一种人眼模型及其设计方法

技术领域

本发明属于人眼模型设计，涉及光学成像原理，图像复原方法，更具体地，涉及一种基于图像复原技术的人眼模型及其设计方法。

背景技术

目前对人眼光学模型的研究方法是：对不同的人的人眼各个组织的光学常数进行测量，根据测得的数据结果取平均值，然后根据平均值来设计透镜折射面的面型和透镜材料折射率，这样形成的光学系统就是常见的模型眼。这样的模型眼用在医疗手术的模拟分析中。针对每一个患者，都要根据患者的眼睛数据建立个性化的眼球模型，成本比较高，并且该模型不具有普适性，其它患者无法使用该模型。

发明内容

本发明针对背景技术的不足，提供一种基于图像复原方法的人眼模型设计方法。

本发明采用如下技术方案：

一种人眼模型设计方法，包括如下步骤：

(1)构建由透镜组和成像采集模块组成的光学组件，并建立所述光学组件与标准人眼模型的成像退化模型。所述标准人眼模型的屈光度与透镜组一致。

(2)根据步骤1建立的成像退化模型将光学组件的成像图像处理成视网膜成像图像，模拟人眼成像，建立获得基于光学组件的人眼模型。

进一步地，所述透镜组为无畸变透镜组。

进一步地，所述成像图像是以镜头成像特性为基础的图像，镜头成像特性包括镜头的设计像差、成像畸变。

进一步地，所述步骤1中，所述光学组件和标准人眼模型成像退化模型采用zemax软件建立。

进一步地，所述步骤1中，建立所述光学组件和标准人眼模型成像退化模型，具体包括如下步骤：

(1.1)分别在zemax软件上建立标准人眼模型和由透镜组和成像采集模块组成的光学组件，分析标准人眼模型和光学组件的成像特性，包含设计相差，成像畸变参数。

(1.2)设计成像退化函数，设f(x,y)为原始输入图像，g(x,y)为标准人眼模型退化后的图像，即人眼模型视网膜成像图像，h(x,y)为标准人眼模型的成像退化模型，g′(x,y)为光学组件退化后的图像，即成像采集模块的成像图像，h′(x，y)为光学组件的成像退化模型，则满足g(x，y)＝f(x，y)*h(x，y)+n(x，y)

g′(x，y)＝f(x，y)*h′(x，y)+n′(x，y)；

其中n(x，y)为标准人眼模型的噪声，n′(x，y)为光学组件的噪声。

(1.3)根据步骤(1.1)中确定的光学系统成像特性参数，可以计算出退化模型h(x，y)、h′(x，y)；

(1.4)建立所述光学组件与标准人眼模型的成像退化模型，即建立g′(x，y)到g(x，y)的退化模型：

g(x，y)＝g′(x，y)*H(x，y)

其中H(x，y)为光学组件与标准人眼模型的成像退化模型。

进一步地，所述成像采集模块为CCD相机。

一种上述设计方法构建的人眼模型，包括由一透镜组、成像采集模块组成的光学组件和图像处理模块，所述透镜组作为镜头，成像采集模块用于采集透镜组的成像产生成像图像。图像处理模块用于根据所述光学组件与标准人眼模型的成像退化模型将成像图像处理成人眼视网膜成像图像，模拟人眼成像。

进一步地，还包括镜筒，透镜组安装在镜筒内，镜筒与成像采集模块连接。

进一步地，通过调节透镜组设置参数模拟不同人眼屈光度，每次调节值为0.25D。

进一步地，还设置有USB接口，用于与外设设备连接。

本发明的优势在于：

1.结构简单，不需要复杂的光学系统，通过图像处理算法来弥补简单成像系统的成像效果，来达到模拟人眼成像的效果。

2.普适性强，只需一个就能实现多个不同人眼模型，能根据不同人眼屈光度来调整退化模型，来实现不同屈光度人眼模型。从而建立属于个人的个性化光学人眼模型。

3.可扩展性强，可以通过USB外接PC设备，通过在PC设备上设置更复杂的人眼模型参数。

附图说明

图1为本发明人眼模型的结构示意图，其中，1为镜筒，2为单凸透镜，3为无畸变透镜组，4为成像系统。

具体实施方式

本发明提供了一种人眼模型设计方法，包括如下步骤：

(1)构建由透镜组和成像采集模块组成的光学组件，并建立所述光学组件与标准人眼模型的成像退化模型。所述标准人眼模型的屈光度与透镜组一致。通常情况下，采用的标准人眼模型为正常视力下的标准人眼模型，例如常用的Gullstrand模型眼等。

(2)根据步骤1建立的光学组件和标准人眼模型成像退化模型将光学组件的成像图像处理成人视网膜成像图像，模拟人眼成像，从而建立了基于简单光学组件的人眼模型。

该方法设计的人眼模型，使现实环境中的物体经过透镜组的成像后，成像采集模块得到成像图像，利用图像复原技术根据图像退化模型将图像处理成正常人眼看物体时视网膜成像图像，从而达到模拟人眼成像。

其中，透镜组是一组无畸变透镜组，主要作为成像采集模块的镜头，调节透镜组设置参数可以模拟不同人眼屈光度。成像采集模块采集的成像图像是以镜头成像特性为基础的图像，这里镜头成像特性包括镜头的设计像差、成像畸变。

作为优选方案，所述步骤1中，所述光学组件和标准人眼模型成像退化模型采用zemax软件建立，具体包括如下步骤：

(1.1)分别在zemax软件上建立标准人眼模型和由透镜组和成像采集模块组成的光学组件，用zemax自带的分析功能分别分析标准人眼模型和光学组件的成像特性，包含设计像差，成像畸变参数。

(1.2)设计成像退化函数，设f(x，y)为原始输入图像，g(x，y)为标准人眼模型退化后的图像，即人眼模型视网膜成像图像，h(x，y)为标准人眼模型的成像退化模型，g′(x，y)为光学组件退化后的图像，即成像采集模块的成像图像，h′(x，y)为光学组件的成像退化模型，则满足g(x，y)＝f(x，y)*h(x，y)+n(x，y)

g′(x，y)＝f(x，y)*h′(x，y)+n′(x，y)；

其中n(x，y)为标准人眼模型的噪声，n′(x，y)为光学组件的噪声。

(1.3)根据步骤(1.1)中确定的光学系统成像参数，可以计算出退化模型h(x，y)、h′(x，y)；

(1.4)为了得到等效人眼成像图像，也就是图像g′(x，y)到g(x，y)的转化。建立所述光学组件与标准人眼模型的成像退化模型，即建立g′(x，y)到g(x，y)的退化模型：

g(x，y)＝g′(x，y)*H(x，y)，其中H(x，y)即为光学组件与标准人眼模型的成像退化模型。

另外，本发明还提供了一种人眼模型，该人眼模型包括由一透镜组、成像采集模块组成的光学组件和图像处理模块，所述透镜组作为镜头，成像采集模块用于采集透镜组的成像产生成像图像。图像处理模块用于根据所述光学组件与标准人眼模型的成像退化模型将成像图像处理成人眼视网膜成像图像，从而实现模拟人眼成像。

作为一优选方案，标准人眼模型结构如图1所示，包含镜筒1、单凸透镜2、无畸变透镜组3、成像系统4。其中，镜筒1由三部分组成：第一部分是由具有通光孔的镜筒组成，在第一镜筒靠近通光孔的一端安装有单凸透镜2，另一端具有螺旋结构，和第二部分镜筒按照顺时针螺旋连接。镜筒第三部分是一端具有孔径光阑并且有螺旋结构，另一端有螺旋结构的镜筒，在靠近无孔径光阑的一端安装无畸变透镜组3，安装无畸变透镜组端和第二部分镜筒按照逆时针螺旋连接，具有孔径光阑的一端和成像系统通过螺旋连接。其中，成像系统包括成像装置和图像处理单元，成像装置例如CCD相机外壳和镜筒相连部分为凸起的螺旋筒，图像处理单元集成在CCD相机内部，在CCD相机外壳开有USB和电源孔，以便与外设设备连接。通过调节透镜组设置参数模拟不同人眼屈光度，优选地，每次调节值为0.25D。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法把所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围。