远用眼点和近用眼点的瞳距及瞳高测量系统及方法

摘要

本发明涉及一种非接触的远用眼点和近用眼点的光学瞳孔距离和瞳孔高度测量的系统及方法，系统包括中心计算机，中心计算机的输出端上连接有用以向被测试者显示测试图像的图像显示器，输入端上连接有用以采集被测试者眼部图像的光学传感器装置，光学传感器装置设置于物距调整装置上，物距调整装置的控制电路与中心计算机的控制信号输出端相连接，中心计算机上设有通信模块、图像处理模块以及数据分析模块，该方法通过系统各部分的配合工作进行瞳距和瞳高的测量。本发明的系统及方法可以客观、定量、准确、迅速地对近用和远用眼点的瞳距和瞳高进行测量，进而可以提供正确配镜可靠的数据依据，消除镜片安装过程的误差，从而真正做到对眼视力的保护。

说明书

技术领域

本发明属于医疗检测仪器技术领域，尤其是涉及一种非接触的远用眼点和近用眼点的光学瞳孔距离和瞳孔高度测量的系统及方法。

背景技术

随者镜片科学的进步，近年来非球面镜片和渐进多焦镜更多的进入了我们的生活，但是在使用中我们发现验配非球面镜片和渐进多焦镜片时，测量瞳距和瞳高是难题，更别说是测量远用眼点和近用眼点的瞳高和瞳距。目前测量瞳距使用瞳距尺或瞳距仪，它们都是接触性测量，定位点难寻找，需要很高的经验，这使得测量结果不稳定，存在较大的动态误差和静态误差。测量瞳高是一个繁复过程，它一直困扰着众多的视光师和验配师，如用手电筒加直尺直接测量法、用记号笔直接在镜片上点瞳高、还有用2/3计算法、有用黄金定位法等等。这些方法都不能精确，快速，客观的提供配镜用瞳高和瞳距数据，数据中人为主观因素影响大，测量的不确定度很大；不同的人员使用相同的仪器，测量的结果误差都很大；测量工具也没有统一校准工具和流程。这一切就给测量带来了严重的误差，使镜片的使用中因为装配不当的原因产生“三棱镜”效应，使得物像发生位移，使用者在配戴时出现重影，头昏，诱发斜视，甚至导致眼位偏移，给患者带来很大痛苦。

发明内容

本发明的目的解决现有瞳距测量技术存在的不足，并提出了瞳高测量的新方法，提供一种双眼瞳距和瞳高非接触的测量系统及方法。该系统及方法可以客观、定量、准确、迅速地对近用眼点和远用眼点的瞳距和瞳高进行测量，进而可以提供正确配镜可靠的数据依据，消除镜片安装过程的误差，从而真正做到对眼视力的保护。

本发明采用的技术方案是：本发明的远用眼点和近用眼点的瞳距及瞳高测量系统，包括用以让被测试者配戴且未镶嵌镜片的镜框以及中心计算机，所述中心计算机的输出端上连接有用以向被测试者显示测试图像的图像显示器，输入端上连接有用以采集被测试者眼部图像的光学传感器装置，所述光学传感器装置设置于物距调整装置上，所述物距调整装置的控制电路与中心计算机的控制信号输出端相连接，所述中心计算机上设有通信模块、图像处理模块以及数据分析模块；

所述通信模块负责向物距调整装置的控制电路传送物距调整指令，所述通信模块还用以向中心计算机上传物距调整装置的控制电路发送过来的物距值；

所述图像处理模块用以对获取的眼部图像进行灰度处理和二值化处理；

所述数据分析模块用以从经过处理后的图像中分别找出左右眼的瞳孔中心并计算瞳距；所述数据分析模块还用以从经过处理后的图像中分别寻找镜框左右下边缘的水平下沿线，并分别计算左右眼瞳孔中心与镜框左右水平下沿线的竖直距离，以得到左右眼的瞳高。

这种远用眼点和近用眼点的瞳距及瞳高测量方法，该方法通过中心显示器、图像显示器、光学传感器装置以及物距调整装置的配合工作进行瞳距和瞳高的测量，该方法包含如下步骤：

(1)让被测试者配戴好未安装镜片的镜框，并通过专用工装对被测试者的眼部进行定位；

(2)中心计算机控制图像显示器显示测试图像，而后通过光学传感器装置采集被测试者眼部图像并传送到中心计算机；

(3)中心计算机根据接收到的眼部图像的质量，向物距调整装置发出启动物距调整指令，以带动光学传感器装置移动，直到获得清晰的眼部图像停止；物距调整装置在接到停止物距调整指令后，微型控制器将计算得到的物距值通过通信模块传送给中心计算机，所述物距值为测量图像尺寸与实际尺寸转化的比例基准；

(4)中心计算机通过图像处理模块对获取的眼部图像进行灰度处理和二值化处理；

(5)所述数据分析模块从经过处理后的图像中分别找出左右眼的瞳孔中心以及镜框的左右下边缘，以计算瞳距和左右眼瞳高。

左右眼的瞳孔中心的连线的水平距离是瞳距；左眼的瞳孔中心到左镜框的下边缘的水平下沿线的距离是左眼瞳高；右眼的瞳孔中心到右镜框的下边缘的水平下沿线的距离是右眼瞳高；当图象显示器显示远景图象，中心计算机测量得到的数据是远用眼点的瞳距和瞳高；当图象显示器显示近景图象，中心计算机测量得到的数据是近用眼点的瞳距和瞳高。

(6)图像显示器根据中心计算机发出的指令，变换测试图像。

本发明的有益效果是：由于采用了数字图像的采集和计算机程序进行分析处理，所得到的技术数据更准确，客观；此外，由于采用数字化非接触光学采集分析系统，第一次做到了消除了人为因素误差，数据具有通用性、唯一性和可重复性。数据还可以保留，作为医疗证据或会诊的依据。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的简易系统结构图。

图2是本发明的组织系统结构图。

图3是本发明的图像显示器显示近景图像的工作状态示意图。

图4是本发明物距调整装置的构造示意图。

图5是本发明物距调节的电器控制原理图。

图6是本发明物距调节原理图。

图7是本发明的光学传感器装置采集到的图像经灰度处理和二值化处理后的效果图。

图8是本发明的测量结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1和图2所示，本发明的远用眼点和近用眼点的瞳距及瞳高测量系统，包括用以让被测试者配戴且未镶嵌镜片的镜框、用以辅助固定被测试者头部的专用工装以及中心计算机，所述中心计算机的输出端上连接有用以向被测试者显示测试图像的图像显示器，输入端上连接有用以采集被测试者眼部图像的光学传感器装置，所述光学传感器装置设置于物距调整装置上，所述物距调整装置的控制电路与中心计算机的控制信号输出端相连接，所述中心计算机上设有通信模块、图像处理模块以及数据分析模块；

所述通信模块负责向物距调整装置的控制电路传送物距调整指令，所述通信模块还用以向中心计算机上传物距调整装置的控制电路发送过来的物距值；

所述图像处理模块用以对获取的眼部图像进行灰度处理和二值化处理；

所述数据分析模块用以从经过灰度处理和二值化处理后的图像中分别找出左右眼的瞳孔中心并计算瞳距；所述数据分析模块还用以从经过灰度处理和二值化处理后的图像中分别寻找镜框左右下边缘的水平下沿线，并分别计算左右眼瞳孔中心与镜框左右水平下沿线的竖直距离，此左右眼瞳孔中心到镜框左右水平下沿线的距离就分别是左右眼的瞳高。

上述光学传感器装置包括辅助照明系统、光学透镜和光电耦合器CCD。在本实施例中，测量数据的精度是+/-0.02毫米，在实际应用中，这主要取决于光电耦合器CCD的精度。

上述图像显示器根据中心计算机发出的指令，在远用眼点测量图像或近用眼点测量图像之间进行测试图像的变换。所述远用眼点测量图像或近用眼点测量图像分别为远景图像或近景图像，以模拟人眼观看远方或注视近物时瞳孔变化的情况。远景图像是焦距为无限远的图片，近景图像是含一段文字的图片。图3中图像显示器显示的即为含有一段文字的近景图像。不同的景物图像，对瞳孔的刺激也是不同的。瞳孔应对不同的刺激会发生大小和位置的变化，瞳孔受刺激前后变化位置就是我们需要寻找的近用眼点或远用眼点的位置。

所述远用眼点测量图像或近用眼点测量图像边际都设有高亮色标线，以在左右眼的角膜表面分别形成反光色标，所述数据分析模块从经过处理后的图像中分别寻找左右眼中的反光色标，并连线相交，以分别找到左眼和右眼的反光色标的汇聚点，这两个汇聚点即为左右眼的瞳孔中心。

本发明的远用眼点和近用眼点的瞳距及瞳高测量方法，通过中心显示器、图像显示器、光学传感器装置以及物距调整装置的配合工作进行瞳距和瞳高的测量，该方法包含如下步骤：

(1)让被测试者配戴好未安装镜片的镜框，并通过专用工装对被测试者的眼部进行定位；

(2)中心计算机控制图像显示器显示测试图像，而后通过光学传感器装置采集被测试者眼部图像并传送到中心计算机；

(3)中心计算机根据接收到的眼部图像的质量，向物距调整装置发出启动物距调整指令，以带动光学传感器装置移动，直到获得清晰的眼部图像停止；

(4)中心计算机通过图像处理模块对获取的眼部图像进行灰度处理和二值化处理，灰度处理用以过滤图像中的噪声点，二值化处理用以提高图像中物体边沿的对比度，突出所测量图形的特征；

(5)数据分析模块从经过灰度处理和二值化处理的图像中分别找出左右眼的瞳孔中心并计算瞳距；数据分析模块从经过灰度处理和二值化处理的图像中分别寻找镜框左右下边缘的水平下沿线，并分别计算左右眼瞳孔中心与镜框左右下沿线的竖直距离，即左右眼的瞳高，从而得到如图8所示的测量结果示意图。在本实施例中，所有的测量数据都经过了多次测量求平均值处理。

(6)图像显示器在测量小周期结束后，根据中心计算机发出的指令，变换测试图像，图像使注视图像的被测量者的瞳孔位置和大小发生变化，此后光学传感器再次工作，重复上述步骤(2)—步骤(5)的过程。在多个小周期的图像变换后，测量结束。

如图4所示，上述物距调整装置包括用于放置光学传感器装置的运动平台1204、平台滑移导轨1203、用以驱动运动平台1204的丝杆1202以及用以带动丝杆1202运转的步进电机1201，物距调整装置的控制电路包括微型控制器1300、与微型控制器1300相连接的位置传感器1205和电机驱动模块1201B，所述微型控制器1300通过电机驱动模块1201B对步进电机1201进行控制，并通过位置传感器1205测得的丝杆角位移计算物距数值。

如图5所示，中心计算机将物距调整指令通过通信模块发送到微型控制器，微型控制器发出脉冲信号经过电机驱动模块信号放大后，驱动步进电机按指令运行，步进电机通过丝杆把旋转运动变换成直线运动，驱动运动平台滑移，以对光学传感器装置进行位置调整，位置传感器检测丝杆的角位移并传输给微型控制器，根据公式：运动距离＝丝杆角位移*丝杆导程(此数据是丝杆的本质特性)，微型控制器运算得到精确的物距数值，并通过通信模块传递给中心计算机。

如图6说明了物距调整装置在调整结束以后，测量出的物距数值在计算中的原理。像素的个数*像素点距＝像实际距离(毫米)。像素点距是单个像素所代表的实际物体距离，单位：毫米。像素点距＝物距÷焦距÷此方向的图像分辩率。

如图7所示，图像经过了灰度值和二值化处理。灰度值处理的方法为：在全图像的每个像素点做卷积，寻找像素值特别小或特别大的微小区间内的点，统一用的新灰度值赋值。此新灰度值的取值是全图像灰度值的平均值。二值化处理的方法为在经过灰度处理后的全图像中提取灰度数值，对于相邻点间灰度数值的变化量在设定范围内的像素点进行统一用加深后的新灰度值赋值处理，而对于灰度数值的变化量在设定范围之外的像素点则不做处理，以提高图像的区别特性，有利于数值测量和分析。

数据分析模块在经过灰度处理和二值化处理后的图像的中下侧镜框可能出现的位置设置一矩形搜索区间，这里需要说明的是，由于被测试者佩带的镜框有一定的尺寸规范且被测试者的头部经过专用工装定位，因此，镜框下沿在采集到的被测试者眼部图像中的相对位置是不会有很大的变化的，只要选择适当矩形搜索区间，就能保证镜框下沿落在矩形搜索区间内。在所述矩形搜索区间内分别做多条水平的小线段，提取位于小线段上的图像灰度数值数据，沿小线段对满足图像灰度数据变化范围的像素点进行长度积分计算，就可得到一线段，此线段即为镜框的水平下沿线。因镜框分为左右两部分，在本实施例中，正是采用上诉方法同时计算和测量出左和右镜框的水平下沿线，如图8所示。

现对灰度值和二值化处理方法举例如下：在采集到的图像处理后，提取图像的灰度数值，并建立横纵坐标，如表1所示。表1-1中的数据是选取一局部图像的灰度值。表1-2是灰度值处理后的结果，把噪声点a1和c5滤处。表1-3是二值化处理后的结果，图示中把相对应的三个点a3、b3、c3(像素值满足比较范围)做积分计算，这就可以得到线段a3—c3。

表1-1

表1-2

表1-3

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。