一种裂隙灯显微镜自动对焦方法和裂隙灯显微镜与流程

本发明涉及眼科医疗设备领域，尤其是涉及一种裂隙灯显微镜自动对焦方法和裂隙灯显微镜。

背景技术：

裂隙灯显微镜检查是以集中光源照亮检查部位，便于与黑暗的周围部呈现强烈的对比，再和双目显微放大镜相互配合，不仅能使表浅的病变观察得十分清楚，并且可以利用细隙光带，通过眼球各部的透明组织，形成一系列“光学切面”，使屈光间质的不同层次、甚至深部组织的微小病变也清楚地显示出来。由于不同人有不同高度，每个患者坐到裂隙灯显微镜前的时候，患者的眼睛到显微镜的距离都不相同，所以，医生在使用裂隙灯显微镜拍摄人眼时，一般需要对眼底相机进行对焦。而现有的裂隙灯显微镜在对焦的过程中，都是通过手动的方式调整眼底相机的位置，而手动调节的方式存在调节速度慢、对操作者经验要求高、人力劳动工作压力大等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术之不足，提供一种裂隙灯显微镜自动对焦方法和裂隙灯显微镜，可以实现裂隙灯显微镜的自动对焦，无需人手调节，减少在裂隙灯显微镜对焦时的人力投入，提高对焦效率和精度。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种裂隙灯显微镜自动对焦方法，包括以下步骤：

s1：跟踪相机获取人脸图像并上传至上位机，上位机识别该图像中的人眼并计算出其人眼中心坐标；

s2：控制主板获取人眼中心坐标并与图像中心坐标比较，根据比较结果分别发送控制指令控制x轴电机和y轴电机转动，使图像中心趋向于人眼中心坐标；

s3：眼底相机获取人眼图像并上传至上位机，上位机识别该人眼图像的清晰度；

s4：控制主板获取人眼图像清晰度并与标准清晰度比较，判断人眼图像清晰度低于标准清晰度时，发送控制指令控制z轴电机转动，使人眼图像清晰度趋向于标准清晰度。

进一步的，在使图像中心趋向于人眼中心坐标的过程中，采用多次判断逐次逼近的方法使图像中心与人眼中心坐标重合，即，在进行每一次步骤s1-s2并间隔一定时间后，再次重复步骤s1-s2，多次重复直至图像中心与人眼中心坐标重合。

当图像中心与人眼中心坐标差值在两个像素以内时，视为图像中心与人眼中心坐标重合。

在判断出人眼图像清晰度低于标准清晰度时，控制主板发送控制指令控制z轴电机正转或反转，间隔一定时间后再重复步骤s3，判断新获取的人眼图像的清晰度是否高于原来的人眼图像的清晰度，是则控制z轴电机继续沿该方向转动，否则控制z轴电机改变方向转动。

在使人眼图像清晰度趋向于标准清晰度时，采用多次判断逐次逼近的方法使人眼图像清晰度达到标准清晰度，即，在进行每一次步骤s3-s4并间隔一定时间后，再次重复步骤s3-s4，多次重复直至人眼图像清晰度达到标准清晰度。

在多次判断逐次逼近的方法中，每次判断的时间间隔为400毫秒。

所述上位机为计算机，其中，上位机计算人眼中心坐标的具体方法为：

s11：利用dlib库实现对每个人眼6个特征点的提取；

s12：对每个人眼6个特征点的坐标进行求平均值，所求得的平均值作为人眼中心坐标。

当识别到人脸图像中有两个人眼时，分别计算两个人眼的人眼中心坐标；先对其中一个人眼进行对焦工作，直到完成对该人眼的眼底照相后，再对另一只人眼进行对焦工作并完成眼底照相。

所述图像中心为眼底相机拍摄的人眼图像的中心在人脸图像中对应的坐标，即，根据跟踪相机与眼底相机之间的位置关系，计算出人眼图像的中心在人脸图像的坐标系中对应的坐标值。

一种可实现自动对焦的裂隙灯显微镜，包括底座组件、显微镜组件和裂隙灯组件，所述底座组件包括自下而上设置的z轴驱动组件、x轴驱动组件和y轴驱动组件，所述z轴驱动组件包括有z轴移动座和用于驱动所述z轴移动座在z轴方向移动的z轴电机；所述x轴驱动组件安装于所述z轴移动座上，所述x轴驱动组件包括x轴移动座和用于驱动所述x轴移动座在x轴方向移动的x轴电机；所述y轴驱动组件安装于所述x轴移动座上，所述y轴驱动组件包括y轴移动座和用于驱动所述y轴移动座在y轴方向移动的y轴电机，所述显微镜组件和裂隙灯组件安装于所述y轴移动座上；

所述显微镜组件包括有显微臂、显微镜、跟踪相机和眼底相机，所述显微镜和所述跟踪相机分别安装在所述显微臂上，所述眼底相机与所述显微镜连接。

本发明具有如下有益效果：本发明公开一种裂隙灯显微镜自动对焦方法和裂隙灯显微镜，先通过跟踪相机获取人脸图像后识别人眼的位置，以此可以准确找到人眼位置并将眼底相机调整到正确位置，再通过分析眼底相机的图像的清晰度来判断调节眼底相机的焦距，以此可实现自动对焦。相较于现有技术是通过手动调节对焦，本发明可实现自动对焦，无需人手调节，由此可以大大减少在裂隙灯显微镜对焦时的人力投入，同时提高对焦效率和精度。

附图说明

图1为本发明的可实现自动对焦的裂隙灯显微镜的结构示意图；

图2为本发明的底座组件的俯视图；

图3为图2中a-a截面的剖视示意图；

图4为图2中b-b截面的剖视示意图；

图5为图4中c区域的放大示意图；

图6为本发明的底座组件的内部结构示意图之一；

图7为本发明的底座组件的内部结构示意图之二；

图8为本发明的底座组件的内部结构示意图之三；

图9为本发明的底座组件的内部结构示意图之四；

图10为跟踪相机与眼底相机拍摄图像的范围对比示意图。

图中具体结构说明：10.底座组件、20.显微镜组件、1.z轴驱动组件、11.z轴电机、12.z轴螺杆、13.z轴螺套、14.z轴滑轨、15.z轴移动座、16.z轴光电传感器副、17.z轴挡光片、18.光电传感器、2.x轴驱动组件、21.x轴电机、22.x轴移动座、221.水平安装板、222.上围壁、223.下围壁、224.安装筒、23.x轴螺杆、24.x轴螺套、25.x轴滑轨、26.x轴光电传感器副、27.x轴挡光片、3.y轴驱动组件、31.y轴电机、32.主动齿轮、33.y轴螺套、34.从动齿轮、35.y轴移动座、36.支撑弹簧、37.导套筒、38.导杆、39.y轴螺杆、310.y轴光电传感器副、311.y轴挡光片、312.转动轴承、4.固定底壳、5.显微臂、6.显微镜、7.眼底相机、8.跟踪相机。

具体实施方式

下面结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，本发明中所涉及的x、y、z方向以图1所示的xyz坐标系为准，本发明采用xyz坐标系仅是为了便于说明区分，并不表明本发明的保护范围仅限于图1所示的坐标系。

一种裂隙灯显微镜自动对焦方法，包括以下步骤：

s1：患者坐到裂隙灯显微镜前，跟踪相机获取人脸图像并上传至上位机，上位机识别该图像中的人眼并计算出其人眼中心坐标；

s2：控制主板获取人眼中心坐标并与图像中心坐标比较，根据比较结果分别发送控制指令控制x轴电机和y轴电机转动，使图像中心趋向于人眼中心坐标；

s3：眼底相机获取人眼图像并上传至上位机，上位机识别该人眼图像的清晰度；

s4：控制主板获取人眼图像清晰度并与标准清晰度比较，判断人眼图像清晰度低于标准清晰度时，发送控制指令控制z轴电机转动，使人眼图像清晰度趋向于标准清晰度。

其中，在使图像中心趋向于人眼中心坐标的过程中，采用多次判断逐次逼近的方法使图像中心与人眼中心坐标重合，即，在进行每一次步骤s1-s2并间隔一定时间后，再次重复步骤s1-s2，多次重复直至图像中心与人眼中心坐标重合，每次间隔时间为400毫秒。由于在x轴和y轴运动后，人眼的坐标会发生变化，采用多次判断逐次逼近的方法，能够在每隔400毫秒后就重新做一次人眼坐标判断和控制指令的更新，使图像中心在移动过程中能够准确朝人眼中心移动，保证最终能够实现是图像中心与人眼中心坐标重合。

当图像中心与人眼中心坐标差值在两个像素以内时，视为图像中心与人眼中心坐标重合。将图像中心与人眼中心的重合设置有一定的容差，由此可以保证在满足使用目的，使眼底相机7能够完整排到眼底图像的前提下，降低自动对焦的难度，由此可以提高对焦效率。

在判断出人眼图像清晰度低于标准清晰度时，控制主板发送控制指令控制z轴电机正转或反转，间隔一定时间后再重复步骤s3，判断新获取的人眼图像的清晰度是否高于原来的人眼图像的清晰度，是则控制z轴电机继续沿该方向转动，否则控制z轴电机改变方向转动。在人眼图像清晰度低于标准清晰度时，可能是眼底相机离人眼太远或太近，先通过使眼底相机沿z轴方向靠近或远离人眼一定距离后再重新采集一张新的人眼图像判断其清晰度，即可判断出重新判断前眼底相机的移动方向是正确还是错误，如果正确，可朝该方向继续调节，如果错误，可调整调节方向，以此能够保证最终能够完成自动对焦工作。其中，本实施例中所指的标准清晰度，是预先设定在控制主板内符合医用判断要求的清晰度值，操作者可根据实际需要预先设置标准清晰度的值。

进一步的，在使人眼图像清晰度趋向于标准清晰度时，采用多次判断逐次逼近的方法使人眼图像清晰度达到标准清晰度，即，在进行每一次步骤s3-s4并间隔一定时间后，再次重复步骤s3-s4，多次重复直至人眼图像清晰度达到标准清晰度，每次间隔时间为400毫秒。在眼底相机朝z轴方向靠近或远离人眼的过程中，其焦距一直在变化，拍摄的人员的图像的清晰度也在变化，为了保证在达到标准清洗度时，z轴电机能够快速准确地停下，保持合适的焦距，所以采用多次判断逐次逼近的方法，能够在调焦的过程中不断进行对比判断，保证对接的快速准确。

作为本实施例的一种可选方式，所述上位机为计算机，其中，上位机计算人眼中心坐标的具体方法为：

s11：利用dlib库实现对每个人眼6个特征点的提取；

s12：对每个人眼6个特征点的坐标进行求平均值，所求得的平均值作为人眼中心坐标。

当识别到人脸图像中有两个人眼时，分别计算两个人眼的人眼中心坐标；先对其中一个人眼进行对焦工作，直到完成对该人眼的眼底照相后，再对另一只人眼进行对焦工作并完成眼底照相。

由于对焦的最终目的是通过眼底相机拍摄出清晰的眼底图像，而眼底相机的拍摄范围较小，患者坐到裂隙灯显微镜前时，眼底相机拍摄的范围内不一定有人眼，此时单靠眼底相机无法完成自动找到人眼位置完成自动对焦，所以需要借助拍摄范围更广的跟踪相机，参照图10所示，跟踪相机的拍摄范围广，患者坐到裂隙灯显微镜前时，跟踪相机能够拍摄到整张人脸，那么人眼势必包含在跟踪相机拍摄所得的人脸图像内，由此可以通过人脸图像准确找到人眼位置。由于最终是需要通过眼底相机来拍摄人眼图像，所以需要把眼底相机的拍摄范围调整到能够囊括整个人眼的位置。

所以，本实施例中，所述图像中心为眼底相机拍摄的人眼图像的中心在人脸图像中对应的坐标，因为计算机识别后计算所得的人脸图像中的人眼位置的坐标是在人脸图像中的坐标，而跟踪相机与眼底相机之间是有一定距离的，所以跟踪相机拍摄所得的人脸图像的中心坐标与眼底相机拍摄所得的人眼图像的中心坐标不同，所以在计算图像中心在人脸图像中对应的坐标时，需要根据跟踪相机与眼底相机之间的位置关系，计算出人眼图像的中心在人脸图像的坐标系中对应的坐标值，或者，也可通过多次试验对比，即可得出人眼图像的中心在人脸图像的坐标系中对应的坐标值。

以下提供一种可实现自动对焦的裂隙灯显微镜，参照图1-9，包括底座组件10、显微镜组件20和裂隙灯组件(图未示)，所述底座组件10包括自下而上设置的z轴驱动组件1、x轴驱动组件2和y轴驱动组件3，所述z轴驱动组件1包括有z轴移动座15和用于驱动所述z轴移动座15在z轴方向移动的z轴电机11；所述x轴驱动组件2安装于所述z轴移动座15上，因此，当z轴移动座15在z轴方向移动时，整个x轴驱动组件2将随z轴移动座15移动，所述x轴驱动组件2包括x轴移动座22和用于驱动所述x轴移动座22在x轴方向移动的x轴电机21；所述y轴驱动组件3安装于所述x轴移动座22上，因此，当x轴移动座沿z轴方向或x轴方向移动时，y轴驱动组件3也将随之移动，所述y轴驱动组件3包括y轴移动座35和用于驱动所述y轴移动座35在y轴方向移动的y轴电机31，所述显微镜组件20和裂隙灯组件安装于所述y轴移动座35上；所述显微镜组件包括有显微臂5、显微镜6、跟踪相机8和眼底相机7，所述显微镜6和所述跟踪相机7分别安装在所述显微臂5上，所述眼底相机7与所述显微镜6连接。其中，跟踪相机8和眼底相机7分别和计算机数据连接，控制主板与上位机数据连接，跟踪相机8和眼底相机7拍摄图像后可上传至上位机，上位机可对图像进行分析处理，并将分析处理数据结果发送至控制主板，控制主板可结合所接收的数据计算并向对应电机的驱动板发送相应的控制指令，驱动板根据接收的控制指令控制对应的电机进行工作，以此实现令显微镜组件在x、y或z轴方向上进行移动，实现自动对焦功能。

因此，在z轴电机11、x轴电机21和y轴电机31的驱动下，可以使安装在y轴移动座35上的显微镜组件20和裂隙灯组件在x、y、z三个方向移动，在利用显微镜组件20拍摄眼底图像时，可通过电控的方式驱动各电机的转动来实现对焦调节，相较于现有的只可通过手动调节的方式来实现对焦，电动驱动的方式具有调节速度快、调节精度高和节省人力等优点。进一步的，再结合跟踪相机8和眼底相机7，跟踪相机8拍摄范围广，保证可以拍摄到人眼，以此便于计算机识别到人眼所在位置，而在找到人眼位置并将眼底相机7调到合适的拍摄角度后，可利用眼底相机7拍摄到清晰的眼底照片，该过程为自动控制对焦过程，对焦速度快，省时省力。

为了实现对各电机的控制，所述x轴电机21连接有x轴驱动板，所述y轴电机31连接有y轴驱动板，所述z轴电机11连接有z轴驱动板；所述底座组件10还包括有控制主板，所述x轴驱动板、y轴驱动板、z轴驱动板分别与所述控制主板连接。各驱动板可直接对各电机的动作进行控制，而控制主板可以分别给各驱动板发送各个电机需要调节的方向及调节量，以此实现控制各电机的转动来实现对焦。

以下提供本实施例的z轴驱动组件一种设置方式，参照图6，所述底座组件10还包括有固定底壳4，所述z轴驱动组件1还包括有z轴滑轨14、z轴螺杆12和z轴螺套13，所述z轴滑轨14和所述z轴电机11分别固定在所述固定底壳4内，所述z轴移动座15滑动安装在所述z轴滑轨14上，所述z轴电机11连接所述z轴螺杆12，所述z轴螺套13螺接所述z轴螺杆12，所述z轴螺套13与所述z轴移动座15连接，所述z轴电机11带动所述z轴螺杆12转动时，所述z轴螺杆12推动所述z轴螺套13和所述z轴移动座15及其上部构件沿z轴方向移动。设置的z轴滑轨14可以为z轴移动座15提供支撑并同时限制其移动的轨迹，保证z轴移动座15能在z轴滑轨14上稳定移动。

以下提供本实施例的x轴驱动组件一种设置方式，参照图3-4、图7，所述x轴驱动组件2还包括有x轴滑轨25、x轴螺杆23和x轴螺套24，所述x轴滑轨25和所述x轴电机21分别固定在所述x轴移动座22上，所述x滑轨25与所述z轴移动座15滑动连接，所述x轴电机21和所述x轴螺杆23连接，所述x轴螺24套螺接所述x轴螺杆23，所述x轴螺套24与所述z轴移动座15连接，所述x轴电机21带动所述x轴螺杆23转动时，所述x轴螺套24反推所述x轴螺杆23和所述x轴移动座22及其上部构件沿x轴方向移动。以x轴滑轨25与z轴移动座15滑动连接，且x轴滑轨25与x轴移动座22固定连接，因此，x轴滑轨25可作为整个x轴移动座22及其上部构件安装在z轴移动座15上的支撑构件，此外，x轴滑轨25还可以对整个x轴驱动组件2在x轴方向的移动起限位作用，保证其移动时的稳定性能。由于x轴螺套24是固定在z轴移动座15上的，所以此时x轴螺套24无法在x轴方向移动，当x轴电机21转动带动x轴螺杆23转动时，此时固定的x轴螺套24将反推x轴螺杆23在x轴方向移动，由于x轴螺杆23是固定在x轴移动座22上的，此时x轴螺杆23将推动整个x轴移动座22移动，由此实现了利用x轴电机21推动x轴移动座22在x轴方向移动的目的。

以下提供本实施例的x轴驱动组件一种设置方式，参照图3-5、图8-9，所述y轴驱动组件3还包括y轴螺杆39和y轴螺套33，所述y轴螺杆39和所述y轴螺套33螺接，所述y轴电机31连接有主动齿轮32，所述y轴螺套33套接有从动齿轮34，所述y轴电机31固定在所述x轴移动座22上，所述y轴螺套33转动安装在所述x轴移动座22上，所述y轴螺杆39上端与所述y轴移动座35固定连接，下端与所述y轴螺套39螺接，所述y轴电机31通过所述主动齿轮32和从动齿轮34带动所述y轴螺套33转动时，所述y轴螺套33推动所述y轴螺杆39和所述y轴移动座35及其上部构件沿y轴方向移动。由于y轴螺套33是安装在x轴移动座22上，所以y轴螺套33无法沿y轴方向移动，当y轴电机31带动y轴螺套33转动时，与其螺接的y轴螺杆39将被反推实现在y轴方向的移动，此时y轴螺杆39实现推动y轴移动座35沿y轴方向移动。

作为本实施例的一种可实施方式，所述x轴移动座22包括有向上凸起的用于安装所述y轴螺套34和所述y轴螺杆39的安装筒224，所述安装筒224内下端部固定有转动轴承312，所述y轴螺套33固定于所述转动轴承312内侧。设置安装筒224，除了能够给y轴螺套34提供足够的安装空间外，还可以从y轴螺杆39外壁支撑y轴螺杆39，具体的，可以在y轴螺杆39和安装筒224之间套入一个转动套，以该转动套可以避免y轴螺杆39和安装筒224之间的摩擦，同时通过该转动套间接让安装筒224为y轴螺杆39提供支撑，由此避免y轴螺杆39倾斜而对y轴螺套33施加横向压力，保证y轴螺杆39能在y轴方向稳定移动。

作为本实施例的一种可实施方式，所述安装筒224外周套有支撑弹簧36，所述支撑弹簧36压缩在所述x轴移动座22和所述y轴移动座35之间。设置支撑弹簧36，能够始终给y轴移动座35向上的支撑弹力，由此，可以减轻y轴移动座35对y轴螺杆39的压力，由此可以保证结构的稳定可靠性；同时，在y轴螺杆39推动y轴移动座35沿y轴方向向上移动时，由于支撑弹簧36的存在，由此可以降低y轴螺杆39向上移动的阻力，从而降低y轴电机31的运行荷载。

具体的，所述x轴移动座22包括水平安装板221、上围壁222和下围壁223，所述上围壁222位于所述水平安装板221上端，所述下围壁223位于所述水平安装板221下端；所述从动齿轮34连接于y轴螺套33下端，所述y轴电机31安装于所述水平安装板221上端，所述主动齿轮32从上至下穿过所述水平安装板221与所述从动齿轮34啮合；所述x轴滑轨25、x轴螺杆23和x轴电机21分别安装于所述水平安装板221下端面，所述上围壁222和所述下围壁223围护在所述x轴驱动组件2和y轴驱动组件3外周。设置上围壁222和下围壁223，能够将x轴驱动组件2和y轴驱动组件3的内部零部件进行围护保护，并可以x轴移动座22作为底座组件10的外壳的一部分，节省材料和减少设备占用空间；将y轴电机31设于水平安装板221上并将主动齿轮32穿过水平安装板221与从动齿轮34啮合，使得水平安装帮221上部空间和下部空间都得到合理的利用，整个底座组件10结构紧凑，缩小占用空间。

进一步的，所述水平安装板221上端设有导套筒37，所述导套筒37内穿设有导杆38，所述导杆38上端与所述y轴移动座35固定连接。设置导套筒37和导杆38，在y轴移动座35上下移动的过程中，可以为y轴移动座35的移动起导向和限位作用，保证移动过程的稳定可靠性。

作为本实施例的一种可实施方式，参照图6、7、9，所述z轴驱动组件1包括有z轴光电传感器副16，所述z轴光电传感器副16与所述z轴驱动板连接，所述z轴螺套13连接有z轴挡光片17，所述z轴光电传感器副16的两个光电传感器18位于所述z轴挡光片17的移动行程的两端，在z轴螺套13上设置z轴挡光片17，z轴挡光片17将跟随z轴螺套移动，当z轴挡光片17移动到遮挡光电传感器18时，z轴驱动板接收到信号，由此可以发出报警信号并令z轴电机11停止继续转动，由此可以避免过转导致出现故障；所述x轴驱动组件2包括有x轴光电传感器副26，所述x轴光电传感器副26与所述x轴驱动板连接，所述x轴螺24套连接有x轴挡光片27，所述x轴光电传感器副26的两个光电传感器位于所述x轴挡光片27的移动行程的两端；所述y轴驱动组件3包括有y轴光电传感器副310，所述y轴光电传感器副310与所述y轴驱动板连接，所述y轴移动座35连接有y轴挡光片311，所述y轴光电传感器副310的两个光电传感器位于所述y轴挡光片311的移动行程的两端。其中，x轴光电传感器副26与y轴光电传感器副310的工作原理与作用与z轴光电传感器副16相同，本文不做多余描述，具体可参照z轴光电传感器副16的说明。

以上所述者，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即但凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。