備上，可方便的進(jìn)行斜視檢測，操作便利。
文檔編號(hào)A61B3/08GK102961117SQ20121043838
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者葛錦環(huán), 葉良, 葉夏, 潘志方, 劉暢, 陳浩 申請(qǐng)人:溫州醫(yī)學(xué)院, 溫州醫(yī)學(xué)院附屬眼視光醫(yī)院, 溫州醫(yī)學(xué)院眼視光器械有限公司