一种修正角膜曲率仪系统散光的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种角膜曲率仪系统散光修正方法，具体是在不改变系统硬件的情况 下，能够快速、准确修正角膜曲率仪系统散光的方法。
【背景技术】
[0002] 角膜曲率仪用于测量角膜曲率，是眼科诊断和治疗的重要测量仪器。角膜曲率仪 可以测定角膜前表面曲率，为选择合适的软性角膜接触镜基弧提供依据，也可通过角膜曲 率仪检查了解角膜散光度，为验光提供参考依据。
[0003] 目前，市场上较为成功的角膜曲率仪有尼德克（Nidek)AR310A、佳能（Cannon) R-F10、拓普康（Topcon) RM-800以及中北新缘FA-6500等，其基本测量原理为：利用环形光 阑产生环形光束并照射至人眼角膜上，通过光学镜头对角膜反射光进行收集，并在C⑶上 形成环形光斑图像，对图像进行椭圆拟合，计算出其长轴a，短轴b以及轴角Θ，进而通过标 定的办法得到角膜的屈光度以及散光轴角等信息。该方法简单易行，可靠性也较高，但由于 环形光阑加工安装的精度和光学镜头自身的子午弧矢像差的不同，即使在对无散光的标准 眼进行测量时，在CCD上所呈的圆环图像也会具有一定的椭球性，此即为角膜曲率仪的系 统散光，如果不加以修正，必然会对实际测量带来误差，从而造成验光不准确，对进一步的 眼科诊断和治疗带来影响。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种修正角膜曲率仪系统散光的方法，该方法通过对标准 眼C⑶图像的计算获得系统散光的大小及空间分布S i(Qi)，再通过Si(Qi)对实际测量 进行误差修正。具有修正过程快速，准确，且无须改动系统硬件的优点。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] -种修正角膜曲率仪系统散光的方法，对角膜曲率仪的系统散光进行修正，角膜 曲率仪包括环形照明光源、成像镜组、C⑶相机模块、处理器、图像处理软件和显示屏，其中， 成像镜组包括凸透镜、视场光阑、月牙透镜以及双胶合透镜；环形照明光源发出环形光束照 射在人眼的角膜上，经过人眼的角膜反射后，经成像镜组后最终在CCD相机模块上成像，得 到环形图像，环形图像通过安装在处理器中的图像处理软件进行图像处理后显示在显示屏 上，其特征在于，采用图像处理软件对环形图像进行图像处理时采用以下步骤：
[0007] (a)对检测标准角膜眼获得的环形图像进行滤噪、二值化及边缘提取处理，处理后 环形图像上各点坐标表示为P iO^yi);
[0008] (b)将经过步骤（a)处理后的环形图像按角度等分，等分角度为Λ Θ，采用质心法 计算环形图像各Δ Θ角所包围扇形区域的质心，处理后环形图像上各点坐标为P^Xpyj)， j = 1，2,3...，2π/Λ Θ ;
[0009] (C)利用最小二乘法对处理后环形图像上各点坐标Pj (Xj，yj)进行椭圆拟合，得到 环形图像拟合椭圆的椭圆参数，包括长轴A、短轴B、轴角Θ以及中心点〇( X(：，y。）；
[0010] (d)作拟合椭圆的外切圆，外切圆的圆心为点0(x。，y。)，半径R为拟合椭圆的长轴 A；
[0011] (e)对拟合椭圆和外切圆按照Λ Θ间隔进行离散取值，分别得到2 31/Λ Θ个离散 点 Qm(xm，ym)和 Rm(x'm，y'm)，m = 1，2, 3···，2 π / Δ Θ ;
[0012] (f)计算 2π/Λ θ 个离散AQm(Xm，ym) *Rm(X'm，y'm)的映射关系 Γ ;
[0013] (g)利用角膜曲率仪对任意角膜眼或人眼进行测量，重复上述（a)-(b)的步骤，得 到检测任意角膜获得环形图像的离散坐标P ;
[0014] (h)将检测任意角膜获得环形图像的离散坐标P' p与利用椭圆与其对 应外切圆（R = A)的映射关系，计算出椭圆的每一离散值与其对应的外切圆之间的线性变 换矩阵Γ相乘，得到新的离散坐标P" ^x" j，y" P ;
[0015] (i)对新的离散坐标P"」(χ"」，y"采用上述步骤（c)进行最小二乘拟合，得 到新的椭圆参数，即可完成系统散光修正，所得新的椭圆参数即为被测角膜眼的实际屈光 参数。
[0016] 上述步骤（b)中，2JT/Λ Θ为整数，对任意Λ Θ所包围的扇形区域内的任意坐标 点Pi (Xi, Yi)，如男
，则表明该点 恰好处于第m个扇形区域之内。
[0017] 上述步骤（b)中的质心法要求每个扇型区域内的所有点按照灰度值进行加权求 和，得到总的质心坐标Pj (χ」，yP，其中，
对应点坐标位置的图像灰度值。
[0018] 上述步骤（c)中对处理后环形图像上各点坐标PjO^yj)进行椭圆拟合的具体步 骤为：
[0019] (1)设圆锥曲线方程的一般形式为
[0020] F( η，X) = A · X = ax2+bxy+cy2+dx+ey+f = 0,其中，η = [a b c d e f]T，X = [x2 xy y2 x y I = ^F(IUXi)是任意一点（Xi，yi)到圆锥曲线的代数距离。其直接最小二乘 拟合办法为求代数距离
的最小值，由此可得一个线性方程组，并以A+C = 1为约束 条件，可求得方程系数a, b，c，d，e，f的值。
[0021] (2)利用几何关系，可得椭圆参数，长轴A、短轴B、轴角Θ和中心位置坐标〇(x。， y。）分别为：
[0026] 上述步骤（e)中计算Qm(xm, ym)和Rm(x' m, y' m)的方法为：拟合椭圆离散点：
[0028] 上述步骤（f)中计算映射关系Γ的方法为：其映射关系为：
可得 利用椭圆与其对应外切圆（R = A)的映射关系，计算出椭圆的每一离散值与其对应的外切 圆之间的线性变换矩阵
[0029] 本发明具有以下优势：
[0030] 本发明通过算法实现对角膜曲率仪的系统散光进行修正，解决了系统自身散光对 测量带来的影响，降低了对系统硬件加工与装配的工艺要求，进而降低了仪器成本。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明修正角膜曲率仪的硬件结构；
[0032] 图2是修正角膜曲率仪系统散光的流程图；
[0033] 图3是角膜曲率仪获得的标准眼图像；
[0034] 图4是经过滤噪二值化以及边缘提取后的环形图像；
[0035] 图5是经过（a)-(c)步骤后获得的拟合椭圆图像；
[0036] 图6是修正后的椭圆图像。
[0037] 图中，角膜1，环形照明光源2a、2b，凸透镜3、视场光阑4、月牙透镜5双胶合透镜 6、成像镜组8、C⑶相机模块7、处理器9、显示屏10。
【具体实施方式】
[0038] 以下对本发明技术方案做进一步说明。
[0039] 修正角膜曲率仪系统散光的方法，对角膜曲率仪的系统散光进行修正，角膜曲率 仪包括环形照明光源2a、2b、成像镜组8、C⑶相机模块7、处理器9、图像处理软件和显示屏 10,其中，成像镜组包括凸透镜3、视场光阑4、月牙透镜5以及双胶合透镜6 ;环形照明光源 发出环形光束照射在人眼的角膜1上，经过人眼的角膜反射后，经成像镜组后最终在CCD相 机模块上成像，得到环形图像，环形图像通过安装在处理器中的图像处理软件进行图像处 理后显示在显示屏上，采用图像处理软件对环形图像进行图像处理时采用以下步骤：
[0040] (a)对检测标准角膜眼获得的环形图像进行滤噪、二值化及边缘提取处理，处理后 环形图像上各点坐标表示为P iO^yi);
[0041] (b)将经过步骤（a)处理后的环形图像按角度等分，等分角度为Λ Θ，采用质心法 计算环形图像各Δ Θ角所包围扇形区域的质心，处理后环形图像上各点坐标为P^Xpyj)， j = 1，2,3...，2π/Λ Θ ;
[0042] (c)利用最小二乘法对处理后环形图像上各点坐标Pj(Xpyj)进行椭圆拟合，得到 环形图像拟合椭圆的椭圆参数，包括长轴Α、短轴Β、轴角Θ以及中心点〇( X(：，y。）；
[0043] (d)作拟合椭圆的外切圆，外切圆的圆心为中心点0(x。，y。)，半径R为拟合椭圆的 长轴A ;
[0044] (e)对拟合椭圆和外切圆按照Λ Θ间隔进行离散取值，分别得到2 π / Λ Θ个离散 点 Qm(xm，ym)和 Rm(x'm，y'm)，m = 1，2, 3···，2 π / Δ Θ ;
[0045] (f)计算 2π/Λ θ 个离散点 Qm(Xm，ym) *Rm(x'm，y'm)的映射关系 Γ ;
[0046] (g)利用角膜曲率仪对任意角膜眼或人眼进行测量，重复上述（a)-(b)的步骤，得 到检测任意角膜获得环形图像的离散坐标P/ (x'_，y'j);
[0047] (h)将检测任意角膜获得环形图像的离散坐标P/ (X'」，y' P与利