專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于應(yīng)用光學(xué)的生物成像技術(shù)領(lǐng)域，為一種基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置和方法，可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)的眼科檢查。
背景技術(shù)：
目前，針對(duì)活體人眼視網(wǎng)膜成像的技術(shù)有眼底相機(jī)、激光共焦掃描檢眼儀、光學(xué)相干層析成像等，它們都取得了好的成像分辨率。但是，由于活體人眼視網(wǎng)膜的生理特性， 視網(wǎng)膜視覺(jué)敏感細(xì)胞一直處于無(wú)規(guī)律的抖動(dòng)狀態(tài)，這種抖動(dòng)包含多種頻率成分，大約在 IO-IOOHz左右，目前的活體人眼視網(wǎng)膜成像技術(shù)成像幀頻大都在30Hz左右，成像結(jié)果不僅有幀間抖動(dòng)，幀內(nèi)也存在嚴(yán)重的抖動(dòng)，如果無(wú)法校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)，則無(wú)法對(duì)視網(wǎng)膜成像進(jìn)行定量分析研究，大大限制了這些成像技術(shù)的推廣應(yīng)用。中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所的張雨?yáng)|等人成功地研制出了一種基于自適應(yīng)光學(xué)的反射式共焦掃描視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01010197028. 0)，該系統(tǒng)將自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)成功地應(yīng)用到共焦成像領(lǐng)域，自適應(yīng)光學(xué)能實(shí)時(shí)探測(cè)人眼像差并通過(guò)波前校正器實(shí)時(shí)校正像差，消除了人眼像差造成的像質(zhì)彌散，得到了高達(dá)2μπι的高分辨率成像結(jié)果。其系統(tǒng)示意圖如圖1所示，將光源發(fā)出的激光打入人眼眼底，從眼底反射出的光線沿原路返回， 進(jìn)入光電探測(cè)系統(tǒng)，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)同步系統(tǒng)得到人眼眼底的實(shí)時(shí)圖像。同時(shí)，包括哈特曼傳感器和變形鏡的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)能夠同步探測(cè)并校正人眼像差，保證圖像的高分辨。這種自適應(yīng)共焦掃描成像技術(shù)，成像效果好，但其自身仍然存在缺陷由于采用點(diǎn)掃描的方式，同時(shí)需要水平掃描HS和垂直掃描VS兩片振鏡，成像的幀頻速度小(< 30fps)，幀間抖動(dòng)和幀內(nèi)抖動(dòng)均無(wú)法消除，這些缺陷都限制了它的應(yīng)用，特別是阻礙了它直接用于眼科疾病的檢查。針對(duì)于點(diǎn)掃描低幀頻造成的視網(wǎng)膜抖動(dòng)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所的史國(guó)華等人提出了基于線掃描的共焦系統(tǒng)及方法(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01010595574. X和 201010595587.7)。專(zhuān)利公布的裝置示意圖如圖2和圖3所示，激光光源的出射光束經(jīng)線光束變換裝置變換為一維線光束，由掃描振鏡掃描照明人眼眼底，從眼底反射出的成像線光束沿原路返回進(jìn)入成像單元，并經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和信號(hào)同步得到人眼眼底的實(shí)時(shí)圖像。這種線掃描共焦系統(tǒng)采用一維線掃描對(duì)眼底視網(wǎng)膜成像，相比與采用點(diǎn)掃描的激光共焦檢眼鏡，只使用一面掃描振鏡掃描線光束照明眼底，成像幀頻大，視網(wǎng)膜幀內(nèi)抖動(dòng)大大減少，通過(guò)對(duì)成像結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算可以提取出幀間抖動(dòng)，使得校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)成為可能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置和方法，能夠同時(shí)得到線共焦眼底視網(wǎng)膜的高幀頻、大視場(chǎng)成像和自適應(yīng)共焦掃描眼底視網(wǎng)膜的小視場(chǎng)、無(wú)抖動(dòng)、高分辨率成像，本發(fā)明具有視網(wǎng)膜抖動(dòng)測(cè)量準(zhǔn)確、抖動(dòng)校正精度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性能好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置包括校正單元、分光單元、自適應(yīng)共焦單元、線共焦單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元以及處理機(jī)；校正單元與信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、自適應(yīng)共焦單元以及分光單元相連，校正單元由傾斜鏡和4f透鏡組構(gòu)成，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元輸出的控制電壓控制傾斜鏡對(duì)自適應(yīng)共焦單元輸出的成像光束進(jìn)行調(diào)制校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)，被傾斜鏡調(diào)制后的成像光束經(jīng)4f透鏡組后直接透射過(guò)分光單元照明人眼眼底；分光單元與校正單元、線共焦單元以及人眼相連，分光單元為二向色分光平片或二向色分光棱鏡，用于將校正單元出射的自適應(yīng)共焦掃描成像光束直接透射到達(dá)人眼，從人眼視網(wǎng)膜反射回的自適應(yīng)共焦掃描成像光束直接透射到達(dá)校正單元；和將從線共焦單元出射的線光束偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)人眼，從人眼視網(wǎng)膜出射的線光束偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)線共焦單元；自適應(yīng)共焦單元與校正單元相連，自適應(yīng)共焦單元為一種基于自適應(yīng)光學(xué)的反射式共焦掃描視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，用于人眼視網(wǎng)膜成像，包括光源、反射式縮束擴(kuò)束系統(tǒng)、二維掃描振鏡、哈特曼傳感器、變形鏡、光電探測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)以及另眼視標(biāo)系統(tǒng)， 自適應(yīng)共焦單元的出射光束經(jīng)校正單元調(diào)制后傳輸；線共焦單元與分光單元、處理機(jī)相連，線共焦單元為一種線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)或一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)，用于探測(cè)人眼視網(wǎng)膜抖動(dòng)，線共焦單元包括線光束生成模塊、分光模塊、掃描模塊、成像模塊以及輸出模塊。線共焦單元的出射線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)人眼眼底，從眼底反射出的成像線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元探測(cè)成像，成像結(jié)果輸出給處理機(jī)用于解算出視網(wǎng)膜抖動(dòng)；處理機(jī)與線共焦單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元相連，線共焦單元的成像結(jié)果輸出給處理機(jī)， 處理機(jī)采用算法從成像結(jié)果中提取出視網(wǎng)膜抖動(dòng)，并解算成校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓，輸出給信號(hào)轉(zhuǎn)換單元；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元與處理機(jī)、校正單元相連，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件和高壓放大器構(gòu)成，處理機(jī)解算得到的校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)化為模擬量，模擬量控制電壓經(jīng)高壓放大器放大后傳輸給校正單元。所述傾斜鏡為高速反射傾斜鏡。所述處理機(jī)為模擬控制電路或數(shù)字計(jì)算機(jī)。一種基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟1，線共焦單元的出射線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射達(dá)到人眼視網(wǎng)膜，從人眼反射出的成像線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元，線共焦單元對(duì)成像線光束進(jìn)行探測(cè)成像，獲取人眼視網(wǎng)膜的高幀頻成像結(jié)果；步驟2，處理機(jī)對(duì)線共焦單元獲取的視網(wǎng)膜高幀頻成像結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓，并經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元傳輸給校正單元；步驟3，自適應(yīng)共焦單元的出射光束經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制后經(jīng)分光單元直接出射到達(dá)人眼視網(wǎng)膜，從人眼反射出的成像光束經(jīng)分光單元直接透射后傳播至校正單元，校正單元將成像光束同步反射回自適應(yīng)共焦單元探測(cè)成像，得到視網(wǎng)膜的無(wú)抖動(dòng)高分辨率成像。所述步驟1包括步驟11，線共焦單元出射線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)人眼視網(wǎng)膜；
步驟12，從人眼視網(wǎng)膜反射出的成像線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元；步驟13，線共焦單元對(duì)成像線光束進(jìn)行探測(cè)，得到人眼視網(wǎng)膜的高幀頻成像結(jié)果。所述步驟2包括步驟21，處理機(jī)對(duì)線共焦單元獲取的成像結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到視網(wǎng)膜抖動(dòng)的測(cè)量值；步驟22，處理機(jī)對(duì)視網(wǎng)膜抖動(dòng)的測(cè)量值進(jìn)行解算，得到校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓；步驟23，處理機(jī)將校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓輸出給信號(hào)轉(zhuǎn)換單元；步驟M，控制電壓經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后傳輸給校正單元。所述步驟M包括步驟M1，校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；步驟M2，模擬量的控制電壓經(jīng)高壓放大器放大后，傳輸至校正單元。所述步驟3包括步驟31，自適應(yīng)共焦單元的出射光束依次經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制和分光單元直接透射到達(dá)人眼視網(wǎng)膜；步驟32，從人眼視網(wǎng)膜反射出的成像光束經(jīng)分光單元直接透射后，經(jīng)過(guò)校正單元同步反射回自適應(yīng)共焦單元；步驟33，自適應(yīng)共焦單元對(duì)經(jīng)過(guò)校正單元校正的成像光束進(jìn)行探測(cè)，得到無(wú)抖動(dòng)的視網(wǎng)膜高分辨率成像結(jié)果。所述步驟31包括步驟311，自適應(yīng)共焦單元的出射光束經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制后出射到達(dá)分光單元；步驟312，經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制的自適應(yīng)共焦單元出射光束直接透射過(guò)分光單元到達(dá)人眼視網(wǎng)膜。所述步驟32包括步驟321，從人眼視網(wǎng)膜反射出的成像光束直接透射過(guò)分光單元到達(dá)校正單元；步驟322，從分光單元直接透射出的成像光束經(jīng)校正單元同步反射回自適應(yīng)共焦單元。本發(fā)明與現(xiàn)有活體人眼視網(wǎng)膜成像技術(shù)相比，有如下優(yōu)勢(shì)(1)本發(fā)明的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置及方法，線共焦單元能夠得到眼底視網(wǎng)膜的高幀頻成像。(2)本發(fā)明基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置及方法，通過(guò)算法從高幀頻的線共焦成像結(jié)果中提取視網(wǎng)膜抖動(dòng)，視網(wǎng)膜抖動(dòng)測(cè)量準(zhǔn)確。(3)本發(fā)明基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置及方法，視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正元件采用高速反射傾鏡，校正精度高，實(shí)時(shí)性能好。(4)本發(fā)明基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置及方法，自適應(yīng)共焦掃描單元通過(guò)線共焦單元實(shí)時(shí)探測(cè)視網(wǎng)膜抖動(dòng)，同時(shí)通過(guò)校正單元實(shí)時(shí)校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)，構(gòu)成實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，能很好地校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)，得到眼底視網(wǎng)膜的無(wú)抖動(dòng)、高分辨率成像。
(5)本發(fā)明基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置及方法，僅使用一個(gè)高速反射傾斜鏡和一個(gè)4f透鏡組構(gòu)成校正單元，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造簡(jiǎn)便、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，適宜于大量制造和廣泛推廣使用。


圖1為一種基于自適應(yīng)光學(xué)的反射式共焦掃描視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為一種線掃描共焦檢眼鏡的系統(tǒng)和方法結(jié)構(gòu)圖；圖3為一種線掃描共焦檢眼鏡的系統(tǒng)和方法光路示意圖；圖4為一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)和方法結(jié)構(gòu)圖；圖5為一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)和方法光路示意圖；圖6為本發(fā)明基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置和方法結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置和方法光路示意圖；圖1中，1.半導(dǎo)體激光光源，2.分光鏡，3.分光鏡，4.針孔，5.光電倍增管，6.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，7.波前處理機(jī)，8.受試眼，9.哈特曼波前傳感器，10.看視標(biāo)眼，11 18.球面反射鏡，19.平面反射鏡，20.柱面反射鏡，21.準(zhǔn)直鏡，22.變形鏡，23. X方向掃描振鏡，24. Y 方向掃描振鏡，25.驗(yàn)光透鏡，26.哈特曼前共軛面，27.收集透鏡，30.另眼視標(biāo)系統(tǒng)，30-1. 透鏡，30-2.平面反射鏡，30-3. LED陣列圖7中，2.分光單元，3.人眼，5.傾斜鏡，6. 4f透鏡組
具體實(shí)施例方式如圖6所示，為本發(fā)明基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置結(jié)構(gòu)圖，本發(fā)明所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置包括線共焦單元I、分光單元II、自適應(yīng)共焦單元 IV、校正單元V、處理機(jī)VI以及信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII。線共焦單元I與分光單元II、處理機(jī)VI相連，線共焦單元I為中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“一種線掃描共焦檢眼鏡的系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)?01010595574.X”或中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)和方法，申請(qǐng)?zhí)?01010595587. 7”，線共焦單元I包括線光束生成模塊、分光模塊、掃描模塊、成像模塊以及輸出模塊。線共焦單元I可采用一種線掃描共焦檢眼鏡的系統(tǒng)，一種線掃描共焦檢眼鏡的系統(tǒng)包括線光束生成模塊1、分光模塊2、掃描模塊3、成像模塊5以及輸出模塊6，如圖2和圖 3所示，線光束生成模塊1與分光模塊2相連，線光束生成模塊1由點(diǎn)光源100、準(zhǔn)直擴(kuò)束裝置110和線光束截取裝置120構(gòu)成，點(diǎn)光源100發(fā)出的發(fā)散光束通過(guò)準(zhǔn)直擴(kuò)束裝置110準(zhǔn)直后輸出平行光束，線光束截取裝置120將準(zhǔn)直擴(kuò)束裝置110輸出的平行光束截取為一維線光束線送入分光模塊2 ；分光模塊2為分光平片或分光棱鏡，分光模塊2用于將線光束生成模塊1產(chǎn)生的一維線光束一部分直接透射到達(dá)掃描單元3 ；掃描模塊3由掃描振鏡300 和照明物鏡組310構(gòu)成，分光模塊2直接出射的線光束依次經(jīng)過(guò)掃描振鏡300和照明物鏡組310，然后從線共焦單元I出射，如圖6所示，該線光束經(jīng)分光單元II偏轉(zhuǎn)反射后進(jìn)入人眼III眼底，從眼底反射出的成像線光束經(jīng)分光單元II偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元內(nèi)，依次經(jīng)過(guò)照明物鏡組310和掃描振鏡300同步反射至分光模塊2，分光模塊2將成像線光束偏轉(zhuǎn)反射至成像模塊5，成像模塊5由成像物鏡500、柱面透鏡510、共焦狹縫520和線探測(cè)器530構(gòu)成，分光模塊2偏轉(zhuǎn)出射的成像線光束依次經(jīng)過(guò)成像物鏡500、柱面透鏡510和共焦狹縫 520，到達(dá)線探測(cè)器530由光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳輸給輸出模塊6，共焦狹縫520與人眼III視網(wǎng)膜平面共軛，共焦狹縫520能排除非人眼III視網(wǎng)膜平面的雜散光進(jìn)入線探測(cè)器530，從而實(shí)現(xiàn)共焦成像原理的高分辨率；輸出模塊6由圖像采集卡600和輸出設(shè)備610 構(gòu)成，圖像采集卡600將成像模塊5輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并通過(guò)輸出設(shè)備610輸出；輸出設(shè)備610與處理機(jī)VI相連，輸出設(shè)備610獲取的視網(wǎng)膜成像結(jié)果輸出給處理機(jī)VI， 處理機(jī)VI通過(guò)算法計(jì)算出視網(wǎng)膜抖動(dòng)，并解算成校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓傳輸給信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII。線共焦單元I也可采用一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)，一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)包括線光束生成模塊1、分光模塊2、掃描模塊3、成像模塊 5以及輸出模塊6，如圖4和圖5所示，線光束生成模塊1與分光模塊2相連，線光束生成模塊1由點(diǎn)光源100、準(zhǔn)直裝置110和線光束變換裝置120構(gòu)成，點(diǎn)光源100的發(fā)散光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直裝置Iio變換為平行光束，該平行光束經(jīng)過(guò)線光束變換裝置120變換為一維線光束傳播至分光模塊2 ；分光模塊2為分光平片或分光棱鏡，用于將線光束生成模塊1產(chǎn)生的一維線光束一部分直接透射到達(dá)掃描模塊3 ；掃描模塊3由掃描振鏡300和照明物鏡310構(gòu)成， 分光模塊2直接出射的線光束依次經(jīng)過(guò)掃描振鏡300和照明物鏡310，然后從線共焦單元 I出射，如圖6所示，該線光束經(jīng)分光單元II偏轉(zhuǎn)反射后進(jìn)入人眼III眼底，從眼底反射出的成像線光束經(jīng)分光單元II偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元內(nèi)，依次經(jīng)過(guò)照明物鏡組310和掃描振鏡300同步反射至分光模塊2，分光模塊2將成像線光束偏轉(zhuǎn)反射至成像模塊5 ；成像模塊 5由成像物鏡500、柱面透鏡510、共焦狹縫520和線探測(cè)器530構(gòu)成，分光模塊2偏轉(zhuǎn)出射的成像線光束依次經(jīng)過(guò)成像物鏡500、柱面透鏡510和共焦狹縫520，到達(dá)線探測(cè)器530由光強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并傳輸給輸出模塊6，共焦狹縫520與人眼III視網(wǎng)膜平面共軛，共焦狹縫520能排除非人眼III視網(wǎng)膜平面的雜散光進(jìn)入線探測(cè)器530，從而實(shí)現(xiàn)共焦成像原理的高分辨率；輸出模塊6由圖像采集卡600和輸出設(shè)備610構(gòu)成，圖像采集卡600將成像模塊5輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，并通過(guò)輸出設(shè)備610輸出；輸出設(shè)備610與處理機(jī) VI相連，輸出設(shè)備610獲取的視網(wǎng)膜成像結(jié)果輸出給處理機(jī)VI，處理機(jī)VI通過(guò)算法計(jì)算出視網(wǎng)膜抖動(dòng)，并解算成校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓傳輸給信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII。自適應(yīng)共焦單元IV與校正單元V相連，所述自適應(yīng)共焦單元IV為中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利 “一種基于自適應(yīng)光學(xué)的反射式共焦掃描視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)?01010197028. 0”，如圖 1所示，包括半導(dǎo)體激光光源1、多個(gè)反射式縮束擴(kuò)束系統(tǒng)11-18、由X方向掃描振鏡23和Y 方向掃描振鏡M組成的二維掃描振鏡、哈特曼波前傳感器9、變形鏡22、由收集透鏡27，針孔4和光電倍增管5光電探測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)6、波前處理機(jī)7以及另眼視標(biāo)系統(tǒng)30。帶尾纖的半導(dǎo)體激光光源1發(fā)出的光可以近似看作點(diǎn)光源，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡21準(zhǔn)直到 6mm，并由分光鏡2分光，反射的部分經(jīng)過(guò)球面反射鏡11和球面反射鏡12組成的擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束到與變形鏡22匹配，并由變形鏡22反射，接下來(lái)經(jīng)過(guò)球面反射鏡13和球面反射鏡14 組成的縮束系統(tǒng)縮束至與X方向掃描振鏡23匹配，并到達(dá)X方向掃描振鏡23，X方向掃描振鏡23對(duì)入射光束進(jìn)行橫向掃描，并被由球面反射鏡和15和球面反射鏡16組成的擴(kuò)束系統(tǒng)擴(kuò)束到與Y方向掃描振鏡M匹配，并到達(dá)Y方向掃描振鏡對(duì)，Y方向掃描振鏡M對(duì)入射光束進(jìn)行縱向掃描，并反射到球面反射鏡17和球面反射鏡18組成的擴(kuò)束系統(tǒng)，其中為了避免光束遮擋，球面反射鏡17和18之間插入了平面反射鏡19，此時(shí)光束口徑與人眼入瞳匹配，并被反射到柱面反射鏡20，柱面反射鏡20將前面由于球面反射鏡偏軸使用產(chǎn)生的像散一起校正，將光束反射出自適應(yīng)共焦單元IV到達(dá)校正單元V，如圖6所示，校正單元V對(duì)光束進(jìn)行調(diào)制后出射，分光單元II對(duì)校正單元V出射的光束直接透射到人眼III，并通過(guò)人眼的光學(xué)系統(tǒng)將光束聚焦到一點(diǎn)；人眼III眼底對(duì)入射光有散射作用，散射光攜帶著人眼的像差信息和眼底該點(diǎn)的光強(qiáng)信息，從人眼III出射后經(jīng)分光單元II直接透射，再經(jīng)校正單元V同步反射回自適應(yīng)共焦單元IV，散射光束在自適應(yīng)共焦單元IV內(nèi)部繼續(xù)沿原路返回到分光鏡2，并到達(dá)分光鏡3，分光鏡3對(duì)這部分散射光再次分光一部分進(jìn)入哈特曼波前傳感器9 ；另一部分通過(guò)收集透鏡27和針孔4到達(dá)光電倍增管5 ；哈特曼波前傳感器9接收到的含有人眼像差信息的點(diǎn)陣，并將點(diǎn)陣數(shù)據(jù)傳遞給波前處理機(jī)7，波前處理機(jī)7通過(guò)點(diǎn)陣質(zhì)心的偏移計(jì)算出波前的每個(gè)子孔徑的斜率，再通過(guò)直接斜率法計(jì)算出控制電壓，并將傳遞給變形鏡22，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人眼像差的實(shí)時(shí)探測(cè)和校正。處理機(jī)VI與線共焦單元I、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII相連，線共焦單元I的成像結(jié)果輸出給處理機(jī)VI，處理機(jī)VI從成像結(jié)果中提取出視網(wǎng)膜抖動(dòng)，并解算成校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓，輸出給信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII ；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII與處理機(jī)VI、校正單元V相連，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件和高壓放大器構(gòu)成，處理機(jī)VI解算得到的校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)化為模擬量，模擬量控制電壓經(jīng)高壓放大器放大后傳輸給校正單元V。校正單元V與信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII、自適應(yīng)共焦單元IV以及分光單元II相連，由傾斜鏡和4f透鏡組構(gòu)成，校正單元V受信號(hào)轉(zhuǎn)換單元VII輸出的控制電壓控制，對(duì)自適應(yīng)共焦單元IV的成像光束進(jìn)行調(diào)制后傳播至分光單元II，實(shí)現(xiàn)了對(duì)視網(wǎng)膜抖動(dòng)的實(shí)時(shí)校正。如圖7所示，本發(fā)明所述基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正方法，包括以下步驟步驟1，線共焦單元1的成像線光束經(jīng)分光單元2反射到達(dá)人眼3視網(wǎng)膜；步驟2，分光單元2將從人眼3視網(wǎng)膜反射出的成像線光束偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元 1 ；步驟3，線共焦單元1得到人眼視網(wǎng)膜的高幀頻成像結(jié)果；步驟4，處理機(jī)7對(duì)線共焦單元1獲取的成像結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到視網(wǎng)膜抖動(dòng)的測(cè)
量值；步驟5，處理機(jī)7對(duì)視網(wǎng)膜抖動(dòng)的測(cè)量值進(jìn)行解算，得到校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓；步驟6，校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件8由數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；步驟7，模擬量控制電壓經(jīng)高壓放大器9放大后，傳輸至傾斜鏡5 ；步驟8，自適應(yīng)共焦單元4的成像光束經(jīng)傾斜鏡5實(shí)時(shí)調(diào)制后，依次經(jīng)4f透鏡組6 和分光單元2直接透射到達(dá)人眼3視網(wǎng)膜；步驟9，人眼3視網(wǎng)膜反射回的成像光束依次經(jīng)分光單元2和4f透鏡組6后，再經(jīng)過(guò)傾斜鏡5同步反射回自適應(yīng)共焦單元4 ；步驟10，自適應(yīng)共焦單元4對(duì)經(jīng)過(guò)傾斜鏡5校正的成像光束進(jìn)行探測(cè)，得到無(wú)抖動(dòng)的視網(wǎng)膜高分辨率成像結(jié)果。如圖7所示，為本發(fā)明的光路示意圖，框圖之間的實(shí)線表示光路傳播通路，虛線所示為電信號(hào)傳播通路，光束均沿系統(tǒng)主光軸傳播，電信號(hào)通過(guò)相關(guān)連接線傳播，圖中均為示意性質(zhì)，不表示真實(shí)的光學(xué)設(shè)計(jì)參數(shù)。線共焦單元1為中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“一種線掃描共焦檢眼鏡的系統(tǒng)和方法，申請(qǐng)?zhí)?201010595574. X”或中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)和方法，申請(qǐng)?zhí)?201010595587. 7”。分光單元2為二向色分光平片或二向色分光棱鏡，本實(shí)施例中采用二向色分光平片。自適應(yīng)共焦單元4為中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“一種基于自適應(yīng)光學(xué)的反射式共焦掃描視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，申請(qǐng)?zhí)?201010197028. 0”。傾斜鏡5為高速反射傾斜鏡。4f透鏡組6由兩片等焦距的透鏡組成，本實(shí)施例中采用兩個(gè)焦距為50mm的雙膠合消色差透鏡組成。處理機(jī)7為模擬控制電路或數(shù)字計(jì)算機(jī)，本實(shí)施例中采用數(shù)字計(jì)算機(jī)。本發(fā)明并不局限與上述實(shí)例，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容采用多種實(shí)施方式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置，其特征在于包括校正單元、分光單元、 自適應(yīng)共焦單元、線共焦單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元和處理機(jī)；校正單元與信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、自適應(yīng)共焦單元以及分光單元相連，校正單元由傾斜鏡和 4f透鏡組構(gòu)成，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元輸出的控制電壓控制傾斜鏡對(duì)自適應(yīng)共焦單元輸出的成像光束進(jìn)行調(diào)制校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)，被傾斜鏡調(diào)制后的成像光束經(jīng)4f透鏡組后直接透射過(guò)分光單元照明人眼眼底；分光單元與校正單元、線共焦單元以及人眼相連，分光單元為二向色分光平片或二向色分光棱鏡，用于將校正單元出射的自適應(yīng)共焦掃描成像光束直接透射到達(dá)人眼，從人眼視網(wǎng)膜反射回的自適應(yīng)共焦掃描成像光束直接透射到達(dá)校正單元；和將從線共焦單元出射的線光束偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)人眼，從人眼視網(wǎng)膜出射的線光束偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)線共焦單元；自適應(yīng)共焦單元與校正單元相連，自適應(yīng)共焦單元為一種基于自適應(yīng)光學(xué)的反射式共焦掃描視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，用于人眼視網(wǎng)膜成像，包括光源、反射式縮束擴(kuò)束系統(tǒng)、二維掃描振鏡、哈特曼傳感器、變形鏡、光電探測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)以及另眼視標(biāo)系統(tǒng)，自適應(yīng)共焦單元的出射光束經(jīng)校正單元調(diào)制后傳輸；線共焦單元與分光單元、處理機(jī)相連，線共焦單元用于探測(cè)人眼視網(wǎng)膜抖動(dòng)，線共焦單元包括線光束生成模塊、分光模塊、掃描模塊、成像模塊以及輸出模塊；線共焦單元的出射線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)人眼眼底，從眼底反射出的成像線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元探測(cè)成像，成像結(jié)果輸出給處理機(jī)用于解算出視網(wǎng)膜抖動(dòng)；處理機(jī)與線共焦單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元相連，線共焦單元的成像結(jié)果輸出給處理機(jī)，處理機(jī)從成像結(jié)果中提取出視網(wǎng)膜抖動(dòng)，并解算成校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓，輸出給信號(hào)轉(zhuǎn)換單元；信號(hào)轉(zhuǎn)換單元與處理機(jī)、校正單元相連，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件和高壓放大器構(gòu)成，處理機(jī)解算得到的校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的數(shù)字量控制電壓經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)化為模擬量，模擬量控制電壓經(jīng)高壓放大器放大后傳輸給校正單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置，其特征在于所述傾斜鏡為高速反射傾斜鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置，其特征在于所述處理機(jī)為模擬控制電路或數(shù)字計(jì)算機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置，其特征在于所述線共焦單元為一種線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置，其特征在于所述線共焦單元為一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)。
6.一種基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正方法，其特征在于步驟如下步驟1，線共焦單元的出射線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射達(dá)到人眼視網(wǎng)膜，從人眼反射出的成像線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元，線共焦單元對(duì)成像線光束進(jìn)行探測(cè)成像，獲取人眼視網(wǎng)膜的高幀頻成像結(jié)果；步驟2，處理機(jī)對(duì)線共焦單元獲取的視網(wǎng)膜高幀頻成像結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓，并經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元傳輸給校正單元；步驟3，自適應(yīng)共焦單元的出射光束經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制后經(jīng)分光單元直接出射到達(dá)人眼視網(wǎng)膜，從人眼反射出的成像光束經(jīng)分光單元直接透射后傳播至校正單元，校正單元將成像光束同步反射回自適應(yīng)共焦單元探測(cè)成像，得到視網(wǎng)膜的無(wú)抖動(dòng)高分辨率成像； 所述步驟1包括步驟11，線共焦單元出射線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射到達(dá)人眼視網(wǎng)膜； 步驟12，從人眼視網(wǎng)膜反射出的成像線光束經(jīng)分光單元偏轉(zhuǎn)反射回線共焦單元； 步驟13，線共焦單元對(duì)成像線光束進(jìn)行探測(cè)，得到人眼視網(wǎng)膜的高幀頻成像結(jié)果； 所述步驟2包括步驟21，處理機(jī)對(duì)線共焦單元獲取的成像結(jié)果進(jìn)行運(yùn)算，得到視網(wǎng)膜抖動(dòng)的測(cè)量值； 步驟22，處理機(jī)對(duì)視網(wǎng)膜抖動(dòng)的測(cè)量值進(jìn)行解算，得到校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓； 步驟23，處理機(jī)將校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓輸出給信號(hào)轉(zhuǎn)換單元； 步驟M，控制電壓經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換后傳輸給校正單元； 所述步驟M包括步驟M1，校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的控制電壓經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件轉(zhuǎn)換，由數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量；步驟M2，模擬量的控制電壓經(jīng)高壓放大器放大后，傳輸至校正單元； 所述步驟3包括步驟31，自適應(yīng)共焦單元的出射光束依次經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制和分光單元直接透射到達(dá)人眼視網(wǎng)膜；步驟32，從人眼視網(wǎng)膜反射出的成像光束經(jīng)分光單元直接透射后，經(jīng)過(guò)校正單元同步反射回自適應(yīng)共焦單元；步驟33，自適應(yīng)共焦單元對(duì)經(jīng)過(guò)校正單元校正的成像光束進(jìn)行探測(cè)，得到無(wú)抖動(dòng)的視網(wǎng)膜高分辨率成像結(jié)果； 所述步驟31包括步驟311，自適應(yīng)共焦單元的出射光束經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制后出射到達(dá)分光單元； 步驟312，經(jīng)校正單元實(shí)時(shí)調(diào)制的自適應(yīng)共焦單元出射光束直接透射過(guò)分光單元到達(dá)人眼視網(wǎng)膜；所述步驟32包括步驟321，從人眼視網(wǎng)膜反射出的成像光束直接透射過(guò)分光單元到達(dá)校正單元； 步驟322，從分光單元直接透射出的成像光束經(jīng)校正單元同步反射回自適應(yīng)共焦單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正方法，其特征在于所述校正單元由傾斜鏡和4f透鏡組構(gòu)成，傾斜鏡為高速反射傾斜鏡；所述分光單元為二向色分光平片或二向色分光棱鏡； 所述處理機(jī)為模擬控制電路或數(shù)字計(jì)算機(jī)； 所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件和高壓放大器；所述自適應(yīng)共焦單元為一種基于自適應(yīng)光學(xué)的反射式共焦掃描視網(wǎng)膜成像系統(tǒng)，用于人眼視網(wǎng)膜成像，包括光源、反射式縮束擴(kuò)束系統(tǒng)、二維掃描振鏡、哈特曼傳感器、變形鏡、 光電探測(cè)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)、另眼視標(biāo)系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正方法，其特征在于所述線共焦單元用于探測(cè)人眼視網(wǎng)膜抖動(dòng)，包括線光束生成模塊、分光模塊、掃描模塊、成像模塊以及輸出模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正方法，其特征在于所述線共焦單元為一種線掃描共焦檢眼鏡的系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正方法，其特征在于所述線共焦單元為一種基于激光衍射的線掃描共焦檢眼鏡系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于圖像相關(guān)的視網(wǎng)膜抖動(dòng)校正裝置和方法，該裝置包括自適應(yīng)共焦單元、線共焦單元、校正單元、分光單元、信號(hào)轉(zhuǎn)換單元以及處理機(jī)。線共焦單元對(duì)眼底視網(wǎng)膜進(jìn)行一維掃描得到高幀頻的成像，處理機(jī)對(duì)成像圖像進(jìn)行運(yùn)算解得視網(wǎng)膜抖動(dòng)量并將校正視網(wǎng)膜抖動(dòng)的校正單元控制電壓反饋到校正單元，校正單元即實(shí)現(xiàn)了對(duì)自適應(yīng)共焦單元的視網(wǎng)膜抖動(dòng)實(shí)時(shí)校正。本發(fā)明能夠同時(shí)得到線共焦眼底視網(wǎng)膜高幀頻成像和自適應(yīng)共焦掃描眼底視網(wǎng)膜無(wú)抖動(dòng)、高分辨率成像，本發(fā)明具有視網(wǎng)膜抖動(dòng)測(cè)量準(zhǔn)確、抖動(dòng)校正精度高、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)性能好、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B3/12GK102429638SQ201110328280
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者何益, 史國(guó)華, 張雨?yáng)|, 李喜琪, 李 昊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所