一种OCT眼底成像装置及方法与流程

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一种oct眼底成像装置及方法
技术领域
1.本发明涉及光学相干层析成像技术领域，特别是涉及一种oct眼底成像装置及方法。

背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.目前，大部分的眼底成像仪器，患者需要以坐姿进行检测，还有小部分仪器需要患者以躺姿进行检测，但是对于例如肌肉萎缩等身形佝偻的患者，目前的眼底成像仪器无法自适应患者的体姿。
4.而且，现有设备采用类似于vr眼镜的装置，该装置卡在患者眼睛上，无法完全自动的进行定位，且直接接触患者眼睛，存在卫生安全隐患问题。

技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明提出了一种oct眼底成像装置及方法，通过双目相机采集的眼睛图像，控制图像采集模组移动至眼睛指定位置；同时通过瞳孔采集模块采集的瞳孔图像，将眼睛进行对焦，对焦成功后采集眼睛图像，可自适应眼睛位置。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，本发明提供一种oct眼底成像装置，包括：双目相机、图像采集模组、图像处理模块和执行机构；
8.所述双目相机与图像处理模块连接，用于采集眼睛图像；
9.所述图像处理模块用于根据眼睛图像确定眼睛的坐标，并根据图像采集模组与眼睛的坐标差控制执行机构的动作，以使图像采集模组移动至指定位置；
10.所述图像采集模组包括瞳孔采集模块和oct成像仪；所述瞳孔采集模块与图像处理模块连接，所述oct成像仪包括发光模块、样品臂、参考臂和光谱仪；
11.所述发光模块用于产生光束，并入射至样品臂和参考臂中；
12.所述样品臂包括第一准直器、扫描振镜、聚焦透镜和二向镜，入射的光束依次经第一准直器、扫描振镜、聚焦透镜和二向镜入射至眼睛并进行反射，反射光束经二向镜反射到瞳孔采集模块，以使瞳孔采集模块采集瞳孔图像；
13.所述图像处理模块用于根据瞳孔图像确定瞳孔坐标，并根据瞳孔坐标控制执行机构的动作，以使瞳孔位于瞳孔采集模块的视野中心并完成对焦；
14.所述样品臂的反射光束和参考臂的反射光束产生干涉，产生的干涉光束入射至光谱仪中，光谱仪与图像处理模块连接，以在完成对焦后获取眼底图像。
15.作为可选择的实施方式，所述双目相机采集眼睛图像后，根据双目相机标定的内外参数对眼睛图像进行校正。
16.作为可选择的实施方式，所述内外参数包括：相机矩阵、畸变系数、旋转矩阵和平
移向量。
17.作为可选择的实施方式，控制执行机构的动作的过程包括：建立相机坐标系，计算眼睛在相机坐标系中的三维坐标，根据眼睛在相机坐标系中的三维坐标，计算视觉控制角度；建立世界坐标系，计算眼睛在世界坐标系中的三维坐标，根据眼睛在世界坐标系中的三维坐标，计算预测补偿角度；根据视觉控制角度及预测补偿角度，控制执行机构的动作。
18.作为可选择的实施方式，所述发光模块包括光源和光耦合器，光源通过光纤连接光耦合器，光源发出的光束通过光纤进入光耦合器，经光耦合器后分别进入样品臂和参考臂。
19.作为可选择的实施方式，所述光源采用可见光源或近红外光源，可见光源和近红外光源自适应切换。
20.作为可选择的实施方式，所述样品臂包括第一准直器、扫描振镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和二向镜；第一准直器的输出端与通过光纤与光耦合器连接，在第一准直器的输出端依次设置扫描振镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和二向镜。
21.作为可选择的实施方式，所述参考臂包括第二准直器和平面镜，第二准直器的输出端与通过光纤与光耦合器连接，入射光束经第二准直器准直后，并从平面镜反射回参考光束。
22.作为可选择的实施方式，所述执行机构采用三轴陀螺仪马达组件。
23.第二方面，本发明提供一种oct眼底成像方法，包括：
24.采集眼睛图像，根据眼睛图像确定眼睛的坐标，并根据图像采集模组与眼睛的坐标差驱动图像采集模组移动至指定位置；
25.入射的光束经样品臂后入射至眼睛并进行反射，反射光束反射到瞳孔采集模块，以使瞳孔采集模块采集瞳孔图像；
26.根据瞳孔图像确定瞳孔坐标，并根据瞳孔坐标控制执行机构的动作，以使瞳孔位于瞳孔采集模块的视野中心并完成对焦；
27.入射的光束经参考臂后反射回参考光束，样品臂的反射光束和参考臂的参考光束产生干涉，产生的干涉光束入射至光谱仪中，以在完成对焦后获取眼底图像。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
29.本发明提出的一种oct眼底成像装置及方法，通过双目相机采集的眼睛图像，控制图像采集模组移动至眼睛指定位置；同时通过瞳孔采集模块采集的瞳孔图像，将眼睛进行对焦，对焦成功后采集眼睛图像，可自适应眼睛位置。
30.本发明提出的一种oct眼底成像装置及方法，可根据不同患者的病况，自适应采用合适的光源类型，光源包括可见光源和近红外光源，可见光源的波长短，分辨率高，能够大幅提高深度方向的分辨率，能够检测眼睛视网膜更为清晰的结构，可以观察到血氧的相关信息，以及清晰观测单层细胞的形态和组织结构变化，可适用于青光眼等相关成像；近红外光穿透能力高，可以看到脉络膜，可适用于糖尿病患者。
31.本发明提出一种oct眼底成像装置，该装置为手持设备，无需直接接触患者，实现非接触式成像，而且在手持状态下，进行自动对焦和自动定位，以可自适应患者姿态。
32.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
33.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
34.图1为本发明实施例1提供的oct眼底成像装置光路图；
35.图2为本发明实施例1提供的oct眼底成像装置原理图；
36.图3为本发明实施例1提供的oct眼底成像装置组成示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
38.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
39.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
40.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
41.实施例1
42.本实施例提供一种oct眼底成像装置，如图1所示，包括：双目相机、图像采集模组、图像处理模块和执行机构；
43.所述双目相机与图像处理模块连接，用于采集眼睛图像；
44.所述图像处理模块用于根据眼睛图像确定眼睛的坐标，并根据图像采集模组与眼睛的坐标差控制执行机构的动作，以使图像采集模组移动至指定位置；
45.所述图像采集模组包括瞳孔采集模块和oct成像仪；所述瞳孔采集模块与图像处理模块连接，所述oct成像仪包括发光模块、样品臂、参考臂和光谱仪；
46.所述发光模块用于产生光束，并入射至样品臂和参考臂中；
47.所述样品臂包括第一准直器、扫描振镜、聚焦透镜和二向镜，入射的光束依次经第一准直器、扫描振镜、聚焦透镜和二向镜入射至眼睛并进行反射，反射光束经二向镜反射到瞳孔采集模块，以使瞳孔采集模块采集瞳孔图像；
48.所述图像处理模块用于根据瞳孔图像确定瞳孔坐标，并根据瞳孔坐标控制执行机构的动作，以使瞳孔位于瞳孔采集模块的视野中心并完成对焦；
49.所述样品臂的反射光束和参考臂的反射光束产生干涉，产生的干涉光束入射至光谱仪中，光谱仪与图像处理模块连接，以在完成对焦后获取眼底图像。
50.在本实施例中，所述双目相机用于采集眼睛图像，并根据双目相机标定的内外参数对眼睛图像进行校正；校正后的眼睛图像与原眼睛图像通过立体匹配得到视差图，再次利用双目相机标定的内外参数从视差图中得到眼睛坐标；
51.根据图像采集模型与眼睛的坐标差，控制执行机构将图像采集模型移动至指定位
置(如人眼上方)；如图2所示，具体地：
52.建立相机坐标系，计算眼睛在相机坐标系中的三维坐标，根据眼睛在相机坐标系中的三维坐标，计算视觉控制角度；
53.建立世界坐标系，计算眼睛在世界坐标系中的三维坐标，根据眼睛在世界坐标系中的三维坐标，计算预测补偿角度；
54.根据视觉控制角度及预测补偿角度，控制执行机构的动作。
55.在本实施例中，通过刚体变换、透视投影、二次转换等获取眼睛坐标后，根据得到的视觉控制角度与预测补偿角度控制执行机构的动作。
56.作为可选择的一种实施方式，双目相机进行图像校正之前，先对双目相机进行标定，通过获取标定板图案，利用双目相机标定程序对标定板图像进行标定，获取双目相机标定的内外参数。
57.作为可选择的一种实施方式，内外参数包括：相机矩阵、畸变系数、旋转矩阵和平移向量。
58.在本实施例中，瞳孔采集模块采集到瞳孔图像后，可计算得到瞳孔坐标，以此计算视觉控制角度，从而控制执行机构驱动图像采集模型的移动，使瞳孔位于瞳孔采集模块视野中心，获取当前帧瞳孔图像；继而根据当前帧瞳孔图像计算图像清晰度，以及下一移动位置，以此驱动执行机构，控制图像采集模型与眼睛的距离，重新获取瞳孔图像，依次循环操作后，直至到达最高清晰度的位置，并完成对焦。
59.在本实施例中，所述oct成像仪包括发光模块、样品臂、参考臂和光谱仪；
60.其中，所述发光模块包括光源和光耦合器，光源通过光纤连接光耦合器；
61.所述光源采用可见光源或近红外光源，可见光源和近红外光源自适应切换；发出的光束通过单模光纤进入光耦合器，经光耦合器后，分别进入样品臂和参考臂；
62.所述样品臂包括第一准直器、扫描振镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和二向镜；第一准直器的输出端与通过光纤与光耦合器连接，在第一准直器的输出端依次设置扫描振镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和二向镜，入射的光束依次经第一准直器、扫描振镜、聚焦透镜和二向镜入射至眼睛并进行反射；
63.反射光束经二向镜反射到瞳孔采集模块，以使瞳孔采集模块采集瞳孔图像；且反射光束在样品臂中依次经二向镜、第二聚焦透镜、第一聚焦透镜、扫描振镜和第一准直器反射回采样光束；
64.所述参考臂包括第二准直器和平面镜，第二准直器的输出端与通过光纤与光耦合器连接，入射光束经第二准直器准直后，并从平面镜反射回参考光束；
65.当采样光束和参考光束之间的光程差在光源相干长度之内时，则发生干涉，干涉光束入射至光谱仪中，以在完成对焦后获取眼底图像。
66.在本实施例中，根据不同患者的病况，自适应采用合适的光源类型，光源包括可见光源和近红外光源；
67.可见光源的波长短，分辨率高，能够大幅提高深度方向(z方向)的分辨率，分辨能力可达1μm，能够检测眼睛视网膜更为清晰的结构，可以提供视网膜素上皮层的清晰图像，而且氧和血红蛋白和还原血红蛋白在可见光波段的吸收特性不同，可实现眼底血管及组织的血氧含量的测量，同时结合采样光束在x-y平面内的扫描，可得到眼睛视网膜的三维
结构信息，可适用于青光眼等相关成像；近红外光穿透能力高，可以看到脉络膜，可适用于糖尿病患者。
68.在本实施例中，该oct眼底成像装置为手持设备，无需直接接触患者，实现非接触式成像，而且在手持状态下，进行自动对焦和自动定位，以可自适应患者姿态。
69.其中，执行机构采用三轴陀螺仪马达组件，三轴陀螺仪马达组件包括x轴马达、y轴马达、z轴马达；如图3所示，oct眼底成像装置包括手柄、三轴陀螺仪马达组件、双目相机和图像采集模组；
70.其中，在手柄内部设有控制模块，如图像处理模块，图像处理模块通过光纤及线路连接双目相机和图像采集模组；在手柄的顶端设有z轴马达，z轴马达通过连接杆与y轴马达连接，y轴马达通过连接件与x轴马达连接，x轴马达连接壳体，在壳体内设有双目相机和图像采集模组。
71.在本实施例中，通过双目相机控制图像采集模组移动至指定位置，此时瞳孔相机识别眼睛是否在聚焦范围之内，如果在聚焦范围内，根据眼睛在瞳孔相机中的坐标控制三轴陀螺仪马达组件对焦成功后，采集眼睛图像。
72.实施例2
73.本实施例提供一种oct眼底成像方法，包括：
74.采集眼睛图像，根据眼睛图像确定眼睛的坐标，并根据图像采集模组与眼睛的坐标差驱动图像采集模组移动至指定位置；
75.入射的光束经样品臂后入射至眼睛并进行反射，反射光束反射到瞳孔采集模块，以使瞳孔采集模块采集瞳孔图像；
76.根据瞳孔图像确定瞳孔坐标，并根据瞳孔坐标控制执行机构的动作，以使瞳孔位于瞳孔采集模块的视野中心并完成对焦；
77.入射的光束经参考臂后反射回参考光束，样品臂的反射光束和参考臂的参考光束产生干涉，产生的干涉光束入射至光谱仪中，以在完成对焦后获取眼底图像。
78.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：

1.一种oct眼底成像装置，其特征在于，包括：双目相机、图像采集模组、图像处理模块和执行机构；所述双目相机与图像处理模块连接，用于采集眼睛图像；所述图像处理模块用于根据眼睛图像确定眼睛的坐标，并根据图像采集模组与眼睛的坐标差控制执行机构的动作，以使图像采集模组移动至指定位置；所述图像采集模组包括瞳孔采集模块和oct成像仪；所述瞳孔采集模块与图像处理模块连接，所述oct成像仪包括发光模块、样品臂、参考臂和光谱仪；所述发光模块用于产生光束，并入射至样品臂和参考臂中；所述样品臂包括第一准直器、扫描振镜、聚焦透镜和二向镜，入射的光束依次经第一准直器、扫描振镜、聚焦透镜和二向镜入射至眼睛并进行反射，反射光束经二向镜反射到瞳孔采集模块，以使瞳孔采集模块采集瞳孔图像；所述图像处理模块用于根据瞳孔图像确定瞳孔坐标，并根据瞳孔坐标控制执行机构的动作，以使瞳孔位于瞳孔采集模块的视野中心并完成对焦；所述样品臂的反射光束和参考臂的反射光束产生干涉，产生的干涉光束入射至光谱仪中，光谱仪与图像处理模块连接，以在完成对焦后获取眼底图像。2.如权利要求1所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，所述双目相机采集眼睛图像后，根据双目相机标定的内外参数对眼睛图像进行校正。3.如权利要求2所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，所述内外参数包括：相机矩阵、畸变系数、旋转矩阵和平移向量。4.如权利要求1所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，控制执行机构的动作的过程包括：建立相机坐标系，计算眼睛在相机坐标系中的三维坐标，根据眼睛在相机坐标系中的三维坐标，计算视觉控制角度；建立世界坐标系，计算眼睛在世界坐标系中的三维坐标，根据眼睛在世界坐标系中的三维坐标，计算预测补偿角度；根据视觉控制角度及预测补偿角度，控制执行机构的动作。5.如权利要求1所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，所述发光模块包括光源和光耦合器，光源通过光纤连接光耦合器，光源发出的光束通过光纤进入光耦合器，经光耦合器后分别进入样品臂和参考臂。6.如权利要求5所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，所述光源采用可见光源或近红外光源，可见光源和近红外光源自适应切换。7.如权利要求5所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，所述样品臂包括第一准直器、扫描振镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和二向镜；第一准直器的输出端与通过光纤与光耦合器连接，在第一准直器的输出端依次设置扫描振镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和二向镜。8.如权利要求5所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，所述参考臂包括第二准直器和平面镜，第二准直器的输出端与通过光纤与光耦合器连接，入射光束经第二准直器准直后，并从平面镜反射回参考光束。9.如权利要求1所述的一种oct眼底成像装置，其特征在于，所述执行机构采用三轴陀螺仪马达组件。10.一种oct眼底成像方法，其特征在于，包括：
采集眼睛图像，根据眼睛图像确定眼睛的坐标，并根据图像采集模组与眼睛的坐标差驱动图像采集模组移动至指定位置；入射的光束经样品臂后入射至眼睛并进行反射，反射光束反射到瞳孔采集模块，以使瞳孔采集模块采集瞳孔图像；根据瞳孔图像确定瞳孔坐标，并根据瞳孔坐标控制执行机构的动作，以使瞳孔位于瞳孔采集模块的视野中心并完成对焦；入射的光束经参考臂后反射回参考光束，样品臂的反射光束和参考臂的参考光束产生干涉，产生的干涉光束入射至光谱仪中，以在完成对焦后获取眼底图像。

技术总结

本发明公开一种OCT眼底成像装置及方法，包括：采集眼睛图像，确定眼睛坐标，根据图像采集模组与眼睛的坐标差驱动图像采集模组移动至指定位置；入射的光束经样品臂后入射至眼睛并进行反射，反射光束反射到瞳孔采集模块，使瞳孔采集模块采集瞳孔图像，确定瞳孔坐标，根据瞳孔坐标控制执行机构的动作，使瞳孔位于瞳孔采集模块的视野中心并完成对焦；入射的光束经参考臂后反射回参考光束，样品臂的反射光束和参考臂的参考光束产生干涉，产生的干涉光束入射至光谱仪中，以在完成对焦后获取眼底图像。可自适应眼睛位置。可自适应眼睛位置。可自适应眼睛位置。