测量角膜参数的系统校准方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种测量角膜参数的系统校准方法及装置，具体地本发明专利技术提供基于机器视觉的数码裂隙灯及类似原理系统在测量角膜相关参数时，因相机拍摄视角所造成的几何畸变的系统校准方法及装置。本发明专利技术的方法包括步骤：将标定块放在标定架上，用裂隙灯垂直照射标定块，使得横截面四个顶点都在数码相机视野范围进行拍摄，获得横截面的四个角点进而获得相应的四条边；利用光线追迹法还原图像中实像的位置；然后根据图像中四个角点的实像坐标和其对应的真实空间长度，对其进行几何畸变校准，从而可以消除因相机拍摄视角所造成的几何畸变，并求出每个像素代表的真实尺寸。

System calibration method and device for measuring corneal parameters

The present invention provides a systematic calibration method and device for measuring corneal parameters. In particular, the present invention provides a systematic calibration method and device for geometric distortion caused by the camera's viewing angle when measuring corneal related parameters by a digital slit lamp based on machine vision and similar principle system. The method of the invention comprises the following steps: putting the calibration block on the calibration frame, illuminating the calibration block vertically with a slit lamp, making the four vertices of the cross section photographed in the visual field of the digital camera, obtaining the four corners of the cross section and then obtaining the corresponding four edges; restoring the position of the real image by the ray tracing method; and then restoring the position of the image; According to the real image coordinates of four corners and their corresponding real space lengths, the geometric distortion can be calibrated to eliminate the geometric distortion caused by the camera's viewing angle, and the real size represented by each pixel can be calculated.

【技术实现步骤摘要】
测量角膜参数的系统校准方法及装置
本专利技术涉及光学检测领域，具体地本专利技术涉及一种测量角膜参数的系统校准方法及装置。
技术介绍
角膜是眼睛最前面的透明部分，覆盖虹膜、瞳孔及前房，并为眼睛提供70％的屈光力，角膜的微小改变即可引起屈光状态的较大改变，因此，人们一直致力于研究角膜的形状和光学特性。准确测量角膜曲率和角膜中央厚度(CCT)为角膜疾病的早期诊断、角膜屈光手术术前筛查和术后随访、人工晶体度数计算等提供重要的依据，对矫正眼压、排查青光眼等方面也具有重要意义。裂隙灯全称“裂隙灯显微镜”，是眼科的常备光学仪器。通过裂隙灯显微镜可清楚地看到眼睑、结膜、巩膜、角膜、前房、虹膜、瞳孔、晶状体及玻璃体前1/3，从而可以确定病变的位置、性质、大小及其深度。通过对裂隙灯系统进行适当的改进，例如增加数码模块等部件，或根据裂隙灯测量原理，研制出类似设备，可测量角膜厚度及曲率等相关参数。而为了确保角膜相关参数的准确性，系统的精确标定必不可少。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量角膜参数的系统校准方法。本专利技术的第一方面提供了一种测量角膜参数的系统校准方法，所述方法包括步骤：1)提供一标定块，所述标定块为透明长方体；2)裂隙灯光路垂直照射于所述标定块，形成一个光学横截面，相机以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该光学横截面图像，确保透明标定块的上表面、下表面、前表面、后表面均在相机视角内；和3)采用几何畸变校正法对图像进行校准，根据所述标定块的真实三维数据，求得聚焦清晰状态下图像中每个像素所代表的实际距离，从而用于图像角膜厚度到真实角膜厚度的转换。进一步地，所述标定块的折射率等于角膜的折射率。进一步地，所述步骤1)中，所述标定块的折射率已知，如为1.376。进一步地，所述步骤2)中，相机以固定角度拍摄标定块，该角度和测量角膜相关参数时的拍摄角度相同。进一步地，所述步骤3)中，利用图像处理中的角点检测方法获得横截面图像的四个角点，进而获得相应的四条边。进一步地，所述步骤3)中，由于标定块的后表面所成的像为虚像，先根据光线追迹法还原标定块的后表面在图像中实像的位置，然后再根据图像中四个角点的实像坐标和其对应的真实空间长度，进行几何畸变校准。本专利技术的第二方面提供了一种测量角膜参数的系统校准装置，所述装置包括：标定块、裂隙灯系统、相机、和数据处理单元；其中，所述标定块为透明长方体；所述裂隙灯系统被设置用于发射光路垂直照射于所述标定块，形成一个光学横截面；所述相机被设置用于以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该光学横截面图像，并将拍摄获得的图像传输至数据处理单元；所述数据处理单元依据拍摄获得的横截面图像，采用几何畸变校正法对图像进行校准，根据所述标定块的真实三维数据，求得聚焦清晰状态下图像中每个像素所代表的实际距离，从而用于图像角膜厚度到真实角膜厚度的转换。进一步地，所述标定块的折射率等于角膜的折射率。进一步地，所述标定块的折射率已知，如为1.376。进一步地，所述标定块的横截面四个角点在裂隙灯范围内。进一步地，所述装置被设置用于执行本专利技术第一方面所述的方法。进一步地，所述装置还包括一标定架，所述标定架被设置用于固定所述标定块。附图说明图1显示了根据本专利技术的标定原理，其中，a)为根据本专利技术的标定示意图(正视图)；b)为根据本专利技术的标定示意图(俯视图)；c)为相机所摄的标定块图像；d)为几何畸变校准后的标定块图像。图2显示了光线追迹法，其中a)显示了光线追迹法原理；b)显示了利用光线追迹法对应的图像中位置。图3是本专利技术优选实施例的校准方法流程图。图4是本专利技术优选实施例的测量角膜参数的系统校准装置结构示意图。具体实施方式本专利技术为基于机器视觉的数码裂隙灯及类似原理系统在测量角膜相关参数时，因相机拍摄视角所造成的几何畸变的系统校准方法。本专利技术的方法包括以下步骤：将三维已知的透明长方体作为标定块，放在标定架上，相机和裂隙灯照明方向的夹角为测量角膜相关参数时的固定角度。用数码裂隙灯垂直照射标定块的横截面，使得其横截面四个顶点都在数码相机视野范围，进行拍摄，利用图像处理中的角点检测方法获得横截面的四个角点，进而获得相应的四条边。由于透明标定块的折射率不同于空气折射率，因而标定块的后表面所成的像为虚像，利用光线追迹法还原其在图像中实像的位置。然后根据图像中四个角点的实像坐标和其对应的真实空间长度，对其进行几何畸变校准，从而可以消除因相机拍摄视角所造成的几何畸变，并求出每个像素代表的真实尺寸。如图1所示，根据本专利技术的校准方法，采用三维已知的透明长方体作为标定块，裂隙灯系统照明光路正对标定块，以垂直于标定块方式照亮其切面，相机拍摄方向距照明光路偏移固定角度α(该夹角为测量角膜参数时拍摄角膜所用的常规固定角度，例如可以在该角度放置一个角度固定装置)，如图1中的a)所示，该角度和用裂隙灯测量角膜相关参数时所用的角度相同。然后调整标定块位置在成像最清晰处，即焦点，确保透明标定块的上表面、下表面、前表面、后表面均在相机视角内，如图1中的b)所示。由于透明标定块的材料折射率不等于1，因此后表面所成像为虚像，需根据光路追迹法对后表面进行调整，调整后后表面为虚线表示，如图1中的b)和图1中的c)中虚线所示。由于相机拍摄视角没有平行于被摄平面，因此图像会有几何畸变，即长方形物体在图像中显示为梯形，如图1中的c)所示。采用几何畸变校正法对图像进行校准，校准后图像如图1中d)所示。由于标定块的真实三维数据已知，可以求得聚焦清晰状态下图像中每个像素所代表的实际距离，可用于图像角膜厚度到真实角膜厚度的转换。标定块的长宽高根据数码裂隙灯的视野范围进行选择，只要确保标定块的横截面四个角点在裂隙灯范围内即可。如图2所示，获得标定块横截面后表面真实图像位置的方法如下：标定块折射率为1.376，因此光线AO在进出标定块时会发生折射现象，OD为折射后的光路，OE为如果没有发生折射时的光路原本走向，如图所示。标定块的折射率n已知，根据折射率公式根据光折射公式n＝1.376＝sinβ/sinα可得到β角。然后根据三角公式1可得标定块横截面后表面D应当向后移动的图像长度lDE，进而获得真实图像位置E，再根据图2中的b)中示意图，求得后表面实像的图像中位置：lCD×tanβ＝(lCD+lDE)×tanα公式1如图4所示，本专利技术提供的测量角膜参数的系统校准装置，包括：标定块1、裂隙灯系统2、相机3、和数据处理单元4；其中，所述标定块1为透明长方体；所述裂隙灯系统2被设置用于发射光路垂直照射于所述标定块1，形成一个光学横截面；所述相机3被设置用于以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该光学横截面图像，并将拍摄获得的图像传输至数据处理单元4；所述数据处理单元4依据拍摄获得的横截面图像，采用几何畸变校正法对图像进行校准，根据所述标定块的真实三维数据，求得聚焦清晰状态下图像中每个像素所代表的实际距离，从而用于图像角膜厚度到真实角膜厚度的转换。检测过程参考图3的流程图进行，即可实现对角膜参数的系统校准。在本专利技术提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本专利技术的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量角膜参数的系统校准方法，其特征在于，所述方法包括步骤：1)提供一标定块，所述标定块为透明长方体；2)裂隙灯光路垂直照射于所述标定块，形成一个光学横截面，相机以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该光学横截面图像，确保透明标定块的上表面、下表面、前表面、后表面均在相机视角内；和3)采用几何畸变校正法对图像进行校准，根据所述标定块的真实三维数据，求得聚焦清晰状态下图像中每个像素所代表的实际距离，从而用于图像角膜厚度到真实角膜厚度的转换。

【技术特征摘要】
1.一种测量角膜参数的系统校准方法，其特征在于，所述方法包括步骤：1)提供一标定块，所述标定块为透明长方体；2)裂隙灯光路垂直照射于所述标定块，形成一个光学横截面，相机以偏离裂隙光路α角度进行拍摄采集该光学横截面图像，确保透明标定块的上表面、下表面、前表面、后表面均在相机视角内；和3)采用几何畸变校正法对图像进行校准，根据所述标定块的真实三维数据，求得聚焦清晰状态下图像中每个像素所代表的实际距离，从而用于图像角膜厚度到真实角膜厚度的转换。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定块的折射率等于或不等于角膜的折射率。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述标定块的折射率已知。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)中，所述标定块的横截面四个角点在裂隙灯范围内。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3)中，利用图像处理中的角点检测方法获得横截面图像的四个角点，进而获得相应的四条边。6.一种测量角膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈浩，于航，黄锦海，
申请(专利权)人：温州医科大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33