基于白睛無影成像的人體健康狀況在體分析系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學成像領域，更具體地說，涉及一種基于白睛無影成像的人體健康 狀況在體分析系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002] 眼睛是人類獲取外界信息的重要器官之一，眼睛的健康狀況也越來越被人們所關 注。眼睛的常規(guī)檢測包括眼前節(jié)檢測和眼底檢測；其中，所述眼前節(jié)檢測包括對虹膜、瞳孔、 白睛等的檢測。通過對眼睛眼前節(jié)的檢測不僅可以了解眼睛的病變狀況，而且還能夠預測 待測者生理病理變化的健康狀況。
[0003] 現(xiàn)有技術中通常采用裂隙燈對待測眼睛的眼前節(jié)進行觀察，在對待測眼睛的白睛 進行成像時，測試者需要首先將裂隙燈的裂隙光線垂直投射到待測者的待測眼睛上，形成 窄帶狀光學切面，并獲取所述光學切面內(nèi)的切面白睛圖像；然后通過移動所述裂隙光線使 之掃過待測眼睛表面，獲取多個切面白睛圖像；最后將所述多個切面白睛圖像通過圖像重 建方法獲取待測眼睛完整的白睛圖像，以便測試者通過觀察所述白睛圖像獲取待測者眼睛 病變及身體的生理病理健康狀況。利用裂隙燈對待測眼睛白睛進行成像的方法需要獲取所 述多個切面白睛圖像，然后通過圖像拼接重建獲取待測眼睛白睛圖像，而圖像拼接重建過 程耗時長且很難保證所述多個切面白睛圖像的無痕拼接，難以還原所述白睛表面的真實狀 況；而如果利用所述裂隙燈對待測眼睛白睛一次性成像，就需要將所述裂隙燈的裂隙光線 完全覆蓋待測眼睛，這樣就會在待測眼睛白睛表面形成光源的反射像，影響成像質量。
[0004] 有人構建了一些用于眼睛成像的原理性裝置或設備，如授權專利200620096156. 5 以及處于專利申請審查中的專利申請材料201380057539. 4,全都沒有解決好眼睛白睛寬場 成像的光源反射像影響問題。在這些裝置與方法中，以201380057539. 4的結構最為復雜具 有代表性，其是通過復雜電機控制裝置引導相機對眼睛表面或瞳孔進行x-y-z軸三維運動 的跟蹤成像，并對探測器采集到的圖像進行判斷在期望被監(jiān)測的特定點上是否存在反射像 來決定圖像的取舍或將該圖像設置為重復或應該拒絕的成像，一旦檢查到眼睛中期望被監(jiān) 測的特定點上（或區(qū)域中）存在反射像，則需要電機裝置調整設立的視線引導系統(tǒng)和相機 的位置，讓眼睛中期望被監(jiān)測的特定點（或區(qū)域）遠離反射像，然后再次成像，以此來避免 光源反射或成像相關的其他假象，保證眼睛中期望被監(jiān)測的特定點（或區(qū)域）成像的圖像 質量。很明顯，這種通過電機控制裝置調整設立的視線引導系統(tǒng)和相機的位置來讓眼睛中 期望被監(jiān)測的特定點（或區(qū)域）遠離反射像的方法，不僅操作過程麻煩、控制系統(tǒng)裝置結構 復雜、耗時長，而且并沒有從根本上解決光源反射像的影響問題。并且，201380057539. 4的 結構對眼睛中部分特定點（或區(qū)域）成像單靠眼睛正前方一個相機根本無法實現(xiàn)沒有反射 像的白睛寬場成像，還必須啟動多個相機來滿足眼睛中不同特定點（或區(qū)域）無光源反射 或無成像相關的其他假象影響的成像質量要求，因為多個相機中的任何一個均無法對整個 白睛區(qū)域進行無光源反射像的一次性寬場成像，只能通過將多個相機拍攝到的沒有反射影 響的白睛局部區(qū)域圖像一個個裁剪下來，然后通過圖像拼接重構的方法，才能獲得較大白 睛區(qū)域無光源反射像的寬場圖像，這樣就免不了操作過程麻煩、步驟多，需要進行大量圖像 處理操作，以犧牲時間為代價了。
[0005] 因此，亟需一種耗時短、成像質量較好的白睛寬場成像分析系統(tǒng)，并且所述分析系 統(tǒng)可以在對眼睛病變檢測分析的同時，進一步在體分析待測者生理病理變化的健康狀況， 將能更好地滿足不同領域的使用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實施例提供了一種基于白睛無影成像的人體健康狀況在體分析系統(tǒng)及分 析方法，所述分析系統(tǒng)能對白睛進行寬場無影一次性成像，只用一臺相機，無需移動相機位 置，也無需進行圖像拼接，形成白睛圖像的過程耗時短、成像質量較好、且可以根據(jù)獲取的 白睛圖像分析眼睛病變和人體生理病理變化的健康狀況。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供了如下技術方案：
[0008] -種基于白睛無影成像的人體健康狀況在體分析系統(tǒng)，用于待測者待測眼睛的白 睛成像及通過白睛的形態(tài)特征進行人體健康狀況的生理病理分析，包括：
[0009] 定位孔，用于確定待測眼睛放置位置；
[0010] 照明裝置，位于定位孔與待測眼睛放置相反方向的另一側，用于提供照明光線，所 述照明光線通過所述定位孔斜射入照亮待測眼睛，且所述照明裝置的像位于待測眼睛虹膜 中；
[0011] 成像裝置，用于對待測眼睛的白睛進行成像，獲取逆光照亮的白睛寬場無影圖 像；
[0012] 與所述成像裝置連接的處理裝置，用于保存所述白睛圖像，并提取保存的所述白 睛圖像的形態(tài)特征，并將其與預設數(shù)據(jù)庫中的白睛形態(tài)特征進行對比分析，生成包括待測 眼睛病變信息及待測者健康狀況生理病理信息的診斷結果；
[0013] 所述預設數(shù)據(jù)庫中存儲有白睛形態(tài)特征與相應的眼睛病變信息及人體健康狀況 生理病理信息。
[0014] 優(yōu)選的，所述分析系統(tǒng)還包括與所述成像裝置連接的顯示裝置；
[0015] 所述顯示裝置用于顯示獲取的所述白睛圖像、白睛形態(tài)特征及包括待測眼睛病變 信息及待測者健康狀況生理病理信息的診斷結果。
[0016] 優(yōu)選的，所述白睛形態(tài)特征包括白睛顏色特征、白睛血脈特征及白睛表面形態(tài)特 征。
[0017] 優(yōu)選的，所述處理裝置還用于控制所述照明裝置和/或成像裝置的工作狀態(tài)。
[0018] 優(yōu)選的，所述照明裝置包括四個照明單元，所述四個照明單元分別分布于所述定 位孔的左、右、上、下四個方位，以便眼睛左視、右視、上視、下視獲取白睛充分暴露的四方位 逆光照亮的白睛寬場無影圖像。
[0019] 優(yōu)選的，所述照明系統(tǒng)還包括與所述照明單元并列設置的指示標識；
[0020] 所述指示標識設置在照明單元靠近定位孔的一側，用于標志待測眼睛觀察位置與 觀察順序，使白睛充分暴露到根部。
[0021] 優(yōu)選的，所述照明單元為無影燈或白熾燈或低壓汞燈或LED燈或激光器；
[0022] 所述照明單元發(fā)出的照明光線為復色光或單色光。
[0023] 優(yōu)選的，所述定位孔為圓孔或橢圓孔或環(huán)形孔，包括左右對稱的眼眶定位面和上 下對稱的用于翻開眼皮的手指通孔。
[0024] 優(yōu)選的，所述成像裝置包括：鏡頭與傳感芯片；其中，
[0025] 所述鏡頭用于將光線成像到所述傳感芯片上；
[0026] 所述傳感芯片用于接收成像到其表面的光線并生成圖像。
[0027] 優(yōu)選的，所述分析系統(tǒng)還包括與鏡頭連接的對焦裝置，用于調節(jié)所述鏡頭使待測 眼睛的白睛圖像成像在所述傳感芯片上。
[0028] -種基于白睛無影成像的人體健康狀況在體分析方法，應用于上述任一項實施例 所述的分析系統(tǒng)，用于待測者待測眼睛的白睛成像及通過白睛的形態(tài)特征進行人體健康狀 況的生理病理分析，包括：
[0029] 啟動所述分析系統(tǒng)，使照明裝置的照明光線通過定位孔斜射入待測眼睛，使所述 照明裝置的像位于待測眼睛虹膜中；
[0030] 待測者使待測眼睛通過所述定位孔觀察所述照明裝置，使待測眼睛被所述照明裝 置逆光照亮；
[0031] 利用成像裝置對待測眼睛的白睛進行成像，獲取逆光照亮的白睛寬場無影圖像；
[0032] 對獲取的白睛圖像進行保存，并提取保存的所述白睛圖像的形態(tài)特征，并將其與 預設數(shù)據(jù)庫中的白睛形態(tài)特征進行對比分析，生成包括待測眼睛病變信息及待測者健康狀 況生理病理信息的診斷結果。
[0033] 優(yōu)選的，提取保存的所述白睛圖像的形態(tài)特征采用灰度預處理邊緣能量偏值校正 算法來保證所提取白睛區(qū)域的完整性，具體實施步驟包括：
[0034] 步驟一：查找匹配的白睛圖像初始mask;先從HSV空間對白睛圖像的S通道、V通 道進行閾值分割，找到白睛以及黑睛的相應位置；再將圖像的黑睛部位除去，并通過腐蝕操 作，獲取位于白睛區(qū)域內(nèi)，且小于白睛區(qū)域的局部白睛圖像，作為所述初始mask;
[0035] 步驟二：對白睛圖像進行灰度處理；白睛圖像灰度處理計算如公式1所示：
[0036] I=min(255,（V+100Xfgb))X(~fv)X((1. 5-GB) 2+0· 2) 1 ；
[0037] 其中I為最終得到的灰度圖像，V為HSV空間中的V通道圖像，即正常情況下的灰 度圖像，fv為對V通道圖像進行離散一階差分處理后提取的邊緣圖像，~fv為對fv提取的 邊緣圖像取反后得到的圖像，fgb為對GB圖進行邊緣提取后的圖像，GB的定義如公式2所 示，
[0039] 其中G和B為常規(guī)RGB彩色空間的G通道和B通道；
[0040] 公式（1)和（2)各部分的作用為：fv是為了使最終灰度圖像邊緣能停留在白睛 圖像區(qū)域內(nèi)的正確位置，（(1.5-GB)2+0. 2)是為了提高白睛部分與皮膚之間的差異度，而 +100Xfgb則用來消除皮膚外部白色邊緣的影響，提高邊緣正確停留的概率；
[0041] 步驟三：進行白睛圖像的邊緣偏值校正；利用步驟一得到的所述初始mask和步驟 二得到的進行過灰度處理的白睛圖像，使用八鄰域法來計算曲線的能量；設b和I#分別為 曲線內(nèi)部和外部的平均強度，定義曲線的能量為E，E的計算公式如公式3所示：
[0042]
[0043] 所述進行過灰度處理的白睛圖像的邊緣偏值計算如公式4所示，
[0044] ΔE=Eenergy+αXEcurve+b4 ；
[0045] 其中，EenCTgy為初始mask灰度圖像邊緣曲線的能量，Ecu"e為在白睛圖像區(qū)域內(nèi)對 初始mask進行擴展后的灰度圖像邊緣曲線的能量，α為決定mask邊緣形狀光滑程度的常 數(shù)系數(shù)，b為經(jīng)驗偏置常數(shù)；在進行白睛圖像有效區(qū)域提取時，通過b值調整可以產(chǎn)生一個 向外的推力，使白睛初始mask的邊緣快速向外推動，直到ΛE=0時到達白睛原始圖像的 有效白睛區(qū)域邊緣，從而起到校正白睛圖像邊緣偏值的作用。
[0046] 優(yōu)選的，所述分析方法還包括：
[0047] 對所述白睛圖像及其形態(tài)特征、診斷結果進行顯示，所述形態(tài)特征包括白睛顏色 特征、白睛血脈特征及白睛表面形態(tài)特征，所述診斷結果包括眼睛病變信息和待測者健康 狀況的生理病理信息。
[0048] 從上述技術方案可以看出，本發(fā)明實施例提供了一種基于白睛無影成像的人體健 康狀況在體分析系統(tǒng)及分析方法，其中，所述分析系統(tǒng)包括：定位孔、照明裝置和成像裝置； 利用所述分析系統(tǒng)對待測眼睛的白睛進行成像時，首先啟動所述分析系統(tǒng)使照明裝置的照 明光線通過所述定位孔斜射入待測眼睛，使待測眼睛被逆光照亮；然后使待測者待測眼睛 通過所述定位孔觀察所述照明裝置，實現(xiàn)照明裝置沿待測眼睛觀察方向的反方向（逆光） 斜入射照亮待測眼睛，從而使所述照明裝置的像位于待測