用于确定眼睛的位置和/或取向的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种方法用于确定眼睛的眼角膜的位置和取向的参量的方法，所述方法包括以下步骤：在眼睛的虹膜或/和巩膜上产生线状结构；借助于摄像机拍摄具有线状结构的眼睛的第一图像；借助于第一图像确定距离和线状结构相对于摄像机的取向。

Method and apparatus for determining the location and / or orientation of eyes

The present invention relates to a method for determining the position and orientation of the cornea of the eye. The method comprises the following steps: producing a linear structure on the iris of the eye or / and the sclera; using a camera to photograph a first image of the eye with a linear structure; and determining a distance and a linear knot by the first image. Structure relative to the orientation of the camera.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于确定眼睛的位置和/或取向的方法和设备
本专利技术涉及一种用于确定眼睛的位置和取向的方法和设备。
技术介绍
这种方法和设备特别在屈光手术中使用，其中，眼睛的总折光力改变并且随后能以理想的方式取消传统的光学校正、如眼镜或隐形眼镜。特别在用于改变角膜曲率的激光烧蚀中——其中通常烧蚀激光束被在弯曲的眼角膜表面上引导，在治疗期间必要的是，识别眼睛的精确位置以及眼睛的取向——也就是说眼睛关于空间中三个角度的取向/定向。在具有坐标X，Y和Z的笛卡尔坐标系中的眼球位置以及关于三个空间角Rollx，Rolly和Rollz的眼球取向根据图2如下所述地定义：笛卡尔坐标X，Y和Z被这样选择，即Z轴基本上与激光加工轴A3重合并且沿观察方向定向。X轴被这样定向，即在人站立时X轴与水平线重合。相应地，Y轴被竖直地布置。眼球的空间角或旋转角被相应于笛卡尔坐标规定为滚动角/滚转角Rollx，Rolly和Rollz。角Rollz也被称为旋转/眼球自旋。用于检测眼睛的位置和取向的可能性在于拍摄眼睛表面的摄像机图像。对摄像机图像的评估必须在这种操作期间考虑所有可能的眼睛运动。
技术实现思路
本专利技术基于以下目的：提出一种方法和设备，该方法和设备能实现以足够的精确性查明用于确定眼睛的眼角膜的位置和取向的参量用以实施激光辅助的眼角膜治疗。该目的通过根据独立权利要求1所述的方法来实现。本专利技术的其它设计方案在从属权利要求中给出。此外，所述目的通过根据独立权利要求13所述的设备来实现。设备的其它设计方案在从属权利要求中给出。根据本专利技术的方法包括以下步骤：在眼睛的虹膜或/和巩膜上——例如通过投影——产生线状结构/线形结构。借助于摄像机拍摄眼睛连同位于其上的线状结构的第一图像。摄像机在此优选地以其摄像机轴对准眼睛。摄像机轴在此以及在下文中可以理解为摄像机的光轴。借助于第一图像确定距离、也就是说Z坐标和表征线状结构相对于摄像机的取向的参数、像例如Rollx和Rolly。由上述说明随后可以推断出距离和用于结构被投影到其上的表面的取向的相应的参数，该表面上——也就是说例如虹膜或角膜缘。由此又可以确定距离和用于眼角膜的取向的相应的参数。在此，用于表征线状结构的取向的参数不必完全地表征所述取向。术语线状结构例如被理解为直线、直线部段、条、圆弧、圆、椭圆、等等——也就是说可以通过线条表示的结构。线条不一定必须是直的，而是可以是弯曲的或也可以具有封闭的形状，像在椭圆或圆的情况下那样。线状结构可以仅在眼睛的虹膜上，仅在眼睛的巩膜上或既在眼睛的虹膜上又在眼睛的巩膜上产生。优选地，线状结构位于虹膜上。在确定用于线状结构的位置和取向的参数时，例如可以应用线状结构的中心或在明亮与黑暗之间的棱边。线状结构相对于摄像机的取向可以理解为线状结构在空间中的取决于角度的定向。取向例如可以通过两个角度值的说明来定义。由线状结构的取向可以推断出眼睛在空间中的取向。特别是可以由线状结构的取向查明对于完全地说明眼睛的取向所需要的角度值。侧向/横向位置被理解为眼睛的垂直于摄像机轴或激光轴的位置。为了查明那些例如对于实施眼角膜的激光烧蚀所需要的参量，根据本专利技术的方法采用眼睛的取向以及眼睛的Z位置、不是真正的眼角膜、而是眼睛的虹膜和/或巩膜作为参考。将线状结构投影在虹膜或/和巩膜上并且因此产生可以借助于图像处理简单地作为自然结构探测到的特征。这样产生的结构形成明显的和进而可以更好地探测到的对比度，该对比度简化了图像处理并且由图像处理提供更精确的结果。同时，线状结构基于其较少改变的和已知的几何结构可以更简单地在图像处理中作为自然结构操纵。在本专利技术的一个改进方案中可以规定，借助于摄像机拍摄眼睛——该眼睛不具有位于其上的线状结构——的第二图像，借助于第二图像确定眼睛的侧向位置——也就是说参数X和Y——和/或眼睛的眼球自旋——也就是说Rollz。另选地或附加地，可以借助于第三图像确定所述眼球自旋。眼球自旋说明了眼睛围绕摄像机轴或激光轴的转动。第二和/或第三图像的拍摄可以利用与拍摄所述第一图像相同的摄像机执行。通过该补充的步骤，以简单的方式能够实现完全地确定眼睛的位置和取向。第二和/或第三图像可以在合适的时刻例如在测量循环的范围内被拍摄。这种测量循环可以提供例如包括线状结构的第一图像的第一次拍摄、不包括线状结构的另外的第二图像的第N次拍摄、以及随后第三图像的拍摄。第三图像可以例如以比第二图像高的分辨率被拍摄。由第一图像可以确定用于Z和Rollx和Rolly的值。由第二图像可以确定用于X和Y的新值并且进而也确定用于Rollx和Rolly的新值。由第三图像可以确定Rollz。一个优选的实施方式规定，线状结构的取向的确定包括确定线状结构的——特别是围绕垂直于摄像机轴的轴的——第一倾斜角和第二倾斜角。基于投影的线状结构可以特别可靠地确定第一倾斜角和第二倾斜角。作为用于倾斜角的参考量可以使用图像轴或摄像机轴。根据线状结构的倾斜角可以推断出虹膜或/和巩膜的取向并且进而也推断出眼睛的取向。在本方法的一个实施方式中，可以查明表征线状结构的参数以用于确定距离和取向。如果线状结构是直线或条，那么该参数例如可以是线状结构的位置和角度。在圆形或圆弧形结构的情况下，例如可以是中心点的位置以及半径。优选地，线状结构的距离和取向的确定包括应用霍夫变换。霍夫变换在线状结构中是有利的，该线状结构能通过直线或圆描绘。借助于霍夫变换可以特别有利地从查明的多个线状结构中选出最接近实际存在的结构的结构。另选地，可以在根据本专利技术的方法中规定，线状结构的距离和取向的确定包括应用一维傅里叶变换。借助于一维傅里叶变换查明的用于表征的参数特别是可以包括沿一方向的周期以及一相位。傅里叶变换的方法在应用中是经济的并且提供可靠的结果。有利地，距离和取向的确定包括在第一图像中确定线状结构的整体位置、线状结构彼此之间的距离和/或线状结构的整体角度。线状结构的整体位置被理解为所有被检测的线状结构的几何中心或确定的线状结构的位置，由所述中心或位置可以推导出剩余的线状结构的位置。由在第一图像中的线状结构的整体位置可以推断出线状结构与摄像机之间的距离并且进而也推断出虹膜或/和巩膜的距离并且最后推断出眼角膜与摄像机之间的距离。由各个线状结构彼此之间的距离或由所有线状结构的平均距离可以推断出线状结构关于摄像机的倾斜。这同样适用于各个线状结构的角度的或线状结构的整体角度的变化。类似的推论可以由中心点的位置以及椭圆度或者由它们的变化得出。一个有利的实施方式规定，距离和取向的确定包括根据所查明的参数将几何图形插入第一图像中。用于几何图形的基础可以是被查明的参数，该参数涉及原始的线状结构。有利地，在插入之前改变所查明的参数。参数的变化例如可以是：代表原始线状结构的几何图形的位移；各个几何图形的或所有几何图形相对于彼此的角度变化或/和几何图形的失真。线状结构在由摄像机拍摄的第一图像中由单独的像素代表，而在插入几何图形之前所查明的参数的变化使得能够例如执行在子像素尺度/范围上的移位。在随后插入所查明的几何图形之后可以重新执行确定例如线状结构的距离和取向。在这个重复的过程中可以根据第一图像的质量、分辨率和/或对比度获得确定结果的明显改进。在一个实施方式中，确定眼睛的眼球自旋和/或位置的步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于确定眼睛的眼角膜的位置和取向的参量的方法，所述方法包括以下步骤：在眼睛的虹膜或/和巩膜上产生线状结构；借助于摄像机拍摄眼睛连同线状结构的第一图像；和借助于第一图像确定距离和表征线状结构相对于摄像机的取向的参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.29 DE 102015008217.51.一种用于确定眼睛的眼角膜的位置和取向的参量的方法，所述方法包括以下步骤：在眼睛的虹膜或/和巩膜上产生线状结构；借助于摄像机拍摄眼睛连同线状结构的第一图像；和借助于第一图像确定距离和表征线状结构相对于摄像机的取向的参数。2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：确定距离；借助于距离确定表征眼角膜的取向的参数；和确定表征线状结构的取向的参数。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，确定表征取向的参数包括确定线状结构的——特别是关于垂直于摄像机轴的轴的——第一倾斜角和第二倾斜角。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定距离和表征取向的参数包括查明表征线状结构的参数，特别是线状结构的位置和角度的参数，特别是线状结构的参数Z以及Rollx和Rolly。5.根据权利要求4所述的方法，其中，距离和表征取向的参数的确定包括应用霍夫变换。6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，距离和表征取向的参数的确定包括应用一维傅里叶变换，用于表征的参数特别包括沿一方向的周期以及一相位。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，距离和表征取向的参数的确定包括在第一图像中确定线状结构的整体位置、线状结构彼此之间的距离和/或线状结构的整体角度。8.根据权利要求3至7中任一项所述的方法，其中，距离和表征取向的参数的确定包括根据所查明的参数将几何图形插入第一图像中，其中，在插入之前特别是在子像素尺度上改变所查明的参数。9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：在没有线状结构的情况下借助于摄像机拍摄眼睛的第二图像；借助于第二图像确定眼睛相对于摄像机的侧向位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·帕尔泽尔，C·迪亚茨，S·比尔曼斯，
申请(专利权)人：普莱斯泰克光电子有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE