CN111127463A - 一种人眼泪膜破裂检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人眼泪膜破裂检测装置，包括：照明模块，用于向待检测者的眼部发射具有一定发光图案的照明光；视频采集模块，用于采集待检测者的人眼的视频信息；视频分析模块，用于连接至所述视频采集模块以根据所述视频信息中的人眼反射的发光图案的变化判断待检测者的人眼泪膜的状态。本发明的有益之处在于所提供的人眼泪膜破裂检测装置能够根据人眼反射的图案的变化自动判断出待检测者的人眼泪膜的状态。

Description

一种人眼泪膜破裂检测装置

技术领域

本发明涉及一种人眼泪膜破裂检测装置。

背景技术

泪膜是涂布在我们角膜和结膜表面的一层很薄的液体层，由3部分组成，最外层是脂质层，中间是水样层，最内层是黏蛋白层。人眼表面覆盖的泪膜能够保持眼表湿润。人眼通过眨眼的动作将泪液涂覆于眼球表面形成泪膜。泪膜形成后经过一段时间会蒸发变薄直至破裂，泪膜从形成到产生破裂的时间间隔为泪膜破裂时间。正常人眼的泪膜较为稳定，持续的时间比较长。但对于眼部有疾病的人，比如干眼患者，泪膜破裂时间短，泪膜对眼表的保护功能减弱。

传统的泪膜破裂时间检测是角膜荧光素钠染色后在裂隙灯显微镜下观察角膜出现第一个干燥斑的时间，检查结果准确性依赖于观察者的经验及染色剂对泪膜的稳定性，检查结果主观性强，且不稳定，检查之前需要患者滴入染色剂，给患者带来一定危害。

发明内容

本发明提供了一种人眼泪膜破裂检测装置，采用如下的技术方案：

一种人眼泪膜破裂检测装置，包括：

照明模块，用于向待检测者的眼部发射具有一定发光图案的照明光；

视频采集模块，用于采集待检测者的人眼的视频信息；

视频分析模块，用于连接至所述视频采集模块以根据所述视频信息中的人眼反射的发光图案的变化判断待检测者的人眼泪膜的状态。

进一步地，所述视频分析模块包括：

识别模块，用于从所述视频信息中识别人眼完全睁开的时刻；

比较模块，用于比较对比帧和参考帧以得到所述对比帧和所述参考帧之间的差异以及差异产生的时间；

其中，所述参考帧为所述视频信息中人眼完全睁开的时刻的图像，所述对比帧为所述视频信息中在所述参考帧之后的每一帧图像。

进一步地，所述识别模块包括：

计算子模块，用于计算所述视频信息中每一帧图像的像素均值；

分析子模块，用于分析所述像素均值的变化情况，当所述分析模块分析得到图像的像素均值下降至预设值并持续预设时间时，将图像的像素均值首次下降到该预设值的时刻作为人眼完全睁开的时刻。

进一步地，所述比较模块包括：

均衡化子模块，用于分别对所述参考帧和所述对比帧进行限制对比度自适应直方图均衡化；

滤波子模块，用于分别对均衡化后的所述参考帧和所述对比帧进行均值滤波；

处理子模块，用于对均值滤波前后的所述参考帧作差得到参考图案并对均值滤波前后的所述对比帧作差得到对比图案，

所述处理子模块还将所述参考图案和所述对比图案作差得到差异图；

划分子模块，用于将所述参考图案、所述对比图案和所述差异图划分成数量相同大小一致的若干子区域；

比较子模块，用于对比所述参考图案和所述对比图案相对应的所述子区域，识别出存在差异的所述子区域；

标记子模块，用于将识别出的存在差异的所述子区域映射至所述差异图，将识别出的存在差异的所述子区域中包含差异部分的所述子区域标记为破裂区域，并标记所述破裂区域的破裂时间。

进一步地，所述破裂时间为产生所述破裂区域的所述对比帧和所述参考帧之间的时间间隔。

进一步地，当所述对比帧中的所述子区域被标记为所述破裂区域，在之后的所述对比帧对比判断中，所述破裂区域不再重复判断。

进一步地，所述视频分析模块还包括：

图形生成模块，用于生成泪膜破裂结果地形图，泪膜破裂结果图标记有若干破裂区域和每个破裂区域所对应的破裂时间；

显示模块，用于显示膜破裂结果地形图。

进一步地，所述比较子模块对所述参考图案和所述对比图案中相对应的所述子区域进行图像相似度计算并根据计算得到的相似度的大小判断所述子区域是否存在差异。

进一步地，所述照明模块的发光部为若干同心圆环。

进一步地，所述照明模块照射白光。

本发明的有益之处在于所提供的人眼泪膜破裂检测装置能够根据人眼反射的图案的变化自动判断出待检测者的人眼泪膜的状态。

本发明的有益之处还在于所提供的人眼泪膜破裂检测装置识别参考帧后的每一对比帧与参考帧的差异，能够清楚的识别出每一个破裂的区域以及每一个破裂的区域所产生的时间。

附图说明

图1是本发明的人眼泪膜破裂检测装置的示意图；

图2是照明设备示意图；

图3是参考帧的示意图；

图4是对比帧的示意图；

图5是对参考帧进行处理后得到的参考图案的示意图；

图6是对对比帧进行处理后得到的对比图案的示意图；

图7是对将参考图案和对比图案作差得到的差异图的示意图；

图8是参考图案的局部放大划分示意图；

图9是对比图案的局部放大划分示意图；

图10是将存在差异的子区域映射至差异图中的示意图；

图11是输出的泪膜破裂结果地形图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

如图1所示为本发明的一种人眼泪膜破裂检测装置100，包括：照明模块10、视频采集模块20和视频分析模块30。照明模块10用于向待检测者的眼部发射具有一定发光图案的照明光。视频采集模块20用于采集待检测者的人眼的视频信息。视频分析模块30用于连接至视频采集模块20以根据视频信息中的人眼反射的发光图案的变化判断待检测者的人眼泪膜的状态。

本发明的人眼泪膜破裂检测装置100主要通过判断人眼反射的光源的图案的变化判断人眼泪膜是否破裂，首先通过照明模块10向待检测者的眼部发射具有一定发光图案的照明光。照明模块10的发光图案有多种选择，在本发明中，为了能够清楚反应眼睛不同部位的泪膜的状态，采用了如图2所示的同心圆状的照明装置，该照明装置的照明部分由多个不同半径的同心的发光圆环构成，每个发光圆环之间的距离相等，当反射的光源图案中某个位置发生变化，均可以在反光图案中显示出来。可以理解的是，照明部分还可以由不同边长的正三角形、不同边长的正方形发光部等其他形状的发光部同心构成。并且，本发明中的照明设备发射的光为白光。

视频采集模块20为摄像头装置，用于采集待检测者的人眼的视频信息。再通过视频分析模块30分析视频信息中人眼反射的光源图案的变化情况，进而判断人眼的泪膜的状态。

具体而言，将待检测者一次睁眼和闭眼的过程作为一个检测周期。视频分析模块30包括：识别模块和比较模块。识别模块用于从视频信息中识别人眼完全睁开的时刻。比较模块用于比较对比帧和参考帧以得到对比帧和参考帧之间的差异以及差异产生的时间。其中，参考帧为视频信息中人眼完全睁开的时刻的图像，如图3所示为参考帧图像。对比帧为视频信息中在参考帧之后的每一帧图像，如图4所示为其中一个对比帧的图像。对比每一个对比帧和参考帧以识别每一对比帧和参考帧之间的差异以及差异产生的时间。通过分析每一个对比帧和参考帧的差异能够得到泪膜破裂的具体区域以及产生的时间。

作为一种优选的实施方式，识别模块包括：计算子模块和分析子模块。

计算子模块用于计算视频信息中每一帧图像的像素均值。分析子模块用于分析像素均值的变化情况，当分析模块分析得到图像的像素均值下降至预设值并持续预设时间时，将图像的像素均值首次下降到该预设值的时刻作为人眼完全睁开的时刻。由于闭眼眼皮像素均值远高于开眼像素均值，通过睁眼判断算法计算每一帧图像的像素均值，当图像的像素均值下降至预设值且稳定维持在预设值达到预设时间，则判断眼睛完全睁开。当眼睛完全睁开时，像素均值是最低值。将图像的像素均值首次下降到最低值的时刻作为人眼完全睁开的时刻。在本发明中，预设时间一定时间设定为0.5s，可以理解的是，该时间间隔可以根据具体情况进行调整。

在本发明中，比较模块包括：均衡化子模块、滤波子模块、处理子模块、划分子模块、比较子模块和标记子模块。

均衡化子模块用于分别对参考帧和对比帧进行限制对比度自适应直方图均衡化。滤波子模块用于分别对均衡化后的参考帧和对比帧进行均值滤波。处理子模块用于对均值滤波前后的参考帧作差得到参考图案并对均值滤波前后的对比帧作差得到对比图案。如图5所示为对图3参考帧进行处理后的参考图案的示意图。如图6所示为对图4对比帧进行处理后的对比图案示意图。处理子模块还将参考图案和对比图案作差得到差异图，如图7所示。划分子模块用于将参考图案、对比图案和差异图划分成数量相同大小一致的若干子区域。比较子模块用于对比参考图案和对比图案相对应的子区域，识别出存在差异的子区域。如图8所示为图5的局部放大划分示意图，如图9所示为图6的局部放大划分示意图，图中的每个子区域都具有子区域标号。在本发明中，比较子模块对参考图案和对比图案中相对应的子区域进行图像相似度计算，并根据计算得到的相似度的大小判断子区域是否存在差异，当计算得到的相似度低于阈值时则判断该子区域存在差异。标记子模块用于将识别出的存在差异的子区域映射至差异图，将识别出的存在差异的子区域中包含差异部分的子区域标记为破裂区域，并标记破裂区域的破裂时间。如图10所示为将存在差异的子区域映射至差异图中的示意图，图中方框框选出的子区域为识别出的存在差异的子区域，将方框中包含白色的差异部分的子区域标记为破裂区域，并记录破裂区域的破裂时间。在本发明中，破裂时间定义为产生破裂区域的对比帧和参考帧之间的时间间隔。

作为另一种可选的实施方式，将方框周围一定距离区域包含白色的差异部分的子区域标记为破裂区域，该方案与上述方案的判断标准的区别在于：在本方案中，即使方框内没有包含白色的差异部分，但方框周围一定区域存在白色的差异部分，也判断该子区域为破裂区域。该一定距离可以根据实际情况进行设定。

可以理解的是，随着时间的延续，泪膜破裂的位置可能会变多，且原先产生破裂的位置也会随着时间的推移产生进一步变化，因此，原先检测已经发生泪膜破裂的子区域随时时间的推移，很有可能在接下来的对比帧判断时被判定为未发生破裂，因此，为了使判断结果更精确，当对比帧中的子区域首次被标记为破裂区域后，在之后的对比帧对比判断中，该破裂区域标记为破裂区域，不再重复判断，即以第一次判断发生泪膜破裂的结果为准。

视频分析模块30还包括：图形生成模块和图像显示模块。

图形生成模块用于生成泪膜破裂结果地形图，泪膜破裂结果图标记有若干破裂区域和每个破裂区域所对应的破裂时间。图像显示模块用于显示该泪膜破裂结果地形图。在一个检测周期完成后，通过图形生成模块生成泪膜破裂结果地形图，在参考帧图像中标记所有的破裂区域和每个破裂区域所对应的破裂时间，在通过图像显示模块显示出来。如图11所示。在本发明中，图像显示模块为液晶显示器。在泪膜破裂结果地形图中可以清楚得到人眼泪膜破裂的区域以及每个破裂区域产生的时间。当检测到闭眼时，完成本次检测，与睁眼判断算法相似，通过判断每一帧图像的像素均值来变化情况来判定闭眼。具体的，与参考帧的像素均值相比，当检测到的对比帧的像素均值突然增大，则该对比帧判定为闭眼。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，包括：

照明模块，用于向待检测者的眼部发射具有一定发光图案的照明光；

视频采集模块，用于采集待检测者的人眼的视频信息；

视频分析模块，用于连接至所述视频采集模块以根据所述视频信息中的人眼反射的发光图案的变化判断待检测者的人眼泪膜的状态。

2.根据权利要求1所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述视频分析模块包括：

识别模块，用于从所述视频信息中识别人眼完全睁开的时刻；

比较模块，用于比较对比帧和参考帧以得到所述对比帧和所述参考帧之间的差异以及差异产生的时间；

其中，所述参考帧为所述视频信息中人眼完全睁开的时刻的图像，所述对比帧为所述视频信息中在所述参考帧之后的每一帧图像。

3.根据权利要求2所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述识别模块包括：

计算子模块，用于计算所述视频信息中每一帧图像的像素均值；

分析子模块，用于分析所述像素均值的变化情况，当所述分析模块分析得到图像的像素均值下降至预设值并持续预设时间时，将图像的像素均值首次下降到该预设值的时刻作为人眼完全睁开的时刻。

4.根据权利要求2所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述比较模块包括：

均衡化子模块，用于分别对所述参考帧和所述对比帧进行限制对比度自适应直方图均衡化；

滤波子模块，用于分别对均衡化后的所述参考帧和所述对比帧进行均值滤波；

处理子模块，用于对均值滤波前后的所述参考帧作差得到参考图案并对均值滤波前后的所述对比帧作差得到对比图案，

所述处理子模块还将所述参考图案和所述对比图案作差得到差异图；

划分子模块，用于将所述参考图案、所述对比图案和所述差异图划分成数量相同大小一致的若干子区域；

比较子模块，用于对比所述参考图案和所述对比图案相对应的所述子区域，识别出存在差异的所述子区域；

标记子模块，用于将识别出的存在差异的所述子区域映射至所述差异图，将识别出的存在差异的所述子区域中包含差异部分的所述子区域标记为破裂区域，并标记所述破裂区域的破裂时间。

5.根据权利要求4所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述破裂时间为产生所述破裂区域的所述对比帧和所述参考帧之间的时间间隔。

6.根据权利要求4所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

当所述对比帧中的所述子区域被标记为所述破裂区域，在之后的所述对比帧对比判断中，所述破裂区域不再重复判断。

7.根据权利要求4所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述视频分析模块还包括：

图形生成模块，用于生成泪膜破裂结果地形图，所述泪膜破裂结果图标记有若干所述破裂区域和每个所述破裂区域所对应的所述破裂时间；

显示模块，用于显示所述膜破裂结果地形图。

8.根据权利要求4所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述比较子模块对所述参考图案和所述对比图案中相对应的所述子区域进行图像相似度计算并根据计算得到的相似度的大小判断所述子区域是否存在差异。

9.根据权利要求1所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述照明模块的发光部为若干同心圆环。

10.根据权利要求9所述的人眼泪膜破裂检测装置，其特征在于，

所述照明模块照射白光。

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