拼接图像的方法及摄像系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种拼接图像的方法及摄像系统，适于拼接动物的眼睛底部的图像。该拼接图像的方法包括：获取动物的多个眼底图像，其中这些眼底图像部分重叠；将这些眼底图像分别转换为多个灰阶图像；提高这些灰阶图像的对比；比较被提高对比的这些灰阶图像，以得到多个拼接数据；根据这些拼接数据拼接这些眼底图像。
【专利说明】拼接图像的方法及摄像系统
【技术领域】
[0001]本发明是有关于一种图像处理的方法与光学系统，且特别是有关于一种适于拼接动物眼睛底部的拼接图像的方法及摄像系统。
【背景技术】
[0002]眼睛是灵魂之窗，通过眼睛人们得以感受这个世界的光与色彩。而眼睛中感觉颜色与光的锥状细胞与杆状细胞皆位于眼底的视网膜上，是人体中可将光转换成生理电信号的组织。其中，供给眼睛血液与养分的血管也位于眼底。当眼底出现血管增生或是破裂的时候，例如黄斑部病变等症状，极易造成视网膜上的锥状细胞与杆状细胞死亡，而使得病患丧失视力。因此，在眼部疾病诊断及预防保健上，眼底的图像的观察与追踪是极其重要的。
[0003]一般而言，由于人眼的瞳孔大小限制之故，因此传统的眼底图像摄影方法在一个角度的单次摄影中，可拍摄到约30到40度视角的眼底图像范围。因此，若要拍摄位于眼底较边缘的图像时，常令病患凝视一个观察参考点，而后再以缓慢、稳定持续的速度将眼睛凝视的点作上下左右的移 动，藉此可取得多张眼底的图像。而后，再利用电脑等数据处理装置，通过后续专门的图像合成软件以组合多张眼底的图像。然而，由于这些眼底的图像是由多次拍摄而得来，因此每次拍摄的曝光值与白平衡都不尽相同。此外，需对这些图像先行校正，才能进行拼接，使得其校正的难度增加而影响到拼接后的图像品质。拼接图像品质若受影响，容易导致医护人员难以辨识眼底的微血管图像，而可能造成判断上的困难甚至延误病患的治疗时机。因此，如何快速得到更完整、更清晰的眼底图像是医疗目前当务之急的课题。
【发明内容】
[0004]本发明的实施例提供一种拼接图像的方法，可提升图像拼接的正确性。
[0005]本发明的实施例提供一种摄像系统，可达到较正确的图像拼接效果。
[0006]本发明的一实施例提供一种拼接图像的方法，适于拼接动物的眼睛底部的图像。拼接图像的方法包括:获取动物的多个眼底图像，其中这些眼底图像部分重叠；将这些眼底图像分别转换为多个灰阶图像；提高这些灰阶图像的对比；比较被提高对比的这些灰阶图像，以得到多个拼接数据；根据这些拼接数据拼接这些眼底图像。
[0007]在本发明的一实施例中，上述的获取这些眼底图像的步骤为利用光学镜头获取这些眼底图像，且拼接图像的方法还包括在将这些眼底图像分别转换为这些灰阶图像之前，根据光学镜头的光学参数校正这些眼底图像，其中将这些眼底图像分别转换为这些灰阶图像的步骤为将已校正的这些眼底图像分别转换为这些灰阶图像。
[0008]在本发明的一实施例中，上述的校正这些眼底图像的步骤包括降低这些眼底图像的枕形畸变。
[0009]在本发明的一实施例中，上述的这些眼底图像为彩色图像。
[0010]在本发明的一实施例中，上述的提高每一灰阶图像的对比的方法包括:计算灰阶图像中的像素数量相对于灰阶值的灰阶分布关系；在灰阶分布关系中取其斜率连续变化最大的区间所对应的灰阶范围作为待调整灰阶范围；决定待调整灰阶范围与对比提高灰阶范围的转换关系，其中对比提高灰阶范围的下限小于待调整灰阶范围的下限，且对比提高灰阶范围的上限大于待调整灰阶范围的上限；根据转换关系，将灰阶图像中对应于待调整灰阶范围的多个灰阶值分别转换成对比提高灰阶范围的多个灰阶值。
[0011]在本发明的一实施例中，上述的比较被提高对比的这些灰阶图像，以得到多个拼接数据的方法包括利用平面拼接演算法对被提高对比的这些灰阶图像作计算，以计算出这些拼接数据，其中这些拼接数据包括分别对应于这些眼底图像的多个拼接数据。
[0012]在本发明的一实施例中，上述的至少部分这些眼底图像包括视神经盘图像、黄斑部图像及血管图像的至少其中之一，且比较被提高对比的这些灰阶图像以得到多个拼接数据的方法包括以被提高对比的这些灰阶图像中对应于视神经盘图像、黄斑部图像及血管图像的至少其中之一的部分作为优先比较基础，以得到这些拼接数据。
[0013]在本发明的一实施例中，上述的获取动物的这些眼底图像包括从多个不同的角度获取动物的这些眼底图像。
[0014]本发明的一实施例提出一种摄像系统，适于获取动物的眼睛底部的图像，摄像系统包括摄像单元以及处理单元。摄像单元获取动物的多个眼底图像，其中这些眼底图像部分重叠。处理单元与摄像单元电性连接，处理单元将这些眼底图像分别转换为多个灰阶图像，处理单元提高这些灰阶图像的对比，处理单元比较被提高对比的这些灰阶图像，以得到多个拼接数据，且处理单元根据这些拼接数据拼接这些眼底图像。 [0015]在本发明的一实施例中，上述的摄像单元包括光学镜头及图像传感器。摄像单元从多个不同的角度对准动物的眼睛底部，以使光学镜头在这些不同的角度将眼睛底部成像于图像传感器上，进而使图像传感器分别获取这些眼底图像。
[0016]在本发明的一实施例中，上述的摄像系统还包括致动器，连接至摄像单元，以将摄像单元移动至这些不同的角度。
[0017]在本发明的一实施例中，上述的处理单元先根据光学镜头的光学参数校正这些眼底图像，然后再将已校正的些眼底图像分别转换为这些灰阶图像。
[0018]在本发明的一实施例中，上述的处理单元根据光学镜头的光学参数来降低这些眼底图像的枕形畸变。
[0019]在本发明的一实施例中，上述的这些眼底图像为彩色图像。
[0020]在本发明的一实施例中，上述的处理单元计算每一灰阶图像中的像素数量相对于灰阶值的灰阶分布关系，处理单元在灰阶分布关系中取其斜率连续变化最大的区间所对应的灰阶范围作为待调整灰阶范围，处理单元决定待调整灰阶范围与对比提高灰阶范围的转换关系，对比提高灰阶范围的下限小于待调整灰阶范围的下限，且对比提高灰阶范围的上限大于待调整灰阶范围的上限，且处理单元根据转换关系，将灰阶图像中对应于待调整灰阶范围的多个灰阶值分别转换成对比提高灰阶范围的多个灰阶值。
[0021]在本发明的一实施例中，上述的至少部分这些眼底图像包括视神经盘图像、黄斑部图像及血管图像的至少其中之一，且处理单元以被提高对比的这些灰阶图像中对应于视神经盘图像、黄斑部图像及血管图像的至少其中之一的部分作为优先比较基础，以得到这些拼接数据。[0022]在本发明的一实施例中，上述的摄像系统，还包括照明光源，提供照明光束至眼睛底部，其中眼睛底部将照明光束反射成多个分别携带这些眼底图像的图像光束，且摄像单元在多个不同时间点分别配置于这些图像光束的光路径上，以获取这些眼底图像。
[0023]基于上述，本发明的实施例中的拼接图像的方法与摄像系统将获取到的多个眼底图像转换为灰阶图像，且强化灰阶图像的对比，并根据强化后的灰阶图像计算出拼接数据，以拼接这些眼底图像。藉此，可缩短拼接眼底图像的时间，并增加眼底图像拼接的准确性以及图像品质，而可得到更广视角的眼底图像。
[0024]为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1A是本发明的一实施例中摄像系统的示意图；
[0026]图1B是本发明的一实施例中拼接图像的方法的流程图；
[0027]图1C为根据图1B的实施例中的步骤SlOO从不同角度获取眼底图像的图像图片的不意图；
[0028]图2A是根据图1A的实施例中步骤SlOO到S200间的详细流程图；
[0029]图2B是根据图1A的实施例中步骤S300的详细流程图；
[0030]图3A是根据图2B的步骤S320中灰阶的眼底图像400G的灰阶函数GL的灰阶直方图；
[0031]图3B是根据图2B的步骤S320中灰阶的眼底图像400GE的灰阶函数GE的灰阶直方图；
[0032]图3C是根据图3A中灰阶图像400G的图像图片的示意图；
[0033]图3D是根据图3B中灰阶图像400GE的图像图片的示意图；
[0034]图4A是强化后的灰阶的眼底图像400GE包括黄斑部的图像图片的示意图；
[0035]图4B是强化后的灰阶的眼底图像400GE包括视神经盘的图像图片的示意图；
[0036]图4C是由图4A与图4B经过计算出拼接数据再拼接而成的灰阶图像400GE的图像图片的示意图；
[0037]图4D是将图4C中计算出的拼接数据套用至全彩的眼底图像400所拼接而成的图像图片的示意图；
[0038]图5A是本发明的另一实施例的摄像系统的示意图；
[0039]图5B是根据图5A中摄像系统的动作方式的示意图；
[0040]图6A本发明的又一实施例的摄像系统的示意图；
[0041]图6B是根据图6A中摄像系统的动作方式的示意图。
[0042]附图标记说明:
[0043]S100、S110、S120、S200、S200’、S210、S220、S230、S300、S310、S320、S330、S340、S400、S500:步骤；
[0044]400、400S、400M、400G、400GE、400GEA、400GEB:眼底图像；
[0045]10、10’、1 0”:摄像系统；
[0046]100:摄像单元；[0047]130:光学镜头；
[0048]140:图像传感器；
[0049]200:处理单元；
[0050]500:控制单元；
[0051]700:承靠部件；
[0052]BS:底座；
[0053]EB:眼睛；
[0054]BSP:支持部；
[0055]BSV:轨道；
[0056]Ad:偏移值；
[0057]EB:眼睛；
[0058]F、G、GL、GE、Pcummulate:函数；
[0059]IB:图像光束；
[0060]imax、GL’ max:最大灰阶值；
[0061]imin、GL’ min:最小灰阶值；
[0062]L:照明光源；
[0063]LB:照明光束；
[0064]MA:黄斑部；
[0065]MT:致动器；
[0066]OD:视神经盘；
[0067]PL、PL’:机台；
[0068]UR:使用者；
[0069]VC:血管；
[0070]WD:观景窗；
[0071]Xl:第一光轴；
[0072]X2:第二光轴；
[0073]Θ:夹角。
【具体实施方式】
[0074]图1A是本发明的一实施例的摄像系统的示意图。请参照图1A，在本实施例中，摄像系统10包括摄像单元100及处理单元200。摄像单元100适于获取动物的多个眼底图像400，其中这些眼底图像400部分重叠。在本实施例中，眼底图像400例如为全彩的图像，然而在其他实施例中，眼底图像400亦可以是利用红外线摄影等方式取得的其他色彩或灰阶的图像，本发明不以此为限。处理单元200与摄像单元100电性连接，处理单元200分别转换这些全彩的眼底图像400为多个灰阶的眼底图像400G(如图3C)，并且提高这些灰阶的眼底图像400G而为强化对比的灰阶的眼底图像400GE(如图3D)。其中，处理单元200可为应用型专用集成电路(application-specific integrated circuit,简称ASIC)等处理器。然后，再根据这些被强化的灰阶的眼底图像400GE计算出多个拼接数据，并根据这些拼接数据拼接这些全彩的眼底图像400。[0075]详细而言，在本实施例中的摄像单元100可还包括光学镜头130与图像传感器140。其中，图像传感器140例如为电荷f禹合元件(chargecoupled device,简称CO))、互补式金属氧化物半导体(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor,简称CMOS)感测兀件或其他适于感光的元件。而处理单元200在转换这些眼底图像400为灰阶图像400G之前，可根据光学镜头130的光学参数修正这些眼底图像400。举例而言，这些光学参数可包括畸变(distortion)、像差(aberration)、色像差(chromaticaberration)及其他光学参数的至少其中之一。由于这些光学参数可通过测量光学镜头130得知，且眼底大致上的弯曲程度亦为已知，因此藉此可经由运算以修正图像，而可计算出多个平面的眼底图像400。所以，本实施例的处理单元200可有效地增加后续拼接运算的效率以及准确度，以利临床医护人员的诊断。
[0076]此外，摄像系统10可包括照明光源L，照明光源L可提供照明光束LB至眼睛EB底部，眼睛EB底部将照明光束LB反射成多个分别携带这些眼底图像的图像光束IB，且摄像单元100在多个不同时间点分别配置于这些图像光束IB的光路径上，以获取这些眼底图像400。在图1A的实施例中，照明光源L例如为环状光源，配置于眼睛EB与光学镜头130之间，然而在其他实施例中，照明光源亦可配置于其他位置，本发明并不以此为限。
[0077]此外，在本实施例中，摄像系统10可还包括控制单元500，与摄像单元100电性连接。其中眼睛EB具第一光轴XI，摄像单元100具有第二光轴X2，而控制单元500改变第二光轴X2与第一光轴Xl的夹角Θ大小，以获取多个不同角度的眼底图像400，进而可在一次摄影中拼接出较广视角的 眼底图像400，并且同时具有相近的曝光值以及白平衡，可提升眼底图像400的视角以及品质，藉此可提升临床上病理诊断的准确性。
[0078]图1B是本发明的一实施例中拼接图像的方法的流程图。图1C为根据图1B的实施例中的步骤S 100从不同角度获取眼底图像的图像图片的示意图。请参照图1B及图1C，本实施例的拼接图像的方法可利用图1A的摄像系统10来完成。在本实施例中，拼接图像的方法可包括如下的步骤。首先，先获取动物的多个眼底图像400 (步骤S100)，例如为图1C中获取人眼中不同角度的全彩眼底图像400，亦即包括由眼睛EB正视角度而获取到的眼底图像400M，由相对于眼睛EB偏移角度而获取到的眼底图像400S。这些眼底图像400部分重叠。然后，将这些眼底图像400分别转换为多个灰阶图像400G (步骤200)，例如利用图1A中的处理单元200将这些眼底图像400转换为灰阶图像400G。接着，提高这些灰阶图像400G的对比(步骤300)，藉此可增强如微血管的分布或是黄斑部MA(如图3C与图3D所绘示)的组织颜色等具有病理特征之处。并且，比较被提高对比的这些灰阶图像400GE，以得到多个拼接数据(步骤S400)。举例而言，通过图1A中的处理单元200提高这些灰阶图像400G的对比，可强化微血管或是黄斑部MA等图像特征，并可利用这些特征计算出各图像的相对关系以利于后续图像合并。然后，根据这些拼接数据拼接这些眼底图像400 (步骤500)。通过灰阶化眼底图像400G并强化其图像特征，合并眼底图像400所需的运算时间以及错误率相较于直接合并全彩眼底图像400而言可有效地被减低。并且，由多个不同的角度获取眼底图像400并合并，相较一般单次眼底拍摄中视角范围仅约30度到40度，能获得更大眼底视角以利诊断。值得注意的是，上述的眼底图像400、400M及400S的数量仅用于举例说明本实施例，在其他实施例中亦可连续地获取这些眼底图像，本发明不以此为限。
[0079]图2A是根据图1A的实施例中步骤S100到S200间的详细流程图。请参照图2A，其中获取这些眼底图像400的步骤(步骤S100)可包括利用光学镜头130获取这些眼底图像400(步骤S110)。由于眼底是具有一定屈光度的凹面，通过光学镜头130所量测到的眼底图像400可能有例如为枕形畸变(pincushion distortion)等图像变形(distortion)。因此，在将这些眼底图像400分别转换为这些灰阶图像400G之前，根据光学镜头130的光学参数校正这些眼底图像400(步骤S120)。如此一来，可降低后续拼接演算时所需要处理的图像变形(distortion)问题。然后，将已校正的这些眼底图像400分别转换为这些灰阶图像400G。(步骤S200’)。举例而言，每一眼底图像400可具有多个像点，每一个像点可具有第一色信息CR，第二色信息CG以及第三色信息CB。详细而言，将这些眼底图像400转换为灰阶图像400G的演算法如下。
[0080]G = F (CR, CG, CB)，F 代表一函数。
[0081 ] 更详细而言，第一色信息CR，第二色信息CG以及第三色信息CB可经下式来转换成灰阶函数G:
【权利要求】
1.一种拼接图像的方法，其特征在于，适于拼接动物的眼睛底部的图像，该拼接图像的方法包括: 获取该动物的多个眼底图像，其中该多个眼底图像部分重叠； 将该多个眼底图像分别转换为多个灰阶图像； 提高该多个灰阶图像的对比； 比较被提高对比的该多个灰阶图像，以得到多个拼接数据；以及 根据该多个拼接数据拼接该多个眼底图像。
2.根据权利要求1所述的拼接图像的方法，其特征在于，获取该多个眼底图像的步骤为利用光学镜头获取该多个眼底图像，且该拼接图像的方法还包括: 在将该多个眼底图像分别转换为该多个灰阶图像之前，根据该光学镜头的光学参数校正该多个眼底图像，其中将该多个眼底图像分别转换为该多个灰阶图像的步骤为将已校正的该多个眼底图像分别转换为该多个灰阶图像。
3.根据权利要求2所述的拼接图像的方法，其特征在于，校正该多个眼底图像的步骤包括降低该多个眼底图像的枕形畸变。
4.根据权利要求1所述的拼接图像的方法，其特征在于，该多个眼底图像为彩色图像。
5.根据权利要求1所述的拼接图像的方法，其特征在于，提高每一该灰阶图像的对比的方法包括: 计算该灰阶图像中的像素数量相对于灰阶值的灰阶分布关系； 在该灰阶分布关系中取其斜率连续变化最大的区间所对应的灰阶范围作为待调整灰阶范围； 决定该待调整灰阶范围与对比提闻灰阶范围的转换关系，其中该对比提闻灰阶范围的下限小于该待调整灰阶范围的下限，且该对比提高灰阶范围的上限大于该待调整灰阶范围的上限；以及 根据该转换关系，将该灰阶图像中对应于该待调整灰阶范围的多个灰阶值分别转换成该对比提高灰阶范围的多个灰阶值。
6.根据权利要求1所述的拼接图像的方法，其特征在于，比较被提高对比的该多个灰阶图像，以得到多个拼接数据的方法包括: 利用平面拼接演算法对被提高对比的该多个灰阶图像作计算，以计算出该多个拼接数据，其中该多个拼接数据包括分别对应于该多个眼底图像的多个拼接数据。
7.根据权利要求1所述的拼接图像的方法，其特征在于，至少部分该多个眼底图像包括视神经盘图像、黄斑部图像及血管图像的至少其中之一，且比较被提高对比的该多个灰阶图像以得到多个拼接数据的方法包括以被提高对比的该多个灰阶图像中对应于该视神经盘图像、该黄斑部图像及该血管图像的至少其中之一的部分作为优先比较基础，以得到该多个拼接数据。
8.根据权利要求1所述的拼接图像的方法，其特征在于，获取该动物的该多个眼底图像包括从多个不同的角度获取该动物的该多个眼底图像。
9.一种摄像系统，其特征在于，适于获取动物的眼睛底部的图像，该摄像系统包括: 摄像单元，获取该动物的多个眼底图像，其中该多个眼底图像部分重叠；以及 处理单元，与该摄像单元电性连接，该处理单元将该多个眼底图像分别转换为多个灰阶图像，该处理单元提高该多个灰阶图像的对比，该处理单元比较被提高对比的该多个灰阶图像，以得到多个拼接数据，且该处理单元根据该多个拼接数据拼接该多个眼底图像。
10.根据权利要求9所述的摄像系统，其特征在于，该摄像单元包括光学镜头及图像传感器，该摄像单元从多个不同的角度对准该动物的眼睛底部，以使该光学镜头在该多个不同的角度将该眼睛底部成像于该图像传感器上，进而使该图像传感器分别获取该多个眼底图像。
11.根据权利要求10所述的摄像系统，其特征在于，还包括致动器，连接至该摄像单元，以将该摄像单元移动至该多个不同的角度。
12.根据权利要求10所述的摄像系统，其特征在于，该处理单元先根据该光学镜头的光学参数校正该多个眼底图像，然后再将已校正的该多个眼底图像分别转换为该多个灰阶图像。
13.根据权利要求12所述的摄像系统，其特征在于，该处理单元根据该光学镜头的光学参数来降低该多个眼底图像的枕形畸变。
14.根据权利要求9所述的摄像系统，其特征在于，该多个眼底图像为彩色图像。
15.根据权利要求9所述的摄像系统，其特征在于，该处理单元计算每一该灰阶图像中的像素数量相对于灰阶值的灰阶分布关系，该处理单元在该灰阶分布关系中取其斜率连续变化最大的区间所对应的灰阶范围作为待调整灰阶范围，该处理单元决定该待调整灰阶范围与对比提闻灰阶范围的转换关系，该对比提闻灰阶范围的下限小于该待调整灰阶范围的下限，且该对比提高灰阶范围的上限大于该待调整灰阶范围的上限，且该处理单元根据该转换关系，将该灰阶图像中对应于该待调整灰阶范围的多个灰阶值分别转换成该对比提高灰阶范围的多个灰阶值。
16.根据权利要求9所述的摄像系统，其特征在于，该处理单元利用平面拼接演算法对被提高对比的该多个灰阶图像作计算，以计算出该多个拼接数据，其中该多个拼接数据包括分别对应于该多个眼底图像的多个拼接数据。
17.根据权利要求9所述的摄像系统，其特征在于，至少部分该多个眼底图像包括视神经盘图像、黄斑部图像及血管图像的至少其中之一，且该处理单元以被提高对比的该多个灰阶图像中对应于该视神经盘图像、该黄斑部图像及该血管图像的至少其中之一的部分作为优先比较基础，以得到该多个拼接数据。
18.根据权利要求9所述的摄像系统，其特征在于，还包括照明光源，提供照明光束至该眼睛底部，其中该眼睛底部将该照明光束反射成多个分别携带该多个眼底图像的图像光束，且该摄像单元在多个不同时间点分别配置于该多个图像光束的光路径上，以获取该多个眼底图像。
【文档编号】G06T3/40GK103919525SQ201310012134
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年1月14日 优先权日:2013年1月14日
【发明者】郑心皓, 陈品汶 申请人:华晶科技股份有限公司