具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种被检眼对准方法(以下简称“对准方法”),用于控制眼科设备的镜头自动对准被检者的被检眼,可以理解的是,为了行文的简洁,使用“被检者”一词,其既指代眼科设备检查的对象,也指代眼科设备治疗的对象;使用“被检眼”一词,其既指代眼科设备检查的眼睛,也指代眼科设备治疗的眼睛。
所述眼科设备例如可以为一台眼科OCT(optical coherence tomography,光学相干断层扫描技术)检查仪,包括操作台、设备主体、检测探头、支架、相机和控制器,所述设备主体、所述支架和所述相机固定设置在所述操作台上,所述支架位于所述设备主体靠近被检者的一侧,所述检测探头设置在所述设备主体上,并可在上下、左右、前后三个方向上相对于所述设备主体移动,所述检测探头上固定设置有镜头,所述镜头随所述检测探头移动。
所述支架用于固定所述被检者的头部,所述支架包括位于支架底端的下巴托和位于支架顶端的额托,所述下巴托可在上下方向上升降。
所述相机用于拍摄被检者,在本发明较佳实施例中,所述眼科设备包括第一相机和第二相机,所述第一相机和所述第二相机以设定的位置从不同角度拍摄被检者。
所述控制器与所述检测探头、所述支架以及所述相机电性相连,用于控制所述检测探头和所述下巴托的移动,并对所述相机拍摄的照片进行处理。
请参图1,对准方法包括如下步骤:
S1:图像获取步骤,获取被检者的图片,所述图片至少包括被检者鼻尖以上眼睛以下的脸部区域。
在本发明的实施例中,通过眼科设备上设置的相机拍摄被检者,从而获得被检者的图片。
在本发明较佳实施例中,所述图像获取步骤包括:第一图像获取步骤和第二图像获取步骤。
在第一图像获取步骤中,获取被检者的第一图片,具体的,通过眼科设备上设置的第一相机拍摄被检者,从而获得被检者的第一图片。
在第二图像获取步骤中,获取被检者的第二图片,具体的,通过眼科设备上设置的第二相机拍摄被检者,从而获得被检者的第二图片。
所述第一图片与所述第二图片的拍摄角度不同。
S2:图像处理步骤,处理所述图片,确定被检者的脸部参数,所述脸部参数至少包括:瞳距、眼颔距;
所述瞳距,是指被检者左右眼瞳孔中心之间的距离;所述眼颔距,是指被检者下巴底端到左右眼瞳孔中心连线中点的距离。在本发明较佳实施例中,所述脸部参数还包括额颔距,所述额颔距是指被检者额头中心到下巴底端的距离。
在本发明实施例中,所述图像处理步骤进一步包括图像分割步骤、特征识别步骤和参数确定步骤。
在图像分割步骤中,从所述图片中分割出处理区域。具体的,从相机拍摄的被检者的所述图片中识别所述被检者的至少一皮肤区域,并分割出至少一处理区域,每一所述处理区域包括一所述皮肤区域,优选的,每一处理区域为包括一所述皮肤区域的最小矩形区域。在本发明较佳实施例中,分别从所述第一图片中和从所述第二图片中识别所述被检者的皮肤区域,并分割出所述处理区域。
在本发明实施例中,拍摄获得的所述被检者的所述图片为RGB格式。图片处理过程中,将所述图片的格式由RGB转换成YCbCr色彩空间或者YIQ色彩空间。图片的格式转换后,通过自动聚类算法识别出图片中的皮肤区域。
在特征识别步骤中,从所述处理区域中识别脸部特征,所述脸部特征包括眼睛,所述脸部特征还包括鼻尖以及嘴唇二者中的至少一者。
先识别眼睛这一特征,在每一处理区域中定位出至少一眼睛候选位置,根据眼睛黑并具有对称性的特点,利用特征提取的方法判断每一眼睛候选位置是否存在眼睛。如果判断出其中一眼睛候选位置存在眼睛,则该眼睛候选位置在处理区域中的坐标即为该眼睛在处理区域中的坐标,并可判断出包括该眼睛候选位置的处理区域包括被检者的脸部区域,对该处理区域进行下一步处理,并舍弃掉不存在眼睛的处理区域。
通过积分投影法或差分投影法或差积分投影法定位出眼睛候选区域。具体的,在本发明较佳实施例中,处理区域为一矩形区域,为m×n个像素点组成的阵列,包括m行像素和n列像素。定义I(i,j)表示处理区域中处于第i行第j列的像素的像素值,interP(i)表示第i行像素的像素值的水平积分值,interP(j)表示第j列像素的像素值的垂直积分值,diffP(i)表示第i行像素的像素值的水平差分值,diffP(j)表示第j列像素的像素值的垂直差分值。
其中,
可得到m个水平积分值、m个水平差分值、n个垂直积分值和n个垂直差分值。
以m个水平积分值作为横坐标,以对应的行序为纵坐标,可构建水平积分投影线,求出水平积分投影线的极值点,即可得到所述眼睛候选位置在处理区域中的纵坐标。或者,以m个水平差分值作为横坐标,以对应的行序为纵坐标,可构建水平差分投影线,求出水平差分投影线的极值点,即可得到所述眼睛候选位置在处理区域中的纵坐标。
以n个垂直积分值作为纵坐标,以对应的列序为横坐标,可构建垂直积分投影线,求出垂直积分投影线的极值点,即可得到所述眼睛候选位置在处理区域中的横坐标。或者,以n个垂直差分值作为纵坐标,以对应的列序为横坐标,可构建垂直差分投影线,求出垂直差分投影线的极值点,即可得到所述眼睛候选位置在处理区域中的横坐标。
优选的,求出每一水平积分值与对应的一水平差分值的平均值,以m个水平积分值和水平差分值的平均值作为横坐标,以对应的行序为纵坐标,可构建水平积差分投影线,求出水平积差分投影线的极值点,即可得到所述眼睛候选位置在处理区域中的纵坐标。
求出每一垂直积分值与对应的一垂直差分值的平均值,以n个垂直积分值和垂直差分值的平均值作为纵坐标,以对应的列序为横坐标,可构建垂直积差分投影线,求出垂直积差分投影线的极值点,即可得到所述眼睛候选位置在处理区域中的横坐标。
在识别眼睛这一特征后,进行鼻尖和/或嘴唇的识别。
下面详述对鼻尖进行识别的方式。在判断出某一处理区域包括被检者的脸部区域后,对该处理区域进行旋转,使得旋转后的图像中双眼瞳孔中心连线是水平的。再分割出该处理区域中双眼瞳孔中心连线以下的区域作为第一子处理区域,在该第一子处理区域中利用垂直积差分投影的方法定位出鼻尖在第一子处理区域中的横坐标,并以双眼瞳孔中心连线的中点的在第一子处理区域中的纵坐标作为鼻尖的在第一子处理区域中的纵坐标,之后进行反向旋转,使处理区域回复到旋转之前的状态,得到鼻尖在处理区域中的坐标。
当获取的被检者的图片包括嘴唇时,可对嘴唇进行识别,下面详述对嘴唇进行识别的方式。在判断出某一处理区域包括被检者的脸部区域后,对该处理区域进行旋转,使得旋转后的图像中双眼瞳孔中心连线是水平的。再分割出该处理区域中双眼瞳孔中心连线以下的区域作为第二子处理区域,在该第二子处理区域中利用垂直积差分投影的方法定位出嘴唇在第二子处理区域中的横坐标,并以双眼瞳孔中心连线的中点在第二子处理区域中的纵坐标作为嘴唇的在第二子处理区域中的纵坐标,之后进行反向旋转,使处理区域回复到旋转之前的状态,得到嘴唇在处理区域中的坐标。
在本发明较佳实施例中,同一脸部特征分别在第一图片和第二图片中进行识别。
在参数确定步骤中,确定所述脸部特征的坐标,并根据所述脸部特征的坐标确定所述脸部参数。具体的,利用第一相机的参数、第二相机的参数、第一相机和第二相机相互间的位置关系以及该脸部特征在从第一图片分割出的处理区域中的坐标和该脸部特征在从第二图片分割出的处理区域中的坐标,可确定该脸部特征的空间坐标。
请同参图2,以字母P指代待求的脸部特征,确定该脸部特征的空间坐标的方法详述如下:
其中,第一相机的光轴为第一光轴,焦距为第一焦距f1,成像镜头的光心为第一光心C1;第二相机的光轴为第二光轴,焦距为第二焦距f2,成像镜头的光心为第二光心C2;第一光轴和第二光轴同位于第一平面,且第一光轴和第二光轴之间的夹角为θ,第一光心和第二光心之间的距离为L0,第一光心和第二光心的连线与第一光轴垂直。
在第一光心C1和脸部特征P之间构建第二平面,第二平面垂直于第一光轴,第二平面与第一光心C1的距离为第一焦距f1。在第二平面上,以第一光轴与第二平面的交点O1为原点,以与向量平行的X1轴为横轴,以与X1轴垂直的Y1轴为纵轴,构建第一坐标系,第一坐标系为平面坐标系,其中,X1轴的正方向与向量/>的方向相同,Y1轴的正方向垂直纸面向里。
在第二光心C2和脸部特征P之间构建第三平面,第三平面垂直于第二光轴,第三平面与第二光心C2的距离为第二焦距f2,第二光轴与第三平面的交点为O2。较佳的,第一相机和第二相机布置为使得与/>平行且方向相同。在第三平面上,以第二光轴与第三平面的交点O2为原点,以第三平面与第一平面的相交线X2轴为横轴,以与X2轴垂直的Y2轴为纵轴,构建第二坐标系,第二坐标系为平面坐标系,其中,X1轴正方向与X2轴正方向之间的夹角为锐角,Y2轴的正方向垂直纸面向里。
以第一光心C1为原点,以与向量平行的X3轴为横轴,以与第一平面垂直的Y3轴(图未示)为纵轴,以与第一光轴平行的Z3轴为竖轴,构建第三坐标系,第三坐标系为空间坐标系,其中,X3轴的正方向与/>相同,Y3轴的正方向垂直纸面向里,Z3轴的正方向由C1指向被检者。
以第二光心C2为原点,以处在第一平面且平行于第三平面的X4轴为横轴,以与第一平面垂直的Y4轴(图未示)为纵轴,以与第二光轴平行的Z4轴为竖轴,构建第四坐标系,第四坐标系为空间坐标系,其中,X4轴的正方向与X3轴的正方向之间的夹角为锐角,Y4轴的正方向垂直纸面向里,Z4轴的正方向由C2指向被检者。
PC1与第二平面的交点为P1,P1点在第一坐标系中的坐标为(x1,y1),PC2与第三平面的交点为P2,P2点在第二坐标系中的坐标为(x2,y2),可以理解,由于P1点对应于P点在第一相机中所成的像,P2点对应于P点在第二相机中所成的像,则(x1,y1)、(x2,y2)均为已知。
设P点在第三坐标系中的坐标为(x3,y3,z3),可以理解,以下等式是成立的:
而在第三坐标系中,已知向量可知/> 可以理解的是,在第三坐标系中,平行于Y2轴且与Y2正方向同向的单位向量为平行于X2轴且与X2正方向同向的单位向量为/>
设P点在第四坐标系中的坐标为(x4,y4,z4),可以理解,以下等式是成立的:
y4=y3......(4)
可以理解,以下等式是成立的:
联立(1)、(2)、(3)、(4)、(5)、(6)、(7),可得:
f1·x3-x1·z3=0......(8)
f1·y3-y1·z3=0......(9)
f2·y3-y2·[z3·cosθ+sinθ·(L0-x3)]=0......(10)
-f2·[cosθ·(L0-x3)-z3·sinθ]-x2·[z3·cosθ+sinθ·(L0-x3)]=0......(11)
由(8)(9)(10)(11)可求得P点在第三坐标系中的坐标值(x3,y3,z3)。
求得各脸部特征在第三坐标系中的坐标值,即可利用各脸部特征之间的位置关系确定各脸部参数。
在本发明较佳实施例中,在特征识别步骤中,识别被检者的双眼和鼻尖。利用双眼之间的位置关系,即可求得瞳距;利用双眼与鼻尖之间的位置关系,即可求得眼鼻距H,所述眼鼻距即鼻尖到双眼瞳孔中心连线的中点的距离。
眼颔距S1由以下公式得到:
S1=k1H
其中,系数k1反映眼颔距S1与眼鼻距H之间在统计学规律上的关系(三庭五眼),k1取值范围为1.8-2.2,本方面较佳实施例中,k1取值为2。
额颔距S2由以下公式得到:
S2=k2H
其中,系数k2反映额颔距S2与眼鼻距H之间在统计学规律上的关系,具体的,k2取值范围为2.8-3.2,本方面较佳实施例中,k2取值为3。
在本发明实施例中,眼科设备可以只包括一个相机,相机拍摄被检者单张正面照片,相机拍摄被检者时,被检者与相机的距离为设定值,或者被检者与相机的距离通过红外测距传感器等距离探测方式探测得到。识别脸部特征后,根据脸部特征在处理区域中的坐标以及被检者与相机的距离,即可求得各脸部参数。
S3:镜头移动步骤,根据所述脸部参数控制移动所述镜头,使所述镜头对准所述被检眼。
在对被检者进行眼科检查或者眼科手术时,被检者的头部固定在支架上,具体的,被检者的下巴由下巴托支撑,被检者的额头倚靠在额托上。在被检者的头部固定在支架上之前,根据被检者的额颔距,控制器控制下巴托上下移动以调节下巴托和额托之间的距离,使下巴托和额托之间的距离与被检者的头部相适应。
以调节后的下巴托的位置作为参考,根据被检者的瞳距和眼颔距,控制器控制探头移动,使探头上的镜头对准被检眼。在完成对一个被检眼的眼科检查或者眼科手术后,根据被检者的瞳距,控制器控制探头移动,使探头上的镜头对准另一被检眼。
本发明实施例提供的被检眼对准方法,在确定瞳距、眼颔距等被检者脸部参数后,依据脸部参数自动调节眼科装置的镜头的位置,从而实现眼科装置的镜头自动对准被检眼,操作简单,易于上手。
本发明较佳实施例提供的被检眼对准方法,从不同角度拍摄被检者,利用获得的两张图片准确地确定脸部特征的空间坐标,从而增大了脸部参数的准确性。
本发明实施例还提供一种被检眼对准装置,用于控制眼科设备的镜头自动对准被检者的被检眼,包括图像获取模块、图像处理模块和镜头移动模块。
所述图像获取模块用于获取所述被检者的图片,所述图片至少包括被检者鼻尖以上眼睛以下的脸部区域。
在本发明较佳实施例中,所述图像获取模块包括第一图像获取子模块和第二图像获取子模块。
所述第一图像获取子模块用于获取被检者的第一图片,所述第二图像获取子模块用于获取被检者的第二图片,所述第一图片与所述第二图片的拍摄角度不同。
所述图像处理模块用于处理所述图片,确定所述被检者的脸部参数,所述脸部参数至少包括瞳距和眼颔距。在本发明较佳实施例中,所述脸部参数还包括额颔距,所述额颔距是指被检者额头中心到下巴底端的距离。
在本发明实施例中,所述图像处理模块进一步包括图像分割子模块、特征识别子模块和参数确定子模块。
所述图像分割子模块用于从所述图片中分割出处理区域。具体的,从所述图片中识别所述被检者的至少一皮肤区域,并分割出至少一处理区域,每一所述处理区域包括一所述皮肤区域,优选的,每一处理区域为包括一所述皮肤区域的最小矩形区域。在本发明较佳实施例中,分别从所述第一图片中和从所述第二图片中识别所述被检者的皮肤区域,并分割出所述处理区域。
所述特征识别子模块用于从所述处理区域中识别脸部特征,所述脸部特征包括眼睛,所述脸部特征还包括鼻尖和嘴唇二者中的至少一者。
所述参数确定子模块用于确定所述脸部特征的坐标,并根据所述脸部特征的坐标确定所述脸部参数。
所述镜头移动模块用于根据所述脸部参数控制移动所述镜头,使所述镜头对准所述被检眼。
本发明实施例提供的被检眼对准装置,在确定瞳距、眼颔距等被检者脸部参数后,依据脸部参数自动调节眼科装置的镜头的位置,从而实现眼科装置的镜头自动对准被检眼,操作简单,易于上手。
本发明较佳实施例提供的被检眼对准装置,从不同角度拍摄被检者,利用获得的两张图片准确地确定脸部特征的空间坐标,从而增大了脸部参数的准确性。
本发明实施例还提供一种眼科设备,包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明实施例提供的被检眼对准方法。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序,在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行本发明实施例提供的被检眼对准方法。
本领域普通技术人员可以理解,实现本发明实施例提供的被检眼对准方法中的全部或者部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一计算机可读存储介质中,该程序在执行时,可包括上述实施例提供的被检眼对准方法中的流程。其中,所述的存储介质可为磁盘、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory,ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory,RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。