CN103930015A - 光反射照相眼部筛查装置和方法 - Google Patents

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Abstract

提供用于评估与人类眼部***关联的视力和对应失调的光反射照相眼部筛查装置。更具体地，本发明提供采用瞳孔检测和屈光误差分析的先进方法的光反射照相眼部筛查装置。光反射照相眼部筛查装置包括配置有用作视觉刺激的多个辐照源的LED布置，其中视觉刺激可以变化的照射图案呈现给受检者的瞳孔以用于扩大能用来确定屈光误差的眼部响应的范围。

Description

光反射照相眼部筛查装置和方法
相关申请交叉引用
本申请要求在2011年2月17日提交的美国临时专利申请No. 61/443871的权益，通过引用将其整体结合于本文。
技术领域
本发明一般涉及眼部检查的领域。更具体地，本发明针对采用用于评估与人类眼部***关联的视力和相应失调(disorder)的瞳孔检测和屈光误差分析的新颖方法的光反射照相眼部筛查(photorefraction ocular screening)装置。
背景技术
光反射照相装置的基本功能是收集和分析对光刺激的眼部响应。来自外部源的光经由瞳孔进入眼睛并且被聚焦以在视网膜上产生小的被照射的点。来自该视网膜的点的光中的一些在与视网膜的不同层相互作用之后经由瞳孔返回离开眼睛。离开瞳孔的光的图案由眼睛的光学特性确定并且由受检者的屈光误差（refractive error，眼睛的聚焦误差）支配。
与其中视网膜的大面积受到照射并且相机聚焦在视网膜上以对其解剖结构的细节成像的眼底照相术(fundus photography)不同，光反射照相不直接对视网膜或眼睛的后面部分中的任何其它结构成像。在光反射照相中，通过聚焦在瞳孔上以获得离开瞳孔的光图案来获得图像，即在瞳孔平面上分析图像。
在光反射照相的早先已知方法中，通常仅使用偏心照射（即，光布置在眼部筛查***的透镜孔径外面）。这一方法具有局限性并且经常能导致不准确或不确定的屈光误差确定，特别因为具有不同屈光误差的眼睛能在给定照射下具有类似响应。仅使用偏心照射的传统光反射照相在瞳孔平面上生成“类似月牙形”反射，为了将瞳孔响应与屈光误差关联，必须确定该“类似月牙形”反射的边缘和域。当仅使用偏心或离心的照射时，月牙边界的确定是困难的任务。另外，由于没有用于准确的瞳孔圆周拟合的足够的瞳孔边缘数据（由于暗边缘），经常危及瞳孔大小和位置的确定。
因此，存在提供进行基于光反射照相的眼部检查的改进方法的需要。
附图说明
在考虑结合附图一起进行的下文详细描述后，本发明的目的和优点将变得显而易见，在整个附图中类似的参考符号指代类似的零件，并且在附图中：
图1A和1B示出根据本发明的实施例的示范性光反射照相眼部筛查装置的截面图；
图2A和2B示出根据本发明的实施例的关于耦合到光反射照相眼部筛查装置的图像捕捉部件的透镜部件的限制孔径的LED阵列；
图3A和3B示出根据本发明的实施例的分别由仅偏心照射与由离心加同轴照射引起的在瞳孔平面的反射的比较；
根据本发明的实施例，图4A示出三个主要轴共轭子午线，而图4B-4D提供示出配对的LED刺激的表，其中配对的LED刺激可在三个主要子午线之一以不同的离心度选择；
根据本发明的实施例，图5A示出两个辅助子午线，而图5B提供示出配对的LED刺激的表，其中配对的LED刺激可在两个辅助子午线中之一以不同的离心度选择；
图6示出根据本发明的实施例的没有与离心LED刺激成对的同轴LED刺激的选择；
根据本发明的实施例，图7A示出在受检者与光反射照相眼部筛查装置之间的发射和折射的光路径，而图7B示出在光反射照相眼部筛查装置接收的图像捕捉的全帧尺寸；
根据本发明的实施例，图8A是示出在眼部检查期间由光反射照相眼部筛查装置进行的图像获取和分析过程的总体概览的流程图，而对应的图8B-8D是示出与在图8A的过程中的图像获取期间执行的三个阶段关联的子过程的流程图；
图9是示出根据本发明的实施例的由与瞳孔获取关联的光反射照相眼部筛查装置进行的过程的流程图，其区分全帧操作和瞳孔候选操作；
图10示出根据本发明的实施例的最佳瞳孔滤波内核(pupil filtering kernel)；
根据本发明的实施例，图11A示出用于二值化瞳孔候选以标识瞳孔边缘像素的对偶法(dual-method)方法，图11B是示出使用图11A的对偶法二值化方法由光反射照相眼部筛查装置进行的过程的流程图，而对应的图11C-11E示出包括像素强度法和拟梯度法(pseudo-gradient method)的对偶法二值化方法的具体方面；
图12是示出根据本发明的实施例的由光反射照相眼部筛查装置进行的用于确定沿子午线的屈光误差的过程的流程图；
图13示出根据本发明的实施例的闪光插值（glint interpolation）区域；
图14示出根据本发明的实施例的像素提取区域的转动；
图15示出根据本发明的实施例的瞳孔图像求比；
图16A-16C分别示出根据本发明的实施例的轴共轭比率的计算、剖面斜率的生成和PCA数据矢量的生成；
根据本发明的实施例，图17A提供与子午线的每个中的刺激关联的偏心的表，而图17B-17C分别是对于偏心的每个的示范性校准曲线和确定屈光误差的对应的总校准误差曲线（aggregate calibration error curve）。
具体实施方式
本发明针对采用用于查明受检者的屈光误差的方法的光反射照相眼部筛查装置。为了清楚的目的并且不以限制的方式，参考早先标识的绘图来描述本发明中采用的方法的例示图和过程流。对本领域的技术人员显而易见的各种修改被认为在本发明的精神和范围之内。
图1A和1B示出用于对受检者进行眼部检查的光反射照相眼部筛查装置100的示范性实施例的截面图。参考图1A标识和描述光反射照相眼部筛查装置100的部件，而图1B进一步示出封闭在装置100的壳体150内用于支撑图1A中标识的前述部件的框架140。
参考图1A，装置100由光学和非光学部件构成。光学部件可包括耦合到图像捕捉部件104的透镜部件102、具有可见光LED 106a和近红外LED 106b的发光二极管(LED)阵列106、全息散射器（holographic diffuser）108和分束器110。非光学部件可包括扬声器105、测距仪112、操作员显示屏114和前窗116。应该注意，装置100不限于前述列出的部件，而是在认为必需时可并入附加部件用于促进本文描述的发明的过程。
装置100优选配置为具有移动性，但也可适合于静止的应用。此外，可使装置100能无线地允许将图像数据收集和分析传送到远程位置用于打印报告或允许进一步评估受检者的眼部响应。例如，在使用装置100进行眼部检查后，可将收集的图像数据和对应的结果无线地传送并且存储在配置为经授权的医学专业人员和研究机构可访问的远程的患者数据库中。
装置100功能由配置成评估受检者的眼部方面的多个过程来驱动，所述多个过程包括但不限于向受检者呈现引起注意的刺激、控制LED布置以辐照受检者的瞳孔、在捕捉的图像中定位受检者的瞳孔、向操作员显示捕捉的图像以及分析瞳孔图像数据用于确定屈光误差和进行相关的评估。这些过程可通过在装置100中的计算机程序控制下的处理逻辑（没有示出）来执行，所述处理逻辑可由硬件（例如，电路、专用逻辑、可编程逻辑、微代码等）、软件（比如在处理装置上运行的指令）、固件、或其组合组成。
引起注意的刺激
合作的（成人）和不合作的（儿童或动物）受检者的有效眼部筛查可通过使用装置100来实现。装置100可配置成向受检者呈现引起注意的刺激。引起注意的刺激的呈现可能是需要的，尤其在筛查不合作的受检者时，以便吸引受检者注视的方向。为了正确的眼部筛查，注视的方向需要在耦合到装置100中配备的图像捕捉部件104的透镜部件102的方向上。
可利用多种类型的引起注意的刺激。在一个实施例中，可使用听觉刺激。听觉刺激可以是在装置100中的计算机程序控制下的数字录音的声轨并且可例如经由扬声器105来呈现。在另一实施例中，可使用未聚焦的时间动态视觉刺激，从而最小化来自受检者的适应性响应。视觉刺激可通过使用例如由LED阵列106提供的有色LED来呈现。
视觉刺激可由有不同颜色的LED的布置构成。有色LED的布置优选具有600纳米以下的波长以避免近红外(NIR)LED刺激的污染，近红外LED刺激优选具有850纳米的中心波长并且用于捕捉瞳孔图像以进行眼部检查的目的。这一布置允许视觉刺激为引起注意的目的而呈现，但却不会在记录的图像中被看到。可见光LED刺激与NIR LED刺激无关并且不用在与确定屈光误差或注视方向关联的数据分析中。LED阵列106的最佳布置包括可见光LED 106a,可见光LED 106a定位在NIR LED 106b之间并且与NIR LED 106b共面。可见光LED 106a发射的光可经过全息散射器108，从而产生散射刺激，并且被分束器110朝向受检者反射。
如同听觉刺激一样，可见光LED 106a也可在装置100中的计算机程序控制下。更具体地，诸如与可见光LED 106a关联的强度、持续时间、图案和周期的控制参数可在计算机程序控制下。关于强度，可见光LED 106a必须调节到足够明亮以吸引受检者的方向，而同时明亮度受到限制以避免刺激瞳孔收缩。可见光LED 106a在关闭之前被打开的时间的持续以微秒来测量并且可基于受检者感知的可见光LED 106a的明亮度来调节。可按照显现为三个同心环的图案来布置可见光LED 106a。在这一布置中，三个同心环会对受检者显现为在装置100的图像捕捉部件104中居中。同心环中的每个可由在随机图案中间隔开的多于一个LED颜色构成。多个图案组合可以随机顺序呈现给受检者。还可调节在对图案做出改变之前收集的数据帧的数量。
与可见光LED 106a关联的控制参数的根本目标是向受检者呈现散射的、随机的并且快速变化的可见光图案。此类图案意图减少并且在一些情形中可抑制在焦距处受检者眼睛的适应，所述焦距优选设置为离装置100的图像捕捉部件104一(1)米处。焦距可通过使用装置100的测距仪112来确定。如果受检者的眼睛能够完全适应呈现在1米距离处的刺激，则它们将对装置100显现为正视眼（即，不需要光学校正）。本文描述的实现的优点在于与其它实现不同，减少远视者对装置100的图像捕捉部件104的1米距离的适应，从而使对于这些受检者的屈光误差确定更准确。
视觉刺激的呈现不需要限于LED阵列106中布置的可见光LED 106a的使用。在备选实施例中，视觉刺激可由与装置100无关的外部辐照源、耦合到并且在装置100的计算机程序控制下的外部源或它们其它合适的组合来提供。不管所采用的引起注意的机制，优选在整个眼部检查中连续呈现引起注意的刺激。
NIR LED刺激
NIR LED刺激优选具有850纳米的中心波长并且为了捕捉瞳孔的图像用于进行眼部检查而指向受检者。在一个实施例中，参考图2A和2B，LED阵列106可由围绕中心NIR LED 25以六角形配置来布置的五十三(53)个NIR LED 106b构成，定位中心NIR LED 25使得其与耦合到装置100的图像捕捉部件104的透镜部件102的光轴对准。在光从NIR LED 106b发射时，其反射离开分束器110并且在朝向受检者的眼睛200的方向202a上传送。装置100中分束器110的使用允许从NIR LED 106b发射的光沿着光轴指向而不会使透镜部件102不分明。在备选实施例中，预想可见光LED的布置还可用来代替NIR LED 106b用于进行眼部检查。
LED阵列106中的NIR LED 106b的布置允许可呈现给受检者的眼睛200的照射图案的灵活性。使用在LED阵列106中布置的NIR LED 106b，三种类型的照射是可用的。照射类型可包括：来自中心NIR LED 25的轴上(on-axis)（同轴的）照射；来自在与透镜部件102关联的限制孔径空间204内布置的NIR LED 106b（中心NIR LED 25除外）中任何一个的离轴(off-axis)（离心）照射；以及来自在限制孔径空间204外面布置的NIR LED 106b中任何一个的离轴（离心）照射。NIR LED 106b可根据它们与中心光轴离心（在中心NIR LED 25处为零）以及它们在垂直于光轴的平面内的角度来表征。例如，参考图2B中所示的LED 阵列106，NIR LED 31是在限制孔径空间204内布置的LED。NIR LED 31标识为具有离开与中心NIR LED 25对准的光轴6.35 mm的离心距离，具有与水平轴的60°角度。
对于任何给定屈光误差的眼睛的眼部响应将取决于选择的照射图案。例如，较小离心的LED对于小屈光误差提供更好的分辨率，而较大离心的LED扩展能被检测的屈光误差的范围。如本文所述，通过比较在不同照射图案下受检者的眼睛的响应，可解决传统光反射照相中通常与屈光误差确定关联的不确定性。
通过结合孔径空间204内离心LED的使用，使眼部响应的更宽范围可用。此外，利用中心NIR LED 25的使用，还实现又一维度，其提供同轴光反射照相响应。与用于照射瞳孔的不同方法关联的反射的示范性比较在图3A和3B中示出。在图3A中，示出从仅偏心照射产生的月牙形反射。在图3B中，示出从与同轴（即，NIR LED 25）照射配对的离心照射（即，NIR LED 106b中之一）产生的反射。如能从图3A和3B的比较中看到的，在同轴照射连同离心照射一起使用的后者方法中，所描绘的瞳孔的边界更可分辨。这两个照射信号是加性的，从而产生具有可易于检测的瞳孔边界的良好照射的瞳孔。
在本文描述的照射布置中，呈现给受检者的所有刺激包括与离心NIR LED 106b中任何一个组合的同轴中心NIR LED 25，其中离心NIR LED 106b以离开位于限制孔径空间204的内部和外部的中心光轴变化的离心距离来选择。除了使用配对的刺激之外，本文描述的照射布置还向受检者呈现仅包括同轴中心NIR LED 25的刺激。在所有刺激照射布置中使用中心NIR LED 25确保瞳孔总是得到充分照射，从而允许对其进行可靠地获取和测量。与光反射照相的其它已知实现不同，使用LED 阵列106中的LED辐照源来提供与同轴照射配对的离心照射，不会导致具有月牙形的反射，从而允许从确定屈光误差的过程中除去月牙形几何形状。
在为进行眼部检查而照射瞳孔时，需要选择特定刺激以确保良好的瞳孔图像和屈光误差的准确确定。此外，所选择的特定刺激必须用来允许眼睛的屈光本领的非对称性（散光或柱屈光误差）的确定。前述标准通过使用离心和同轴LED配对来满足，其中选择的用作刺激的照射图案不但取决于NIR LED 106b离开透镜部件102的中心光轴的距离，而且还取决于它们相对于受检者柱轴的轴的方位。
使用图4A中所示的三个主要轴共轭子午线，在图4B-4D的图表中示出离心配对。本文对轴线做出的参考是LED阵列106的平面中从中心NIR LED 25向外延伸的线的角度。本文提及的共轭线（也称为“共辅（explementary）”）是在LED阵列106平面中通过对相对于轴线的角度加或减180°来定义的线的角度。因此，例如120°轴线的共轭线是300°。如图4A中所示，包括定义轴线和其共轭线的两条线的延伸线被共同称为子午线并且在本文中由相对于轴线的角度来标识，所述角度小于或等于180°。因此，例如120°轴线和其300°共轭线的组合被标识为120°子午线。
使用沿着图4A中所示的三个主要轴共轭子午线的离心配对来执行图像数据收集的开始。可在沿着轴线延伸的三个离心位置或沿着选择的子午线的对应共轭线延伸的三个离心位置选择配对的刺激。对于0°子午线的离心配对在图4B的图表中示出。在0°子午线中，中心NIR LED 25与在沿着0°子午线的6.35mm、12.70mm和19.05mm的离心位置的NIR LED 106b配对。由于对于0°子午线在轴线和其对应共轭线两者上执行离心配对，所以对于0°子午线提供总共六个不同离心配对。例如，如图4B的图表中所示，在0°子午线中沿着轴线的6.35mm的离心位置利用由中心NIR LED 25和离心NIR LED 32构成的配对刺激，而在其对应共轭线中的相同离心位置由中心NIR LED 25和离心NIR LED 18构成。
由于对于60°和120°子午线也重复离心配对，如图4C和4D的图表中分别示出的，所以对于那些子午线中的每个也获得六个不同离心。例如，如图4C的图表中所示，在60°子午线中沿着轴线的6.35mm的离心位置利用由中心NIR LED 25和离心NIR LED 31构成的配对刺激，而在其对应共轭线中的相同离心位置由中心NIR LED 25和离心NIR LED 26构成。类似地，如图4D的图表中所示，在120°子午线中沿着轴线的6.35mm的离心位置利用由中心NIR LED 25和离心NIR LED 24构成的配对刺激，而在其对应共轭线中的相同离心位置由中心NIR LED 25和离心NIR LED 33构成。总起来说，通过在三个主要轴共轭子午线中的离心配对的使用，可获得总体十八(18)个眼部响应（对于0°、60°和120°子午线中的每个，有六个离心配对）。
除了在三个主要轴共轭子午线中的离心刺激之外，还可利用在LED阵列106的远角的离心刺激。本文将定义与这些离心刺激关联的轴和对应共轭线的角度称为辅助(supplementary)子午线。辅助子午线中刺激的离心配对可用来消除在三个主要轴共轭子午线中获得的眼部反射的解释的不确定。如图5A中所示，沿着36.59°-216.59°和143.41°-323.41°定义辅助子午线并且在本文将其分别称为36.59°和143.41°子午线。
如在三个主要子午线中一样，辅助子午线中的配对刺激通过对于36.59°和143.41°子午线中每个沿着轴线和对应共轭线的离心位置来标识。对于36.59°和143.41°子午线的离心配对在图5B的图表中示出。在36.59°子午线中，中心NIR LED 25与在离开中心NIR LED 25 27.68mm的离心位置处的NIR LED 106b配对。由于在轴线和其对应共轭线两者上执行离心配对，所以对于36.59°子午线提供总共两个不同离心配对。例如，如图5B中所示，在36.59°子午线的轴线上27.68mm的离心位置利用由中心NIR LED 25和离心NIR LED 50构成的配对刺激，而其对应共轭线由中心NIR LED 25和离心NIR LED 7构成。对于143.41°子午线在轴线和其对应共轭线上执行类似的离心配对。辅助子午线中的刺激的离心配对提供对于由三个主要子午线提供的十八(18)个刺激的附加的四(4)个刺激，从而提供可用于确定受检者的屈光误差的总共二十二(22)个眼部响应。
除了使用三个主要子午线和两个辅助子午线中的配对刺激之外，还可利用单个同轴刺激以获得眼部响应。同轴刺激是中心NIR LED 25，如图6中所示的。这一刺激的目的在于确保没有与眼睛的反射率有关的问题并且确保由装置100提供的照射按照说明书发挥功能。利用三个主要子午线中的刺激的离心配对、两个辅助子午线中的刺激的离心配对以及单个同轴刺激，可捕捉总共二十三(23)个眼部响以应用于确定受检者的屈光误差。将这些23个刺激的呈现以及响应于每个刺激而捕捉的对应瞳孔图像的收集称为检查规程（examination protocol），本文将参考图8D的过程860进一步描述检查规程。
图像捕捉&瞳孔获取
数字图像特征检测和滤波被用于图像捕捉部件104捕捉的图像中的瞳孔获取。数字图像特征检测和滤波的实现可取决于图像捕捉部件104的传感器分辨率、受检者的瞳孔离开图像捕捉部件104的距离以及由耦合到图像捕捉部件104的透镜部件102的光学特性确定的视场。基本的生理学常数（例如，平均瞳孔大小）也可与可接受的瞳孔直径最大值和最小值一起进入滤波过程。
装置100与受检者之间的示范性距离关系在图7A中示出，其中选择并调整透镜部件102以在离开受检者的眼睛200的焦距处具有最佳聚焦。如果图像捕捉部件104的传感器分辨率、视场和屈光误差的校准均相应调整，则可在不影响图像捕捉过程的情况下改变装置100与受检者的眼睛200之间的焦距。如图7A中所示，从LED阵列106发射的光受到反射并且在沿着朝向受检者的眼睛200的光轴的方向202a上传送。反射回来并且离开受检者的眼睛200的光在方向202b上返回并且在装置100的图像捕捉部件104处被接收。
使用一(1)米作为装置100与受检者的眼睛200之间的焦距，可将图像捕捉部件104的传感器分辨率设置为752（水平）乘480（垂直）像素，如图7B中所示的。在距离为1米时，给定选择的透镜部件102，图像捕捉部件104可提供120mm（水平）乘76.6mm（垂直）的视场。利用这些测量，可确立转换因子为6.267像素/mm。确立的转换因子可用作制定数字滤波所需要的参数的校准常数。应该注意，这仅是示范性实施例，并且预想备选实施例，其中使用不同的透镜或传感器或调整焦距，但是本发明的工作原理保持相同。
图8A示出提供由装置100中计算机程序控制下的处理逻辑执行的图像数据获取和分析过程800的总体概览的流程图。过程800可在步骤802的LED阵列106的激活并且向受检者呈现引起注意的刺激后开始。在过程800中沿着两个独立的路径处理响应于呈现给受检者的视觉刺激而捕捉的图像，第一路径提供操作员显示图像而第二路径提供用于所捕捉图像的分析的临床上相关信息。
在提供显示图像时，在图像捕捉部件104接收的一份原始数据可以是对比度增强的并且被变换成标准显示格式以用于向装置100的操作员呈现和反馈。例如，显示图像可呈现在装置100的操作员显示屏114上。在操作员显示屏114上提供的图像可例如叠加有如下信息：比如受检者离开装置100的距离、聚焦的质量、检查的进展、其它操作员相关的信息、或它们的组合。
过程800中存在与意图提供临床上相关信息的路径关联的三个不同阶段。更具体地，装置100中计算机程序控制下的处理逻辑可在步骤804、806和808分别执行校准阶段、聚焦阶段和检查规程以获取用于屈光误差分析的瞳孔图像数据。在步骤814，可使在这些阶段的每个获取的原始图像数据可用于在装置100的操作员显示屏114上向操作员显示。
来自瞳孔的反射的强度能主要由于屈光误差和瞳孔大小而在受检者中变化很大。由于图像捕捉部件104中的传感器的动态范围是有限的，所以必须找出最佳曝光时间以确保受检者的反射是可检测的并且不会饱和。为了完成这一点，提供使用一系列曝光时间（例如，6、12和18毫秒）的校准过程820，在给定选择的透镜、传感器和LED照射的情况下，可选择曝光时间以尝试经验得出的可使用曝光时间的范围。在步骤804可执行校准过程820以实现过程800的校准阶段。参考图8B中所示的流程图来描述包括校准过程820的步骤。
参考图8B，校准过程820可通过在步骤822选择和设置适合于校准阶段的LED图案来开始。在优选实施例中，可照射NIR LED 18、25和32以便与能由任何离心配对刺激传递的相比提供更多光。这确保在选择的离心配对刺激被传递时，适当校准的曝光时间将不会使传感器饱和。在设置LED图案之后，在步骤824可选择和设置曝光时间用于测试。使用选择的曝光时间，在步骤826可获取捕捉的图像，而在步骤828可做出是否在捕捉的图像中检测到瞳孔的确定。如果在捕捉的图像中没有检测到瞳孔，则过程820可返回到步骤824选择和设置不同的曝光时间。使用新选择的曝光时间，在步骤826再次获取捕捉的图像，并且在步骤828可做出是否在捕捉的图像中检测到瞳孔的确定。如果检测到瞳孔，则进一步测试选择的曝光时间的可行性，这通过在步骤830进行第二确定以评估瞳孔是否通过预先确定的接受标准。
在步骤830可将多种接受标准用于第二确定以评估在确定最佳曝光时间中供使用的所检测的瞳孔图像的适用性。这些包括但不限于执行校准所必需的瞳孔的合适存在、具有在1.5至10 mm之间的可测量直径范围的可接受瞳孔大小、可接受的在瞳孔中心之间的瞳孔间距离、离开装置100的可接受的检查距离、可接受的瞳孔饱和水平，或它们的组合。
如果在步骤830做出检测的瞳孔未能满足一个或多个预定义的接受标准的确定，则过程820可再次返回到步骤824选择和设置另一曝光时间用于测试。可重复过程820以查明哪一曝光时间提供最佳结果，即在没有饱和情况下检测到瞳孔。饱和可定义为瞳孔中的像素大于10%具有大于与图像捕捉部件104中传感器关联的最大值的98%的强度值。在检测到期望的瞳孔图像时，在步骤832可计算最佳曝光时间。
最佳传感器曝光时间可设置为全部传感器范围的75%。一旦找到瞳孔，就测量中心的25×11像素带(pixel strip)的明亮度。明亮度测量取为该带中的平均瞳孔强度。给定平均强度值，最佳曝光时间计算为如下：
当在检查中包括两个瞳孔时，具有最明亮的平均强度值的瞳孔可用于计算。
在已经计算最佳曝光时间之后，可在步骤806执行聚焦过程840以实现过程800的聚焦阶段。瞳孔图像的良好聚焦对于准确捕捉瞳孔图像是必需的。特别地，如果来自角膜表面的闪光(glint)没有得到良好聚焦，则其位置不能被准确查明并且注视方向可能不是可测量的。另外，如果闪光图像非常发散并且与反射显著重叠，则这将很可能导致屈光误差的很差估计。参考图8C中所示的流程图来描述包括过程840的步骤。
类似于过程820中描述的校准阶段，过程840中的聚焦阶段评估捕捉的图像的适用性。参考图8C，聚焦过程840通过在步骤842选择和设置适于聚焦阶段的LED图案来开始。在优选实施例中，可照射NIR LED 18、25和32以便确保足够的反射光通过瞳孔返回。在设置LED图案之后，可在步骤844获取捕捉的图像并且在步骤846做出是否在捕捉的图像中检测到瞳孔的确定。如果在捕捉的图像中没有检测到瞳孔，则过程840可回到过程820以重新开始校准阶段。如果检测到瞳孔，则瞳孔图像然后可在步骤848和850经受补充确定以评估瞳孔是否分别通过接受标准的第一集合和第二集合。
过程840中利用的接受标准的第一集合可类似于过程820中利用的接受标准，即瞳孔的合适存在、可接受的瞳孔大小和可接受的瞳孔间距离。如果在步骤848做出检测的瞳孔未能满足接受标准的第一集合，则过程840可再次回到过程820以重新开始校准阶段。如果检测的瞳孔满足接受标准的第一集合，则在步骤850可对于接受标准的第二集合来测试检测的瞳孔。接受标准的第二集合用来评估闪光和注视方向。如果在步骤850做出瞳孔图像没有产生闪光的存在或可接受的注视方向的确定，则过程840可在步骤842获取新捕捉的图像。
如果在步骤850确定断定满足接受标准的第二集合，则校准和聚焦阶段完成并且过程800则可在步骤808继续进行执行检查规程过程860。在过程860中，和分别与过程820和过程840关联的校准和聚焦阶段相比，用于确定图像适用性的标准更严格。除了标准图像测量之外，还可执行一些图像测量的改变以降低图像中污点的可能性。优选在当前图像与参考图像之间执行图像测量的改变，所述参考图像通常是在当前图像之前的图像。参考图8D中所示的流程图来描述包括检查规程过程860的步骤。
参考图8D，检查规程过程860通过在步骤862选择和设置23个刺激LED图案中之一来开始。使用选择的LED图案，在步骤864获取对应捕捉的图像。在获取捕捉的图像后，在步骤866做出初始确定以再次验证已经在捕捉的图像中检测到瞳孔。如果在捕捉的图像中没有检测到瞳孔，则过程860可回到过程820以重新开始校准阶段。如果检测到瞳孔，则在步骤868瞳孔图像然后经受第二确定以评估检测的瞳孔是否通过接受标准，如之前在用于确定聚焦的过程840中描述的。与过程840一样，如果在过程860中确定不符合一个或多个接受标准，则过程860可回到过程820的校准阶段。
在优选实施例中，取决于检测的标准失效，过程860可确定是否必需返回过程820的校准阶段或仅过程840的聚焦阶段。导致返回过程820的校准阶段的标准失效可包括但不限于当前图像中不存在瞳孔、当前或参考图像中不可接受的瞳孔大小、当前与参考图像之间瞳孔大小不可接受的改变、当前图像中不可接受的瞳孔间距离、当前与参考图像之间瞳孔间距离不可接受的改变、或当前或参考图像中不可接受的注视方向。导致仅返回过程840的聚焦阶段的标准失效可包括但不限于参考图像中不存在瞳孔、当前与参考图像之间瞳孔位置的不可接受的改变、参考图像中不可接受的瞳孔间距离、当前或参考图像中不可接受的闪光位置、当前与参考图像之间闪光位置的不可接受的改变、或当前与参考图像之间注视方向的不可接受的改变。
当在步骤868与确定关联的标准得到满足时，在步骤870可存储获取的图像以在屈光误差分析中使用。在步骤870存储获取的图像之后，在步骤872可做出附加的确定以标识与23个刺激LED图案中任何关联的图像是否尚待被捕捉。可重复过程860直到23个刺激LED图案中每个以及对于每个刺激LED图案的对应获取的图像满足接受标准并被存储为止。一旦获取并且存储23个图像的全部，过程800则可在步骤812为进行屈光误差和注视分析而继续进行执行与保存的图像中的每个图像关联的眼部响应的分析。
瞳孔图像的获取在整个眼部检查中发生，直到成功捕捉与检查规程阶段（即，23个刺激的呈现和对应眼部响应的收集）关联的所有图像为止。因此，必须采用用于检测瞳孔的可靠方法。参考图9中所示的流程图来描述装置100采用的方法，图9描绘高度可靠的瞳孔获取过程900。
瞳孔获取过程900可由两个基本操作组成，所述两个基本操作是全帧操作（步骤902-908）和瞳孔候选操作（步骤910-918）。为了开始瞳孔获取过程900，在向受检者呈现近红外刺激后由图像捕捉部件104在步骤902捕捉高分辨率图像。如之前描述的，图像捕捉部件104可以如图7B中所示设置为752（水平）乘480（垂直）像素来提供高分辨率图像捕捉。在获取高分辨率图像捕捉后，在步骤904可对图像进行分样（decimate）或二次采样以减少对于瞳孔候选的初步隔离(isolation)的计算时间。例如，在对高分辨率图像进行分样中，可将每四个像素复制成二次采样的阵列，从而提供高分辨率图像的1/16（即188×120像素）的图像。
一旦已经分样高分辨率图像，在步骤906可通过使用配置成增强很可能位于瞳孔内的像素的双通过程(two-pass procedure)来应用瞳孔滤波器(pupil filter)。每个行程可基于瞳孔-非瞳孔模板来应用最佳的内核，从而对于周围像素多好地符合模板进行扫描。通过考虑仅有限数量的对称间隔的周围像素而非可能点的全部矩阵，可对于速度最优化内核的应用。示范性优化的瞳孔滤波内核在图10中示出。
参考图10，标明有“×”参考标记的像素对应内核模板的中心像素，标明有“-”参考标记的像素被视为位于内核模板的瞳孔区域中的像素，而标明有“/”参考标记的像素被视为位于内核模板的非瞳孔区域内的像素。内核模板的剩余部分，即位于标明的瞳孔与非瞳孔区域之间的部分，既不被检查也不被使用，从而允许内核模板适应变化的瞳孔大小。图10中没有标记的所有其它像素类似地不被检查。
使用图10的瞳孔滤波内核模板，当在模板的标明的瞳孔区域中的像素具有高强度并且在模板的标明的非瞳孔区域中的像素具有低强度时，实现最大输出。最初，输出可以是平均瞳孔与平均非瞳孔像素强度之间的差。当非瞳孔强度值类似于背景（平均图像强度）并且当内和外非瞳孔像素环的差异增加时，可进一步减少输出。
在瞳孔滤波内核的应用之后，在步骤908可将得到的增强的图像保存在瞳孔候选列表中。可使用组合的阈值和像素连通性过程来生成候选瞳孔图。可从滤波的输出来经验地确定阈值(Threshold)并且可计算阈值如下：
其中，平均背景值(mean background value)表示整个滤波的输出图像的平均像素强度，而其中最大输出值(max output value)表示滤波的输出图像中最高的强度。像素连通性可基于注入填充算法(flood fill algorithm)，其中给连通的像素分配候选标识符。在许多情形中，在每个候选图中将存在多个候选。
在完成全帧操作后，则做出到过程900的瞳孔候选操作的转变。在存储（在步骤908）在瞳孔候选列表中的每个图像上执行瞳孔候选操作。在步骤910，可检索瞳孔候选以开始瞳孔候选操作。对于检索的每个瞳孔候选，提供包含瞳孔候选的边界矩形。定义边界矩形的边的尺寸可通过瞳孔候选的最左和最右像素列数以及瞳孔候选的最上和最下像素行来确定。立即拒绝边界矩形的宽或高由少于两(2)个像素构成的瞳孔候选。如果保留瞳孔候选，可调整边界矩形的中心以匹配瞳孔候选的对应高分辨率图像中的等同位置，从而生成最初的边界正方形（65×65像素）用于在步骤912标识高分辨率图像中感兴趣的区域(ROI)。从此处向前的所有操作将在ROI子图像的高分辨率版本上被执行。
在步骤914，可二值化(binarize)瞳孔候选的ROI以标识瞳孔边缘像素。包括如图11A中所示的像素强度法和拟梯度法的对偶法方法可用来二值化ROI，每种方法产生瞳孔边缘像素的二值图。参考图11B中所示的流程图来描述对偶法方法，图11B提供采用像素强度法和拟梯度法两者的瞳孔边缘标识过程1100。过程1100通过在步骤1102获得对于选择的瞳孔候选的ROI来开始。在获得瞳孔候选的ROI后，可应用过程1100的像素强度和拟梯度法两者。
在过程1100的像素强度法中，通过二值化来完成标识瞳孔候选的ROI内的瞳孔像素。在步骤1104，瞳孔候选的ROI经受二值化以帮助在ROI内区分瞳孔像素与非瞳孔像素。阈值在二值化期间被使用并且可从ROI的强度（即，明亮度）直方图(histogram)中确定。在ROI中，瞳孔边界强度将与非瞳孔像素混合，并且非瞳孔像素将比瞳孔像素暗。在直方图的低强度部分的非瞳孔像素的计数将比瞳孔像素的计数高，如图11C的强度直方图中所示的。
为了隔离瞳孔点分布，可首先找出具有在直方图的最低大约40%的像素计数的分布中的最高点的强度并将其记录为对于瞳孔附近区域的中位强度（背景）。此后，在低于中位值的强度的瞳孔点的分布可被检查，以及在中位值的上侧的对称部分假定为建立仅与非瞳孔点关联的分布。然后可将非瞳孔点的分布从总分布中减去以仅隔离瞳孔点分布。将由相减产生的任何负像素计数设置为零像素计数，由于所有强度等于或小于中位。得到的直方图将是ROI内的瞳孔中强度的保守估计。
使用得到的直方图，计算平均瞳孔强度值并且阈值可设置为在非瞳孔中位强度值与平均瞳孔强度值之间的中点值。该阈值用来生成ROI的二值图像，其中在阈值以下的瞳孔强度值设置为零而大于或等于阈值的瞳孔强度值设置为1。然后在步骤1105，通过搜索生成的二值图像中的所有行和列、从指定的中心点(cx, cy)向外进行直到找出非瞳孔（零值）像素来检测瞳孔边缘。在扫描每个行/列时，如果瞳孔像素在下一行/列中没有邻近瞳孔像素（非零值），则假定找到瞳孔的边缘并且终止在该方向上的扫描。
在使用像素强度法生成边缘点的二值图之后，采用过程1100的拟梯度法以生成对于瞳孔候选的边缘点的第二二值图。在拟梯度法中，使用通过在步骤1106计算在每个像素的拟梯度而得出的遍及图像的强度的变化率来检测瞳孔边缘像素。参考图11D中所示的像素网格，在像素的拟梯度计算为如下：
拟梯度计算与按如下计算的标准梯度计算一样有效：
然而，使用拟梯度计算消除对于在每个像素计算上代价高的平方根计算的需要。
在计算在每个像素的拟梯度之后，得到的图像在步骤1107经受使用阈值的二值化。此处，为二值化目的的阈值的确定取决于由瞳孔强度方法，具体而言由在像素强度法的应用中找出的边缘像素的数量产生的结果。由像素强度法产生的边缘像素的数量可缩放(scale)为四(4)倍（经验上选择的值），并且假定为能通过使用拟梯度法找出的边缘像素的最大数量。缩放是必需的，由于由拟梯度法产生的瞳孔边缘将不是干净的一像素厚边缘，如图11E中所示的。给定该边缘像素的最大数量，然后可在整个拟梯度直方图上自上而下进行搜索直到已经累积边缘像素的最大数量为止。在这发生时的像素强度可取为二值化拟梯度图像的目的的阈值。
可在步骤1108组合由像素强度和拟梯度两种方法产生的二值图以生成公共瞳孔边缘像素的图。然而在步骤1110，可使用用来标识不期望像素元素的预定义标准的集合来将滤波器应用到图。在步骤1112，可执行第一确定以标识隔离的边缘像素是否存在。隔离的边缘像素可以是不与任何其它边缘像素连通的像素或其可以是在其行/列中没有与另一边缘像素配对的像素。在步骤1114，可执行第二确定以标识内部边缘像素是否存在。内部边缘像素可以是在其行/列中位于两个其它像素之间的像素（例如，在行或列中有3个像素）。如果做出隔离的或内部边缘像素存在的确定，则它们在步骤1116被移除并且在步骤1118生成最终瞳孔边缘像素。
在标识最终图之后，可在步骤916存储对应瞳孔边缘像素，并且在步骤918使用最小二乘法来应用最佳拟合圆。使用最终瞳孔边缘像素，最佳拟合圆的应用标识瞳孔位置和大小。基于最佳拟合圆的参数，多种标准可用来评估和拒绝不期望的瞳孔候选。例如在如下情况下可拒绝瞳孔候选：如果瞳孔中心确定为位于候选的边界正方形外面，如果瞳孔直径确定为小于2 mm或大于10 mm，如果12.5%的滤波的边缘点距离圆周多于1/3 mm，如果50%的未滤波边缘点距离圆周多于1/3 mm，选择它们的组合或用于确定瞳孔候选的适用性以进行屈光误差分析的任何其它可应用标准。
一旦瞳孔候选已经经受瞳孔候选操作，在过程900的步骤920做出是否任何瞳孔候选剩余的确定。如果是，瞳孔候选操作返回起始并且在步骤910检索用于二值化和最佳拟合圆应用的下一个瞳孔候选。一旦瞳孔候选的全部都已经经受瞳孔候选操作，就可由在装置100中计算机程序控制下的处理逻辑来执行屈光误差分析过程1200。
屈光误差分析
屈光误差定义为能提供良好视力的光学校正。在眼科学和验光法中，几乎普遍使用如下三个值来描述光学校正：球镜度(sph)、对于圆柱的柱镜度(cyl)和方位(轴)。给定眼睛总体的屈光状态，球、圆柱和方位能用来计算沿着眼睛的任何子午线的屈光误差。在光反射照相眼部***筛查装置100中，采用逆向(reverse)的方法，其中给定沿着眼睛的0°、60°、120°子午线的屈光误差，能组合这些子午线的屈光误差以确定眼睛的总体屈光状态。该计算由两阶段过程组成，其中如下确定中间变量A、B和D：
利用A、B和D的值，使用如下来确定总体屈光误差：
一旦已经计算轴，可添加头倾斜(head-tilt)转动角来产生最终屈光误差。
瞳孔中由来自眼睛响应于NIR LED刺激的视网膜反射或反射引起的光的图案取决于眼睛的屈光状态。在LED 阵列106中布置的NIR LED 106b的应用中，影响反射的因素包括NIR LED 106b的角度位置（即，子午线）和NIR LED 106b到图像捕捉部件104的中心光轴的垂直距离（即，离心）。对于给定的离心，分析捕捉的图像帧以确定来自照射的图案的反射，所述照射的图案沿着0°、60°、120°轴线以及分别沿着它们对应的180°、240°和300°共轭线来提供。然后可组合来自轴和沿着相同子午线的共轭线的两个图像帧的结果以确定沿着该子午线的屈光本领。
参考图12中所示的流程图来描述用于确定沿着子午线的屈光本领的过程1200。过程1200可通过在步骤1202从轴和对应的共轭图像中的瞳孔区域移除角膜闪光来开始。通常也被称为第一Perkinje图像或Hirschberg反射的闪光是来自角膜的外表面的NIR LED的明亮镜面反射。由于角膜的弯曲，该反射在良好聚焦的图像中具有小的空间域。为了准确进行屈光误差确定，闪光必须从瞳孔反射中移除。然而，保留闪光相对于瞳孔中心的位置用于注视固定轴的计算。
如果固定轴（也被称为视线）沿着通过瞳孔中心和角膜中心（即光轴）的轴，则闪光将在瞳孔中心显现。如果固定轴偏离光轴，则闪光将显现为离心。人们能通过表述为眼睛按每毫米离心转动大约11.5°（在文献中数字可不同）的简单关系来良好近似地计算固定轴。由于眼睛的解剖结构，非常确实的是在正常注视位置，固定轴不是沿着光轴，而是大约在水平上偏离2°至5°以及在垂直上1°至2°。
在确定固定轴时，注视改变的时机、固定的持续时间以及注视指向的对象的序列选择不是感兴趣的。监测注视方向的唯一目的是保证受检者正在看可见光的引起注意的刺激（即，注视方向朝向光反射照相眼部筛查装置100的图像捕捉部件104）并且是检测一个或两个眼睛的固定轴的异常，这可指示眼睛对准问题（例如，斜视）。其中注视方向不指向图像捕捉部件104（例如，注视指向装置操作员的脸）的任何捕捉的图像帧被拒绝并且不被进一步考虑。在规定的容限并允许异常的情况下，所有测量取决于获取证明注视方向朝向图像捕捉部件104的瞳孔图像。
为了确定闪光的位置，可从瞳孔中心附近提取65×65像素正方形。低通滤波器可应用到该子图像，其中然后可将滤波的子图像从原始子图像中减去。由这两个图像的相减产生的最大差的位置取为闪光的中心。一旦标识闪光的中心，然后就可计算围绕闪光中心的像素的新的强度值。9×9围绕像素区域1302可在闪光像素区域1304上居中，如图13中所示的。可使用用于闪光插值的围绕区域1304的区域1302中的每个像素的加权平均来计算新的强度值。对于区域1302中的每个像素的权重可基于像素离开正被***的像素的距离。
在移除角膜闪光（在步骤1202）之后，在步骤1204低通滤波器可应用到每个图像中的瞳孔区域以从反射数据中移除高频率噪声。一旦从图像中移除噪声，过程1200然后可在步骤1206继续进行执行瞳孔图像的转动以将刺激角度与水平子午线对准。例如，沿着60°子午线的轴线、包括中心NIR LED 25和NIR LED 36的刺激离心配对由LED阵列106来提供，如图14的图像(a)中所示的。在优选实施例中，可将由该刺激引起的瞳孔图像以瞳孔中心为中心反时针转动120°以沿着水平子午线产生感兴趣的子午线，如图14的图像(b)所示的。这要求在像素之间插值以创建对于所有轴具有相同像素间隔的转动的图像。一旦已经转动图像，可在步骤1208提取25×11像素的带用于进一步处理。如图14的图像(c)所示的加亮区1402指示可用于分析的25×11像素带。在响应于对于选择的子午线中相同离心的轴线和对应共轭线两者上提供的刺激的瞳孔图像上执行该转动和提取过程。
图像求比(ratioing)（除）是使用相同对象的两个图的特征增强技术并且可数学上表达为：
其中，(i, j)是输入和输出图像的像素坐标（即，逐像素除）。图像求比对于强调两个图像之间的差别同时抑制相似是有用的。与简单的图像相减不同，求比还对消对两个图像公共的任何倍增因子（例如，图像传感器增益、曝光时间和由小距离误差引起的放大倍率）。
独特的求比方法由在装置100中计算机程序控制下的处理逻辑来实现。在过程1200中，轴和对应的共轭图像用作输入图像，其中在步骤1210计算对于轴和对应共轭像素带的像素强度值的比率。过程1200中的瞳孔图像求比的示例在图15中示出，其中图像(a)和(b)分别是响应于沿着0°子午线以离开中心NIR LED 25 12.70 mm的离心（参看图4B）呈现的刺激而生成的轴和共轭输入图像。 如图15的图像(c)中所示，求比的结果可以是增强的对比度。所得到的求比（如图15的图像(c)中所示）的伪色(pseudo-color)表示（如图15的图像(d)中所示）也可被提供，其中内部的矩形1502表示在屈光误差分析中使用的25×11像素带。
如图16A中所示，只有从瞳孔中心转动和提取的25×11像素带对经受求比。在步骤1212分析所得到的25×11比率像素带以生成与屈光误差相关的测量。在步骤1212的分析可利用包括剖面斜率相关(profile slope correlate)和主成分分析(principal component analysis：PCA)系数相关的两个屈光误差相关中的一个。
在生成剖面斜率相关时，如图16B中所示，可对比率像素带的十一 (11) 个扫描线进行平均以产生具有25像素元素的单个剖面矢量。计算剖面矢量的斜率，其中y值是剖面值而x值范围从-12至12（25像素）。在生成PCA系数相关时，在其计算时使用三(3)个矢量，包括图像数据矢量、PCA成分矢量和PCA平均矢量。PCA成分和平均矢量均可以是预先确定和硬编码的或者从装置100中计算机程序控制下的处理逻辑可访问的一个或多个存储的数据文件中可载入的。在PCA系数相关中，为了易于计算，数据的二维像素带转换成一维矢量。如图16C中所示，将图像数据网格变换成矢量创建275像素长的矢量，其中第一个25像素由数据的第一行确定，下一个25像素由数据的第二行确定，诸如此类直到比率像素带的全部十一个扫描线都并入矢量中为止。
为了计算PCA系数，首先如下将PCA平均值因子从图像数据矢量中减去：
在获得差之后，计算中间和（intermediate sum），如下：
已经计算了中间和，如下计算系数：
将相关测量转换为刺激子午线角度中的屈光误差r(θ)可通过与一组离心校准曲线比较来执行。总共有四(4)条曲线D1至D4，每条对于每个唯一的离心。与每个刺激子午线关联的离心在图17A中示出，而对于四个离心的每个的样本校准曲线在图17B中示出。可以-8与+8屈光度之间的1/16 屈光度步长来定义校准曲线，从而导致对于每条曲线的257个元素。可在该屈光度范围上计算总误差曲线如下：
其中是总误差值；、和是沿着三个主要刺激子午线θ中之一分别在离心D1、D2和D3的相关值；是沿着36.59°和143.41°刺激子午线在离心D4的相关值的平均；、和是分别对于离心D1、D2和D3的校准曲线的元素；而是对于离心D4的校准曲线的元素。简单的总校准误差曲线在图17C中示出。为了确定屈光误差，在步骤1214，在总曲线中找出最小误差值并且选择其关联的屈光误差。
尽管前述详细描述示出本发明的原理实施例，但将领会的是本领域的技术人员能在不脱离本文描述的发明的精神和范围的情况下做出各种修改。本发明能由除了描述的实施例之外的实施例来实践，所描述的实施例为了例示的目的而非作为限制来呈现，本发明仅由随附权利要求限制。

Claims (49)

1.一种光反射照相眼部筛查装置，包括：
耦合到透镜部件的图像捕捉部件；
照明阵列，所述照明阵列包括第一类型的多个辐照源和第二类型的多个辐照源；以及
分束器，引导从所述第一类型的所述多个辐照源和所述第二类型的所述多个辐照源发射的光。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述照明阵列的中心位置与所述图像捕捉部件的光轴对准。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一类型的所述多个辐照源发射可见光谱的光。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一类型的所述多个辐照源由在600纳米以下的波长的具有不同颜色的发光二极管构成。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述第一类型的所述多个辐照源在三个同心环中布置，每个环包含多于一个发光二极管颜色。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述第二类型的所述多个辐照源发射近红外光谱的光。
7.如权利要求5所述的装置，其中，所述第二类型的所述多个辐照源由中心波长为850纳米的发光二极管构成。
8.如权利要求1所述的装置，其中，所述第一类型的所述多个辐照源定位在所述第二类型的所述多个照射源之间。
9.如权利要求1所述的装置，还包括接近所述照明阵列而定位的散射器。
10.一种照射眼睛以评估眼部响应的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
呈现来自第一辐照源的同轴照射，所述第一辐照源配备在照明阵列的中心位置；
呈现来自所述照明阵列中的第二辐照源的离心照射；
在所述眼睛的方向上发射所述同轴照射和所述离心照射；以及
响应于所述同轴照射和所述离心照射，在图像捕捉部件接收通过所述眼睛的瞳孔返回的光。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述照明阵列由多个辐照源构成。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述多个辐照源是发光二极管。
13.如权利要求11所述的方法，其中，所述多个辐照源发射近红外谱的光。
14.如权利要求10所述的方法，其中，将所述第二辐照源定位在所述照明阵列中以便在耦合到所述图像捕捉部件的透镜部件的限制孔径内呈现所述离心照射。
15.如权利要求10所述的方法，其中，将所述第二辐照源定位在所述照明阵列中以便在耦合到所述图像捕捉部件的透镜部件的限制孔径外呈现所述离心照射。
16.如权利要求10所述的方法，其中，将所述同轴照射和所述离心照射在三个主要轴共轭子午线的一个中配对。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述三个主要轴共轭子午线位于0°子午线、60°子午线和120°子午线。
18.如权利要求17所述的方法，其中，所述0°子午线包括0°的轴角度和180°的对应共轭角度，其中所述60°子午线包括60°的轴角度和240°的对应共轭角度，以及其中所述120°子午线包括120°的轴角度和300°的对应共轭角度。
19.如权利要求10所述的方法，其中，将所述同轴照射和所述离心照射在两个辅助轴共轭子午线的一个中配对。
20.如权利要求19所述的方法，其中，所述两个辅助轴共轭子午线位于36.59°子午线和143.41°子午线。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述36.59°子午线包括36.59°的轴角度和216.59°的对应共轭角度，以及其中所述143.41°子午线包括143.41°的轴角度和323.41°的对应共轭角度。
22.一种获取瞳孔的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
接收图像捕捉部件捕捉的全帧图像；
将所述全帧图像分样；
将瞳孔滤波器应用到所述分样的图像以标识瞳孔像素；
从经所述滤波的分样的图像中获取瞳孔候选；
在所述全帧图像中标识所述瞳孔候选的对应感兴趣的区域；
二值化所述感兴趣的区域以标识表示瞳孔边缘的像素；以及
将最佳拟合圆应用到表示瞳孔边缘的所述像素。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述分样的图像相比于所述全帧图像面积更小。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述分样的图像是所述全帧图像的面积的1/16。
25.如权利要求22所述的方法，其中，将所述瞳孔滤波器应用到所述分样的图像以帮助确定瞳孔和非瞳孔区域。
26.如权利要求25所述的方法，其中，通过考虑所述分样的图像中对称地间隔的周围像素的有限数量来对于速度优化所述瞳孔滤波器。
27.如权利要求22所述的方法，其中，通过所述瞳孔候选的最左边列、最右边列、最上面行和最下面行来定义边界矩形。
28.如权利要求27所述的方法，其中，如果所述边界矩形包括大小小于两个像素的宽度尺寸或高度尺寸，则拒绝所述瞳孔候选。
29.如权利要求27所述的方法，其中，调整所述边界矩形的中心以匹配所述全帧图像中的等同位置以确立所述感兴趣的区域。
30.如权利要求22所述的方法，其中，二值化所述感兴趣的区域还包括组合由所述全帧图像中的所述感兴趣的区域上进行的第一边缘检测方法和第二边缘检测方法所产生的结果。
31.如权利要求30所述的方法，其中，所述第一边缘检测方法采用强度直方图来标识所述感兴趣的区域中的明亮度和暗度强度级。
32.如权利要求30所述的方法，其中，所述第二边缘检测方法采用使用邻近像素以标识遍及所述感兴趣的区域的明亮度和暗度强度级的变化率的拟梯度计算。
33.如权利要求30所述的方法，其中，组合所述第一边缘检测方法和所述第二边缘检测方法仅保留在由所述方法两者产生的结果中公共的边缘像素。
34.如权利要求22所述的方法，其中，使用最小二乘计算来计算所述最佳拟合圆。
35.一种采用用于获取瞳孔的计算机处理逻辑的***，包括：
耦合到至少一个存储部件的处理器部件，所述处理器部件配置成：
接收图像捕捉部件捕捉的全帧图像；
将所述全帧图像分样；
将瞳孔滤波器应用到所述分样的图像以标识瞳孔像素；
从经所述滤波的分样的图像中获取瞳孔候选；
在所述全帧图像中标识所述瞳孔候选的对应感兴趣的区域；
二值化所述感兴趣的区域以标识表示瞳孔边缘的像素；以及
将最佳拟合圆应用到表示瞳孔边缘的所述像素。
36.一种被编程为包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，当由处理器执行所述指令时，使所述处理器执行获取瞳孔的方法，所述方法包括步骤如下：
接收图像捕捉部件捕捉的全帧图像；
将所述全帧图像分样；
将瞳孔滤波器应用到所述分样的图像以标识瞳孔像素；
从经所述滤波的分样的图像中获取瞳孔候选；
在所述全帧图像中标识所述瞳孔候选的对应感兴趣的区域；
二值化所述感兴趣的区域以标识表示瞳孔边缘的像素；以及
将最佳拟合圆应用到表示瞳孔边缘的所述像素。
37.一种确定屈光误差的计算机实现的方法，所述方法包括以下步骤：
接收对应于轴共轭子午线的第一图像和第二图像；
移除在所述第一图像和所述第二图像的瞳孔区域中存在的角膜闪光；
将低通滤波器应用到所述瞳孔区域的每个；
在将所述低通滤波器应用到所述图像的每个中的所述瞳孔区域之后，转动所述第一图像和所述第二图像来将与所述第一图像关联的所述轴共轭子午线中的刺激角度以及与所述第二图像关联的所述轴共轭子午线的刺激角度与水平子午线对准；
从所述第一图像和所述第二图像中的瞳孔中心上居中的所述瞳孔区域的每个来提取数据的像素带；
使用从所述第一图像和从所述第二图像中提取的数据的所述像素带来计算像素强度值的比率；
基于所述比率，生成屈光误差相关测量；以及
转换所述相关测量以标识所述屈光误差。
38.如权利要求37所述的方法，其中，所述轴共轭子午线是三个主要轴共轭子午线中之一或两个辅助轴共轭子午线中之一。
39.如权利要求38所述的方法，其中，所述三个主要轴共轭子午线位于0°子午线、60°子午线和120°子午线。
40.如权利要求39所述的方法，其中，所述0°子午线包括0°的轴角度和180°的对应共轭角度，其中所述60°子午线包括60°的轴角度和240°的对应共轭角度，以及其中所述120°子午线包括120°的轴角度和300°的对应共轭角度。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述0°的轴角度、所述60°的轴角度和所述120°的轴角度各自具有沿着其轴角度的三个离心位置，并且其中所述180°的对应共轭角度、所述240°的对应共轭角度和所述300°的对应共轭角度各自具有沿着其共轭角度的三个离心位置。
42.如权利要求40所述的方法，其中，所述0°的轴角度、所述60°的轴角度或所述120°的轴角度是与所述第一图像关联的所述刺激角度。
43.如权利要求40所述的方法，其中，所述180°的对应共轭角度、所述240°的对应共轭角度和所述300°的对应共轭角度是与所述第二图像关联的所述刺激角度。
44.如权利要求38所述的方法，其中，所述两个辅助轴共轭子午线位于36.59°子午线和143.41°子午线。
45.如权利要求44所述的方法，其中，所述36.59°子午线包括36.59°的轴角度和216.59°的对应共轭角度，以及其中所述143.41°子午线包括143.41°的轴角度和323.41°的对应共轭角度。
46.如权利要求45所述的方法，其中，所述36.59°的轴角度或所述143.41°的轴角度是与所述第一图像关联的所述刺激角度。
47.如权利要求45所述的方法，其中，所述216.59°的对应共轭角度或所述323.41°的对应共轭角度是与所述第二图像关联的所述刺激角度。
48.一种采用计算机处理逻辑用于确定屈光误差的***，包括：
耦合到至少一个存储部件的处理器部件，所述处理器部件配置成：
接收对应于轴共轭子午线的第一图像和第二图像；
移除在所述第一图像和所述第二图像的瞳孔区域中存在的角膜闪光；
将低通滤波器应用到所述瞳孔区域的每个；
在将所述低通滤波器应用到所述图像的每个中的所述瞳孔区域之后，转动所述第一图像和所述第二图像来将与所述第一图像关联的所述轴共轭子午线中的刺激角度以及与所述第二图像关联的所述轴共轭子午线的刺激角度与水平子午线对准；
从所述第一图像和所述第二图像中的瞳孔中心上居中的所述瞳孔区域的每个来提取数据的像素带；
使用从所述第一图像和所述第二图像中提取的数据的所述像素带来计算像素强度值的比率；
基于所述比率，生成屈光误差相关测量；以及
转换所述相关测量以标识所述屈光误差。
49.一种被编程为包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，当由处理器执行所述指令时，使所述处理器执行确定屈光误差的方法，所述方法包括步骤如下：
接收对应于轴共轭子午线的第一图像和第二图像；
移除在所述第一图像和所述第二图像的瞳孔区域中存在的角膜闪光；
将低通滤波器应用到所述瞳孔区域的每个；
在将所述低通滤波器应用到所述图像的每个中的所述瞳孔区域之后，转动所述第一图像和所述第二图像来将与所述第一图像关联的所述轴共轭子午线中的刺激角度以及与所述第二图像关联的所述轴共轭子午线的刺激角度与水平子午线对准；
从所述第一图像和所述第二图像中的瞳孔中心上居中的所述瞳孔区域的每个来提取数据的像素带；
使用从所述第一图像和所述第二图像中提取的数据的所述像素带来计算像素强度值的比率；
基于所述比率，生成屈光误差相关测量；以及
转换所述相关测量以标识所述屈光误差。
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