球形目标的运动跟踪系统技术方案

一种监视具有球形或准球形表面的目标的空间位置并跟踪其运动的设备，包括：包括至少一个发光元件的投射部件，其中该投射部件将至少四个光点投射在该表面上，该表面上至少两个光点不在一个平面上；图象俘获部件，俘获该表面上至少四个光点的临 时的多帧图象，其中至少一帧图象是控制图象；以及可操作地与图象俘获部件相连的计算部件，该计算部件（ｉ）从图象俘获部件接收图象，（ｉｉ）将每个光点定位在每帧图象上，（ｉｉｉ）在每帧图象上确定成像光点之间的关系。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种诊断图象处理，更具体地说，涉及一种用于球形目标表面的定位和运动监视的设备和系统，还涉及一种用于检测这种运动和记录所述目标表面的一系列临帧图象帧的方法。
技术介绍
任何一种眼科治疗的第一步骤是诊断眼睛的病理和/或刻划其结构特征。在用于病人眼睛的有缺陷视觉校正的折射外科学领域中，重要的是收集有关眼睛的分布状况和厚度测量(pachymetry)的准确信息以及导致视力不好的变形的本性和程度。这些诊断信息的收集通常要求病人与一些类型仪器接合并稳定地观察目标，同时通常通过从几分之一秒～几秒范围内的时间间隔所获得的多重视频图象，获得诊断信息。相对于眼睛的跳阅运动，这是一个相对长的时间期限，是一个在测量顺序期间人们改变他们的凝视所占用的时间。随意或不随意的眼睛运动可能导致具体测量参数被不准确地记录，导致视觉校正不能达到最佳。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术人已经专利技术了一种在诊断程序期间补偿眼睛运动的方式。虽然，将结合监视和补偿病人眼睛运动介绍本专利技术，可以想象的是，本文所介绍的设备和方法将适用于监视和补偿具有球形或准球形目标表面的任何目标的运动。本专利技术的一个实施例涉及一种设备，其对具有球形或准球形表面目标的空间位置进行监视并跟踪其运动。优选的目标是人眼的角膜。该设备包括投射部件，所述投射部件利用至少一个发光元件，将至少四个光点投射在该目标表面上，所述表面上至少两个光点不在一个平面上。此外，一图象俘获部件俘获该目标表面的一系列实时视频帧图象以及在该表面上照亮的光点。一计算部件可操作地与所述图象俘获部件相连。并从图象俘获部件接收图象，将每个照亮光点定位在每帧图象上，确定每帧图象上成像光点之间的关系。所述设备优选具有将四个光点投射在该表面上的四个发光元件；优选包括六个发光元件，用六个相应光点照亮该表面上的部位。根据本专利技术实施例的设备的优选方面，组/转换部件(banking/switching)与六个发光元件相结合使用，允许六个发光元件种的四个发光元件在角膜表面上在任何指定的瞬间形成光点，当在特殊应用中使用竞争光源时，这一点非常有用，例如，光的扫描缝隙测量角膜厚度测量(pachymetry)。不使用竞争光源的应用，例如光学相干性段层摄影(OCT)和B/C扫描，仅要求四个光点。这种类型的光源不是关键的，可能包括诸如激光二极管、带相关光学调焦的超级发光二极管、或带允许光源被聚焦在目标表面上的光学伴随物的白炽光源。这些光源被设置成平面布置，该平面与所述目标表面的基准轴线垂直，为了便于介绍，优选被监视的眼睛的角膜的光学轴线。在一个图案中，每个光源瞄准人眼角膜，也就是从眼中心至缘分界线的距离的1/3～2/3。该投影图案允许角膜中心免于光散射，这一点可能是非常重要的。如果一个人希望观察角膜中心或穿过眼睛的虹膜。由于角膜的分段的细胞结构，当撞击角膜时，在目标表面上形成光点的每个光束扩散地散射。该散射看上去非常小，在角膜表面上散射光点。光点之间的关系被摄像，在诊断程序的每视频帧期间被俘获。正是这种点关系，允许眼睛运动在空间被跟踪。在空间中球面的中心通过四个不在同一个平面上的点可以被获得，如果每个点都被定义成x，y和z，这四个点将确定球面空间。如果利用这些点的位置可以确定球面，提供四个光点，并且与基准相比较，然后球面的相对位置可以被确定。根据本专利技术，为了这种比较，控制图象被建立。当带有四个入射光束的球面图象被成像设备俘获，所获得的图象被处理，对光点进行定位，对连续图象点之间的比较导致点位置差异，发现每帧中人眼运动的大小和方向。随着每帧图象被俘获且点被确定，在临时系列图象帧中的每个图像的补偿矢量被构筑。如果目标向前运动，在图象之间，系列图象上的点将进一步分开。如果目标向上、向下、向左、向右运动，点将相对于运动对称移动。当图象俘获系统俘获这些图象后，它们被发送到计算设备。计算设备确定每个图象上的每个点，然后比较，每个点的运动在每帧中，允许图象被依比例决定、转动和移动，以便准确地重新组装。补偿矢量被构筑并利用，以便将每帧图象逻辑地移动到统一基准帧内，然后补偿视频图象俘获过程期间光源的任何移动。计算设备重新组合所述图象，同时补偿运动变化，允许图象被彼此重新配准，每个球形表面在其中心同心。这将允许沿三个轴线的运动补偿。本专利技术提供在共线跟踪系统上的鲜明优点。例如，一旦光散射点在表面图象上被确认，补偿矢量很快产生。符合本专利技术的方法论是独特的、数字的和容易检验的。由于光点不是共线的，每个图象对于被俘获的眼睛是独特的。本专利技术不依靠光反射表述运动，因而可以轻易地跟踪反射差的角膜。通过下文所述，本专利技术的这些和其它优点和目的将变得更加清楚。然而应该理解的是，详细介绍的说明本专利技术优选实施例的特殊示例仅用于说明本专利技术，对于本领域技术人员来说，在本专利技术的精神和范围内，基于说明书、附图和权利要求书，可以进行各种改变和修改。附图说明图1是一个示意性说明符合本专利技术实施例的6个光投射元件和图象俘获元件的视图；图2a是一个表示符合本专利技术实施例的极值光投射路径的侧视图；图2b是一个符合本专利技术实施例的四光束投射的前视图；图3是一个类似于图1b的视图，显示了符合本专利技术实施例的对称6光束投射；图4是一个在图2所示装置内发生的组合/转换光控制系统的三序列说明图；图5是一个类似于图3的视图，显示符合本专利技术实施例的另一种6光点布置；图6是一个说明符合本专利技术实施例的光传播到目标表面的视图。具体实施例方式下文将结合附图详细介绍本专利技术的实施例，在所述附图中，相同的附图标记表示相同的元件。图1显示了监视病人眼睛的角膜表面104的空间位置且跟踪所述角膜表面104运动的系统100的优选实施例。图1也反映了用于诸如眼睛角膜的球形或准球形目标表面的多重图象的图象配准系统100。系统和设备100通常包括投射元件102(如图2所示)、图象俘获元件120以及被可操作地连接到图象俘获元件120上的计算元件160。如图2a和b所示，投射元件102包括至少一个光发射元件110以及将至少4个光点112a～d投射到表面(球形或准球形)104上的投射元件。如图2(a)的111所示，至少两个光点112将被共面地投射在表面上，这是沿z方向跟踪表面104的运动和位置的必要条件。表面104上至少三个剩余的光点是跟踪表面x-y运动所必须的。通常，在三维空间内给定4个点(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)、(x4，y4，z4)，通过解下述行列式，带有表面上这些点的球面的方程式被确立|x2+y2+z2xyzl||x12+y12+z12x1y1z1l||x22+y22+z22x2y2z2l||x32+y32+z32x3y3z3l||x42+y42+z42x4y4z4l|=0]]>如果通过使用頂行的子式(minors)进行展开，确立行列式，然后，球面的等式可以被写成下述形式(x2+y2+z2)|x1y1z1l||x2y2z2l||x3y3z3l||x4y4z4l|-x|x12+y12+z12y1z1l||x22+y22+z22y2z2l||x32+y32+z32y3z3l||x42+y42+z42y4z4l|]]>+y|x12+y12+z12x1z1l|x22+y22+z22x2z本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：巴里·伊根，劳埃德·M·考德威尔，罗伯特·D·卡迪，唐纳德·C·格罗夫，格雷格·D·尼文，灿·恩古延，
申请(专利权)人：博士伦公司，
类型：发明
国别省市：