专利名称：全视野瞳孔分析测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于图像检测及处理技术，特别是一种全视野瞳孔分析测 量装置。
背景技术：
目前，随着科学技术和医疗水平的不断进步，经研究表明，客观定量 瞳孔检测被越来越多的应用于各个不同方向。
在医学研究中，准分子激光屈光矫正手术(LASIK)，神经眼科(例如 球后视神经炎)，糖尿病，神经生物学和自主神经系统功能研究，中枢神 经系统疾病、脑功能、神经精神疾病(例如颅内压增高监测、脑中风病情 观察、脑死亡辅助判定)，重症监护和急救医学，麻醉(例如麻醉深度监 测)，临床药理学，眼动检测、视频眼震检测/红外眼震检测(用于眩晕、 前庭器官疾病的检查)等；吸毒研究和检测，可用于吸毒界定、生理和心 理成瘾(渴求)程度判定、戒毒效果评定等科研和检测领域，供禁毒执法 部门、戒毒所、吸毒鉴定机构及相关科研机构使用，可大大降低检定费用， 并大大节省毒品和其他药物的初筛时间；疲劳和饮酒的判定，在工业、交 通、运输等部门使用瞳孔检测仪可有效评定工作者或司机的疲劳程度(疲 劳驾驶)或者是否有酒后驾驶，有助于降低相关事故和酒后撞车的发生， 并可提高工作场所的安全性以及增加工作效率。
国内现有的简易瞳孔测量板不能够达到实时测量，双眼瞳孔检测仪又 不适宜携带，其他手持瞳孔测量器方便携带，但不能得出实时测量结果。 发明内容
本实用新型的目的是提供一种实时性好、携带和使用方便的一种全视 野瞳孔分析测量装置。
本实用新型的目的是由以下技术方案实现的 一种全视野瞳孔分析测 量装置，至少包括一个图像检测单元、 一图像处理单元，其特征是图像检测单元和图像处理单元之间通过电连接。 所述的电连接可以是有线电连接。 所述的电连接可以是无线电连接。
所述的图像检测单元电连接有无线发射装置，无线发射装置是一视频 无线发射装置。
所述的图像处理单元电连接有无线接收装置，无线接收装置是视频接 所述的图像处理单元是笔记本电脑。
所述的图像检测单元是CMOS摄像机或CCD摄像机。 本实用新型中采用了三点确定圆心以及扫描像素得到直径的方法。
本实用新型的工作过程及优点是
采用有线视频或无线发射装置和视频接收卡进行视频信息传递，可以
使摄像机构成的手持式瞳孔测量器以采集频率为30帧每秒图像信号实时 传到笔记本电脑内，经笔记本电脑的图像处理软件对瞳孔图像进行快速分 析，迅速得到分析结果。
由于现有的笔记本电脑具有携带方便的特点，而笔记本电脑对图像处 理速度快，因此可实现实时测量和图像分析的任务。
下面结合实施例附图对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型实施1结构示意图2是本实用新型实施2结构示意图3是瞳孔图像提取和快速分析和流程图4是二值化后的图像示意图5是二值化后的消除瞳孔反光图像示意图； 图6是图像处理中膨胀的原理过程图； 图7是将瞳孔的区域转换成一个圆域(二值图像)；
4图8是将—值化后得到的圆域进行边界提取(提取圆域的轮廓)。 图中1、图像处理单元；2、图像检测单元；3、无线电；4、无线接
收装置；5、无线发射装置；6、手柄；7、开关；8、摄像头；9、照明灯;
10、驱动电路；11、连接线；12、视频接口端。
具体实施方式
如图l所示，这是一款利用现有带摄像头的笔记本电脑改进的实例方 式，与现有的带摄像头的笔记本电脑不同之处，笔记本电脑(图像处理单 元1)原装的摄像头8通过连接线11与笔记本电脑电连接；笔记本电脑包 括视频接口端12。这样图像检测单元2就应包括摄像头8、驱动电路IO、 固定摄像头8和驱动电路10的壳体，壳体下端有手柄6，手柄6上有开关 7。实际上图像检测单元2构成了一种手持式瞳孔测量仪。
图像检测单元2的电源直接取自笔记本电脑电源；将笔记本电脑原有 的摄像头8驱动电路10移自图像检测单元2内，使图像检测单元2直接 输出视频信号到笔记本电脑，笔记本电脑内再对视频信号进行处理。
这种实施方式由于不需要创造性劳动，实施起来特别方便。为了实现 本实用新型对瞳孔测量和处理的需求，笔记本电脑内有图像处理软件，通 过对摄像头8提取的瞳孔图像灰度化处理，边缘提取，扫描像素对视频单 帧图像进行分析，可排除或者补偿因眨眼所带来的误差导致瞳孔直径的不 确定性，保证了测量结果的可信性和可重复性。
为了不影响暗环境下检查，摄像头8—侧配有光源，该光源为照明灯 9，光源可以是外置伸縮光源可控，包括照射单个瞳孔时确保不漏光照到 另外一个瞳孔，影响测量结果；保证在暗环境下检查时不受室内外照条件 的影响，确保各种环境下测试的一致性。摄像头8可以物距调整和定标校 准，在不同患者的眼睛因凸凹程度不同时可按需分别调节摄像头的物距， 保证始终得到个体化的最佳图像质量，并保证测量结果不受物距变动的影 响。使用时首先将手持式瞳孔测量仪对准被测人眼(左右眼都可)，打开 开关，通过调焦按钮调节远近，在屏幕上得到清晰的被测人眼视频图像， 按下开始键，录像开始，当录像结束时，按下停止键即可。
图2是-种无线式实施方案，在这种方案中，通过在图像检测单元
2 (手持式瞳孔测量仪)的视频输出端连接一无线发射装置5，无线发射装 置5是一视频无线发射装置，通过无线电3不断向外发送无线视频信号。 而在笔记本电脑(图像处理单元1)的USB接口上电连接一无线接收装置 6，无线接收装置6是视频接收卡。就可实现像检测单元2 (手持式瞳孔测 量仪)与笔记本电脑(图像处理单元l)远距离互动。
无论是实施例1和实施例2都是利用现有的技术做了结构性的变化， 使全视野瞳孔分析变得方便、准确。而(手持式瞳孔测量仪)与笔记本电 脑(图像处理单元l)通过有线或无线连接则是实现这--技术的关键。
图3是利川图1或图2进行瞳孔图像提取和快速分析和流程图
步骤300为瞳孔的提取过程开始，首先通过视频采集长将眼部区域的 图像数据实时采集，得到眼部区域图像。
步骤301是图象的灰度化处理，通过均值法或最值法或公式法对300 歩采集到的图像进行灰度化，上述的三种方法对同一幅彩色图像进行灰度 化，通过视觉观察对比发现利用公式法处理后的图像的效果比较理想，图 像的颜色相对更均匀，视觉效果更好，因此，本软件采用了第三种方法进 行灰度化即利用公式Y二O. 3R+0. 59G+0. IIB。
通过直方图法对步骤301灰度化的图像进行二值化处理。直方图法是 :"1背景与目标差异大并且面积相当时直方图出现双峰，这时的最低谷点为 T，这样在进行二值化时就将最低谷点T作为阈值点，进行步骤302眼部 区域的二值化处理，如图4所示。
步骤303瞳孔区域反光的消除，在实时采集眼部图像时会在瞳孔部位 产生反光区域，二值化后可以清楚的看到反光区域，通过图4的白色区域所示，这些反光区域将会影响下一步的瞳孔的中心定位，因此必须将反光 区域进行消除。
如图6所示，反光区域进行消除以图像处理中膨胀的原理为基础进行 处理。首先膨胀的简单定义设A为图像区域集合，B为结构元素。S为B 的关于原点对称的集合，(S)z表示各平移Z. A B = {z|[(3)znA]GA}。 B月彭 胀A实际上就是S的位移与A至少有一个非零元素相交时B的原点为位置 的集合。
根据图6可以看出，如果想进行图像内部的空白自动的黑色填充，关 键必须区分出背景的白色，和对象(瞳孔内部区域)的白色。对于这个问 题解决方案如下首先逐行扫描，找出左边是黑色，右边是白色的像素点，
这样就可以将左部分的背景的白色区域排除掉，留下的区域如图5红色，
蓝色标记。其次再判断每一个红色区域的像素点所在的行的右边是否还有 黑色的像素点，如果有黑色的像素则说明此点是在内部，否则可以判断出 此点就是蓝色区域所在的背景的白色。最后将判断出的内部区域进行自动
填充。结果如下图7所示。
步骤304确定瞳孔中心，计算其直径，本实用新型实施例的最终的目 的就是提取瞳孔的圆心，以及确定瞳孔的直径(瞳孔暂可近似看成一个 圆)，实现瞳孔中心的跟踪测量。根据几何的方法，确定圆心的方法比较 多，可以通过三条弦的垂直平分线的交点确定，还可以通过两条弦的中点 确定，也可以通过圆上的三点，进一步利用公式确定。本实用新型中采用 了三点确定圆心以及扫描像素得到直径的方法。
通过圆心计算直径
设(a,b)为圆心，R为半径，(xl，yl)， (x2,y2)， (x3， y3)为圆上的三点。 根据下面的公式，最终可以解出a,b，R的值，进而可以确定圆心，计算
出面积。
(X")2+(yl-b)2=R2 (x2_a)2+(y2_b)2 =R2 (x3-a)2+(y3 — b)2 =R2根据上面的公式，如何得到圆上的三点是关键。而原始图像在经过上 述的过程处理之后，已经是将瞳孔的区域转换成一个圆域(二值图像)如 图7所示。因此如何得到圆域的边界上的点是关键。利用下述的方法得到 圆上三点。首先，将二值化后得到的圆域进行边界提取(提取圆域的轮廓) 操作如图8所示，得到圆后在圆上取三个不同的点，然后按照上述的公式 计算出圆心，半径，进而确定了圆心，计算可得直径。
轮廓提取确定圆上3点
轮廓提取的主要实现原理是，逐行扫描图像找出黑色像素的点，然后 进一步判断这个点的上，下，左，右都是黑色的像素点，如果是，则将此 点色像素附予白色，否则不改变此像素点。最后可以通过边缘上3点确定 瞳孔中心点，通过在边缘上提取点的坐标可以计算出瞳孔的直径。
扫描像素得到直径
在边缘提取过的图像上面从图像下方开始向上逐行扫描像素，扫描到 的第-个黑色的像素点记录下纵坐标以及横坐标，沿着该点记录的横坐标
继续垂直向上扫描直到扫描到第二黑色的像素点，记录该点的纵坐标，2 点的纵坐标之差即为瞳孔直径，单位为像素，由此可以得到瞳孔直径。
每测量出一个值以后，由软件通过判别，如果该测量值与前5个后5 个测量值相差超过10个平均值的20%，那么则判断该值为眨眼波，则排除， 由此对测量结果进行补偿。
权利要求1、全视野瞳孔测量分析装置，它至少包括一个图像检测单元(2)、一图像处理单元(1)，其特征是图像检测单元(2)和图像处理单元(1)之间通过电连接。
2、 根据权利要求1所述的全视野瞳孔测量分析装置，其特征是所 述的电连接可以是有线电连接或无线电连接。
3、 根据权利要求1所述的全视野瞳孔测量分析装置，其特征是所述的图像检测单元(2)电连接有无线发射装置(5)，无线发射装置(5)是一视频无线发射装置。
4、 根据权利要求1所述的全视野瞳孔测量分析装置，其特征是所述的图像处理单元(1)电连接有无线接收装置(4)，无线接收装置(4)是视频接收卡。
5、 根据权利要求1所述的全视野瞳孔测量分析装置，其特征是所述的图像处理单元(2)是笔记本电脑。
6、根据权利要求l所述的全视野瞳孔测量分析装置，其特征是所述的图像检测单元(2)是CMOS摄像机或CCD摄像机。
专利摘要本实用新型涉及一种全视野瞳孔分析测量装置，它至少包括一个图像检测单元(2)、一个图像处理单元(1)，其特征是图像检测单元(2)和图像处理单元(1)之间通过电连接。该装置为一种实时性好、携带和使用方便的一种全视野瞳孔测量分析装置。
文档编号A61B3/11GK201375508SQ200920032369
公开日2010年1月6日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者张作明, 徐世伟, 莉 李, 佳 耿, 群 郭 申请人:中国人民解放军第四军医大学