本發(fā)明涉及眼科治療技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用裂隙燈進(jìn)行眼底全景圖成像的方法。

背景技術(shù)：

隨著人們生活水平的提高，糖尿病人的數(shù)量隨之激增；隨著糖尿病情的發(fā)展，眼底疾病作為糖尿病的主要并發(fā)癥，數(shù)量越來越多；針對眼底觀察的設(shè)備也隨之發(fā)展?，F(xiàn)在大部分觀察眼底病變的儀器是用眼底照相機(jī)，因?yàn)檠鄣紫鄼C(jī)的成像視角較小，因此要觀察整個(gè)眼底，需要拍攝很多的相片進(jìn)行拼接。

傳統(tǒng)的拼接方法可以實(shí)現(xiàn)全視野的觀察，但是圖像的拼接質(zhì)量很差，僅僅是簡單的將各個(gè)圖片對準(zhǔn)然后堆砌在一起，體驗(yàn)效果很差；同時(shí)較差的圖片質(zhì)量可能導(dǎo)致醫(yī)生的診斷困難甚至誤診，帶來不應(yīng)有的損失。

還沒有見到利用裂隙燈進(jìn)行眼底成像并拼接相應(yīng)圖像的相關(guān)專利文獻(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用裂隙燈進(jìn)行眼底成像的方法，包括如下步驟：

步驟一、裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列選?。?/p>

步驟二、截取出步驟一中眼底圖像關(guān)鍵幀序列中的高亮度部分，作為待拼接圖像序列；

步驟三、使用基于特征點(diǎn)匹配的方法將步驟二所得到的待拼接圖像序列配準(zhǔn)，然后拼接得到初始眼底全景圖；

步驟四、將步驟三得到的初始眼底全景圖進(jìn)行圖像融合，得到無縫的眼底全景圖。

進(jìn)一步的，步驟一中裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列選取的方法中，包括根據(jù)相機(jī)拍攝點(diǎn)位置移動(dòng)確定所拍攝圖像重疊度的步驟，具體為：

根據(jù)m₁和m₂之間滿足的關(guān)系：

計(jì)算出相機(jī)在O₁和O₂點(diǎn)2個(gè)位置上拍攝圖像之間的重疊度；其中：I₁和I₂為相機(jī)分別在位置O₁和O₂點(diǎn)對眼底進(jìn)行拍攝得到的圖像；M_c1(X_c1,Y_c1,Z_c1)^T和M_c2(X_c2,Y_c2,Z_c2)^T分別為眼底中同一點(diǎn)M(X_w,Y_w,Z_w)^T在O₁和O₂兩個(gè)位置中對應(yīng)的相機(jī)坐標(biāo)；m₁(u₁,v₁,1)^T和m₂(u₂,v₂,1)^T為M在圖像I₁和I₂上對應(yīng)的點(diǎn)；k是相機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣；R為3×3的旋轉(zhuǎn)矩陣，表示光軸相對于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)；t表示相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)與世界坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的三維平移量；n^T為眼底的單位法向量，d為世界坐標(biāo)系原點(diǎn)到眼底平面的距離。

進(jìn)一步的，步驟一中裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列的選取，包括采用圖像特征點(diǎn)匹配的方法得到兩幅圖像重疊度的步驟。

進(jìn)一步的，根據(jù)設(shè)定的圖像拼接應(yīng)滿足的重疊閾值，計(jì)算出滿足重疊閾值的相鄰2個(gè)拍攝點(diǎn)的位移距離；

記錄相機(jī)所拍攝圖像與相機(jī)拍攝該圖像時(shí)所在位置坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系及所述位移距離，實(shí)現(xiàn)對裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列的快速選取。

進(jìn)一步的，步驟一中裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列選取的方法包括如下步驟：

步驟1、以首尾兩幅圖像作為圖像關(guān)鍵幀I_l和I_n，在圖像I_l和I_n之間選出圖像關(guān)鍵幀I_m，使I_m分別與I_l和I_n重疊度相同或近似相同，所述重疊度記為T_m；

步驟2、比較T_m與重疊閾值T的大?。?/p>

當(dāng)T_m≤T時(shí)，I_l、I_m、I_n，即為選出的裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列；

當(dāng)T_m＞T時(shí)，在I_l、I_m之間選取圖像關(guān)鍵幀I_p1，使I_p1分別與I_l和I_m重疊度相同或近似相同，I_p1與I_l、I_m的重疊度記為T_p1；在I_m、I_n之間選取圖像關(guān)鍵幀I_p2，使I_p2分別與I_m和I_n重疊度相同或近似相同，I_p2與I_m、I_n的重疊度記為T_p2；比較T_p1、T_p2與T的大?。恢貜?fù)上述過程，直到相鄰的圖像關(guān)鍵幀重疊度均小于等于T。

進(jìn)一步的，步驟二中，通過設(shè)定亮度閾值，將眼底圖像關(guān)鍵幀序列中的高亮度部分選取出來，進(jìn)行裁剪。

進(jìn)一步的，步驟三中，對所述待拼接圖像序列基于特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，具體步驟為；

步驟A、相鄰2幅待拼接圖像特征點(diǎn)的提取；

步驟B、根據(jù)提取出的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，得到2幅待拼接圖像的拼接圖像；

步驟C、通過多次兩兩拼接，得到所述初始眼底全景圖。

進(jìn)一步的，步驟四中，圖像融合采用加權(quán)平均法，根據(jù)對圖像亮度的主要成分分析，確定加權(quán)系數(shù)。

進(jìn)一步的，圖像I₁和圖像I₂融合得到圖像I_m的公式為：

I_m(i,j)＝aI₁(i,j)+(1-a)I₂(i,j)

其中i,j為坐標(biāo)，a為加權(quán)系數(shù)，1≥a≥0，a為常系數(shù)或漸變系數(shù)，a根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或數(shù)學(xué)模型確定。

本發(fā)明的有益效果為：采用價(jià)格便宜的普通常規(guī)眼科檢查設(shè)備-裂隙燈顯微鏡，實(shí)現(xiàn)了價(jià)格昂貴的眼底照相機(jī)的功能；搭配不同的檢眼鏡，通過裂隙燈顯微鏡掃描眼底，可獲得完整的眼底圖像，與眼底照相機(jī)相比，視野更大，畫面更完整，操作更簡便；市場應(yīng)用前景廣闊。

附圖說明

圖1所示為相機(jī)位置移動(dòng)時(shí)眼底同一點(diǎn)在不同圖像中位置變化關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

下文將結(jié)合具體附圖詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)注意的是，下述實(shí)施例中描述的技術(shù)特征或者技術(shù)特征的組合不應(yīng)當(dāng)被認(rèn)為是孤立的，它們可以被相互組合從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。在下述實(shí)施例的附圖中，各附圖所出現(xiàn)的相同標(biāo)號代表相同的特征或者部件，可應(yīng)用于不同實(shí)施例中。

本發(fā)明實(shí)施例一種利用裂隙燈進(jìn)行眼底成像的方法，包括如下步驟：

步驟一、裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列選??；

步驟二、截取出步驟一中眼底圖像關(guān)鍵幀序列中的高亮度部分，作為待拼接圖像序列；

步驟三、使用基于特征點(diǎn)匹配的方法將步驟二所得到的待拼接圖像序列配準(zhǔn)，然后拼接得到初始眼底全景圖；

步驟四、將步驟三得到的初始眼底全景圖進(jìn)行圖像融合，得到無縫的眼底全景圖。

步驟一中，需要確定任意2幅圖像之間的重疊度，重疊度的一般以2幅圖像重疊區(qū)域的面積來度量(也可以重疊區(qū)域中的特征點(diǎn)數(shù)量來度量)，經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)2幅圖像重疊度(重疊區(qū)域面積/整體圖像面積)為15-30％時(shí)，拼接的效果較為理想。

在本發(fā)明實(shí)施例中，采用了2種不同方式計(jì)算圖像的重疊度，知道2幅圖像重疊度后可以反向估計(jì)出能滿足拼接要求的相鄰關(guān)鍵幀圖像之間的幀間隔。一種方式是根據(jù)相機(jī)拍攝點(diǎn)位置移動(dòng)確定所拍攝圖像重疊度，通過裂隙燈拍攝時(shí)的移動(dòng)速度以及相機(jī)的參數(shù)信息估計(jì)相鄰關(guān)鍵幀圖像之間的幀間隔；另一種是通過特征點(diǎn)匹配的方法得到圖像重疊度。

圖1示出了根據(jù)相機(jī)拍攝點(diǎn)位置移動(dòng)確定所拍攝圖像重疊度的工作原理：

相機(jī)在位置O₁和O₂對眼底進(jìn)行拍攝，得到圖像I₁和I₂。M_c1(X_c1,Y_c1,Z_c1)^T和M_c2(X_c2,Y_c2,Z_c2)^T分別為眼底中同一點(diǎn)M(X_w,Y_w,Z_w)^T在兩個(gè)位置中對應(yīng)的相機(jī)坐標(biāo)；m₁(u₁,v₁,1)^T和m₂(u₂,v₂,1)^T為M在圖像I₁和I₂上對應(yīng)的點(diǎn)。

根據(jù)相機(jī)成像原理可以得到m₁、m₂與M之間的對應(yīng)關(guān)系，即：

其中，k是相機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣，R為3×3的旋轉(zhuǎn)矩陣，表示光軸相對于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)；t表示相機(jī)坐標(biāo)系原點(diǎn)與世界坐標(biāo)系原點(diǎn)之間的三維平移量。

將O₁位置的相機(jī)坐標(biāo)系視為世界坐標(biāo)系，若O₂到O₁之間的運(yùn)動(dòng)為[R,t]，則有：

而：

設(shè)眼底平面的方程為：

n^TX＝d

其中X為眼底上任意一點(diǎn)，n^T為眼底的單位法向量，d為世界坐標(biāo)系原點(diǎn)到眼底平面的距離。可得：

綜合以上可以得到：

這樣就推導(dǎo)出了m₁和m₂之間應(yīng)滿足的關(guān)系，可以看出在這個(gè)公式中必須知道三個(gè)矩陣k，R和t。其中內(nèi)參數(shù)矩陣k可以通過標(biāo)定相機(jī)得到，R和t則可以由拍攝時(shí)相機(jī)的移動(dòng)參數(shù)計(jì)算得到。通常情況下裂隙燈對于眼底的拍攝都是二維的平移運(yùn)動(dòng)，因此一般將R看作是單位矩陣，平移向量t也只有一個(gè)方向的移動(dòng)。

通過相機(jī)在兩個(gè)位置上拍攝的圖像坐標(biāo)之間的關(guān)系就可以計(jì)算出圖像之間的重疊區(qū)域及重疊度，根據(jù)設(shè)定的圖像拼接應(yīng)滿足的重疊閾值，計(jì)算出滿足重疊閾值的相鄰2個(gè)拍攝點(diǎn)的位移距離；記錄相機(jī)所拍攝圖像與相機(jī)拍攝該圖像時(shí)所在位置坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)所述對應(yīng)關(guān)系及所述位移距離，實(shí)現(xiàn)對裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列的快速選取。

也可以采用圖像特征點(diǎn)匹配的方法得到兩幅圖像重疊度，該方法可采用任何公知的特征點(diǎn)匹配方法得到圖像重疊度。

優(yōu)選的，步驟一中裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列選取的方法包括如下步驟：

1、以首尾兩幅圖像作為圖像關(guān)鍵幀I_l和I_n，在圖像I_l和I_n之間選出圖像關(guān)鍵幀I_m，使I_m分別與I_l和I_n重疊度相同或近似相同，所述重疊度記為T_m；

2、比較T_m與重疊閾值T的大?。?/p>

當(dāng)T_m≤T時(shí)，I_l、I_m、I_n，即為選出的裂隙燈眼底圖像關(guān)鍵幀序列；

當(dāng)T_m＞T時(shí)，在I_l、I_m之間選取圖像關(guān)鍵幀I_p1，使I_p1分別與I_l和I_m重疊度相同或近似相同，I_p1與I_l、I_m的重疊度記為T_p1；在I_m、I_n之間選取圖像關(guān)鍵幀I_p2，使I_p2分別與I_m和I_n重疊度相同或近似相同，I_p2與I_m、I_n的重疊度記為T_p2；比較T_p1、T_p2與T的大??；重復(fù)上述過程，直到相鄰的圖像關(guān)鍵幀重疊度均小于等于T。

步驟二中，通過設(shè)定亮度閾值，將圖像關(guān)鍵幀序列中的高亮度部分選取出來，進(jìn)行裁剪。

步驟三中，對所述待拼接圖像序列基于特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，具體步驟為；

A、相鄰2幅待拼接圖像特征點(diǎn)的提??；

B、根據(jù)提取出的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，得到2幅待拼接圖像的拼接圖像；

C、通過多次兩兩拼接，得到所述初始眼底全景圖。

步驟四中，圖像融合環(huán)節(jié)的主要任務(wù)是將配準(zhǔn)后的兩幅圖像無縫地合并成為一幅圖像。由于拍攝時(shí)的視角變化和光照強(qiáng)度不均勻等因素的影響，會(huì)造成拼接后的圖像存在明顯的接縫，為了滿足視覺上的一致性，需要進(jìn)行圖像融合來消除拼接產(chǎn)生的縫隙。本實(shí)施例采用加權(quán)平均法來進(jìn)行圖像融合，加權(quán)平均法是根據(jù)對圖像亮度的主要成分分析，確定最佳加權(quán)系數(shù)。相鄰像素亮度差越大，賦予該像素的權(quán)值就越大。該融合方法能夠充分反映邊界信息，但是當(dāng)相鄰像素亮度差較小時(shí)，該像素值不能得到充分反映

圖像I₁和圖像I₂融合得到圖像I_m的公式可以為(但不限于)：

I_m(i,j)＝aI₁(i,j)+(1-a)I₂(i,j)

其中i,j為坐標(biāo)，a為加權(quán)系數(shù)，1≥a≥0，a為常系數(shù)或漸變系數(shù)，a根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或數(shù)學(xué)模型確定。若a＝0.5則相當(dāng)于兩幅圖像取平均值；若a為漸變系數(shù)，即在不同的坐標(biāo)點(diǎn)取不同值，當(dāng)a由1逐漸變?yōu)?時(shí)，拼接圖像就從I₁(i,j)逐漸過渡到I₂(i,j)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)拼接部分的平滑過渡，從而消除了拼接的痕跡。

本發(fā)明的有益效果為：采用價(jià)格便宜的普通常規(guī)眼科檢查設(shè)備-裂隙燈顯微鏡，實(shí)現(xiàn)了價(jià)格昂貴的眼底照相機(jī)的功能；搭配不同的檢眼鏡，通過裂隙燈顯微鏡掃描眼底，可獲得完整的眼底圖像，與眼底照相機(jī)相比，視野更大，畫面更完整，操作更簡便；市場應(yīng)用前景廣闊。

本文雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實(shí)施例進(jìn)行改變。上述實(shí)施例只是示例性的，不應(yīng)以本文的實(shí)施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。