双眼自动对位系统

1.本发明涉及的是一种医疗检测领域的技术，具体是一种双眼自动对位系统。


背景技术：

2.医用光学仪器，特别是眼科光学仪器，如自动验光、眼底照相等，通常是根据被检双眼的视线(line ofsight)方向设计，只能实现单眼依次检查。双眼同时检查不仅能够节省时间，提高效率，而且有更好的依从性。眼科光学仪器通常需要精准的眼位对准才能达到预期的检查效果，但双眼同时检查时，经常存在眼位不正(如斜视等)、瞳距不同等问题，导致双眼同时检查设计的仪器不能够获得预期的检查效果，检查的成功率通常不高。


技术实现要素：

3.本发明针对现有技术同时实现对双眼光学信息的采集并根据双眼瞳距和视线方向同时分别调整双眼光学信息采集光路主光线之间的距离和方向的不足，提出一种双眼自动对位系统，通过独立识别每只被检眼的眼瞳孔中心和角膜映光点，根据视线角度的眼位信息和瞳距调整仪器光路距离和角度，实现双眼同时精准定位和同时检查。
4.本发明是通过以下技术方案实现的：
5.本发明涉及一种双眼自动对位系统，包括：注视视标、照明模块和接收模块，其中：注视视标两侧分别设有第一对位模块和第二对位模块且正对被检双眼，第二分光镜位于注视视标与被检双眼视线之间，照明模块和接收模块设置于第二分光镜的一侧，照明模块和第二分光镜之间设有分束模块以及对应的第一和第二反射镜，照明模块和接收模块之间设有第一分光镜；第一对位模块和第二对外模块分别对被检者的左眼和右眼同时采集视频图像并计算得到瞳孔中心、瞳距、角膜映光点以及视线的角度坐标并分别独立调整光学器件；照明模块通过第一分光镜和分束模块分成两路光束，即第一主光线和第二主光线；第一主光线和第二主光线分别经反射分光后分别进入被检双眼。
6.所述的独立调整光学器件是指：根据视频影像计算得到的瞳孔中心和视线角度，对应调整第一和第二反射镜，使得入射光对准被检双眼，保证双眼同时检查的精准性、有效性和成功率。技术效果
7.本发明通过三棱镜和反射镜的组合设计，结合被检查双眼的眼位和视线方向的定位信息，驱动反射镜使双眼照明光路和接收光路根据双眼的眼位和视线方向进行分别对准，既克服了双眼同时检查时由于眼位不正导致无法完成快速双眼检查的困难，也有利于降低双眼检查系统的复杂度和成本。
附图说明
8.图1和图2为本发明结构示意图；
9.图3为瞳孔边界判断示意图；
10.图4为视线的角度坐标示意图；
11.图5和图6为照明模块示意图；
12.图7和图8为接收模块示意图；
13.图9为接收子透镜组示意图；
14.图中：注视视标1、第一对位模块2、第二对位模块3、第一反射镜4、照明模块5、第一分光镜6、分束模块7、第二反射镜8、第二分光镜9、接收模块10、第一子分光镜11、第二子分光镜12、光电接收器13、接收透镜组14、第三反射镜15、半反半透镜16、第一光电传感单元17、第二光电传感单元18、第一接收子透镜组19、第二接收子透镜组20、照明光源501、照明透镜组502、投射视标503。
具体实施方式
15.如图1所示，为本实施例涉及一种双眼自动对位系统，包括：注视视标1、照明模块5和接收模块10，其中：注视视标1两侧分别设有第一对位模块2和第二对位模块3且正对被检双眼，第二分光镜9位于注视视标1与被检双眼视线之间，照明模块5和接收模块10设置于第二分光镜9的一侧，照明模块5和第二分光镜9之间设有分束模块7以及对应的第一和第二反射镜4、8，照明模块5和接收模块10之间设有第一分光镜6；第一对位模块2和第二对外模块3分别对被检者的左眼和右眼同时采集视频图像并计算得到瞳孔中心、瞳距、角膜映光点以及视线的角度坐标并分别独立调整光学器件；照明模块5通过第一分光镜6和分束模块7分成两路光束，即第一主光线和第二主光线；第一主光线和第二主光线分别经反射分光后分别进入被检双眼；来自左右眼的光学信息的光路的主光线经第二分光镜9分别同第一主光线和第二主光线重合，并分别经第一反射镜4、第二反射镜8以及分束模块7实现互相平行，再经第一分光镜6进入接收模块10的不同区域。
16.所述的独立调整光学器件是指：根据视频影像计算得到的瞳孔中心和视线角度，对应调整第一和第二反射镜4、8，使得入射光对准被检双眼，保证双眼同时检查的精准性、有效性和成功率。
17.所述的注视视标为双眼注视目标、内置于仪器内或开放式地置于仪器外部，优选为置于仪器外部，以尽可能放松被检双眼的近觉性调节功能。
18.如图3和图4所示，所述的第一对位模块2和第二对位模块3均包括：近红外照明光源和视频采集设备，以对被检双眼的照明和视频成像，其中：视频采集设备通过图像边缘分割算法获得瞳孔边界，通过椭圆拟合得到瞳孔中心和瞳距；再通过提取图像灰度值最大值方法分别定位被检者双眼的角膜映光点，通过像素计算分别获得角膜映光点与对应的瞳孔中心的位置坐标(d
x
，dy)并进一步计算得到视线的角度坐标(α
x
，αy)，具体为：)，具体为：其中：acd为被检双眼的前房深度。
19.所述的瞳孔中心的位置坐标，通过预先在图像区域建立一个坐标系，根据坐标系原点和瞳孔中心对应的在坐标系方向上的像素数，建立位置坐标或以瞳孔中心为原点建立位置坐标。
20.在误差允许的条件下，acd可以取人群的平均值，范围为2.5mm至3.5mm之间，一种优选的取值可以是3.0mm。
21.如图5所示，所述的照明模块5包括照明光源501和照明透镜组502，其中：照明透镜组将照明光源均匀投射于被检双眼的眼底。
22.如图6所示，所述的照明光源501和照明透镜组502之间进一步设有投射视标503，其中：投射视标503通过照明透镜组502、第一分光镜6、分束模块7、第一反射镜4或第二反射镜8、第二分光镜9分别投射于被检左眼和右眼的眼底。
23.所述的第一分光镜6的分光比根据实际需要选取，一种优选的分光比是9:1，即接收模块可以获得90％的返回光学信息，确保尽可能大地回收有效信号。
24.如图2所示，为采用两个独立的子分光镜11、12的场景：所述的第一子分光镜11和第二子分光镜12分别反射来自于被检左眼和右眼的光学信号。
25.优选地，所述的第一子分光镜11、第二子分光镜12分别和第一反射镜4和第二反射镜8联动，即第一子分光镜11、第二子分光镜12分别根据第一反射镜4和第二反射镜8的移动距离和转动角度，产生对用的移动距离和转动角度，以确保所述的接收模块上的信号稳定。
26.所述的第二分光镜9优选为反射照明模块5的照明光束进入被检双眼，被检双眼的反射光/散射光通过第二分光镜9返回接收模块10。
27.如图1所示，所述的第一反射镜4沿y轴和z轴摆动，以改变第一主光线的入射角度；第二反射镜8沿y轴和z轴摆动，以改变所述的第二主光线的入射角度。
28.优选地，所述的第一和第二反射镜4、8进一步设置分别沿x轴移动，以改变第一和第二主光线之间的距离。
29.所述的分别独立调整光学器件是指：根据第一对位模块2获得的左眼视线角度坐标(α
xl
，α
yl
)调整第一反射镜的角度(α
′
xl
，α
′
yl
)，具体为：α
′
xl
＝mα
xl
，α
′
yl
＝mα
yl
，其中：m为第一反射镜和被检左眼之间照明光路的角放大率；对应根据第二对位模块3获得的右眼视线角度坐标(α
xr
，α
yr
)调整第二反射镜的角度(α
′
xr
，α
′
yr
)，即α
′
xr
＝nα
xr
，α
′
yr
＝nα
yr
，n是所述的第一反射镜和被检右眼之间照明光路的角放大率。
30.所述的接收模块10为以下任意一种结构：
31.如图7所示，该接收模块10包括：依次设置的光电接收器13、接收透镜组14、第三反射镜15和半反半透镜16，其中：第一主光线经第三反射镜15和半反半透镜16与第二主光线合束，接收透镜组16将对应的眼底反射/散射光或眼底图像投射于光电接收器13。
32.优选地，所述的半反半透镜16和第三反射镜15为活动设置，使得来自左右眼的光学信息在不同的时间分别投射于光电接收器13上，光电接收器13在不同的时间分别采集来自左右眼的光学信息。
33.如图8所示，该接收模块10包括：第一和第二光电传感单元17、18以及对应的第一和第二接收子透镜组19、20，其中：第一和第二接收子透镜组19、20分别将眼底反射/散射光或眼底图像投射于对应第一和第二光电传感单元17、18。
34.如图9所示，所述的第一和第二接收子透镜组19、20也可以是接收透镜21的两个部分191和201；所述的第一和第二光电传感单元17、18为光电接收器13的两个感光区域或两个独立的光电接收器。
35.本发明通过对位相机分别采集被检者的左右眼图像，根据所采集的双眼图像提取瞳孔边界和角膜映光点，根据瞳孔边界拟合瞳孔中心，结合瞳孔中心和角膜映光点定位被检者双眼的视线方向。根据左右眼的视线方向，分别调整左右眼对应的反射镜的角度和距
离，达到分别调整左右眼照明光路和接收光路的主光线的方向及其之间的距离，使之与检查者双眼的眼位和瞳距一致，达到双眼同时检查的目的。同时，为更加有效地实现上述目的，本发明将照明光路通过三棱镜分成两束，分别对应于左右眼的照明，并且通过三棱镜使采集左右眼光学信息的光路的主光线互相平行，简化光学系统，降低成本。
36.综上，本发明根据左右眼的视线定位分别调整照明(光学)和接收(图像)光学器件的角度和距离，实现双眼同时(自动)检查。因此，本发明的要点在于三棱镜和反射镜的组合设计，使之能够简单地实现对双眼位置不正(实际上绝大多数人的双眼眼位都不是完全正位的)双眼同时检查的功能。
37.上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

技术特征：
1.一种双眼自动对位系统，其特征在于，包括：注视视标、照明模块和接收模块，其中：注视视标两侧分别设有第一对位模块和第二对位模块且正对被检双眼，第二分光镜位于注视视标与被检双眼视线之间，照明模块和接收模块设置于第二分光镜的一侧，照明模块和第二分光镜之间设有分束模块以及对应的第一和第二反射镜，照明模块和接收模块之间设有第一分光镜；第一对位模块和第二对外模块分别对被检者的左眼和右眼同时采集视频图像并计算得到瞳孔中心、瞳距、角膜映光点以及视线的角度坐标并分别独立调整光学器件；照明模块通过第一分光镜和分束模块分成两路光束，即第一主光线和第二主光线；第一主光线和第二主光线分别经反射分光后分别进入被检双；所述的独立调整光学器件是指：根据视频影像计算得到的瞳孔中心和视线角度，对应调整第一和第二反射镜，使得入射光对准被检双眼，保证双眼同时检查的精准性、有效性和成功率。2.根据权利要求1所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的第一和第二对位模块均包括：近红外照明光源和视频采集设备，以对被检双眼的照明和视频成像，其中：视频采集设备通过图像边缘分割算法获得瞳孔边界，通过椭圆拟合得到瞳孔中心和瞳距；再通过提取图像灰度值最大值方法分别定位被检者双眼的角膜映光点，通过像素计算分别获得角膜映光点与对应的瞳孔中心的位置坐标(d
x
，d
y
)并进一步计算得到视线的角度坐标(α
x
，α
y
)，具体为：其中：acd为被检双眼的前房深度。3.根据权利要求1所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的照明模块包括照明光源和照明透镜组，其中：照明透镜组将照明光源均匀投射于被检双眼的眼底；所述的照明光源和照明透镜组之间进一步设有投射视标，其中：投射视标通过照明透镜组、第一分光镜、分束模块、第一反射镜或第二反射镜、第二分光镜分别投射于被检左眼和右眼的眼底。4.根据权利要求1所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的第一子分光镜和第二子分光镜分别反射来自于被检左眼和右眼的光学信号；所述的第一子分光镜、第二子分光镜分别和第一反射镜和第二反射镜联动，即第一子分光镜、第二子分光镜分别根据第一反射镜和第二反射镜的移动距离和转动角度，产生对用的移动距离和转动角度，以确保所述的接收模块上的信号稳定；所述的第二分光镜优选为反射照明模块的照明光束进入被检双眼，被检双眼的反射光/散射光通过第二分光镜返回接收模块。5.根据权利要求1或4所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的第一反射镜沿y轴和z轴摆动，以改变第一主光线的入射角度；第二反射镜沿y轴和z轴摆动，以改变所述的第二主光线的入射角度；所述的第一和第二反射镜进一步设置分别沿x轴移动，以改变第一和第二主光线之间的距离。6.根据权利要求1所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的分别独立调整光学器件是指：根据第一对位模块获得的左眼视线角度坐标(α
xl
，α
yl
)调整第一反射镜的角度(α
′
xl
，α
′
yl
)，具体为：α
′
xl
＝mα
xl
，α
′
yl
＝mα
yl
，其中：m为第一反射镜和被检左眼之间照明光路的角放大率；对应根据第二对位模块获得的右眼视线角度坐标(α
xr
，α
yr
)调整第二反射镜的角度
(α
′
xr
，α
′
yr
)，即α
′
xr
＝nα
xr
，α
′
yr
＝nα
yr
，n是所述的第一反射镜和被检右眼之间照明光路的角放大率。7.根据权利要求1所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的接收模块为以下任意一种结构：a)接收模块包括：依次设置的光电接收器、接收透镜组、第三反射镜和半反半透镜，其中：第一主光线经第三反射镜和半反半透镜与第二主光线合束，接收透镜组将对应的眼底反射/散射光或眼底图像投射于光电接收器；b)接收模块包括：第一和第二光电传感单元、以及对应的第一和第二接收子透镜组，其中：第一和第二接收子透镜组、分别将眼底反射/散射光或眼底图像投射于对应第一和第二光电传感单元。8.根据权利要求7所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的半反半透镜和第三反射镜为活动设置，使得来自左右眼的光学信息在不同的时间分别投射于光电接收器上，光电接收器在不同的时间分别采集来自左右眼的光学信息。9.根据权利要求7所述的双眼自动对位系统，其特征是，所述的第一和第二接收子透镜组或接收透镜的两个部分和；所述的第一和第二光电传感单元、为光电接收器的两个感光区域或两个独立的光电接收器。

技术总结
一种双眼自动对位系统，包括：注视视标、照明模块和接收模块，注视视标两侧分别设有第一对位模块和第二对位模块且正对被检双眼，第二分光镜位于注视视标与被检双眼视线之间，照明模块和接收模块设置于第二分光镜的一侧，照明模块和第二分光镜之间设有分束模块以及对应的第一和第二反射镜，照明模块和接收模块之间设有第一分光镜；第一对位模块和第二对外模块分别对被检者的左眼和右眼同时采集视频图像并计算得到瞳孔中心、瞳距、角膜映光点以及视线的角度坐标并分别独立调整光学器件；照明模块通过第一分光镜和分束模块分成两路光束，即第一主光线和第二主光线；第一主光线和第二主光线分别经反射分光后分别进入被检双眼。本发明通过独立识别每只被检眼的眼瞳孔中心和角膜映光点，根据视线角度的眼位信息和瞳距调整仪器光路距离和角度，实现双眼同时精准定位和同时检查。同时检查。同时检查。


技术研发人员：周传清 曾茜 尚昆 郭世俊
受保护的技术使用者：上海健康医学院
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/8/22