CN111035356B - 自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***及方法 - Google Patents

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CN111035356B CN201911383551.XA CN201911383551A CN111035356B CN 111035356 B CN111035356 B CN 111035356B CN 201911383551 A CN201911383551 A CN 201911383551A CN 111035356 B CN111035356 B CN 111035356B
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Abstract

本发明提供一种自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，该***放置于X、Y、Z三轴电动平台上。所述***包括：照明单元、成像单元、引导对准单元、光学相干层析成像(OCT)单元和接目镜(201)，所述成像单元包括成像光路和光路转换装置，当所述***进行眼前节成像时，所述光路转换装置移入成像单元，当所述***进行眼底成像时，所述光路转换装置从成像单元中移除。本发明通过眼前部对准单元实现眼前部对准，并通过引导对准单元实现眼底对准，或者直接通过引导对准单元实现眼前部对准和眼底对准，从而实现眼前节和眼底成像，整个操作过程无需配备专业的技师，全部由成像***自主完成；通过压力传感器Ⅰ信号将成像***从休眠状态唤醒，成像***在未工作时段处于休眠状态，节约***能耗；从而实现无人值守的眼睛成像。

Description

自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***及方法
技术领域
本发明涉及检查眼睛的设备，尤其涉及一种自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***及方法。
背景技术
眼睛病变通常需要通过眼前节或眼底成像来检测，例如，黄斑疾病的病变损害出现在眼底，为疾病的尽早治疗需要尽早发现病变损害。眼底成像包括眼底表面的成像，由眼底相机完成；眼底组织内的二维截面成像与三维立体成像，由OCT***完成。现有的眼底成像设备的使用，需要被检查的人将其头部放置在检查设备内的颌托与额靠上，然后由受过训练的人士，如医生、验光师，手动调整移动所述检查设备进行对准调焦与拍摄检查，这个检查过程需要操作者经过专业训练，并依赖于操作者的技能经验，对操作人员有专业要求，从而限制了眼睛成像设备的推广和普及，且增加了设备使用单位的人力成本，不利于降低用户的检查费用。
因此，亟需一种可自动对准、调焦，完成眼底检查的成像***，即无需专业人士的辅助，被检查的人自己将头部放置在检查设备上，眼部成像装置即可自动对准并对眼前部或眼底或两者进行成像。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***及方法。
本发明提供一种自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：包括：照明单元、成像单元、引导对准单元、OCT单元和接目镜201，所述成像单元包括成像光路和光路转换装置，当所述***进行眼前节成像时，所述光路转换装置移入成像单元，当所述***进行眼底成像时，所述光路转换装置从眼底成像单元中移除；
所述照明单元，用于为成像单元与所述引导对准单元提供照明光源，所述照明单元包括对准光源101、照明光源103和照明光路，所述照明光路用于将所述照明光源103和对准光源101的光传输至眼睛预设区域，所述照明光路从右到左依次包括设置于第一透镜102、第二透镜104、滤镜105、环形通光孔阑106、第三透镜107、第一反射镜108、第四透镜109和第二反射镜202，所述对准光源101设置于第一透镜102的右侧，所述照明光源103设置于第一透镜102和第二透镜104传输光路之间；
所述成像光路从左到右依次包括设置于接目镜201右侧且于所述接目镜201共焦的第六透镜204、第八透镜207和第一成像传感器208；
所述光路转换装置为设置于接目镜201和第六透镜204的传输光路之间的可移动的第五透镜203；
所述引导对准单元包括第六透镜204、第一二向色镜206、第二二向色镜301、第七透镜302和第二成像传感器303，所述第一二向色镜206和第二二向色镜301用于改变射入的对准光束的光路，并使变更后的光路与所述射入的对准光束的光路平行且光传播方向相反，所述第七透镜302和第二成像传感器303均与所述改变后的光路共轴线；
所述OCT单元包括第六透镜204、第一二向色镜206、振镜401、第十透镜405，所述OCT单元与接目镜201构成OCT测量支光路；振镜401设置于第一二向色镜206的上方，第十透镜405为光纤准直镜，将眼底返回的光耦合进光纤。所述的OCT***既可以是谱域OCT，也可以是扫频域OCT。
进一步，所述***还包括眼前部对准单元，用于实现眼前部的对准，所述眼前部对准单元包括第一立体相机501和第二立体相机502，所述第一立体相机501和第二立体相机502对称设置于所述成像光路的两侧，且所述第一立体相机501的光轴和第二立体相机502的光轴的交点位于所述成像光路上。
进一步，所述***还包括屈光调节装置，所述屈光调节装置为可沿成像光路左右移动的第六透镜204。
进一步，所述OCT单元还包括自动调焦单元，所述自动调焦单元包括半反半透镜402、第九透镜403和第三成像传感器404，所述半反半透镜402设置于振镜401和第十透镜405之间用于将射入的对准光束以从入射光束中以垂直于原有光束的入射方向的方式分离出来，第九透镜403和第三成像传感器404均与所述半反半透镜402分离出的对准光束共轴线。
进一步，所述***还包括调整台和控制器，所述调整台受所述控制器控制并接收控制信号并完成控制信号相应的位置调整，所述照明单元、成像单元、引导对准单元、OCT单元和接目镜201均设置于所述调整台上。
进一步，所述***还包括所述成像***还包括下颌支撑装置，所述下颌支撑装置与接目镜201相对设置，所述下颌支撑装置包括龙门架、设置于龙门架横梁正下方和所述龙门架对称轴交点处的颌托602、设置于横梁正中的额头贴板606、对称设置于龙门架纵梁的一组眼角摄像头603、设置于颌托602下方的压力传感器Ⅰ601、设置于额头贴板606下端且位于颌托正上方的压力传感器Ⅱ604以及设置于额头贴板的使用者额头与所述额头贴板的贴合度的位置传感器605。
相应地，本发明还提供一种基于权利要求1-6任一所述的自动对准和调焦的眼底或眼前节成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将眼睛调整至眼角的延长线与一对眼角摄像头连线重合或接近重合；
S2：调整眼前部对准单元，使第一立体相机的光轴和第二立体相机的光轴的交底于眼睛的瞳孔重合；
S3：将第五透镜移入成像光路，实现眼前部成像；
S4：将第五透镜移出成像光路，引导对准单元实现眼底对准，并实现眼底成型；其中，所述眼底对准包括屈光补偿调节，所述屈光补偿调节具体为左右移动第六透镜，其中，近视则将第六透镜向左移动，若远视则将第六透镜向右移动；
S4：眼底OCT成像。
进一步，所述步骤S2具体包括如下步骤：
S201：建立第一立体相机所在空间的三维坐标系Ⅰ；
建立第二立体相机所在空间的三维坐标系Ⅱ；
建立待检测眼睛所在的空间的三维坐标系Ⅲ；
其中，三维坐标系Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的XY平面共面；
S202：调整立体相机的位置使立体相机在XY平面与待测眼睛对准；
S203：调整立体相机的位置使立体相机在Z轴上与待测测眼睛对准；
其中，Z0轴的对准采用如下方法：
Figure BDA0002342892310000041
其中，Z0表示交点A在Z轴的偏离量，Z1表示交点A在第一立体相机上的像点A1的Z轴的坐标，m表示立体相机成像***的放大倍率。
进一步，所述步骤S202包括如下步骤：
(1)确定过眼睛中心点的竖直线与XY平面的交点A的坐标A(x0,y0,z0),获取交点A在第一立体相机上的像点A1的坐标A1(x1,y1,z1)，同时交点A在第二立体相机上的像点A2的坐标A2(x2,y2,z2)；
(2)
a:判断像点A1的X轴坐标x1与像点A2的X轴坐标x2是否满足X1＝-X2，其中，x1表示像点A1的X轴坐标，x2表示像点A2的X轴坐标，
若满足，则表示所述交点A在X轴方向对准但在Y方向偏离，其在Y方向的偏离量采用如下方法计算：
Figure BDA0002342892310000042
其中，yo表示所述交点A在Y方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据yo的值移动调整台，实现XY平面的对准；
若不满足，进入步骤b；
b：判断像点A1的X轴坐标x1与像点A2的X轴坐标x2是否满足2X1X2 sinα＝(X2-X1)bcosα，其中，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角，
若满足，则表示所述交点A在Y轴方向对准但在X轴方向偏离，其在X轴方向的偏离量采用如下方法计算：
Figure BDA0002342892310000051
其中，xo表示所述所述交点A在X方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据xo的值移动调整台，实现XY平面的对准；
若不满足，则进入步骤c；
c：所述交点A在X轴方向和Y轴方向均发生偏离，所述偏离量采用如下方法计算：
Figure BDA0002342892310000061
其中，xo表示所述所述交点A在X方向的偏离量，yo表示所述所述交点A在Y方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据xo yo的值移动调整台，实现XY平面的对准。
相应地，本发明还提供一种基于权利要求1-6任一所述的自动对准和调焦的眼底或眼前节成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将眼睛调整至眼角的延长线与一对眼角摄像头连线重合或接近重合；
S2：将第五透镜移入成像光路，引导对准单元实现眼前部对准，实现眼前节成像；
S3：将第五透镜移出成像光路，引导对准单元实现眼底对准，并实现眼底成像；所述眼底对准包括包括屈光补偿调节，所述屈光补偿调节具体为左右移动第六透镜，其中，近视则将第六透镜向左移动，若远视则将第六透镜向右移动；
S4：眼底成像。所述眼底成像包括眼底OCT成像和眼底相机成像。
本发明的有益技术效果：本发明通过眼前部对准单元实现眼前部对准，并通过引导对准单元实现眼底对准，或者直接通过引导对准单元实现眼前部对准和眼底对准，从而实现眼前节和眼底成像，整个操作过程无需配备专业的技师，全部由成像***自主完成；通过压力传感器Ⅰ信号将成像***从休眠状态唤醒，成像***在未工作时段处于休眠状态，节约***能耗；从而实现无人值守眼睛成像。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的第一实施例结构框图。
图2为本发明的第二实施例结构框图。
图3为本发明的光路结构示意图。
图4为本发明的调整台结构框图。
图5为本发明的颌托结构示意图。
图6为本发明的眼前部对准单元光路图。
图7为本发明的调整台的结构框图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明：
本发明提供的一种自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：包括：如图1所示，照明单元、成像单元、引导对准单元、OCT单元和接目镜(201)，所述成像单元包括成像光路和光路转换装置，当所述***进行眼前节成像时，所述光路转换装置移入成像单元，当所述***进行眼底成像时，所述光路转换装置从成像单元中移除；
所述照明单元，用于为成像单元和同时为所述引导对准单元提供照明光源，所述照明单元包括对准光源101、照明光源103和照明光路，所述照明光路用于将所述照明光源103和对准光源101的光传输至眼睛预设区域，所述预设区域为眼睛的瞳孔或瞳孔周围的虹膜以及眼底拍照区域，所述照明光路从右到左依次包括：其中从右到左为图3所示的方向，在本实施例中，即为从右到左为光源发出的沿光的传输方向，第一透镜102、第二透镜104、滤镜105、所述滤镜105为可见光滤光片，环形通光孔阑106、第三透镜107、第一反射镜108、第四透镜109和第二反射镜202，所述对准光源101设置于第一透镜102的右侧，所述照明光源103设置于第一透镜102和第二透镜104传输光路之间；在本实施例中，方位词“左”“右”“上”“下”为图示的左右上下，但所述方位词并不构成对本专利的限制；如图3所示，透镜102将近红外光源101成像到可见光源103，透镜104将近红外光101和可见光源103均匀成像到环形通光孔阑106上，在通光孔阑106靠近透镜104的一侧设置有可见光滤光片105，可见光滤光片105吸收可见光并使近红外光透过，透镜107、109与接目镜201一起将通过环形通光孔阑106经反射镜108，反射镜202，成像到瞳孔，经瞳孔照射到眼底；照明环形光阑的光源为近红外光，或者近红外光和可见光；所示接目镜为与待检查人员的眼睛最近的镜头；所述照明光源103为可见光，所述对准光源101为近红外光，所述近红外光的波长为750nm至950nm的某一波长或某一波长范围，近红外波段在人眼的吸收率低，人眼感知不到，故导引成像光源与OCT光源的波段均在近红外波段；当引导对准单元引导对准时，则滤镜105移入照明光路，此时可见光无法经照明光路进入待检测眼睛，此时进入待检测眼睛为近红外光；当成像单元成像时，将滤镜105移出照明光路，此时可见光经照明光路进入待检测眼睛。
所述成像光路从左到右依次包括设置于接目镜(201)右侧且于所述接目镜201共焦的第六透镜204、第八透镜207和第一成像传感器208；所示从左到右如图3所示的方向，在本实施例中，所示从左到右表示眼睛反射的光的传输方向；
所述光路转换装置为设置于接目镜201和第六透镜204的传输光路之间的可移动的第五透镜203；
所述引导对准单元包括第六透镜204、第一二向色镜206、第二二向色镜301、第七透镜302和第二成像传感器303，所述第一二向色镜206和第二二向色镜301用于改变射入的对准光束的光路，并使改变后的光路与所述射入的对准光束的光路平行且光传播方向相反，所述第七透镜302和第二成像传感器303均与所述改变后的光路共轴；
所述OCT单元包括第六透镜204、第一二向色镜206、振镜401、第十透镜405和光学相干断层扫描OCT，所述振镜401设置于第一二向色镜206的上方，第十透镜405和光学相干断层扫描OCT共轴。所述振镜401可旋转调整，从而对OCT成像光传输路径进行调节，从而实现眼底可见区域的扫描和OCT成像。
通过上述技术方案，能实现眼前部对准和成像以及眼底的对准和成像，且光路结构简单。
在本实施例中，所述***还包括眼前部对准单元，用于实现眼前部的对准，所述眼前部对准单元包括第一立体相机501和第二立体相机502，所述第一立体相机501和第二立体相机502对称设置于所述成像光路的两侧，且所述第一立体相机501的光轴和第二立体相机502的光轴的交点位于所述成像光路上。所述第一立体相机和第二立体相机的结构和参数相同。通过上述技术方案，实现眼前部对准。当第一立体相机501和第二立体相机502的光轴的交点与待检测眼睛的瞳孔中心重合时，则表示对准。
在本实施例中，所述***还包括屈光调节装置，所述屈光调节装置为可沿成像光路左右移动的第六透镜204，第六透镜向左和向右移动，用以补偿近视眼或远视眼导致的屈光***，从而实现眼底对准和清晰成像。如果待测眼睛的屈光度正常，即没有近视、没有远视，则无需调整屈光调节装置，当眼前部对准成像后，将光学转换装置，即第五透镜203移出成像光路，即可实现眼底对准成像；如果待测眼睛的屈光度不正常，即存在近视或者远视，则通过屈光补偿装置，即第六透镜204，左右移动，可对+/-20屈光度范围内进行补偿。
在本实施例中，所述OCT单元还包括自动调焦单元，所述自动调焦单元包括半反半透镜402、第九透镜403和第三成像传感器404，所述半反半透镜402设置于振镜401和第十透镜405之间用于将射入的对准光束以从入射光束中以垂直于原有光束的入射方向的方式分离出来，第九透镜403和第三成像传感器404均与所述半反半透镜402分离出的对准光束共轴。所述眼底自动调焦OCT单元可以移进移出光路，在需要眼底调焦时，移入光路。所述调焦方法为振镜扫描眼底成像区域，从眼底返回光束经透镜403会聚到成像传感器404。对404接收到光强信号进行高斯拟合或其他类似的曲面拟合，算出其峰值功率的50％区域的面积，也可以是30％，70％等合理峰值功率强度区域。对在扫描区域采集的N个点的峰值功率的50％区域的面积求平均，面积小于等于阈值则OCT调焦完成，移出OCT自动调焦单元，进行OCT成像流程。
在本实施例中，所用到的透镜既可以为透镜组合亦可以为非球面透镜等满足需求的模式。
在本实施例中，所述***还包括调整台700和控制器，如图7所示，所述调整台700受所述控制器控制并接收控制信号并完成控制信号相应的位置调整，所述照明单元、成像单元、引导对准单元、OCT单元和接目镜201均设置于所述调整台上。所述眼前部对准单元也设置于所述调整台上，***的对准首先是实验眼前部对准，然后实现眼底对准，在实现眼前部对准时，有两种方式，一种是通过眼前部对准单元实现眼前部对准，一种是通过引导对准单元和光路转换装置实现眼前部对准，***可随机选择任意一种方式，或者在***中预先设定优先使用某一种方法实现眼前部对准。所述调整台700用于调整位于其上的设备的位置，通过移动调整台的X轴，Y轴和Z轴，从而调整位移所述调整台700上的***的位置，从而实现对准。
所述控制器根据所述引导对准单元的第二相机传感器303中瞳孔图像自动确定瞳孔中心并通过确定瞳孔中心相对于成像设备的空间基准位置来确定定位度量，并控制调整台移动，使自动对准光学器件的光轴与待检查人员眼睛的光轴重合，同时使自动对准光学器件的焦距为成像最清晰的最佳焦距；定位完成后，即可进行眼前节成像，眼前节成像完成后，控制器可将图像显示在用户界面并将图像存储至数据存储设备；整个成像过程通过引导对准单元或眼前部对准单元实现眼前部对准，如果需要则通过相机传感器208进行眼前部拍照，然后移出第五透镜203，通过前后移动第六透镜204实现眼底成像调焦，OCT采集，OCT采集后通过相机传感器208进行眼底拍照。
眼前部对准完成后，移除透镜203，此时如果待检查人员没有近视或远视的情况，则直接为眼底成像对准状态；若检查人员存在近视或远视的情况，则需要控制器控制驱动器调整眼底调焦镜组204的位置，来实现眼底成像的焦距调整，使眼底成像清晰度最佳；即，眼前部对准完成后，移除透镜203，控制器启动眼底相机，并接收眼底相机的图像，并根据眼底相机的图像信息来生成眼底调焦镜组204的位置移动信号并将所述信号传输给驱动机构，由驱动机构调整调焦镜组204的位置，从而实现眼底成像清晰度最佳。在本实施例中，可对+/-20屈光度范围进行补偿。
在本实施例中，所述***还包括所述成像***还包括下颌支撑装置，所述下颌支撑装置与接目镜201相对设置，如图4所示，所述下颌支撑装置包括龙门架、设置于龙门架横梁正下方和所述龙门架对称轴交点处的颌托602、设置于横梁正中的额头贴板606、对称设置于龙门架纵梁的一组眼角摄像头603、设置于颌托602下方的压力传感器Ⅰ601、设置于额头贴板606下端且位于颌托正上方的压力传感器Ⅱ604以及设置于额头贴板的使用者额头与所述额头贴板的贴合度的位置传感器605。
如图4、图5所示，待检查人员将下颌放置在颌托602上，设置于颌托602下方的压力传感器Ⅰ601将压力信号传送给控制器，控制器让处于待机状态的***激活，额头贴板上的位置传感器605检查待检查人员的前额是否于额头贴片贴合，若未贴合则语音提醒待检查人员将前额紧贴额头贴片，并利用设置于龙门架纵臂上的一组摄像头，对被检人员的外眼角附近成像，根据所示图像信息判断待检车人员的眼角是否于一组摄像头位于同一水平面，若没有则经控制颌托电机驱动装置控制颌托电机驱动颌托上下移动，直至待检测人员的眼角的连线与眼角摄像头603的延长线重合，即待检测这眼睛到达预设位置。压力探测器设置的目的是针对小孩或者头部较小的被检人员避免被挤压而设置，当成像传感器603检测到眼角偏低，需要通过颌托下电机驱动上移颌托602时，头部被卡在了额头贴板606下端与颌托之间，压力传感器604就有压力信号传给控制器，从而停止颌托上移电机的工作，避免出现任何伤害。
相应的本发明还提供一种眼睛成像对准方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将眼睛调整至眼角的延长线与一对眼角摄像头连线重合或接近重合；如图4、图5所示，用户扫描***设备上的二维码或者输入用户信息，***通电处于待机状态。
用户将下巴放到颌托(602)上，压力传感器(601)感知足够压力，启动运行。眼角成像设备603拍摄脸部侧面图像，分析眼角距离设定位置偏差量，颌托下端的电机运动调整颌托上下移动，将眼角调整至摄像头603内的设定位置。待检查人员将下颌放置在颌托602上，设置于颌托602下方的压力传感器Ⅰ601将压力信号传送给控制器，控制器通过额头贴片的位置传感器605检查待检查人员的前额是否于额头贴片贴合，若未贴合则语音提醒待检查人员将前额紧贴额头贴片，在贴合完成后，启动设置于龙门架纵臂上的一组摄像头，并接收一组摄像头回传的图像信息，控制器根据所示图像信息判断待检车人员的眼角是否于一组摄像头位于同一水平面，若没有则经控制颌托电机驱动装置控制颌托电机驱动颌托602上下移动，直至待检测人员的眼角的连线与眼角摄像头603的延长线重合，即待检测这眼睛到达预设位置
S2：调整眼前部对准单元，使第一立体相机的光轴和第二立体相机的光轴的交底于眼睛的瞳孔重合；
S3：将第五透镜移入成像光路，实现眼前节成像；
S4：将第五透镜移出成像光路，引导对准单元实现眼底对准，并实现眼底成像；其中，所述眼底对准包括屈光补偿调节，所述屈光补偿调节具体为左右移动第六透镜，其中，近视则将第六透镜向左移动，若远视则将第六透镜向右移动；即，眼前部对准完成后，移除透镜203，控制器启动眼底相机，并接收眼底相机的图像，并根据眼底相机的图像信息来生成眼底调焦镜组204的位置移动信号并将所述信号传输给驱动机构，由驱动机构调整调焦镜组204的位置，从而实现眼底成像清晰度最佳。在本实施例中，可对+/-20屈光度范围进行补偿。
S5：眼底OCT成像。所述OCT成像采用现有的OCT成像，在此不再赘述。所述自动调焦单元在OCT成像时，需要调整焦距时，整体移入OCT成像单元，进行焦距调节，在焦距调节完成后，移出OCT成像单元。在OCT成像前，将所述自动调焦单元移入所述OCT成像单元的成像光路，通过测量眼底返回光斑在第三成像传感器404的成像的光斑的大小，通过前后移动调整台，从而确定最佳OCT像面，待最佳OCT像面确定后，将所述自动调焦单元移出OCT成像单元的成像光路，开始OCT成像。
所述步骤S2具体包括如下步骤：
S201：建立第一立体相机所在空间的三维坐标系Ⅰ；
建立第二立体相机所在空间的三维坐标系Ⅱ；
建立待检测眼睛所在的空间的三维坐标系Ⅲ；
其中，三维坐标系Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的XY平面共面；
S202：调整立体相机的位置使立体相机在XY平面与待测眼睛对准；
S203：调整立体相机的位置使立体相机在Z轴上与待测测眼睛对准；
其中，Z0轴的对准采用如下方法：
Figure BDA0002342892310000131
其中，Z0表示交点A在Z轴的偏离量，Z1表示交点A在第一立体相机上的像点A1的Z轴的坐标，m表示立体相机成像***的放大倍率。
所述步骤S202包括如下步骤：
(1)确定过眼睛中心点的竖直线与XY平面的交点A的坐标A(x0,y0,z0),获取交点A在第一立体相机上的像点A1的坐标A1(x1,y1,z1)，同时交点A在第二立体相机上的像点A2的坐标A2(x2,y2,z2)；
(2)
a:判断像点A1的X轴坐标x1与像点A2的X轴坐标x2是否满足X1＝-X2，其中，x1表示像点A1的X轴坐标，x2表示像点A2的X轴坐标，
若满足，则表示所述交点A在X轴方向对准但在Y方向偏离，其在Y方向的偏离量采用如下方法计算：
Figure BDA0002342892310000132
其中，yo表示所述交点A在Y方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据yo的值移动调整台，实现XY平面的对准；
若不满足，进入步骤b；
b：判断像点A1的X轴坐标x1与像点A2的X轴坐标x2是否满足2X1X2 sinα＝(X2-X1)bcosα，其中，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角，
若满足，则表示所述交点A在Y轴方向对准但在X轴方向偏离，其在X轴方向的偏离量采用如下方法计算：
Figure BDA0002342892310000141
其中，xo表示所述所述交点A在X方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据xo的值移动调整台，实现XY平面的对准；
若不满足，则进入步骤c；
c：所述交点A在X轴方向和Y轴方向均发生偏离，所述偏离量采用如下方法计算：
Figure BDA0002342892310000151
其中，xo表示所述所述交点A在X方向的偏离量，yo表示所述所述交点A在Y方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
相应的，步骤c还可以通过如下方法确定，
Figure BDA0002342892310000152
其中，xo表示所述待对准点A在X方向的偏离量，yo表示所述待对准点A在Y方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角
并根据xo yo的值移动调整台，实现XY平面的对准。
如图6所示，两相机对称放置，OO1′O1″是第一立体相机的光轴，OO2′O2″是第二立体相机的光轴，两成像***光轴交于O点，O点为其理想成像的物点，当瞳孔中心位于该点时，将分别成像到两相机的中心O1″、O2″处，所述中心为第一立体相机或第二立体相机的光轴与CCD的交点，***处于对准状态。OM所在直线为两相机的对称轴，即成像单元的成像光路轴线。01″02″的距离为2a，O1′O1″＝O2′O2″＝b，建立如上图所示的坐标系，CCD1位于X1、Z1坐标平面内，坐标原点位于CCD1的中心O1″；CCD2位于X2、Z2坐标平面内，坐标原点位于CCD2的中心O2″；物***于X0、Y0、Z0坐标系内，坐标原点为O点。三个坐标系的X、Y平面共面。计算出待对准物A在X0、Y0、Z0坐标系下的坐标后，两立体相机所在的***沿X0、Y0、Z0坐标轴移动A点的坐标值，使A点与O点重合，实现对准。
相应的本发明还提供一种眼睛成像对准方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将眼睛调整至眼角的延长线与一对眼角摄像头连线重合或接近重合；
S2：将第五透镜移入成像光路，引导对准单元实现眼前部对准，实现眼前节成像；引导对准单元通过第二相机传感器对待测眼睛的眼前部成像，通过现有的图像对准算法，通过控制器控制调整台的位置实现对准；
S3：将第五透镜移出成像光路，引导对准单元实现眼底对准，并实现眼底成像；所述眼底对准包括屈光补偿调节，所述屈光补偿调节具体为左右移动第六透镜，其中，近视则将第六透镜向左移动，若远视则将第六透镜向右移动；引导对准单元通过第二相机传感器对待测眼睛的眼底成像，通过现有的图像对准算法，通过控制器控制调整台的位置实现对准；
S4：眼底OCT成像。所述OCT成像采用现有的OCT成像，在此不再赘述。所述自动调焦单元在OCT成像时，需要调整焦距时，整体移入OCT成像单元，进行焦距调节，在焦距调节完成后，移出OCT成像单元。在OCT成像前，将所述自动调焦单元移入所述OCT成像单元的成像光路，通过测量眼底返回光斑在第三成像传感器404的成像的光斑的大小，通过前后移动调整台，从而确定最佳OCT像面，待最佳OCT像面确定后，将所述自动调焦单元移出OCT成像单元的成像光路，开始OCT成像。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：包括：照明单元、成像单元、引导对准单元、OCT单元和接目镜(201)，所述成像单元包括成像光路和光路转换装置，当所述***进行眼前节成像时，所述光路转换装置移入成像单元，当所述***进行眼底成像时，所述光路转换装置从成像单元中移除；
所述照明单元，用于为成像单元和引导对准单元提供对准光源，所述照明单元包括对准光源(101)、照明光源(103)和照明光路，所述照明光路用于将所述照明光源(103)和对准光源(101)的光传输至眼睛预设区域，所述照明光路从右到左依次包括第一透镜(102)、第二透镜(104)、滤镜(105)、环形通光孔阑(106)、第三透镜(107)、第一反射镜(108)、第四透镜(109)和第二反射镜(202)，所述对准光源(101)设置于第一透镜(102)的右侧，所述照明光源(103)设置于第一透镜(102)和第二透镜(104)传输光路之间；
所述成像光路从左到右依次包括设置于接目镜(201)右侧且与所述接目镜(201)共焦的第六透镜(204)、第八透镜(207)和第一成像传感器(208)；
所述光路转换装置为设置于接目镜(201)和第六透镜(204)的传输光路之间的可移动的第五透镜(203)；
所述引导对准单元包括第六透镜(204)、第一二向色镜(206)、第二二向色镜(301)、第七透镜(302)和第二成像传感器(303)，所述第一二向色镜(206)让眼底成像的可见光透过，对准导引和OCT成像的近红外光反射，第二二向色镜(301)让OCT成像光束透过，对准导引光束反射；引导对准单元与第五透镜(203)和接目镜(201)一起构成导引对准成像光路；
所述OCT单元包括第六透镜(204)、第一二向色镜(206)、振镜(401)、第十透镜(405)和光学相干断层扫描OCT，所述振镜(401)设置于第一二向色镜(206)的上方，OCT单元和接目镜构成OCT测量支光路。
2.根据权利要求1所述自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：所述***还包括眼前部对准单元，用于实现眼前部的对准，所述眼前部对准单元包括第一立体相机(501)和第二立体相机(502)，所述第一立体相机(501)和第二立体相机(502)对称设置于所述成像光路的两侧，对称轴位于所述成像光路的光轴上，且所述第一立体相机(501)的光轴和第二立体相机(502)的光轴的交点位于所述成像光路上的光轴上，该交点所在的垂直于成像光路光轴的平面为理想物面，即对准平面。
3.根据权利要求2所述自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：所述***还包括屈光调节装置，所述屈光调节装置为可沿成像光路左右移动的第六透镜(204)。
4.根据权利要求1所述自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：所述OCT单元还包括眼底OCT自动调焦单元，所述自动调焦单元包括半反半透镜(402)、第九透镜(403)和第三成像传感器(404)，所述半反半透镜(402)设置于振镜(401)和第十透镜(405)之间用于将从眼底返回的OCT成像光束反射到第九透镜(403)，经第九透镜(403)会聚到第三成像传感器(404)。
5.根据权利要求2所述自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：所述***还包括调整台和控制器，所述调整台为X、Y、Z三轴电动位移平台，受所述控制器控制并接收控制信号并完成控制信号相应的位置调整，所述照明单元、成像单元、引导对准单元、OCT单元、接目镜(201)和眼前部对准单元均设置于所述调整台上。
6.根据权利要求2所述自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***，其特征在于：所述***还包括下颌支撑装置，所述下颌支撑装置与接目镜(201)相对设置，所述下颌支撑装置包括龙门架、设置于龙门架横梁正下方和所述龙门架对称轴交点处的颌托(602)、设置于横梁正中的额头贴板(606)、对称设置于龙门架纵梁的一组眼角摄像头(603)、设置于颌托(602)下方的压力传感器Ⅰ(601)、设置于额头贴板(606)下端且位于颌托正上方的压力传感器Ⅱ(604)以及设置于额头贴板的使用者额头与所述额头贴板的贴合度的位置传感器(605)。
7.一种基于权利要求6所述的自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***的成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将眼睛调整至眼角的延长线与一对眼角摄像头的连线重合或接近重合；
S2：调整眼前部对准单元，使第一立体相机的光轴和第二立体相机的光轴的交底于眼睛的瞳孔重合；
S3：将第五透镜移入成像光路，实现眼前节成像；
S4：将第五透镜移出成像光路，引导对准单元实现眼底对准，并实现眼底成型；其中，所述眼底对准包括屈光补偿调节，所述屈光补偿调节具体为左右移动第六透镜，其中，近视则将第六透镜向左移动，若远视则将第六透镜向右移动；
S5：眼底OCT成像。
8.根据权利要求7所述的成像方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括如下步骤：
S201：建立第一立体相机所在空间的三维坐标系Ⅰ；
建立第二立体相机所在空间的三维坐标系Ⅱ；
建立待检测眼睛所在的空间的三维坐标系Ⅲ；
其中，三维坐标系Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的XY平面共面；
S202：调整立体相机的位置使立体相机在XY平面与待测眼睛对准；
S203：调整立体相机的位置使立体相机在Z轴上与待测测眼睛对准；
其中，Z0轴的对准采用如下方法：
Figure FDA0003614460940000031
其中，Z0表示交点A在Z轴的偏离量，交点A为第一立体相机的光轴和第二立体相机的光轴的交点，Z1表示交点A在第一立体相机上的像点A1的Z轴的坐标，m表示立体相机成像***的放大倍率。
9.根据权利要求8所述的成像方法，其特征在于：所述步骤S202包括如下步骤：
(1)确定过眼睛中心点的竖直线与XY平面的交点A的坐标A(x0,y0,z0),获取交点A在第一立体相机上的像点A1的坐标A1(x1,y1,z1)，同时交点A在第二立体相机上的像点A2的坐标A2(x2,y2,z2)；(2)
a:判断像点A1的X轴坐标x1与像点A2的X轴坐标x2是否满足X1＝-X2，其中，x1表示像点A1的X轴坐标，x2表示像点A2的X轴坐标，
若满足，则表示所述交点A在X轴方向对准但在Y方向偏离，其在Y方向的偏离量采用如下方法计算：
Figure FDA0003614460940000041
其中，yo表示所述交点A在Y方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的光轴与CCD的交点与第二立体相机的光轴与CCD的交点的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据yo的值移动调整台，实现XY平面的对准；
若不满足，进入步骤b；
b：判断像点A1的X轴坐标x1与像点A2的X轴坐标x2是否满足2X1X2sinα＝(X2-X1)b cosα，其中，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角，
若满足，则表示所述交点A在Y轴方向对准但在X轴方向偏离，其在X轴方向的偏离量采用如下方法计算：
Figure FDA0003614460940000051
其中，xo表示所述交点A在X方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，α表示第一立体相机光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据xo的值移动调整台，实现XY平面的对准；
若不满足，则进入步骤c；
c：所述交点A在X轴方向和Y轴方向均发生偏离，所述偏离量采用如下方法计算：
Figure FDA0003614460940000052
其中，xo表示所述交点A在X方向的偏离量，yo表示所述交点A在Y方向的偏离量，x1表示像点A1的X轴坐标，a表示第一立体相机的中心与第二立体相机的中心的距离的二分之一，b表示第一立体相机成像透镜的主点到CCD的距离光轴与第二立体相机成像透镜的主点到CCD的距离，，α表示第一立体相机的光轴与第一立体相机和第二立体相机的对称轴的夹角；
并根据xo yo的值移动调整台，实现XY平面的对准。
10.一种基于权利要求6所述的自动对准和调焦的眼底或眼前节成像***的成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将眼睛调整至眼角的延长线与一对眼角摄像头连线重合或接近重合；
S2：将第五透镜移入成像光路，引导对准单元实现眼前部对准，实现眼前部对准，眼前节成像；
S3：将第五透镜移出成像光路，引导对准单元实现眼底对准、调焦，所述调焦包括屈光补偿调节，所述屈光补偿调节具体为左右移动第六透镜，如，近视则将第六透镜向左移动，若远视则将第六透镜向右移动，OCT调焦成像；
S4：眼底照相机成像。
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