光反射照相眼部篩查裝置和方法
【專利摘要】提供用于評估與人類眼部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的視力和對應失調(diào)的光反射照相眼部篩查裝置。更具體地，本發(fā)明提供采用瞳孔檢測和屈光誤差分析的先進方法的光反射照相眼部篩查裝置。光反射照相眼部篩查裝置包括配置有用作視覺刺激的多個輻照源的LED布置，其中視覺刺激可以變化的照射圖案呈現(xiàn)給受檢者的瞳孔以用于擴大能用來確定屈光誤差的眼部響應的范圍。
【專利說明】光反射照相眼部篩查裝置和方法
[0001]相關(guān)申請交叉引用
本申請要求在2011年2月17日提交的美國臨時專利申請N0.61/443871的權(quán)益，通過引用將其整體結(jié)合于本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明一般涉及眼部檢查的領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明針對采用用于評估與人類眼部系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的視力和相應失調(diào)(disorder)的瞳孔檢測和屈光誤差分析的新穎方法的光反射照相眼部篩查(photorefraction ocular screening)裝置。
【背景技術(shù)】[0003]光反射照相裝置的基本功能是收集和分析對光刺激的眼部響應。來自外部源的光經(jīng)由瞳孔進入眼睛并且被聚焦以在視網(wǎng)膜上產(chǎn)生小的被照射的點。來自該視網(wǎng)膜的點的光中的一些在與視網(wǎng)膜的不同層相互作用之后經(jīng)由瞳孔返回離開眼睛。離開瞳孔的光的圖案由眼睛的光學特性確定并且由受檢者的屈光誤差(refractive error,眼睛的聚焦誤差)支配。
[0004]與其中視網(wǎng)膜的大面積受到照射并且相機聚焦在視網(wǎng)膜上以對其解剖結(jié)構(gòu)的細節(jié)成像的眼底照相術(shù)(fundus photography)不同，光反射照相不直接對視網(wǎng)膜或眼睛的后面部分中的任何其它結(jié)構(gòu)成像。在光反射照相中，通過聚焦在瞳孔上以獲得離開瞳孔的光圖案來獲得圖像，即在瞳孔平面上分析圖像。
[0005]在光反射照相的早先已知方法中，通常僅使用偏心照射(即，光布置在眼部篩查系統(tǒng)的透鏡孔徑外面)。這一方法具有局限性并且經(jīng)常能導致不準確或不確定的屈光誤差確定，特別因為具有不同屈光誤差的眼睛能在給定照射下具有類似響應。僅使用偏心照射的傳統(tǒng)光反射照相在瞳孔平面上生成“類似月牙形”反射，為了將瞳孔響應與屈光誤差關(guān)聯(lián)，必須確定該“類似月牙形”反射的邊緣和域。當僅使用偏心或離心的照射時，月牙邊界的確定是困難的任務。另外，由于沒有用于準確的瞳孔圓周擬合的足夠的瞳孔邊緣數(shù)據(jù)(由于暗邊緣)，經(jīng)常危及瞳孔大小和位置的確定。
[0006]因此，存在提供進行基于光反射照相的眼部檢查的改進方法的需要。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]在考慮結(jié)合附圖一起進行的下文詳細描述后，本發(fā)明的目的和優(yōu)點將變得顯而易見，在整個附圖中類似的參考符號指代類似的零件，并且在附圖中:
圖1A和IB示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的示范性光反射照相眼部篩查裝置的截面圖；
圖2A和2B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的關(guān)于耦合到光反射照相眼部篩查裝置的圖像捕捉部件的透鏡部件的限制孔徑的LED陣列；
圖3A和3B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的分別由僅偏心照射與由離心加同軸照射引起的在瞳孔平面的反射的比較；根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖4A示出三個主要軸共軛子午線，而圖4B-4D提供示出配對的LED刺激的表，其中配對的LED刺激可在三個主要子午線之一以不同的離心度選擇；
根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖5A示出兩個輔助子午線，而圖5B提供示出配對的LED刺激的表，其中配對的LED刺激可在兩個輔助子午線中之一以不同的離心度選擇；
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的沒有與離心LED刺激成對的同軸LED刺激的選擇；
根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖7A示出在受檢者與光反射照相眼部篩查裝置之間的發(fā)射和折射的光路徑，而圖7B示出在光反射照相眼部篩查裝置接收的圖像捕捉的全幀尺寸；根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖8A是示出在眼部檢查期間由光反射照相眼部篩查裝置進行的圖像獲取和分析過程的總體概覽的流程圖，而對應的圖8B-8D是示出與在圖8A的過程中的圖像獲取期間執(zhí)行的三個階段關(guān)聯(lián)的子過程的流程圖；
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的由與瞳孔獲取關(guān)聯(lián)的光反射照相眼部篩查裝置進行的過程的流程圖，其區(qū)分全幀操作和瞳孔候選操作；
圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的最佳瞳孔濾波內(nèi)核(pupil filtering kernel)；
根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖1lA示出用于二值化瞳孔候選以標識瞳孔邊緣像素的對偶法(dual-method)方法，圖1lB是示出使用圖1lA的對偶法二值化方法由光反射照相眼部篩查裝置進行的過程的流程圖，而對應的圖11C-11E示出包括像素強度法和擬梯度法(pseudo-gradient method)的對偶法二值化方法的具體方面；
圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的由光反射照相眼部篩查裝置進行的用于確定沿子午線的屈光誤差的過程的流程圖；
圖13示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的閃光插值(glint interpolation)區(qū)域；
圖14示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的像素提取區(qū)域的轉(zhuǎn)動；
圖15示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的瞳孔圖像求比；
圖16A-16C分別示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的軸共軛比率的計算、剖面斜率的生成和PCA數(shù)據(jù)矢量的生成；
根據(jù)本發(fā)明的實施例，圖17A提供與子午線的每個中的刺激關(guān)聯(lián)的偏心的表，而圖17B-17C分別是對于偏心的每個的示范性校準曲線和確定屈光誤差的對應的總校準誤差曲_(aggregate calibration error curve)。
【具體實施方式】
[0008]本發(fā)明針對采用用于查明受檢者的屈光誤差的方法的光反射照相眼部篩查裝置。為了清楚的目的并且不以限制的方式，參考早先標識的繪圖來描述本發(fā)明中采用的方法的例示圖和過程流。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的各種修改被認為在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)。
[0009]圖1A和IB示出用于對受檢者進行眼部檢查的光反射照相眼部篩查裝置100的示范性實施例的截面圖。參考圖1A標識和描述光反射照相眼部篩查裝置100的部件，而圖1B進一步示出封閉在裝置100的殼體150內(nèi)用于支撐圖1A中標識的前述部件的框架140。
[0010] 參考圖1A，裝置100由光學和非光學部件構(gòu)成。光學部件可包括耦合到圖像捕捉部件104的透鏡部件102、具有可見光LED 106a和近紅外LED 106b的發(fā)光二極管(LED)陣列106、全息散射器(holographic diffuser)108和分束器110。非光學部件可包括揚聲器105、測距儀112、操作員顯示屏114和前窗116。應該注意，裝置100不限于前述列出的部件，而是在認為必需時可并入附加部件用于促進本文描述的發(fā)明的過程。
[0011]裝置100優(yōu)選配置為具有移動性，但也可適合于靜止的應用。此外，可使裝置100能無線地允許將圖像數(shù)據(jù)收集和分析傳送到遠程位置用于打印報告或允許進一步評估受檢者的眼部響應。例如，在使用裝置100進行眼部檢查后，可將收集的圖像數(shù)據(jù)和對應的結(jié)果無線地傳送并且存儲在配置為經(jīng)授權(quán)的醫(yī)學專業(yè)人員和研究機構(gòu)可訪問的遠程的患者數(shù)據(jù)庫中。
[0012]裝置100功能由配置成評估受檢者的眼部方面的多個過程來驅(qū)動，所述多個過程包括但不限于向受檢者呈現(xiàn)引起注意的刺激、控制LED布置以輻照受檢者的瞳孔、在捕捉的圖像中定位受檢者的瞳孔、向操作員顯示捕捉的圖像以及分析瞳孔圖像數(shù)據(jù)用于確定屈光誤差和進行相關(guān)的評估。這些過程可通過在裝置100中的計算機程序控制下的處理邏輯(沒有示出)來執(zhí)行，所述處理邏輯可由硬件(例如，電路、專用邏輯、可編程邏輯、微代碼等)、軟件(比如在處理裝置上運行的指令)、固件、或其組合組成。[0013]引起注意的刺激
合作的(成人)和不合作的(兒童或動物)受檢者的有效眼部篩查可通過使用裝置100來實現(xiàn)。裝置100可配置成向受檢者呈現(xiàn)引起注意的刺激。引起注意的刺激的呈現(xiàn)可能是需要的，尤其在篩查不合作的受檢者時，以便吸引受檢者注視的方向。為了正確的眼部篩查，注視的方向需要在耦合到裝置100中配備的圖像捕捉部件104的透鏡部件102的方向上。
[0014]可利用多種類型的引起注意的刺激。在一個實施例中，可使用聽覺刺激。聽覺刺激可以是在裝置100中的計算機程序控制下的數(shù)字錄音的聲軌并且可例如經(jīng)由揚聲器105來呈現(xiàn)。在另一實施例中，可使用未聚焦的時間動態(tài)視覺刺激，從而最小化來自受檢者的適應性響應。視覺刺激可通過使用例如由LED陣列106提供的有色LED來呈現(xiàn)。
[0015]視覺刺激可由有不同顏色的LED的布置構(gòu)成。有色LED的布置優(yōu)選具有600納米以下的波長以避免近紅外(NIR) LED刺激的污染，近紅外LED刺激優(yōu)選具有850納米的中心波長并且用于捕捉瞳孔圖像以進行眼部檢查的目的。這一布置允許視覺刺激為引起注意的目的而呈現(xiàn)，但卻不會在記錄的圖像中被看到?？梢姽釲ED刺激與NIR LED刺激無關(guān)并且不用在與確定屈光誤差或注視方向關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)分析中。LED陣列106的最佳布置包括可見光LED 106a,可見光LED 106a定位在NIR LED 106b之間并且與NIR LED 106b共面?？梢姽釲ED 106a發(fā)射的光可經(jīng)過全息散射器108,從而產(chǎn)生散射刺激,并且被分束器110朝向受檢者反射。
[0016]如同聽覺刺激一樣，可見光LED 106a也可在裝置100中的計算機程序控制下。更具體地，諸如與可見光LED 106a關(guān)聯(lián)的強度、持續(xù)時間、圖案和周期的控制參數(shù)可在計算機程序控制下。關(guān)于強度，可見光LED 106a必須調(diào)節(jié)到足夠明亮以吸引受檢者的方向，而同時明亮度受到限制以避免刺激瞳孔收縮。可見光LED 106a在關(guān)閉之前被打開的時間的持續(xù)以微秒來測量并且可基于受檢者感知的可見光LED 106a的明亮度來調(diào)節(jié)?？砂凑诊@現(xiàn)為三個同心環(huán)的圖案來布置可見光LED 106a。在這一布置中，三個同心環(huán)會對受檢者顯現(xiàn)為在裝置100的圖像捕捉部件104中居中。同心環(huán)中的每個可由在隨機圖案中間隔開的多于一個LED顏色構(gòu)成。多個圖案組合可以隨機順序呈現(xiàn)給受檢者。還可調(diào)節(jié)在對圖案做出改變之前收集的數(shù)據(jù)幀的數(shù)量。[0017]與可見光LED 106a關(guān)聯(lián)的控制參數(shù)的根本目標是向受檢者呈現(xiàn)散射的、隨機的并且快速變化的可見光圖案。此類圖案意圖減少并且在一些情形中可抑制在焦距處受檢者眼睛的適應，所述焦距優(yōu)選設置為離裝置100的圖像捕捉部件104 —⑴米處。焦距可通過使用裝置100的測距儀112來確定。如果受檢者的眼睛能夠完全適應呈現(xiàn)在I米距離處的刺激，則它們將對裝置100顯現(xiàn)為正視眼(即，不需要光學校正)。本文描述的實現(xiàn)的優(yōu)點在于與其它實現(xiàn)不同，減少遠視者對裝置100的圖像捕捉部件104的I米距離的適應，從而使對于這些受檢者的屈光誤差確定更準確。
[0018]視覺刺激的呈現(xiàn)不需要限于LED陣列106中布置的可見光LED 106a的使用。在備選實施例中，視覺刺激可由與裝置100無關(guān)的外部輻照源、耦合到并且在裝置100的計算機程序控制下的外部源或它們其它合適的組合來提供。不管所采用的引起注意的機制，優(yōu)選在整個眼部檢查中連續(xù)呈現(xiàn)引起注意的刺激。
[0019]NIR LED 刺激
NIR LED刺激優(yōu)選具有850納米的中心波長并且為了捕捉瞳孔的圖像用于進行眼部檢查而指向受檢者。在一個實施例中，參考圖2A和2B，LED陣列106可由圍繞中心NIR LED25以六角形配置來布置的五十三(53)個NIR LED 106b構(gòu)成，定位中心NIR LED 25使得其與耦合到裝置100的圖像捕捉部件104的透鏡部件102的光軸對準。在光從NIR LED 106b發(fā)射時，其反射離開分束器1 10并且在朝向受檢者的眼睛200的方向202a上傳送。裝置100中分束器110的使用允許從NIR LED 106b發(fā)射的光沿著光軸指向而不會使透鏡部件102不分明。在備選實施例中，預想可見光LED的布置還可用來代替NIR LED 106b用于進行眼部檢查。
[0020]LED陣列106中的NIR LED 106b的布置允許可呈現(xiàn)給受檢者的眼睛200的照射圖案的靈活性。使用在LED陣列106中布置的NIR LED 106b，三種類型的照射是可用的。照射類型可包括:來自中心NIR LED 25的軸上(on-axis)(同軸的)照射；來自在與透鏡部件102關(guān)聯(lián)的限制孔徑空間204內(nèi)布置的NIR LED 106b (中心NIR LED 25除外)中任何一個的離軸(off-axis)(離心)照射；以及來自在限制孔徑空間204外面布置的NIR LED 106b中任何一個的離軸(離心)照射。NIR LED 106b可根據(jù)它們與中心光軸離心(在中心NIR LED25處為零)以及它們在垂直于光軸的平面內(nèi)的角度來表征。例如，參考圖2B中所示的LED陣列106，NIR LED 31是在限制孔徑空間204內(nèi)布置的LED。NIR LED 31標識為具有離開與中心NIR LED 25對準的光軸6.35 mm的離心距離，具有與水平軸的60°角度。
[0021]對于任何給定屈光誤差的眼睛的眼部響應將取決于選擇的照射圖案。例如，較小離心的LED對于小屈光誤差提供更好的分辨率，而較大離心的LED擴展能被檢測的屈光誤差的范圍。如本文所述，通過比較在不同照射圖案下受檢者的眼睛的響應，可解決傳統(tǒng)光反射照相中通常與屈光誤差確定關(guān)聯(lián)的不確定性。
[0022]通過結(jié)合孔徑空間204內(nèi)離心LED的使用，使眼部響應的更寬范圍可用。此外，利用中心NIR LED 25的使用，還實現(xiàn)又一維度，其提供同軸光反射照相響應。與用于照射瞳孔的不同方法關(guān)聯(lián)的反射的示范性比較在圖3A和3B中示出。在圖3A中，示出從僅偏心照射產(chǎn)生的月牙形反射。在圖3B中，示出從與同軸(B卩，NIR LED 25)照射配對的離心照射(SP，NIR LED 106b中之一)產(chǎn)生的反射。如能從圖3A和3B的比較中看到的，在同軸照射連同離心照射一起使用的后者方法中，所描繪的瞳孔的邊界更可分辨。這兩個照射信號是加性的，從而產(chǎn)生具有可易于檢測的瞳孔邊界的良好照射的瞳孔。
[0023]在本文描述的照射布置中，呈現(xiàn)給受檢者的所有刺激包括與離心NIR LED 106b中任何一個組合的同軸中心NIR LED 25，其中離心NIR LED 106b以離開位于限制孔徑空間204的內(nèi)部和外部的中心光軸變化的離心距離來選擇。除了使用配對的刺激之外，本文描述的照射布置還向受檢者呈現(xiàn)僅包括同軸中心NIR LED 25的刺激。在所有刺激照射布置中使用中心NIR LED 25確保瞳孔總是得到充分照射，從而允許對其進行可靠地獲取和測量。與光反射照相的其它已知實現(xiàn)不同，使用LED陣列106中的LED輻照源來提供與同軸照射配對的離心照射，不會導致具有月牙形的反射，從而允許從確定屈光誤差的過程中除去月牙形幾何形狀。
[0024]在為進行眼部檢查而照射瞳孔時，需要選擇特定刺激以確保良好的瞳孔圖像和屈光誤差的準確確定。此外，所選擇的特定刺激必須用來允許眼睛的屈光本領(lǐng)的非對稱性(散光或柱屈光誤差)的確定。前述標準通過使用離心和同軸LED配對來滿足，其中選擇的用作刺激的照射圖案不但取決于NIR LED 106b離開透鏡部件102的中心光軸的距離，而且還取決于它們相對于受檢者柱軸的軸的方位。
[0025]使用圖4A中所示的三個主要軸共軛子午線，在圖4B-4D的圖表中示出離心配對。本文對軸線做出的參考是LED陣列106的平面中從中心NIR LED 25向外延伸的線的角度。本文提及的共軛線(也稱為“共輔(explementary)”)是在LED陣列106平面中通過對相對于軸線的角度加或減180°來定義的線的角度。因此，例如120°軸線的共軛線是300°。如圖4A中所示，包括定義軸線和其共軛線的兩條線的延伸線被共同稱為子午線并且在本文中由相對于軸線的角度來標識，所述角度小于或等于180°。因此，例如120°軸線和其300°共軛線的組合被標識為120°子午線。
[0026]使用沿著圖4A中所示的三個主要軸共軛子午線的離心配對來執(zhí)行圖像數(shù)據(jù)收集的開始?？稍谘刂S線延伸的三個離心位置或沿著選擇的子午線的對應共軛線延伸的三個離心位置選擇配對的刺激。對于0°子午線的離心配對在圖4B的圖表中示出。在0°子午線中，中心NIR LED 25與在沿著O°子午線的6.35mm、12.70mm和19.05mm的離心位置的NIR LED 106b配對。由于對于0°子午線在軸線和其對應共軛線兩者上執(zhí)行離心配對，所以對于0°子午線提供總共六個不同離心配對。例如，如圖4B的圖表中所示，在0°子午線中沿著軸線的6.35mm的離心位置利用由中心NIR LED 25和離心NIR LED 32構(gòu)成的配對刺激，而在其對應共軛線中的相同離心位置由中心NIR LED 25和離心NIR LED 18構(gòu)成。
[0027]由于對于60°和120°子午線也重復離心配對，如圖4C和4D的圖表中分別示出的，所以對于那些子午線中的每個也獲得六個不同離心。例如，如圖4C的圖表中所示，在60°子午線中沿著軸線的6.35mm的離心位置利用由中心NIR LED 25和離心NIR LED 31構(gòu)成的配對刺激，而在其對應共軛線中的相同離心位置由中心NIR LED 25和離心NIR LED26構(gòu)成。類似地，如圖4D的圖表中所示，在120°子午線中沿著軸線的6.35mm的離心位置利用由中心NIR LED 25和離心NIR LED 24構(gòu)成的配對刺激，而在其對應共軛線中的相同離心位置由中心NIR LED 25和離心NIR LED 33構(gòu)成?？偲饋碚f，通過在三個主要軸共軛子午線中的離心配對的使用，可獲得總體十八(18)個眼部響應(對于0°、60°和120°子午線中的每個，有六個離心配對)。
[0028] 除了在三個主要軸共軛子午線中的離心刺激之外，還可利用在LED陣列106的遠角的離心刺激。本文將定義與這些離心刺激關(guān)聯(lián)的軸和對應共軛線的角度稱為輔助(supplementary)子午線。輔助子午線中刺激的離心配對可用來消除在三個主要軸共軛子午線中獲得的眼部反射的解釋的不確定。如圖5A中所示，沿著36.59° -216.59°和143.41° -323.41°定義輔助子午線并且在本文將其分別稱為36.59°和143.41°子午線。
[0029]如在三個主要子午線中一樣，輔助子午線中的配對刺激通過對于36.59°和143.41°子午線中每個沿著軸線和對應共軛線的離心位置來標識。對于36.59°和143.41。子午線的離心配對在圖5B的圖表中示出。在36.59°子午線中，中心NIR LED 25與在離開中心NIR LED 25 27.68mm的離心位置處的NIR LED 106b配對。由于在軸線和其對應共軛線兩者上執(zhí)行離心配對，所以對于36.59°子午線提供總共兩個不同離心配對。例如，如圖5B中所示，在36.59°子午線的軸線上27.68mm的離心位置利用由中心NIR LED 25和離心NIR LED 50構(gòu)成的配對刺激，而其對應共軛線由中心NIR LED 25和離心NIR LED 7構(gòu)成。對于143.41°子午線在軸線和其對應共軛線上執(zhí)行類似的離心配對。輔助子午線中的刺激的離心配對提供對于由三個主要子午線提供的十八(18)個刺激的附加的四(4)個刺激，從而提供可用于確定受檢者的屈光誤差的總共二十二(22)個眼部響應。[0030]除了使用三個主要子午線和兩個輔助子午線中的配對刺激之外，還可利用單個同軸刺激以獲得眼部響應。同軸刺激是中心NIR LED 25，如圖6中所示的。這一刺激的目的在于確保沒有與眼睛的反射率有關(guān)的問題并且確保由裝置100提供的照射按照說明書發(fā)揮功能。利用三個主要子午線中的刺激的離心配對、兩個輔助子午線中的刺激的離心配對以及單個同軸刺激，可捕捉總共二十三(23)個眼部響以應用于確定受檢者的屈光誤差。將這些23個刺激的呈現(xiàn)以及響應于每個刺激而捕捉的對應瞳孔圖像的收集稱為檢查規(guī)程(examination protocol),本文將參考圖8D的過程860進一步描述檢查規(guī)程。
[0031]圖像捕捉&瞳孔獲取
數(shù)字圖像特征檢測和濾波被用于圖像捕捉部件104捕捉的圖像中的瞳孔獲取。數(shù)字圖像特征檢測和濾波的實現(xiàn)可取決于圖像捕捉部件104的傳感器分辨率、受檢者的瞳孔離開圖像捕捉部件104的距離以及由耦合到圖像捕捉部件104的透鏡部件102的光學特性確定的視場?；镜纳韺W常數(shù)(例如，平均瞳孔大小)也可與可接受的瞳孔直徑最大值和最小值一起進入濾波過程。
[0032]裝置100與受檢者之間的示范性距離關(guān)系在圖7A中示出，其中選擇并調(diào)整透鏡部件102以在離開受檢者的眼睛200的焦距處具有最佳聚焦。如果圖像捕捉部件104的傳感器分辨率、視場和屈光誤差的校準均相應調(diào)整，則可在不影響圖像捕捉過程的情況下改變裝置100與受檢者的眼睛200之間的焦距。如圖7A中所示，從LED陣列106發(fā)射的光受到反射并且在沿著朝向受檢者的眼睛200的光軸的方向202a上傳送。反射回來并且離開受檢者的眼睛200的光在方向202b上返回并且在裝置100的圖像捕捉部件104處被接收。
[0033]使用一(I)米作為裝置100與受檢者的眼睛200之間的焦距，可將圖像捕捉部件104的傳感器分辨率設置為752 (水平)乘480 (垂直)像素，如圖7B中所示的。在距離為I米時，給定選擇的透鏡部件102,圖像捕捉部件104可提供120mm (水平)乘76.6mm (垂直)的視場。利用這些測量，可確立轉(zhuǎn)換因子為6.267像素/mm。確立的轉(zhuǎn)換因子可用作制定數(shù)字濾波所需要的參數(shù)的校準常數(shù)。應該注意，這僅是示范性實施例，并且預想備選實施例，其中使用不同的透鏡或傳感器或調(diào)整焦距，但是本發(fā)明的工作原理保持相同。
[0034]圖8A示出提供由裝置100中計算機程序控制下的處理邏輯執(zhí)行的圖像數(shù)據(jù)獲取和分析過程800的總體概覽的流程圖。過程800可在步驟802的LED陣列106的激活并且向受檢者呈現(xiàn)引起注意的刺激后開始。在過程800中沿著兩個獨立的路徑處理響應于呈現(xiàn)給受檢者的視覺刺激而捕捉的圖像，第一路徑提供操作員顯示圖像而第二路徑提供用于所捕捉圖像的分析的臨床上相關(guān)信息。
[0035]在提供顯示圖像時，在圖像捕捉部件104接收的一份原始數(shù)據(jù)可以是對比度增強的并且被變換成標準顯示格式以用于向裝置100的操作員呈現(xiàn)和反饋。例如，顯示圖像可呈現(xiàn)在裝置100的操作員顯示屏114上。在操作員顯示屏114上提供的圖像可例如疊加有如下信息:比如受檢者離開裝置100的距離、聚焦的質(zhì)量、檢查的進展、其它操作員相關(guān)的信息、或它們的組合。
[0036]過程800中存在與意圖提供臨床上相關(guān)信息的路徑關(guān)聯(lián)的三個不同階段。更具體地，裝置100中計算機程序控制下的處理邏輯可在步驟804、806和808分別執(zhí)行校準階段、聚焦階段和檢查規(guī)程以獲取用于屈光誤差分析的瞳孔圖像數(shù)據(jù)。在步驟814，可使在這些階段的每個獲取的原始圖像數(shù)據(jù)可用于在裝置100的操作員顯示屏114上向操作員顯示。
[0037]來自瞳孔的反射的強度能主要由于屈光誤差和瞳孔大小而在受檢者中變化很大。由于圖像捕捉部件104中的傳感器的動態(tài)范圍是有限的，所以必須找出最佳曝光時間以確保受檢者的反射是可檢測的并且不會飽和。為了完成這一點，提供使用一系列曝光時間(例如，6、12和18毫秒)的校準過程820，在給定選擇的透鏡、傳感器和LED照射的情況下，可選擇曝光時間以嘗試經(jīng)驗得出的可使用曝光時間的范圍。在步驟804可執(zhí)行校準過程820以實現(xiàn)過程800的校準階段。參考圖SB中所示的流程圖來描述包括校準過程820的步驟。
[0038]參考圖SB，校準過程820可通過在步驟822選擇和設置適合于校準階段的LED圖案來開始。在優(yōu)選實施例中，可照射NIR LED 18、25和32以便與能由任何離心配對刺激傳遞的相比提供更多光。這確保在選擇的離心配對刺激被傳遞時，適當校準的曝光時間將不會使傳感器飽和。在設置LED圖案之后，在步驟824可選擇和設置曝光時間用于測試。使用選擇的曝光時間，在步驟826可獲取捕捉的圖像，而在步驟828可做出是否在捕捉的圖像中檢測到瞳孔的確定。如果在捕捉的圖像中沒有檢測到瞳孔，則過程820可返回到步驟824選擇和設置不同的曝光時間。使用新選擇的曝光時間，在步驟826再次獲取捕捉的圖像，并且在步驟828可做出是否在捕捉的圖像中檢測到瞳孔的確定。如果檢測到瞳孔，則進一步測試選擇的曝光時間的可行性，這通過在步驟830進行第二確定以評估瞳孔是否通過預先確定的接受標準。
[0039]在步驟830可將多種接受標準用于第二確定以評估在確定最佳曝光時間中供使用的所檢測的瞳孔圖像的適用性。這些包括但不限于執(zhí)行校準所必需的瞳孔的合適存在、具有在1.5至10 _之間的可測量直徑范圍的可接受瞳孔大小、可接受的在瞳孔中心之間的瞳孔間距離、離開裝置100的可接受的檢查距離、可接受的瞳孔飽和水平，或它們的組合。[0040]如果在步驟830做出檢測的瞳孔未能滿足一個或多個預定義的接受標準的確定，則過程820可再次返回到步驟824選擇和設置另一曝光時間用于測試。可重復過程820以查明哪一曝光時間提供最佳結(jié)果，即在沒有飽和情況下檢測到瞳孔。飽和可定義為瞳孔中的像素大于10%具有大于與圖像捕捉部件104中傳感器關(guān)聯(lián)的最大值的98%的強度值。在檢測到期望的瞳孔圖像時，在步驟832可計算最佳曝光時間。
[0041]最佳傳感器曝光時間可設置為全部傳感器范圍的75%。一旦找到瞳孔，就測量中心的25X11像素帶(pixel strip)的明亮度。明亮度測量取為該帶中的平均瞳孔強度。給定平均強度值，最佳曝光時間計算為如下:
【權(quán)利要求】
1.一種光反射照相眼部篩查裝置，包括: 耦合到透鏡部件的圖像捕捉部件； 照明陣列，所述照明陣列包括第一類型的多個輻照源和第二類型的多個輻照源；以及 分束器，引導從所述第一類型的所述多個輻照源和所述第二類型的所述多個輻照源發(fā)射的光。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述照明陣列的中心位置與所述圖像捕捉部件的光軸對準。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一類型的所述多個輻照源發(fā)射可見光譜的光。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述第一類型的所述多個輻照源由在600納米以下的波長的具有不同顏色的發(fā)光二極管構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，所述第一類型的所述多個輻照源在三個同心環(huán)中布置，每個環(huán)包含多于一個發(fā)光二極管顏色。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二類型的所述多個輻照源發(fā)射近紅外光譜的光。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述第二類型的所述多個輻照源由中心波長為850納米的發(fā)光二極管構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第一類型的所述多個輻照源定位在所述第二類型的所述多個照射源之間。
9.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括接近所述照明陣列而定位的散射器。
10.一種照射眼睛以評估眼部響應的計算機實現(xiàn)的方法，所述方法包括以下步驟: 呈現(xiàn)來自第一輻照源的同軸照射，所述第一輻照源配備在照明陣列的中心位置； 呈現(xiàn)來自所述照明陣列中的第二輻照源的離心照射； 在所述眼睛的方向上發(fā)射所述同軸照射和所述離心照射；以及 響應于所述同軸照射和所述離心照射，在圖像捕捉部件接收通過所述眼睛的瞳孔返回的光。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述照明陣列由多個輻照源構(gòu)成。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述多個輻照源是發(fā)光二極管。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述多個輻照源發(fā)射近紅外譜的光。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所述第二輻照源定位在所述照明陣列中以便在耦合到所述圖像捕捉部件的透鏡部件的限制孔徑內(nèi)呈現(xiàn)所述離心照射。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所述第二輻照源定位在所述照明陣列中以便在耦合到所述圖像捕捉部件的透鏡部件的限制孔徑外呈現(xiàn)所述離心照射。
16.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所述同軸照射和所述離心照射在三個主要軸共軛子午線的一個中配對。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述三個主要軸共軛子午線位于0°子午線、60°子午線和120°子午線。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述0°子午線包括0°的軸角度和180°的對應共軛角度，其中所述60°子午線包括60°的軸角度和240°的對應共軛角度，以及其中所述120°子午線包括120°的軸角度和300°的對應共軛角度。
19.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，將所述同軸照射和所述離心照射在兩個輔助軸共軛子午線的一個中配對。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述兩個輔助軸共軛子午線位于36.59°子午線和143.41。子午線。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述36.59°子午線包括36.59°的軸角度和216.59°的對應共軛角度，以及其中所述143.41°子午線包括143.41°的軸角度和323.41°的對應共軛角度。
22.一種獲取瞳孔的計算機實現(xiàn)的方法，所述方法包括以下步驟: 接收圖像捕捉部件捕捉的全幀圖像； 將所述全幀圖像分樣； 將瞳孔濾波器應用到所述分樣的圖像以標識瞳孔像素； 從經(jīng)所述濾波的分樣的圖像中獲取瞳孔候選； 在所述全幀圖像中標識所述瞳孔候選的對應感興趣的區(qū)域； 二值化所述感興趣的區(qū)域以標識表示瞳孔邊緣的像素；以及 將最佳擬合圓應用到表示瞳孔邊緣的所述像素。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述分樣的圖像相比于所述全幀圖像面積更小。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述分樣的圖像是所述全幀圖像的面積的1/16。
25.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，將所述瞳孔濾波器應用到所述分樣的圖像以幫助確定瞳孔和非瞳孔區(qū)域。
26.如權(quán)利要求25所述的方法，其中，通過考慮所述分樣的圖像中對稱地間隔的周圍像素的有限數(shù)量來對于速度優(yōu)化所述瞳孔濾波器。
27.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，通過所述瞳孔候選的最左邊列、最右邊列、最上面行和最下面行來定義邊界矩形。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，如果所述邊界矩形包括大小小于兩個像素的寬度尺寸或高度尺寸，則拒絕所述瞳孔候選。
29.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，調(diào)整所述邊界矩形的中心以匹配所述全幀圖像中的等同位置以確立所述感興趣的區(qū)域。
30.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，二值化所述感興趣的區(qū)域還包括組合由所述全幀圖像中的所述感興趣的區(qū)域上進行的第一邊緣檢測方法和第二邊緣檢測方法所產(chǎn)生的結(jié)果。
31.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述第一邊緣檢測方法采用強度直方圖來標識所述感興趣的區(qū)域中的明亮度和暗度強度級。
32.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，所述第二邊緣檢測方法采用使用鄰近像素以標識遍及所述感興趣的區(qū)域的明亮度和暗度強度級的變化率的擬梯度計算。
33.如權(quán)利要求30所述的方法，其中，組合所述第一邊緣檢測方法和所述第二邊緣檢測方法僅保留在由所述方法兩者產(chǎn)生的結(jié)果中公共的邊緣像素。
34.如權(quán)利要求22所述的方法，其中，使用最小二乘計算來計算所述最佳擬合圓。
35.一種采用用于獲取瞳孔的計算機處理邏輯的系統(tǒng)，包括:耦合到至少一個存儲部件的處理器部件，所述處理器部件配置成: 接收圖像捕捉部件捕捉的全幀圖像； 將所述全幀圖像分樣； 將瞳孔濾波器應用到所述分樣的圖像以標識瞳孔像素； 從經(jīng)所述濾波的分樣的圖像中獲取瞳孔候選； 在所述全幀圖像中標識所述瞳孔候選的對應感興趣的區(qū)域； 二值化所述感興趣的區(qū)域以標識表示瞳孔邊緣的像素；以及 將最佳擬合圓應用到表示瞳孔邊緣的所述像素。
36.一種被編程為包括指令的非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)，當由處理器執(zhí)行所述指令時，使所述處理器執(zhí)行獲取瞳孔的方法，所述方法包括步驟如下: 接收圖像捕捉部件捕捉的全幀圖像； 將所述全幀圖像分樣； 將瞳孔濾波器應用到所述分樣的圖像以標識瞳孔像素； 從經(jīng)所述濾波的分樣的圖像中獲取瞳孔候選； 在所述全幀圖像中標識所述瞳孔候選的對應感興趣的區(qū)域； 二值化所述感興趣的區(qū)域以標識表示瞳孔邊緣的像素；以及 將最佳擬合圓應用到表示瞳孔邊緣的所述像素。
37.一種確定屈光誤差的計算機實現(xiàn)的方法，所述方法包括以下步驟: 接收對應于軸共軛子午線的第一圖像和第二圖像； 移除在所述第一圖像和所述第二圖像的瞳孔區(qū)域中存在的角膜閃光； 將低通濾波器應用到所述瞳孔區(qū)域的每個； 在將所述低通濾波器應用到所述圖像的每個中的所述瞳孔區(qū)域之后，轉(zhuǎn)動所述第一圖像和所述第二圖像來將與所述第一圖像關(guān)聯(lián)的所述軸共軛子午線中的刺激角度以及與所述第二圖像關(guān)聯(lián)的所述軸共軛子午線的刺激角度與水平子午線對準； 從所述第一圖像和所述第二圖像中的瞳孔中心上居中的所述瞳孔區(qū)域的每個來提取數(shù)據(jù)的像素帶； 使用從所述第一圖像和從所述第二圖像中提取的數(shù)據(jù)的所述像素帶來計算像素強度值的比率； 基于所述比率，生成屈光誤差相關(guān)測量；以及 轉(zhuǎn)換所述相關(guān)測量以標識所述屈光誤差。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述軸共軛子午線是三個主要軸共軛子午線中之一或兩個輔助軸共軛子午線中之一。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述三個主要軸共軛子午線位于O。子午線、60°子午線和120°子午線。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述0°子午線包括0°的軸角度和180°的對應共軛角度，其中所述60°子午線包括60°的軸角度和240°的對應共軛角度，以及其中所述120°子午線包括120°的軸角度和300°的對應共軛角度。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述O°的軸角度、所述60°的軸角度和所述120°的軸角度各自具有沿著其軸角度的三個離心位置，并且其中所述180°的對應共軛角度、所述240°的對應共軛角度和所述300°的對應共軛角度各自具有沿著其共軛角度的三個離心位置。
42.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述0°的軸角度、所述60°的軸角度或所述120°的軸角度是與所述第一圖像關(guān)聯(lián)的所述刺激角度。
43.如權(quán)利要求40所述的方法，其中，所述180°的對應共軛角度、所述240°的對應共軛角度和所述300°的對應共軛角度是與所述第二圖像關(guān)聯(lián)的所述刺激角度。
44.如權(quán)利要求38所述的方法，其中，所述兩個輔助軸共軛子午線位于36.59°子午線和143.41。子午線。
45.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述36.59°子午線包括36.59°的軸角度和216.59°的對應共軛角度，以及其中所述143.41°子午線包括143.41°的軸角度和323.41°的對應共軛角度。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述36.59°的軸角度或所述143.41°的軸角度是與所述第一圖像關(guān)聯(lián)的所述刺激角度。
47.如權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述216.59°的對應共軛角度或所述323.41°的對應共軛角度是與所述第二圖像關(guān)聯(lián)的所述刺激角度。
48.一種采用計算機處理邏輯用于確定屈光誤差的系統(tǒng)，包括: 耦合到至少一個存儲部 件的處理器部件，所述處理器部件配置成: 接收對應于軸共軛子午線的第一圖像和第二圖像； 移除在所述第一圖像和所述第二圖像的瞳孔區(qū)域中存在的角膜閃光； 將低通濾波器應用到所述瞳孔區(qū)域的每個； 在將所述低通濾波器應用到所述圖像的每個中的所述瞳孔區(qū)域之后，轉(zhuǎn)動所述第一圖像和所述第二圖像來將與所述第一圖像關(guān)聯(lián)的所述軸共軛子午線中的刺激角度以及與所述第二圖像關(guān)聯(lián)的所述軸共軛子午線的刺激角度與水平子午線對準； 從所述第一圖像和所述第二圖像中的瞳孔中心上居中的所述瞳孔區(qū)域的每個來提取數(shù)據(jù)的像素帶； 使用從所述第一圖像和所述第二圖像中提取的數(shù)據(jù)的所述像素帶來計算像素強度值的比率； 基于所述比率，生成屈光誤差相關(guān)測量；以及 轉(zhuǎn)換所述相關(guān)測量以標識所述屈光誤差。
49.一種被編程為包括指令的非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)，當由處理器執(zhí)行所述指令時，使所述處理器執(zhí)行確定屈光誤差的方法，所述方法包括步驟如下: 接收對應于軸共軛子午線的第一圖像和第二圖像； 移除在所述第一圖像和所述第二圖像的瞳孔區(qū)域中存在的角膜閃光； 將低通濾波器應用到所述瞳孔區(qū)域的每個； 在將所述低通濾波器應用到所述圖像的每個中的所述瞳孔區(qū)域之后，轉(zhuǎn)動所述第一圖像和所述第二圖像來將與所述第一圖像關(guān)聯(lián)的所述軸共軛子午線中的刺激角度以及與所述第二圖像關(guān)聯(lián)的所述軸共軛子午線的刺激角度與水平子午線對準； 從所述第一圖像和所述第二圖像中的瞳孔中心上居中的所述瞳孔區(qū)域的每個來提取數(shù)據(jù)的像素帶；使用從所述第一圖像和所述第二圖像中提取的數(shù)據(jù)的所述像素帶來計算像素強度值的比率； 基于所述比率， 生成屈光誤差相關(guān)測量；以及 轉(zhuǎn)換所述相關(guān)測量以標識所述屈光誤差。
【文檔編號】A61B3/10GK103930015SQ201280009269
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2012年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月17日
【發(fā)明者】R.A.莫里, M.E.里弗斯, R.J.Y.B.蒙格 申請人:兒童視力產(chǎn)品控股有限責任公司