專利名稱：基于移動平臺的斜視診斷裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及移動醫(yī)療裝置，尤其是一種基于移動平臺的斜視診斷裝置。
背景技術：
斜視是指兩眼不能同時注視目標，屬眼外肌疾病。可分為共同性斜視和麻痹性斜視兩大類。而共同性斜視發(fā)病率較高，根據(jù)眼位偏斜位置的不同分成上斜視、下斜視、內斜視和外斜視。小兒是斜視的高發(fā)人群，平均100個孩子中就有一個患斜視。斜視對小兒的危害極大。首先是外觀的影響，更重要的是，斜視影響雙眼視覺功能，嚴重者沒有良好的立體視力。立體視力是只有人類和高等動物才具有的高級視覺功能，是人們從事精細工作的先決條件之一。如沒有良好的立體視覺，在學習和就業(yè)方面將受到很大的限制。而大部分斜視患者都同時患有弱視。由于斜視患者長期一只眼注視，另一只眼將造成廢用性視力下降或停止發(fā)育，日后即便配戴合適的眼鏡，視力也不能達到正常。共同性斜視在醫(yī)學上常見的檢測裝置主要包括弧形視野計和同視機。但是弧形視野計和同視機攜帶不方便，且需要患者能夠配合。許多年齡較小的斜視患者，由于配合能力較差，斜視角測定較困難。

發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種便攜的基于移動平臺的斜視診斷裝置，該裝置可以讓普通非專業(yè)人群都能隨時隨地方便的對患者，尤其是配合能力較差的幼兒進行斜視的診斷，及時發(fā)現(xiàn)和治療。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案一種基于移動平臺的斜視診斷裝置，包括有 一、圖像輸入裝置用于獲取眼部圖像；
二、圖像預處理裝置用于對獲取的眼部圖像做初步處理，其又包括以下單元圖像分辨率調整單元，用于對獲取的眼部圖像的分辨率進行調整；圖像平滑、灰度轉換處理單元，用于將圖像進行平滑和灰度轉換處理；
三、眼部定位裝置用于通過機器視覺技術定位眼部在圖像中的位置；
四、角膜緣定位裝置用于通過Hough變換原理，獲取眼部區(qū)域的角膜緣的中心坐標以及半徑值；
五、反光點定位裝置用于通過Hough變換原理，獲取反光點的中心坐標以及半徑值；
六、偏移計算裝置利用角膜緣的中心坐標以及半徑值和反光點的中心坐標值，按照Hirschberg法計算偏移量。七、斜視計算裝置根據(jù)所得的偏移量判斷患者是否存在斜視，哪種類型的斜視，以及計算出斜視的度數(shù)值；
八、圖像輸出裝置根據(jù)斜視計算裝置得到的斜視結果以文字方式輸出在顯示屏上。
本發(fā)明基于移動平臺，可安裝于現(xiàn)有的智能手機、平板電腦等智能移動設備上，可方便的進行斜視檢測，操作便利。


圖I移動平臺斜視診斷技術實現(xiàn)流程圖。圖2操作場景圖。圖3眼部定位裝置粗略定位結果圖。圖4眼部定位裝置精確定位結果圖。圖5斜視度數(shù)計算方法圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步描述。本發(fā)明為一種斜視診斷裝置，以現(xiàn)有的智能手機為平臺，包括有
I.圖像輸入裝置該裝置采用醫(yī)學專業(yè)瞳孔燈為角膜映光點的光源來源，結合智能手機等移動設備攝像頭拍攝患者臉部正面圖像，為了提高檢測的精確度，具體拍攝環(huán)境和操作條件應注意以下幾點(結合附圖2)
(一)患者應位于室內熒光燈等照明光源正下方，不能面對除瞳孔燈之外其它直射光源，滿足此條件下，保證室內光照亮度，提高手機拍照的快門速度，防止對焦不清楚。( 二)操作者手持移動設備，使得移動設備與患者眼睛保持水平位置，并距離患者眼睛水平正前方大概50cm，與此同時將瞳孔燈置于移動設備攝像頭正上方緊貼移動設備。(三)瞳孔燈水平直射患者兩眼正中間鼻梁上方位置，囑患者眼睛自然睜大，水平直視攝像頭。滿足以上三點條件下，操作者拍攝照片，作為初始的輸入圖像。瞳孔燈是角膜映光點的光源來源，在本發(fā)明中是關鍵的設備。實際操作過程中，如果移動設備自帶閃光燈的話，則可以直接采用閃光燈作為光源來源，但是要考慮到閃光燈的光源強度會不會造成被檢查者，尤其是幼兒的不適反應，如果幼兒對于閃光燈的光照強度不適應，則仍然應該采用瞳孔燈為光源設備。2.圖像預處理裝置由于初始輸入的圖像有可能在不同的環(huán)境下獲取，為了較少圖像處理的時間和圖像檢測的有效性，必須做一些圖像預處理。其包括有以下單元
(一)圖像分辨率調整單元由于下一步的眼部定位過程中，需要對臉部圖像的眼睛區(qū)域進行定位，為了減少定位的時間，提高效率，先要對圖像的分辨率進行調整。具體調整幅度，要視圖像分辨率而變化，一般情況下將圖像分辨率調整為原來的十分之一大小。但是在眼部定位裝置完成工作之后，在角膜緣定位裝置工作時，為了提高定位的精確度，需要將圖像分辨率恢復為原來的值。( 二)圖像平滑、灰度轉換處理單元，用于將圖像進行平滑和灰度轉換處理，該單元是為眼部定位裝置做一些預處理，使得眼部定位的錯誤率盡可能低，并且最好在圖像進行平滑和灰度轉換處理后對圖像灰度值進行歸一化處理。所謂歸一化處理是指通過一系列變換(即利用圖像的不變矩尋找一組參數(shù)使其能夠消除其他變換函數(shù)對圖像變換的影響)，將待處理的原始圖像轉換成相應的唯一標準形式(該標準形式圖像對平移、旋轉、縮放等仿射變換具有不變特性)，通過歸一化處理，可以進一步減少不同環(huán)境拍攝造成圖像亮度偏差，有利于提聞眼部定位的準確率。3.眼部定位裝置用于通過機器視覺技術定位眼部在圖像中的位置，該裝置分成兩大部分，具體如下
(一)在粗略定位單元，將經過預處理的圖像灰度值進行水平和垂直方向的投影(可以采用方差投影、積分投影等)。在臉部灰度圖像中由于眼部的生理特征，角膜區(qū)域和眉毛區(qū)域的灰度值低于人臉其它部位，所以通過水平方向的投影之后，我們就能在投影曲線上找到波峰(方差投影)或波谷(積分投影)，通過波峰或波谷就能大致確定眼部在圖像中的水平位置。同理通過垂直方向的投影，就能大致確定眼部在圖像中的垂直位置。而且眼部在臉部圖像中具有對稱性特征，可以進一步提高定位的精確度。但是這一步驟只能確定眼部在圖像中的大致位置，可以定位一個矩形區(qū)域。定位結果如附圖3所示。
(二)根據(jù)粗略定位的結果，我們縮小了圖像中定位眼睛的區(qū)域范圍，接下來將進行眼部區(qū)域的精確定位。該單元利用當前比較成熟的模式識別算法實現(xiàn)，它分為模型訓練和識別兩大步驟。模型訓練中，必須先根據(jù)大量的眼部圖像，訓練出一個眼部模型，然后利用該眼部模型，在粗略定位階段確定的矩形區(qū)域中實現(xiàn)眼部的精確定位，當前已有現(xiàn)成的比較成熟的眼部精確定位算法可以直接采用(如ETRI Journal, Volume 30, Number 2，April 2008 中的《Eye Detection in Facial Images Using Zernike Moments with SVM》就是其中的一種利用機器視覺技術實現(xiàn)眼部定位的算法)，本發(fā)明在實際開發(fā)過程中直接將眼部模型文件導入到分類器中，從而實現(xiàn)眼部的精確定位。該裝置操作完成之后，將在人臉圖像中的左右雙眼部位大致以角膜為中心確定兩個矩形區(qū)域，該區(qū)域能將左右雙眼包括在其中并使得矩形區(qū)域盡可能小。定位結果如附圖4所示。4.角膜緣定位裝置一般情況下，由于眼部生理構造的特殊性，角膜緣在圖像中呈現(xiàn)規(guī)則的圓形或者圓弧(一般情況下，上下眼瞼會蓋住一部分角膜區(qū)域)，所以該步驟將采用Hough變換原理，精確定位眼部區(qū)域的角膜緣的中心坐標以及半徑。由于在步驟3里已經將眼部區(qū)域范圍縮小，而且圖像分辨率已知，拍攝距離已知，從而可以獲取Hough變換過程中待檢測圓弧的半徑范圍，這樣就可以提高角膜緣的定位精確度，防止錯誤圓產生。5.反光點定位裝置因為正常情況下，由于瞳孔燈光源是點光源，所以圖像中的角膜映光點也呈現(xiàn)較規(guī)則的圓形，而且角膜緣定位裝置中已經將檢測范圍進一步縮小，因此該步驟同樣可以采用角膜緣定位裝置里提到的技術，進行反光點的定位，只須改變檢測范圍和待檢測圓弧的半徑大小。6.偏移計算裝置在角膜緣定位裝置和反光點定位裝置中獲得角膜緣和反光點的中心坐標以及半徑值之后，就可以依據(jù)Hirschberg法的基本原理來計算偏移量，具體方法結合附圖5說明如下
(一)假設右眼角膜中心坐標為(XI，Y1)，右眼角膜半徑為R1，右眼亮點坐標為(Ml, NI);左眼角膜中心坐標為(X2，Y2)，左眼角膜半徑為R2，左眼亮點坐標(M2，N2)。(二)計算右眼亮點與角膜中心點的水平距離為Hl=IXl-Ml |，垂直距離為Vl= I Yl-Nl I ;左眼亮點與角膜中心點的水平距離為H2= IX2-M2 |，垂直距離為V2= | Y2-N2 |。(三)計算雙眼的水平偏差S1=|H1_H2|，垂直偏差S2=|V1_V2|。
(四)計算雙眼角膜半徑的平均值R=(Rl+R2)/2。(五)計算水平偏差比例Hr=Sl/R，垂直偏差比例Vr=S2/R。角膜映光法(Hirschberg test)臨床檢測步驟在受檢者正前方大概33cm處放置瞳孔燈，讓患者注視之。醫(yī)生觀察反光點的位置，如角膜反光點位于兩眼瞳孔正中央則為正位眼；如果角膜反光點出現(xiàn)于一眼瞳孔正中央，而另一眼在瞳孔緣，則偏斜約10 15度；在角膜緣上，則偏斜約45度；在角膜中心與角膜緣之間的中點處，則斜視度約為25度。(注每偏斜Imm約相當于斜視弧7 7. 5度)。7.斜視計算裝置根據(jù)偏移計算裝置得到的水平偏差比例值Hr和垂直偏差比例值Vr，結合角膜映光法(Hirschberg test)臨床檢測的基本原理，該裝置功能是用于判斷患者是否存在斜視，哪種類型的斜視，以及斜視的度數(shù)值。具體方法如下
(一)如果Hr>l/9或者Vr>l/9，則該患者存在斜視，繼續(xù)步驟(二)；否則正常，跳過 斜視判斷和計算過程。(二)如果患者存在斜視，則雙眼必然有一只為注視眼，另外一只為斜視眼。具體判斷流程如下
A.如果Hr>l/9，且H1-H2的值為正，則右眼為斜視眼。B.如果Hr>l/9，且H1-H2的值為負，則左眼為斜視眼。C.如果Vr>l/9，且V1-V2的值為正，則右眼為斜視眼。D.如果Vr>l/9，且V1-V2的值為負，則左眼為斜視眼。(三)以右眼為斜視眼為例(左眼判斷方法同右眼)，該步驟判斷患者為何種類型的斜視，具體方法如下
A.如果Hr>l/9，且Xl-Ml為正，則患者為右眼內斜視。B.如果Hr>l/9，且Xl-Ml為負，則患者為右眼外斜視。C.如果Vr>l/9，且Yl-Nl為正，則患者為右眼下斜視。D.如果Vr>l/9，且Yl-Nl為負，則患者為右眼上斜視。E.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為正，且Yl-Nl為正，則患者為右眼內斜視并下斜視。F.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為正，且Yl-Nl為負，則患者為右眼內斜視并上斜視。G.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為負，且Yl-Nl為負，則患者為右眼外斜視并上斜視。H.如果Hr>l/9且Vr>l/9，且Xl-Ml為負，且Y1-N1為正，則患者為右眼外斜視并下斜視。(四)該步驟將在步驟(三)的基礎上，具體計算斜視度數(shù)，方法如下
A.如果患者為內斜視或者外斜視，則斜視度數(shù)為D1=S1*45/R。B.如果患者為上斜視或者下斜視，則斜視度數(shù)為D2=S2*45/R。8.圖像輸出裝置該裝置將在輸出圖像中，畫出檢測出來的角膜緣和亮點位置，并將最終的斜視判斷結果以文字形式輸出。發(fā)明實施過程中異常處理
由于利用機器視覺的技術對圖像進行分析和處理，在具體實施過程中，必然會出現(xiàn)一些異常情況，現(xiàn)對這些異常情況進行分析，并給出具體的處理方式。在本發(fā)明實施過程中，會出現(xiàn)如下三種常見的異常情況
(一)圖像中無法正確定位眼部
(二)圖像中無法正確定位角膜緣
(三)圖像中無法正確定位亮點
針對以上三種異常情況，采取的處理措施如下
(一)造成無法在圖像中定位眼部的原因，主要是拍攝時未正確取景或者取景時圖像中眼睛是閉合狀態(tài)造成。因此針對這種異常，系統(tǒng)會提示操作者重新取樣，并給出一定的提
/Jn o ( 二 )造成圖像中無法正確定位角膜緣異常情況(包括角膜緣定位錯誤，定位了多個角膜緣，定位不到角膜緣等錯誤)的原因比較復雜，我們給出的處理措施有兩種。第一種，提示用戶重新拍照取樣；第二種，采取人工手動定位模式。該模式下，圖像中會出現(xiàn)兩個定位用的圓圈，用戶只需簡單的通過拖動和縮放的方式，將圓圈定位到圖像中的角膜緣上即可。該模式下，對于角膜緣的定位純粹靠用戶操作，所以對于用戶的操作要求比較高，檢測的結果也將和操作結果密切相關。(三)造成圖像中無法正確定位反光點位置的異常主要是拍照取景時，瞳孔燈沒有正確對準雙眼中央，拍照對焦不清晰，圖像亮度不夠等原因造成；因此針對此異常，系統(tǒng)將給出提示，讓操作者重新拍照取景。隨著移動科技的飛速發(fā)展，采用Android系統(tǒng)和iOS系統(tǒng)的智能手機占領了大部分的智能手機市場，基于智能手機等移動設備的移動醫(yī)療也接踵而至。與此同時，移動平臺對于數(shù)據(jù)的處理能力和存儲能力大幅提高。現(xiàn)在智能手機等移動設備已經成為人們日常生活工作的重要工具，改變了人們的生活方式。另一方面，現(xiàn)在兒童患眼部疾病的趨勢越來越明顯，近視、斜視、弱視等等疾病嚴重困擾的很多家長，而且這些疾病在早期難以發(fā)現(xiàn)，往往會錯過絕佳的治療機會。一般的非專業(yè)人士不能及時察覺兒童患斜視的早期癥狀，而去醫(yī)院檢查又會遇到醫(yī)療資源短缺等看病難問題。本發(fā)明利用強大的移動平臺的數(shù)據(jù)處理能力，采用傳統(tǒng)的角膜映光法(Hirschberg法)理論為斜視檢查理論基礎，設計開發(fā)了基于智能手機等移動平臺的斜視診斷裝置，利用該裝置可以讓普通非專業(yè)人群都能隨時隨地方便的對患者，尤其是配合能力較差的幼兒進行斜視的診斷，及時發(fā)現(xiàn)和治療。
權利要求
1.一種基于移動平臺的斜視診斷裝置，其特征在于包括有 圖像輸入裝置，用于獲取眼部圖像； 圖像預處理裝置，用于對獲取的眼部圖像做初步處理，其又包括以下單元圖像分辯率調整單元，用于對獲取的眼部圖像的分辨率進行調整； 圖像平滑、灰度處理單元，用于對圖像進行平滑和灰度化處理； 人眼識別定位裝置，用于通過機器視覺技術定位人眼在圖像中的位置； 角膜緣定位裝置，用于通過Hough變換原理，獲取人眼區(qū)域的角膜緣的中心坐標以及半徑值； 反光點定位裝置，用于通過Hough變換原理，獲取反光點的中心坐標以及半徑值；偏移計算裝置；通過角膜緣的中心坐標以及半徑值和反光點的中心坐標以及半徑值，按照Hirschberg法計算偏移量； 斜視計算裝置根據(jù)所得的偏移量判斷患者是否存在斜視，哪種類型的斜視，以及計算出斜視的度數(shù)值； 圖像輸出裝置根據(jù)斜視計算裝置得到的斜視結果以文件方式輸出在顯示屏上。
2.根據(jù)權利要求I所述的基于移動平臺的斜視診斷裝置，其特征在于所述的圖像輸入裝置為一攝像頭。
全文摘要
本發(fā)明涉及移動醫(yī)療裝置，尤其是一種基于移動平臺的斜視診斷裝置，包括圖像輸入裝置用于獲取眼部圖像；圖像預處理裝置其又包括以下單元圖像分辨率調整單元；圖像平滑、灰度轉換處理單元；眼部定位裝置角膜緣定位裝置；反光點定位裝置偏移計算裝置；圖像輸出裝置。本發(fā)明基于移動平臺，可安裝于現(xiàn)有的智能手機、平板電腦等智能移動設備上，可方便的進行斜視檢測，操作便利。
文檔編號A61B3/08GK102961117SQ20121043838
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月6日 優(yōu)先權日2012年11月6日
發(fā)明者葛錦環(huán), 葉良, 葉夏, 潘志方, 劉暢, 陳浩 申請人:溫州醫(yī)學院, 溫州醫(yī)學院附屬眼視光醫(yī)院, 溫州醫(yī)學院眼視光器械有限公司