眼底相机及其使用状态检测方法

技术领域

本发明涉及眼科仪器领域，具体涉及一种眼底相机及其使用状态检测方法。

背景技术

视网膜是人体唯一可以直接观察到毛细血管和神经的组织，通过观察视网膜可以检查不仅仅眼部的健康问题还可以发现类似糖尿病并发症和高血压这样的全身的病变。眼底相机是用来拍摄视网膜的专用设备。传统的眼底相机为了解决镜头对齐瞳孔，固定镜头和瞳孔的轴向距离以及调焦问题，需要复杂昂贵的硬件模块，使用起来也很复杂，阻碍了眼底相机的普及。

在拍摄眼底照片之前，必须确保被拍者正确地使用眼底相机，比如头部应该置于正确的位置，现有的眼底相机系统需要被拍摄者按指定的流程就绪，整个过程需要专业人员进行协助，经过专业人员判断使用状态后再进行拍摄，便利性有待提高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种眼底相机使用状态检测方法，包括：

关闭照明组件，获取镜头透过面贴组件的视窗采集的第一图像；

判断所述第一图像的亮度是否达到设定标准；

当所述第一图像的亮度达到设定标准时，开启所述照明组件，获取镜头透过面贴组件的视窗采集的第二图像；

根据所述第二图像确定人体头部是否贴合所述面贴组件。

可选地，所述镜头对准所述面贴组件的视窗的中心位置，从而在人体头部贴合所述面贴组件时对准双眼之间的区域。

可选地，判断所述第一图像的亮度是否达到设定标准具体包括：

将所述第一图像转换为灰度图像；

根据所述灰度图像的像素值计算亮度值。

可选地，开启所述照明组件具体是开启所述照明组件中的红外光源。

可选地，根据所述第二图像确定人体头部是否贴合所述面贴组件具体包括：

判断所述第二图像中的特征是否符合人体皮肤特征；

当所述第二图像中的特征符合人体皮肤特征时，确定人体头部贴合所述面贴组件。

可选地，根据所述第二图像确定人体头部是否贴合所述面贴组件具体包括：

判断所述第二图像的亮度是否达到设定标准；

当所述第二图像的亮度达到设定标准时，判断所述第二图像中的特征是否符合人体皮肤特征；

当所述第二图像中的特征符合人体皮肤特征时，确定人体头部贴合所述面贴组件。

可选地，判断所述第二图像的亮度是否达到设定标准具体包括：

将所述第二图像转换为灰度图像；

根据所述灰度图像的像素值计算亮度值。

相应地，本发明提供一种眼底相机检测设备，包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行上述眼底相机使用状态检测方法。

相应地，本发明提供一种眼底相机，包括：照明组件、面贴组件、镜头和处理器，以及与所述处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，以使所述处理器执行上述眼底相机使用状态检测方法。

根据本发明的眼底相机及其使用状态检测方法，在关闭照明组件的情况下采集图像，通过图像的亮度可以初步判断面贴组件是否被物体良好遮盖，然后在开启照明组件的情况下采集图像，通过图像特征进一步判断遮盖物是否为人体，由此自动确定被拍者是否正确地佩戴了眼底相机、是否在合适的环境中使用眼底相机，本方案可以全自动触发眼底相机拍摄眼底照片，不需要手动干预触发拍摄，不需要专业人员进行操控，由此可以提高拍摄眼底照片的便利性，促进眼底相机的普及。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的眼底相机的结构图；

图2为本发明实施例中的眼底相机的面贴组件的示意图；

图3为镜头及定位组件的示意图；

图4为本发明实施例中的一种眼底相机使用状态检测方法的流程图；

图5为一种照明灯的结构图；

图6为检测相机状态时对照明反射光的成像示意图；

图7为检测相机状态时对面贴组件凸起部的成像示意图；

图8为检测相机状态时对设有标靶的面贴组件凸起部的成像示意图；

图9为检测被拍者使用状态时采集的双眼之间区域的图像。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1示出了一种全自动便携自拍眼底相机，该相机包括面贴组件01、运动组件、定位组件03和镜筒1，镜筒1内部设有照明组件、调焦组件、镜头(接目物镜)以及光学镜片组和成像探测器10等，镜筒1的内部结构可参考中国专利文件CN111134616A。实际产品还包括壳体，运动组件和镜筒1位于壳体内部。面贴组件01密封地连接于壳体的前部，面贴组件包括面贴本体和成型于面贴本体的用于被拍摄者的眼部贴合时容纳所述眼部的视窗通孔。面贴组件01作为接触被拍摄者眼部的部件，镜筒1透过面贴组件01的通孔采集被拍摄者的眼底视网膜图像。

面贴本体背向镜筒1的一面被构造为与被拍摄者的眼部周围的面部轮廓相贴合的形状。具体地，面贴组件01向内形成凹陷形状以适于人体头部弧形，其通孔的尺寸至少能在被测者的眼部贴合本组件时容纳双眼。面贴组件01向内(壳体内、镜筒)的一面有至少一个用于检测相机各项功能的特定位置。在一个具体的实施例中，结合图1和图2所示，图2所展示的是面贴组件01朝内的一面，通孔011的中部上边缘有一个凸起部012，镜筒1的镜头能够对准此部位并拍摄图像。更优选的方案是，在此凸起部012上设置一个图案或者简单图形等作为标靶。此特定位置有多种用途，包括检测相机的照明组件、调焦组件是否正常，检测被拍者的眼部是否正确地贴合了面贴组件01等，具体将在下文中进行详细介绍。

运动组件用于控制镜筒1在三维空间中移动，以图1中的坐标系为例，能够在图中的X、Y、Z三轴上移动。需要说明的是，镜筒1在Z方向移动到极限位置时，端部不会伸出面贴组件01外。作为一个具体的实施例，运动组件包括三个轨道组件，第一组轨道021用于控制镜筒1在X轴上的运动、第二组轨道022用于控制镜筒1在Y轴上的运动、图中未示出的第三组轨道用于控制镜筒1在Z轴上的运动。具体地，镜筒1连同第二组轨道022被设置在一个平台(基座)上，第一组轨道021能够带动基座整体运动，第三组轨道能够带动基座和第一组轨道021运动，使整体接近或远离面贴组件01。

定位组件03用于检测镜筒1的移动情况。具体地，定位组件03可以是电磁感应器，根据电磁感应信号感知镜筒1移动到定位组件03所在的位置。结合图3所示，在本实施例中设置3个定位组件03，其中两个定位组件设置在可移动基座两侧，以检测镜筒1在X轴上的移动，第三个定位组件设置在该基座上，以检测镜筒1在Y轴上的移动，即定位组件03用于检测镜筒1在XY平面内的移动情况。

根据本发明提供的眼底相机，用于成像的照明组件、调焦组件、接目物镜、光学镜片组和成像探测器集成在一个镜筒中实现光路结构小型化，减小眼底相机的体积，提高便携性；眼底相机的面贴组件设有用于容纳被拍摄者眼部的视窗通孔，用户可以自行佩戴眼底相机，将眼部置于视窗通孔位置，运动组件驱动镜筒在视窗通孔范围中搜索瞳孔，并调整工作距离，从而拍摄眼底图像，本方案降低了眼底相机硬件的复杂度和使用难度，让用户能够自主拍摄眼底图像，促进眼底相机的普及。

本发明实施例提供一种眼底相机检测方法，该方法可以由眼底相机本身来执行，作为一种自检方法，也可以由计算机或者服务器等电子设备执行，作为一种产品检测方法。该方法包括如下步骤：

S1，控制运动组件调节镜头的位置，检测镜头是否能够移动到各个定位组件所在的位置。本方法适于在眼底相机刚刚被启动时执行，首先镜头(根据上述实施例，镜头与镜筒是一体设置，移动镜筒即为移动镜头)被移动到初始位置上。然后结合图3所示，运动组件调节镜头的位置，检测镜头是否能够移动到这3个定位组件所在的位置。如果能够移动到这些位置则认为运动组件功能正常，可以执行步骤S2，否则执行步骤S6。步骤S1可称为运动组件XY轴运动检测步骤。

S2，控制运动组件将镜头移动到设定位置，开启照明组件并控制调焦组件调整为第一焦距，拍摄得到第一图像。此步骤的目的是检测调焦组件和照明组件的功能是否正常，理论上不需要限定镜头必须对准某个位置，所以此步骤中所述的设定位置有多种选择。但在实际工作环境中外部环境是不确定的，比如可能是一个比较明亮的环境，如果此步骤拍摄第一图像时外部环境比较明亮，可能导致图像内容受到干扰。为了适用于实际工作环境，此步骤将镜头移动到对准面贴组件的某个特定部位(比如上述凸起部)，尽可能少地拍摄到外部环境，图像中面贴组件的占比大于外部环境的占比。当然，修改面贴组件及其通孔的形状，使此步骤所拍摄的图像中完全不包含外部环境也是可能的。

通过设置合适的焦距，可以使照明组件成像。比如图5示出了一个镜筒中的照明灯的结构，一个环形结构上面设有4个灯珠。开启这4个灯珠，使用第一焦距进行成像，预期得到一个如图6所示的图像。

在优选的实施例中，为了避免拍摄的图像中背景对照明组件成像的影响，所设置的第一焦距能够使得照明组件成像而不能使面贴组件成像。由此使得所述第一图像中只可能存在照明组件而不存在如面贴组件凸起部等物体，提高后续步骤中对图像识别的准确性。

S3，根据第一图像中的照明组件的图像特征判断调焦组件和照明组件是否正常。在调焦组件功能正常的情况下，使用设定的焦距应当能够得到图6所示的图像，此图像具有明显的特征，具体取决于照明组件的实际形状。比如在本实施例中，第一图像中应当有4个独立且清晰的点状物，这是对上述4个灯珠的成像结果。如果此时调整的焦距不是上述第一焦距，则图像中的点状物将会变大且模糊，或者变得更小；如果照明组件没有开启，则图像中不会出现形状。

通过机器视觉算法或者神经网络算法，对第一图像进行识别，都可以识别出图像中是否存在符合预期的特征。如果判定调焦组件和照明组件正常，则执行步骤S4，否则执行步骤S6。步骤S2-S3可称为调焦组件和照明组件检测步骤。

S4，控制运动组件调节镜头至设定深度位置上，控制调焦组件调整为第二焦距，拍摄得到第二图像。在此步骤中，需要对一个已知物体进行成像，作为优选的实施例，将面贴组件的凸起部作为已知物体。具体地，首先将镜头在XY平面上对准面贴组件的凸起部，在本实施中步骤S2已经对准此部位，此步骤不需要再做调整；在其它实施例中，如果步骤S2中未对准此部位，则在此步骤进行调整。此步骤需要调整深度，也即在Z轴上调整镜头的位置，可以理解为调整对已知物体的拍摄距离，然后再设定焦距。

为了能够使外部物体成像，此时的焦距与步骤S2中所使用的焦距是不同的，并且此步骤中的焦距应当适用于当前的镜头位置(深度位置)，预期得到一个如图7所示的图像。

在优选的实施例中，为了避免拍摄的图像中出现照明组件的影像对被拍物体成像的影响，所设置的第二焦距能够使得面贴组件成像而不能使照明组件成像。由此使得所述第二图像中只可能存在被拍物如面贴组件凸起部，而不会出现照明组件的影像，提高后续步骤中对图像识别的准确性。

S5，根据第二图像中的被拍物的图像特征判断成像功能是否正常。第二图像是运动组件在XY轴的运动、照明组件和调焦组件均正常的情况下拍摄的图像，此步骤的目的是检测运动组件在Z轴的运动是否正常，如果步骤S4中运动组件能够将镜头调整至设定深度位置上，拍摄的第二图像中应当能够展现出清晰的被拍物，比如图7所示的面贴组件的凸起部。

通过机器视觉算法或者神经网络算法，对第二图像进行识别，都可以识别出图像中是否存在符合预期的特征。如果判定运动组件在Z轴的运动正常，则结束检测，判定眼底相机各主要组件功能正常，否则执行步骤S6。步骤S4-S5可称为运动组件Z轴运动检测步骤。

S6，判定眼底相机状态异常。根据出现异常的组件，向用户进行具体故障部位提示。眼底相机中可设置语音模块或者信息显示模块，向用户播报或者显示相应的故障信息。

根据本发明实施例提供的眼底相机检测方法，通过定位组件来验证运动组件是否可以正常调整镜头的位置；在确认运动组件正常后，调整焦距使照明组件成像，通过对采集的图像进行判断可以确定调焦组件和照明组件是否正常；最后通过运动组件调整镜头的深度，调整焦距使被拍物成像，对图像中的物体特征进行判断，来验证运动组件是否可以正常调整镜头的深度，由此自动确定眼底相机各个重要部件是否能够正常工作。本方案可以在远程无人值守环境下进行自助检查设备工作状态，由此可以提高拍摄眼底照片的便利性，促进眼底相机的普及。

在优选的实施例中，面贴组件的凸起部设有标靶，即上述被拍物为面贴组件的设定部位上的标靶，标靶的具体内容不限，是一个或者多个轮廓清晰的图案或形状都是可行的。所得到的第二图像如图8所示，其中包括一个圆形标靶81，步骤S5具体包括：

S51，识别第二图像中是否存在清晰的标靶的影像；

S52，当第二图像中存在清晰的标靶的影像时确定成像功能正常。

利用机器视觉算法或者神经网络算法识别标靶的结果更加准确，如果图像中不存在标靶轮或者轮廓不清楚，将更容易地被识别到，从而进一步提高对相机功能判断的准确性。

本发明实施例提供一种眼底相机使用状态检测方法，用于检测用户是否正确地佩戴了上述实施例中的眼底相机。该方法可以由眼底相机本身来执行，作为一种自检方法，也可以由计算机或者服务器等电子设备执行。本方法适于在根据上述检测方法确定相机各重要部件正常之后执行，如图4所示该方法包括如下步骤：

S1，获取镜头透过面贴组件的视窗采集的第一图像。在本方案中，镜头透过如图2所示的通孔011采集外部环境的图像，应当避免面贴组件遮挡镜头(面贴组件不在成像范围内)，当被拍者正确佩戴了眼底相机时，眼部与面贴组件01贴合，视窗(通孔011)中是人体双眼及周围皮肤，镜头采集到相应的第一图像。在此步骤中需要保持照明组件处于关闭状态，也即没有通过镜头向外照射光束。在本方案中，由于对采集图像的清晰度要求不高，采集图像所使用的焦距可以是一个固定值，将成像平面大致设在人体表面即可。当然也可以先开启照明组件，进行自动对焦，将成像平面更精确地设在人体表面后再关闭照明组件。

S2，判断第一图像的亮度是否达到设定标准。如果被拍者的眼部与面贴组件01贴合，四周没有大的缝隙，采集的第一图像应当是很暗的。在此先对第一图像的亮度进行判断，如果亮度达到设定标准则执行步骤S3，否则执行步骤S6。

判断图像的亮度是否符合设定标准的方法有多种，比如可以根据图像的像素值计算亮度值，然后与阈值进行比较；也可以采用神经网络算法，预先使用不同亮度的图像对神经网络进行训练，使其具备对图像亮度的分类或者回归预测能力，在此使用神经网络对第一图像进行识别，输出关于亮度的识别结果。

在一个优选的实施例中，将第一图像转换为灰度图像，然后再识别灰度图像的亮度。

S3，开启照明组件，获取镜头透过面贴组件的视窗采集的第二图像。此时镜头和被拍者的状态未发生变化，只是开启照明光源，通过镜头向外进行照明，此时照明光束照射到被拍者的眼部或皮肤并被反射。在一个优选的实施例中，将镜头的位置设为对准面贴组件的视窗的中心位置，所使用的光源是红外光，如果人体头部贴合面贴组件，则镜头对准的是双眼之间的区域，可采集到如图9所示的图像。

S4，根据第二图像确定人体头部是否贴合面贴组件。如果被拍者的头部与面贴组件贴合，由于人体皮肤会反射照明光束，因此如图9所示的图像中会出现一个明显的光斑，并且光斑四周会呈现人体皮肤特征，通过判断图像是否具有中心较亮、边缘渐暗的特征，即可确定人体头部是否贴合面贴组件。

假设在步骤S1-S2中没有物体贴合面贴组件，相机置于一个暗室中，或者面贴组件被其它物体遮盖，第一图像的亮度也将被判定为符合设定标准，这需要进一步执行步骤S3-S4进行判断。如果没有物体贴合面贴组件，采集的第二图像中不会出现光斑；如果是其它物体遮盖了面贴组件，第二图像中会出现光斑，但由于材质、表面形状不同，对于照明光束的反射情况与人体不同，因此通过光斑的特征即可判断出是否为人体。

在其它可选实施例中，采集第一、第二图像时镜头也可以对准其它位置，比如对准眼球，在步骤S4中可以在图像中识别眼球特征来确定是否为人体。

在优选的实施例中，步骤S4可以首先判断第二图像的亮度是否达到设定标准，与识别第一图像的亮度类似地，可以将第二图像转换为灰度图像，再计算亮度值，或者利用神经网络进行识别。如果此时面贴组件与人体贴合处出现缝隙而出现漏光情况，受到环境光的影响，第二图像的亮度与只有相机本身的光源进行照明时的亮度不同。在排除漏光情况后，再判断第二图像中的特征是否符合人体皮肤特征。

当确定人体头部贴合面贴组件时执行步骤S5，否则执行步骤S6。

S5，开始拍摄眼底图像。具体地，需要自动寻找瞳孔、调整工作距离、调整焦距将成像平面设在眼底，最终拍摄得到眼底图像。

S6，提示用户正确佩戴眼底相机。比如可以在眼底相机中设置语音模块，提示用户如何正确佩戴眼底相机等等，之后可以返回步骤S1重新判断。

根据本发明实施例提供的眼底相机使用状态检测方法，在关闭照明组件的情况下采集图像，通过图像的亮度可以初步判断面贴组件是否被物体良好遮盖，然后在开启照明组件的情况下采集图像，通过图像特征进一步判断遮盖物是否为人体，由此自动确定被拍者是否正确地佩戴了眼底相机、是否在合适的环境中使用眼底相机，本方案可以全自动触发眼底相机拍摄眼底照片，不需要手动干预触发拍摄，不需要专业人员进行操控，由此可以提高拍摄眼底照片的便利性，促进眼底相机的普及。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。