專利名稱：全視野瞳孔分析測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于圖像檢測及處理技術，特別是一種全視野瞳孔分析測 量裝置。
背景技術：
目前，隨著科學技術和醫療水平的不斷進步，經研究表明，客觀定量 瞳孔檢測被越來越多的應用于各個不同方向。
在醫學研究中，準分子激光屈光矯正手術(LASIK)，神經眼科(例如 球后視神經炎)，糖尿病，神經生物學和自主神經系統功能研究，中樞神 經系統疾病、腦功能、神經精神疾病(例如顱內壓增高監測、腦中風病情 觀察、腦死亡輔助判定)，重癥監護和急救醫學，麻醉(例如麻醉深度監 測)，臨床藥理學，眼動檢測、視頻眼震檢測/紅外眼震檢測(用于眩暈、 前庭器官疾病的檢查)等；吸毒研究和檢測，可用于吸毒界定、生理和心 理成癮(渴求)程度判定、戒毒效果評定等科研和檢測領域，供禁毒執法 部門、戒毒所、吸毒鑒定機構及相關科研機構使用，可大大降低檢定費用， 并大大節省毒品和其他藥物的初篩時間；疲勞和飲酒的判定，在工業、交 通、運輸等部門使用瞳孔檢測儀可有效評定工作者或司機的疲勞程度(疲 勞駕駛)或者是否有酒后駕駛，有助于降低相關事故和酒后撞車的發生， 并可提高工作場所的安全性以及增加工作效率。
國內現有的簡易瞳孔測量板不能夠達到實時測量，雙眼瞳孔檢測儀又 不適宜攜帶，其他手持瞳孔測量器方便攜帶，但不能得出實時測量結果。 發明內容
本實用新型的目的是提供一種實時性好、攜帶和使用方便的一種全視 野瞳孔分析測量裝置。
本實用新型的目的是由以下技術方案實現的 一種全視野瞳孔分析測 量裝置，至少包括一個圖像檢測單元、 一圖像處理單元，其特征是圖像檢測單元和圖像處理單元之間通過電連接。 所述的電連接可以是有線電連接。 所述的電連接可以是無線電連接。
所述的圖像檢測單元電連接有無線發射裝置，無線發射裝置是一視頻 無線發射裝置。
所述的圖像處理單元電連接有無線接收裝置，無線接收裝置是視頻接 所述的圖像處理單元是筆記本電腦。
所述的圖像檢測單元是CMOS攝像機或CCD攝像機。 本實用新型中采用了三點確定圓心以及掃描像素得到直徑的方法。
本實用新型的工作過程及優點是
采用有線視頻或無線發射裝置和視頻接收卡進行視頻信息傳遞，可以
使攝像機構成的手持式瞳孔測量器以采集頻率為30幀每秒圖像信號實時 傳到筆記本電腦內，經筆記本電腦的圖像處理軟件對瞳孔圖像進行快速分 析，迅速得到分析結果。
由于現有的筆記本電腦具有攜帶方便的特點，而筆記本電腦對圖像處 理速度快，因此可實現實時測量和圖像分析的任務。

下面結合實施例附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型實施1結構示意圖2是本實用新型實施2結構示意圖3是瞳孔圖像提取和快速分析和流程圖4是二值化后的圖像示意圖5是二值化后的消除瞳孔反光圖像示意圖； 圖6是圖像處理中膨脹的原理過程圖； 圖7是將瞳孔的區域轉換成一個圓域(二值圖像)；
4圖8是將—值化后得到的圓域進行邊界提取(提取圓域的輪廓)。 圖中1、圖像處理單元；2、圖像檢測單元；3、無線電；4、無線接
收裝置；5、無線發射裝置；6、手柄；7、開關；8、攝像頭；9、照明燈;
10、驅動電路；11、連接線；12、視頻接口端。
具體實施方式
如圖l所示，這是一款利用現有帶攝像頭的筆記本電腦改進的實例方 式，與現有的帶攝像頭的筆記本電腦不同之處，筆記本電腦(圖像處理單 元1)原裝的攝像頭8通過連接線11與筆記本電腦電連接；筆記本電腦包 括視頻接口端12。這樣圖像檢測單元2就應包括攝像頭8、驅動電路IO、 固定攝像頭8和驅動電路10的殼體，殼體下端有手柄6，手柄6上有開關 7。實際上圖像檢測單元2構成了一種手持式瞳孔測量儀。
圖像檢測單元2的電源直接取自筆記本電腦電源；將筆記本電腦原有 的攝像頭8驅動電路10移自圖像檢測單元2內，使圖像檢測單元2直接 輸出視頻信號到筆記本電腦，筆記本電腦內再對視頻信號進行處理。
這種實施方式由于不需要創造性勞動，實施起來特別方便。為了實現 本實用新型對瞳孔測量和處理的需求，筆記本電腦內有圖像處理軟件，通 過對攝像頭8提取的瞳孔圖像灰度化處理，邊緣提取，掃描像素對視頻單 幀圖像進行分析，可排除或者補償因眨眼所帶來的誤差導致瞳孔直徑的不 確定性，保證了測量結果的可信性和可重復性。
為了不影響暗環境下檢查，攝像頭8—側配有光源，該光源為照明燈 9，光源可以是外置伸縮光源可控，包括照射單個瞳孔時確保不漏光照到 另外一個瞳孔，影響測量結果；保證在暗環境下檢查時不受室內外照條件 的影響，確保各種環境下測試的一致性。攝像頭8可以物距調整和定標校 準，在不同患者的眼睛因凸凹程度不同時可按需分別調節攝像頭的物距， 保證始終得到個體化的最佳圖像質量，并保證測量結果不受物距變動的影 響。使用時首先將手持式瞳孔測量儀對準被測人眼(左右眼都可)，打開 開關，通過調焦按鈕調節遠近，在屏幕上得到清晰的被測人眼視頻圖像， 按下開始鍵，錄像開始，當錄像結束時，按下停止鍵即可。
圖2是-種無線式實施方案，在這種方案中，通過在圖像檢測單元
2 (手持式瞳孔測量儀)的視頻輸出端連接一無線發射裝置5，無線發射裝 置5是一視頻無線發射裝置，通過無線電3不斷向外發送無線視頻信號。 而在筆記本電腦(圖像處理單元1)的USB接口上電連接一無線接收裝置 6，無線接收裝置6是視頻接收卡。就可實現像檢測單元2 (手持式瞳孔測 量儀)與筆記本電腦(圖像處理單元l)遠距離互動。
無論是實施例1和實施例2都是利用現有的技術做了結構性的變化， 使全視野瞳孔分析變得方便、準確。而(手持式瞳孔測量儀)與筆記本電 腦(圖像處理單元l)通過有線或無線連接則是實現這--技術的關鍵。
圖3是利川圖1或圖2進行瞳孔圖像提取和快速分析和流程圖
步驟300為瞳孔的提取過程開始，首先通過視頻采集長將眼部區域的 圖像數據實時采集，得到眼部區域圖像。
步驟301是圖象的灰度化處理，通過均值法或最值法或公式法對300 歩采集到的圖像進行灰度化，上述的三種方法對同一幅彩色圖像進行灰度 化，通過視覺觀察對比發現利用公式法處理后的圖像的效果比較理想，圖 像的顏色相對更均勻，視覺效果更好，因此，本軟件采用了第三種方法進 行灰度化即利用公式Y二O. 3R+0. 59G+0. IIB。
通過直方圖法對步驟301灰度化的圖像進行二值化處理。直方圖法是 :"1背景與目標差異大并且面積相當時直方圖出現雙峰，這時的最低谷點為 T，這樣在進行二值化時就將最低谷點T作為閾值點，進行步驟302眼部 區域的二值化處理，如圖4所示。
步驟303瞳孔區域反光的消除，在實時采集眼部圖像時會在瞳孔部位 產生反光區域，二值化后可以清楚的看到反光區域，通過圖4的白色區域所示，這些反光區域將會影響下一步的瞳孔的中心定位，因此必須將反光 區域進行消除。
如圖6所示，反光區域進行消除以圖像處理中膨脹的原理為基礎進行 處理。首先膨脹的簡單定義設A為圖像區域集合，B為結構元素。S為B 的關于原點對稱的集合，(S)z表示各平移Z. A B = {z|[(3)znA]GA}。 B月彭 脹A實際上就是S的位移與A至少有一個非零元素相交時B的原點為位置 的集合。
根據圖6可以看出，如果想進行圖像內部的空白自動的黑色填充，關 鍵必須區分出背景的白色，和對象(瞳孔內部區域)的白色。對于這個問 題解決方案如下首先逐行掃描，找出左邊是黑色，右邊是白色的像素點，
這樣就可以將左部分的背景的白色區域排除掉，留下的區域如圖5紅色，
藍色標記。其次再判斷每一個紅色區域的像素點所在的行的右邊是否還有 黑色的像素點，如果有黑色的像素則說明此點是在內部，否則可以判斷出 此點就是藍色區域所在的背景的白色。最后將判斷出的內部區域進行自動
填充。結果如下圖7所示。
步驟304確定瞳孔中心，計算其直徑，本實用新型實施例的最終的目 的就是提取瞳孔的圓心，以及確定瞳孔的直徑(瞳孔暫可近似看成一個 圓)，實現瞳孔中心的跟蹤測量。根據幾何的方法，確定圓心的方法比較 多，可以通過三條弦的垂直平分線的交點確定，還可以通過兩條弦的中點 確定，也可以通過圓上的三點，進一步利用公式確定。本實用新型中采用 了三點確定圓心以及掃描像素得到直徑的方法。
通過圓心計算直徑
設(a,b)為圓心，R為半徑，(xl，yl)， (x2,y2)， (x3， y3)為圓上的三點。 根據下面的公式，最終可以解出a,b，R的值，進而可以確定圓心，計算
出面積。
(X")2+(yl-b)2=R2 (x2_a)2+(y2_b)2 =R2 (x3-a)2+(y3 — b)2 =R2根據上面的公式，如何得到圓上的三點是關鍵。而原始圖像在經過上 述的過程處理之后，已經是將瞳孔的區域轉換成一個圓域(二值圖像)如 圖7所示。因此如何得到圓域的邊界上的點是關鍵。利用下述的方法得到 圓上三點。首先，將二值化后得到的圓域進行邊界提取(提取圓域的輪廓) 操作如圖8所示，得到圓后在圓上取三個不同的點，然后按照上述的公式 計算出圓心，半徑，進而確定了圓心，計算可得直徑。
輪廓提取確定圓上3點
輪廓提取的主要實現原理是，逐行掃描圖像找出黑色像素的點，然后 進一步判斷這個點的上，下，左，右都是黑色的像素點，如果是，則將此 點色像素附予白色，否則不改變此像素點。最后可以通過邊緣上3點確定 瞳孔中心點，通過在邊緣上提取點的坐標可以計算出瞳孔的直徑。
掃描像素得到直徑
在邊緣提取過的圖像上面從圖像下方開始向上逐行掃描像素，掃描到 的第-個黑色的像素點記錄下縱坐標以及橫坐標，沿著該點記錄的橫坐標
繼續垂直向上掃描直到掃描到第二黑色的像素點，記錄該點的縱坐標，2 點的縱坐標之差即為瞳孔直徑，單位為像素，由此可以得到瞳孔直徑。
每測量出一個值以后，由軟件通過判別，如果該測量值與前5個后5 個測量值相差超過10個平均值的20%，那么則判斷該值為眨眼波，則排除， 由此對測量結果進行補償。
權利要求1、全視野瞳孔測量分析裝置，它至少包括一個圖像檢測單元(2)、一圖像處理單元(1)，其特征是圖像檢測單元(2)和圖像處理單元(1)之間通過電連接。
2、 根據權利要求1所述的全視野瞳孔測量分析裝置，其特征是所 述的電連接可以是有線電連接或無線電連接。
3、 根據權利要求1所述的全視野瞳孔測量分析裝置，其特征是所述的圖像檢測單元(2)電連接有無線發射裝置(5)，無線發射裝置(5)是一視頻無線發射裝置。
4、 根據權利要求1所述的全視野瞳孔測量分析裝置，其特征是所述的圖像處理單元(1)電連接有無線接收裝置(4)，無線接收裝置(4)是視頻接收卡。
5、 根據權利要求1所述的全視野瞳孔測量分析裝置，其特征是所述的圖像處理單元(2)是筆記本電腦。
6、根據權利要求l所述的全視野瞳孔測量分析裝置，其特征是所述的圖像檢測單元(2)是CMOS攝像機或CCD攝像機。
專利摘要本實用新型涉及一種全視野瞳孔分析測量裝置，它至少包括一個圖像檢測單元(2)、一個圖像處理單元(1)，其特征是圖像檢測單元(2)和圖像處理單元(1)之間通過電連接。該裝置為一種實時性好、攜帶和使用方便的一種全視野瞳孔測量分析裝置。
文檔編號A61B3/11GK201375508SQ200920032369
公開日2010年1月6日 申請日期2009年3月26日 優先權日2009年3月26日
發明者張作明, 徐世偉, 莉 李, 佳 耿, 群 郭 申請人:中國人民解放軍第四軍醫大學