CN107133619A - 一种眼球位置自适应定位方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种眼球位置自适应定位方法，包括步骤获取图像信息，获取眼睛标示点位置，眼球位置自适应定位，本发明还涉及一种眼球位置自适应定位装置，包括图像采集模块、图像处理模块、控制模块，图像处理模块根据图像采集模块采集的图像自动识别出眼睛标示点的位置，计算该位置与采集目标点位置的偏差，控制模块驱动伺服机构移动图像采集模块接近眼睛标示点，定位完成后伺服机构自动锁定，若被测者眼睛标示点的位置发生变化，图像处理模块立刻发现新的位置偏差，控制模块驱动伺服机构移动图像采集模块及时完成眼球位置的定位跟踪，定位跟踪过程中不需要操纵者的参与，伺服机构同时进行各个维度的移动且不会相互干扰，使定位跟踪过程更加快速和准确。

Description

一种眼球位置自适应定位方法及其装置

技术领域

本发明涉及眼球位置定位技术领域，尤其涉及一种眼球位置自适应定位方法及其装置。

背景技术

在眼科检测领域，眼科设备对眼球进行图像采集时，需要将光学镜头对准被测试的眼球瞳孔，以采集眼球的图像信息进行分析诊断，光学镜头的移动需要操作者辨识瞳孔位置，目前通常采用的眼球位置定位方法是由设备操作者通过观察被测试的眼球和采集目标点之间的位置差，然后通过操纵手柄、电动开关、电脑操作界面的按键、滑条或鼠标点击等方法来移动光学镜头的位置，逐渐地缩小位置差，使其最终对准被测试的瞳孔，从而完成定位过程。

现有技术的不足之处在于：操作者手动进行瞳孔定位操作所需要的时间较长，并且定位过程中花费时间的长短和定位精度依赖于操作者对操作设备的熟练程度和操作者调节的力度，这种手动定位方法的效率较低，定位过程中要求操作者的注意力始终集中在图像的误差上，在进行位置调解时不能多个维度同时调节，会出现在调节某个维度的时候带动其它维度的变化，使已经调好的维度发生偏离，造成反复调节；定位完成后为防止装置受外力自行移动而造成瞳孔位置偏离，需要将运动机构锁住，如果在检测过程中瞳孔位置发生变化，则需要解锁运动机构重新进行定位，手动重复上述的调节过程会花费很长的时间，工作效率很低。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种眼球位置自适应定位方法及其装置，图像处理模块根据图像采集模块采集的图像自动识别出眼睛标示点的位置，并计算出所述位置与采集目标点位置的偏差，控制模块驱动伺服机构调节图像采集模块的位置，使图像采集模块自动接近眼睛标示点，定位完成后伺服机构会自动锁定，若被测者的眼睛标示点的位置发生变化，图像处理模块会立刻发现新的位置偏差，控制模块驱动伺服机构调节图像采集模块及时完成调节，定位过程中不需要操纵者的参与，伺服机构可同时进行各个维度的移动且不会相互干扰，使得定位过程更加快速和准确。

本发明提供一种眼球位置自适应定位方法，包括以下步骤：

获取图像信息，图像传感器实时获取眼睛的图像信息；

获取眼睛标示点位置，图像匹配算法获取眼睛标示点在屏幕中的位置，所述眼睛标示点包括瞳孔的中心点、虹膜的边沿、角膜的顶点；

眼球位置自适应定位，实时判断眼睛标示点与采集目标点是否有偏差，若无偏差，则不需要调节图像传感器；若有偏差，则调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛标示点与采集目标点重合。

进一步地，所述调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛标示点与采集目标点重合的过程包括以下步骤：

改变眼睛标识点位置，电机沿横轴方向、纵轴方向、竖轴方向同时移动图像传感器，改变图像中眼睛标示点的位置；

估计眼睛标示点的运动参数，卡尔曼滤波算法估计眼睛标示点的运动参数，所述运动参数包括眼睛标示点的位置和速度；

跟踪和定位眼睛标示点，目标跟踪算法跟踪和定位眼睛标示点。

进一步地，还包括步骤锁定电机，调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛标示点与采集目标点重合后，锁定电机。

进一步地，所述图像匹配算法包括尺度不变特征变换匹配算法，所述尺度不变特征变换匹配算法用于获取所述眼睛标示点的位置。

一种眼球位置自适应定位装置，包括图像采集模块、图像处理模块、控制模块；

所述图像采集模块用于实时采集眼睛的图像信息，并将所述图像信息发送至所述图像处理模块；

所述图像处理模块用于处理所述眼睛的图像信息，所述图像处理模块获取眼睛标示点在屏幕中的位置，并计算出所述位置与采集目标点位置的偏差，所述图像处理模块将所述位置和所述偏差发送至所述控制模块，所述眼睛标示点包括瞳孔的中心点、虹膜的边沿、角膜的顶点；

所述控制模块用于根据所述位置和所述偏差移动所述图像采集模块，实现所述眼睛标示点与所述采集目标点重合。

进一步地，还包括头部固定模块和检测模块，所述头部固定模块与所述检测模块连接，所述检测模块与所述控制模块连接，所述头部固定模块用于被测对象放置头部，所述检测模块检测被测对象头部放入的信号。

进一步地，所述控制模块包括单片机、驱动电路、伺服机构，所述伺服机构包括驱动器和电机，所述单片机通过所述驱动电路与所述驱动器连接，所述驱动器与所述电机连接，所述电机与所述图像采集模块安装连接，所述单片机用于控制所述电机移动所述图像采集模块。

进一步地，还包括锁定模块，所述锁定模块与所述伺服机构连接，所述锁定模块锁定所述伺服机构。

进一步地，所述控制模块还包括镜头调节模块，所述镜头调节模块与所述伺服机构连接，所述镜头调节模块驱动所述伺服机构对所述图像采集模块中镜头组的焦距、光圈和屈光度补偿进行调节。

进一步地，还包括手柄，所述手柄与所述图像采集模块连接，所述手柄用于调节所述图像采集模块。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明一种眼球位置自适应定位方法，包括步骤获取图像信息，获取眼睛标示点位置，眼球位置自适应定位，本发明还涉及一种眼球位置自适应定位装置，包括图像采集模块、图像处理模块、控制模块，图像处理模块根据图像采集模块采集的图像自动识别出眼睛标示点的位置，计算该位置与采集目标点位置的偏差，控制模块驱动伺服机构移动图像采集模块接近眼睛标示点，定位完成后伺服机构自动锁定，若被测者眼睛标示点的位置发生变化，图像处理模块立刻发现新的位置偏差，控制模块驱动伺服机构移动图像采集模块及时完成眼球位置的定位跟踪，定位跟踪过程中不需要操纵者的参与，伺服机构同时进行各个维度的移动且不会相互干扰，使定位跟踪过程更加快速和准确。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的一种眼球位置自适应定位方法流程图；

图2为本发明的一种眼球位置自适应定位装置结构框图；

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

本发明提供一种眼球位置自适应定位方法，如图1所示，包括以下步骤：

获取图像信息，图像传感器实时获取眼睛的图像信息，在一实施例中，图像传感器移动到远离眼球的位置，以便采集到较大区域的包含眼睛标示点的图像信息。

获取眼睛标示点位置，图像匹配算法获取眼睛标示点在屏幕中的位置，眼睛标示点包括瞳孔的中心点、虹膜的边沿、角膜的顶点，在一实施例中，优选地，图像匹配算法包括尺度不变特征变换匹配算法，尺度不变特征变换匹配算法用于获取眼睛标示点的位置，用尺度不变特征变换匹配算法实时处理眼睛的图像信息，对图像进行灰度处理，用尺度不变特征变换匹配算法将图像分解为线段和点的组合，根据线段和点的相对几何关系与眼眶、瞳孔或虹膜的轮廓特征进行比对，从而识别出瞳孔的中心点、虹膜的边沿、角膜的顶点，如辨识出眼睛的瞳孔并且获取瞳孔在屏幕中的坐标。

眼球位置自适应定位，实时判断眼睛标示点与采集目标点是否有偏差，若无偏差，则不需要调节图像传感器；若有偏差，则调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛标示点与采集目标点重合，在一实施例中，实时判断眼睛的图像信息中瞳孔在屏幕中的坐标与采集目标点的位置之间是否有偏差，瞳孔在屏幕中的坐标与采集目标点的位置有偏差，将眼睛标示点与采集目标点的偏差发送给伺服机构，伺服机构将偏差折算成电机的位移量，驱动电机进行移动，移动过程中***可根据图像传感器采集到的图像对偏差进行实时监测，电机调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛的瞳孔与采集目标点重合，优选地，改变眼睛标识点位置，电机沿横轴方向、纵轴方向、竖轴方向同时移动图像传感器，改变图像中眼睛标示点的位置，估计眼睛标示点的运动参数，卡尔曼滤波算法估计眼睛标示点的运动参数，运动参数包括眼睛标示点的位置和速度，卡尔曼滤波算法构造出瞳孔模板，根据图像的运动信息估计出瞳孔在下一帧的位置，并在估计目标可能出现的区域内进行搜索，取得与瞳孔模板颜色分布最相似的即为瞳孔，跟踪和定位眼睛标示点，目标跟踪算法跟踪和定位眼睛标示点，如mean shift算法跟踪和定位眼睛标示点，mean shift算法根据卡尔曼滤波算法预测的位置，初始化当前帧中瞳孔的位置，mean shift算法计算出瞳孔的偏移均值，移动瞳孔至该偏移均值，然后以此位置作为瞳孔新的起始点，继续移动瞳孔，直到瞳孔移动至采集目标点，优选地，还包括步骤锁定电机，调节图像传感器使眼睛标示点与采集目标点重合后，锁定电机。如在检测被测试者眼睛的过程中，被测试者的头部或眼球发生轻微移动而导致眼睛标示点的位置发生变化，因图像传感器可实时获取眼睛的图像信息，尺度不变特征变换匹配算法实时处理眼睛的图像信息，辨识出眼睛标示点并且获取眼睛标示点在屏幕中的新位置，电机调节图像传感器使眼睛标示点与采集目标点重合，完成定位后锁定电机，实现眼球的自适应定位。

一种眼球位置自适应定位装置，如图2所示，包括图像采集模块、图像处理模块、控制模块。

在一实施例中，优选地，还包括头部固定模块和检测模块，头部固定模块与检测模块连接，检测模块与控制模块连接，头部固定模块用于被测对象放置头部，检测模块检测被测对象头部放入的信号，自动定位程序由检测模块检测到的头部放入信号启动，或者由操作者通过计算机输入终端直接启动，图像采集模块用于实时采集眼睛的图像信息，并将图像信息发送至图像处理模块，图像采集模块包括图像传感器，图像传感器用于实时采集眼睛的图像信息。

在一实施例中，图像处理模块用于处理眼睛的图像信息，图像处理模块获取眼睛标示点在屏幕中的位置，并计算出眼睛标示点的位置与采集目标点位置的偏差，图像处理模块将眼睛标示点的位置和偏差发送至控制模块，眼睛标示点包括瞳孔的中心点、虹膜的边沿、角膜的顶点。

在一实施例中，控制模块用于根据眼睛标示点的位置及眼睛标示点的位置与采集目标点位置的偏差调节图像采集模块，实现眼睛标示点与采集目标点重合，控制模块接收到图像处理模块发送的眼睛标示点的位置和偏差，控制模块驱动伺服机构调节图像采集模块使眼睛标示点与采集目标点重合，优选地，控制模块包括单片机、驱动电路、伺服机构，伺服机构包括但不限于驱动器和电机，如伺服机构也包括驱动器、压缩机、阀门、液压，单片机通过驱动电路与驱动器连接，驱动器与电机连接，电机与图像采集模块安装连接，单片机用于控制电机移动图像采集模块，单片机通过驱动电路发送控制命令控制驱动器的输出位移，驱动器通过电机控制图像采集模块的移动，单片机通过控制命令控制伺服机构沿横轴方向、纵轴方向、竖轴方向同时调节图形采集模块，各个维度的移动不会发生相互干扰，优选地，还包括锁定模块，锁定模块与伺服机构连接，锁定模块锁定伺服机构，眼球位置定位完成后，锁定模块用于锁定伺服机构，如在检测被测试者眼睛的过程中，被测试者的头部发生轻微移动而导致眼睛标示点的位置发生变化，因图像采集模块可实时获取眼睛的图像信息，图像处理模块实时处理眼睛的图像信息，辨识出眼睛标示点并且获取眼睛标示点在屏幕中的新位置，控制模块通过图像采集模块实时监测眼睛标示点是否偏离采集目标点，若检测到偏差，则控制模块驱动伺服机构移动图像采集模块进行位置修正，使眼睛标示点与采集目标点重合，完成定位后锁定伺服机构，实现眼球的自适应定位，锁定伺服机构，优选地，控制模块还包括镜头调节模块，镜头调节模块与伺服机构连接，镜头调节模块驱动伺服机构对图像采集模块中镜头组的焦距、光圈和屈光度补偿进行调节。

在一实施例中，优选地，还包括手柄，手柄与图像采集模块连接，手柄用于调节图像采集模块使图像采集模块获取的图像中的眼睛标示点与采集目标点重合，完成眼睛的定位。

本发明一种眼球位置自适应定位方法，包括步骤获取图像信息，获取眼睛标示点位置，眼球位置自适应定位，本发明还涉及一种眼球位置自适应定位装置，包括图像采集模块、图像处理模块、控制模块，图像处理模块根据图像采集模块采集的图像自动识别出眼睛标示点的位置，计算该位置与采集目标点位置的偏差，控制模块驱动伺服机构移动图像采集模块接近眼睛标示点，定位完成后伺服机构自动锁定，若被测者眼睛标示点的位置发生变化，图像处理模块立刻发现新的位置偏差，控制模块驱动伺服机构移动图像采集模块及时完成眼球位置的定位跟踪，定位跟踪过程中不需要操纵者的参与，伺服机构同时进行各个维度的移动且不会相互干扰，使定位跟踪过程更加快速和准确。

以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种眼球位置自适应定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取图像信息，图像传感器实时获取眼睛的图像信息；

获取眼睛标示点位置，图像匹配算法获取眼睛标示点在屏幕中的位置，所述眼睛标示点包括瞳孔的中心点、虹膜的边沿、角膜的顶点；

眼球位置自适应定位，实时判断眼睛标示点与采集目标点是否有偏差，若无偏差，则不需要调节图像传感器；若有偏差，则调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛标示点与采集目标点重合。

2.如权利要求1所述的一种眼球位置自适应定位方法，其特征在于：所述调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛标示点与采集目标点重合的过程包括以下步骤：

改变眼睛标识点位置，电机沿横轴方向、纵轴方向、竖轴方向同时移动图像传感器，改变图像中眼睛标示点的位置；

估计眼睛标示点的运动参数，卡尔曼滤波算法估计眼睛标示点的运动参数，所述运动参数包括眼睛标示点的位置和速度；

跟踪和定位眼睛标示点，目标跟踪算法跟踪和定位眼睛标示点。

3.如权利要求2所述的一种眼球位置自适应定位方法，其特征在于：还包括步骤锁定电机，调节图像传感器与眼睛的相对位置，眼睛标示点与采集目标点重合后，锁定电机。

4.如权利要求1所述的一种眼球位置自适应定位方法，其特征在于：所述图像匹配算法包括尺度不变特征变换匹配算法，所述尺度不变特征变换匹配算法用于获取所述眼睛标示点的位置。

5.一种眼球位置自适应定位装置，其特征在于：包括图像采集模块、图像处理模块、控制模块；

所述图像采集模块用于实时采集眼睛的图像信息，并将所述图像信息发送至所述图像处理模块；

所述图像处理模块用于处理所述眼睛的图像信息，所述图像处理模块获取眼睛标示点在屏幕中的位置，并计算出所述位置与采集目标点位置的偏差，所述图像处理模块将所述位置和所述偏差发送至所述控制模块，所述眼睛标示点包括瞳孔的中心点、虹膜的边沿、角膜的顶点；

所述控制模块用于根据所述位置和所述偏差移动所述图像采集模块，实现所述眼睛标示点与所述采集目标点重合。

6.如权利要求5所述的一种眼球位置自适应定位装置，其特征在于：还包括头部固定模块和检测模块，所述头部固定模块与所述检测模块连接，所述检测模块与所述控制模块连接，所述头部固定模块用于被测对象放置头部，所述检测模块检测被测对象头部放入的信号。

7.如权利要求5所述的一种眼球位置自适应定位装置，其特征在于：所述控制模块包括单片机、驱动电路、伺服机构，所述伺服机构包括驱动器和电机，所述单片机通过所述驱动电路与所述驱动器连接，所述驱动器与所述电机连接，所述电机与所述图像采集模块安装连接，所述单片机用于控制所述电机移动所述图像采集模块。

8.如权利要求7所述的一种眼球位置自适应定位装置，其特征在于：还包括锁定模块，所述锁定模块与所述伺服机构连接，所述锁定模块锁定所述伺服机构。

9.如权利要求7所述的一种眼球位置自适应定位装置，其特征在于：所述控制模块还包括镜头调节模块，所述镜头调节模块与所述伺服机构连接，所述镜头调节模块驱动所述伺服机构对所述图像采集模块中镜头组的焦距、光圈和屈光度补偿进行调节。

10.如权利要求5所述的一种眼球位置自适应定位装置，其特征在于：还包括手柄，所述手柄与所述图像采集模块连接，所述手柄用于调节所述图像采集模块。