基于白睛无影成像的人体健康状况在体分析系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光学成像领域，更具体地说，涉及一种基于白睛无影成像的人体健康 状况在体分析系统及方法。
【背景技术】
[0002] 眼睛是人类获取外界信息的重要器官之一，眼睛的健康状况也越来越被人们所关 注。眼睛的常规检测包括眼前节检测和眼底检测；其中，所述眼前节检测包括对虹膜、瞳孔、 白睛等的检测。通过对眼睛眼前节的检测不仅可以了解眼睛的病变状况，而且还能够预测 待测者生理病理变化的健康状况。
[0003] 现有技术中通常采用裂隙灯对待测眼睛的眼前节进行观察，在对待测眼睛的白睛 进行成像时，测试者需要首先将裂隙灯的裂隙光线垂直投射到待测者的待测眼睛上，形成 窄带状光学切面，并获取所述光学切面内的切面白睛图像；然后通过移动所述裂隙光线使 之扫过待测眼睛表面，获取多个切面白睛图像；最后将所述多个切面白睛图像通过图像重 建方法获取待测眼睛完整的白睛图像，以便测试者通过观察所述白睛图像获取待测者眼睛 病变及身体的生理病理健康状况。利用裂隙灯对待测眼睛白睛进行成像的方法需要获取所 述多个切面白睛图像，然后通过图像拼接重建获取待测眼睛白睛图像，而图像拼接重建过 程耗时长且很难保证所述多个切面白睛图像的无痕拼接，难以还原所述白睛表面的真实状 况；而如果利用所述裂隙灯对待测眼睛白睛一次性成像，就需要将所述裂隙灯的裂隙光线 完全覆盖待测眼睛，这样就会在待测眼睛白睛表面形成光源的反射像，影响成像质量。
[0004] 有人构建了一些用于眼睛成像的原理性装置或设备，如授权专利200620096156. 5 以及处于专利申请审查中的专利申请材料201380057539. 4,全都没有解决好眼睛白睛宽场 成像的光源反射像影响问题。在这些装置与方法中，以201380057539. 4的结构最为复杂具 有代表性，其是通过复杂电机控制装置引导相机对眼睛表面或瞳孔进行x-y-z轴三维运动 的跟踪成像，并对探测器采集到的图像进行判断在期望被监测的特定点上是否存在反射像 来决定图像的取舍或将该图像设置为重复或应该拒绝的成像，一旦检查到眼睛中期望被监 测的特定点上（或区域中）存在反射像，则需要电机装置调整设立的视线引导系统和相机 的位置，让眼睛中期望被监测的特定点（或区域）远离反射像，然后再次成像，以此来避免 光源反射或成像相关的其他假象，保证眼睛中期望被监测的特定点（或区域）成像的图像 质量。很明显，这种通过电机控制装置调整设立的视线引导系统和相机的位置来让眼睛中 期望被监测的特定点（或区域）远离反射像的方法，不仅操作过程麻烦、控制系统装置结构 复杂、耗时长，而且并没有从根本上解决光源反射像的影响问题。并且，201380057539. 4的 结构对眼睛中部分特定点（或区域）成像单靠眼睛正前方一个相机根本无法实现没有反射 像的白睛宽场成像，还必须启动多个相机来满足眼睛中不同特定点（或区域）无光源反射 或无成像相关的其他假象影响的成像质量要求，因为多个相机中的任何一个均无法对整个 白睛区域进行无光源反射像的一次性宽场成像，只能通过将多个相机拍摄到的没有反射影 响的白睛局部区域图像一个个裁剪下来，然后通过图像拼接重构的方法，才能获得较大白 睛区域无光源反射像的宽场图像，这样就免不了操作过程麻烦、步骤多，需要进行大量图像 处理操作，以牺牲时间为代价了。
[0005] 因此，亟需一种耗时短、成像质量较好的白睛宽场成像分析系统，并且所述分析系 统可以在对眼睛病变检测分析的同时，进一步在体分析待测者生理病理变化的健康状况， 将能更好地满足不同领域的使用要求。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供了一种基于白睛无影成像的人体健康状况在体分析系统及分 析方法，所述分析系统能对白睛进行宽场无影一次性成像，只用一台相机，无需移动相机位 置，也无需进行图像拼接，形成白睛图像的过程耗时短、成像质量较好、且可以根据获取的 白睛图像分析眼睛病变和人体生理病理变化的健康状况。
[0007] 为实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
[0008] -种基于白睛无影成像的人体健康状况在体分析系统，用于待测者待测眼睛的白 睛成像及通过白睛的形态特征进行人体健康状况的生理病理分析，包括：
[0009] 定位孔，用于确定待测眼睛放置位置；
[0010] 照明装置，位于定位孔与待测眼睛放置相反方向的另一侧，用于提供照明光线，所 述照明光线通过所述定位孔斜射入照亮待测眼睛，且所述照明装置的像位于待测眼睛虹膜 中；
[0011] 成像装置，用于对待测眼睛的白睛进行成像，获取逆光照亮的白睛宽场无影图 像；
[0012] 与所述成像装置连接的处理装置，用于保存所述白睛图像，并提取保存的所述白 睛图像的形态特征，并将其与预设数据库中的白睛形态特征进行对比分析，生成包括待测 眼睛病变信息及待测者健康状况生理病理信息的诊断结果；
[0013] 所述预设数据库中存储有白睛形态特征与相应的眼睛病变信息及人体健康状况 生理病理信息。
[0014] 优选的，所述分析系统还包括与所述成像装置连接的显示装置；
[0015] 所述显示装置用于显示获取的所述白睛图像、白睛形态特征及包括待测眼睛病变 信息及待测者健康状况生理病理信息的诊断结果。
[0016] 优选的，所述白睛形态特征包括白睛颜色特征、白睛血脉特征及白睛表面形态特 征。
[0017] 优选的，所述处理装置还用于控制所述照明装置和/或成像装置的工作状态。
[0018] 优选的，所述照明装置包括四个照明单元，所述四个照明单元分别分布于所述定 位孔的左、右、上、下四个方位，以便眼睛左视、右视、上视、下视获取白睛充分暴露的四方位 逆光照亮的白睛宽场无影图像。
[0019] 优选的，所述照明系统还包括与所述照明单元并列设置的指示标识；
[0020] 所述指示标识设置在照明单元靠近定位孔的一侧，用于标志待测眼睛观察位置与 观察顺序，使白睛充分暴露到根部。
[0021] 优选的，所述照明单元为无影灯或白炽灯或低压汞灯或LED灯或激光器；
[0022] 所述照明单元发出的照明光线为复色光或单色光。
[0023] 优选的，所述定位孔为圆孔或椭圆孔或环形孔，包括左右对称的眼眶定位面和上 下对称的用于翻开眼皮的手指通孔。
[0024] 优选的，所述成像装置包括：镜头与传感芯片；其中，
[0025] 所述镜头用于将光线成像到所述传感芯片上；
[0026] 所述传感芯片用于接收成像到其表面的光线并生成图像。
[0027] 优选的，所述分析系统还包括与镜头连接的对焦装置，用于调节所述镜头使待测 眼睛的白睛图像成像在所述传感芯片上。
[0028] -种基于白睛无影成像的人体健康状况在体分析方法，应用于上述任一项实施例 所述的分析系统，用于待测者待测眼睛的白睛成像及通过白睛的形态特征进行人体健康状 况的生理病理分析，包括：
[0029] 启动所述分析系统，使照明装置的照明光线通过定位孔斜射入待测眼睛，使所述 照明装置的像位于待测眼睛虹膜中；
[0030] 待测者使待测眼睛通过所述定位孔观察所述照明装置，使待测眼睛被所述照明装 置逆光照亮；
[0031] 利用成像装置对待测眼睛的白睛进行成像，获取逆光照亮的白睛宽场无影图像；
[0032] 对获取的白睛图像进行保存，并提取保存的所述白睛图像的形态特征，并将其与 预设数据库中的白睛形态特征进行对比分析，生成包括待测眼睛病变信息及待测者健康状 况生理病理信息的诊断结果。
[0033] 优选的，提取保存的所述白睛图像的形态特征采用灰度预处理边缘能量偏值校正 算法来保证所提取白睛区域的完整性，具体实施步骤包括：
[0034] 步骤一：查找匹配的白睛图像初始mask;先从HSV空间对白睛图像的S通道、V通 道进行阈值分割，找到白睛以及黑睛的相应位置；再将图像的黑睛部位除去，并通过腐蚀操 作，获取位于白睛区域内，且小于白睛区域的局部白睛图像，作为所述初始mask;
[0035] 步骤二：对白睛图像进行灰度处理；白睛图像灰度处理计算如公式1所示：
[0036] I=min(255,（V+100Xfgb))X(~fv)X((1. 5-GB) 2+0· 2) 1 ；
[0037] 其中I为最终得到的灰度图像，V为HSV空间中的V通道图像，即正常情况下的灰 度图像，fv为对V通道图像进行离散一阶差分处理后提取的边缘图像，~fv为对fv提取的 边缘图像取反后得到的图像，fgb为对GB图进行边缘提取后的图像，GB的定义如公式2所 示，
[0039] 其中G和B为常规RGB彩色空间的G通道和B通道；
[0040] 公式（1)和（2)各部分的作用为：fv是为了使最终灰度图像边缘能停留在白睛 图像区域内的正确位置，（(1.5-GB)2+0. 2)是为了提高白睛部分与皮肤之间的差异度，而 +100Xfgb则用来消除皮肤外部白色边缘的影响，提高边缘正确停留的概率；
[0041] 步骤三：进行白睛图像的边缘偏值校正；利用步骤一得到的所述初始mask和步骤 二得到的进行过灰度处理的白睛图像，使用八邻域法来计算曲线的能量；设b和I#分别为 曲线内部和外部的平均强度，定义曲线的能量为E，E的计算公式如公式3所示：
[0042]
[0043] 所述进行过灰度处理的白睛图像的边缘偏值计算如公式4所示，
[0044] ΔE=Eenergy+αXEcurve+b4 ；
[0045] 其中，EenCTgy为初始mask灰度图像边缘曲线的能量，Ecu"e为在白睛图像区域内对 初始mask进行扩展后的灰度图像边缘曲线的能量，α为决定mask边缘形状光滑程度的常 数系数，b为经验偏置常数；在进行白睛图像有效区域提取时，通过b值调整可以产生一个 向外的推力，使白睛初始mask的边缘快速向外推动，直到ΛE=0时到达白睛原始图像的 有效白睛区域边缘，从而起到校正白睛图像边缘偏值的作用。
[0046] 优选的，所述分析方法还包括：
[0047] 对所述白睛图像及其形态特征、诊断结果进行显示，所述形态特征包括白睛颜色 特征、白睛血脉特征及白睛表面形态特征，所述诊断结果包括眼睛病变信息和待测者健康 状况的生理病理信息。
[0048] 从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种基于白睛无影成像的人体健 康状况在体分析系统及分析方法，其中，所述分析系统包括：定位孔、照明装置和成像装置； 利用所述分析系统对待测眼睛的白睛进行成像时，首先启动所述分析系统使照明装置的照 明光线通过所述定位孔斜射入待测眼睛，使待测眼睛被逆光照亮；然后使待测者待测眼睛 通过所述定位孔观察所述照明装置，实现照明装置沿待测眼睛观察方向的反方向（逆光） 斜入射照亮待测眼睛，从而使所述照明装置的像位于待测