【摘要】：眼睛是人類獲取外部光學(xué)信息的重要感官器官。由于眼睛的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的,一旦眼睛發(fā)生了病變,需要依靠視光學(xué)儀器來對(duì)其進(jìn)行檢查。角膜地形圖儀作為檢測(cè)人眼病變的視光學(xué)測(cè)量?jī)x器,它可以對(duì)人眼角膜表面形貌進(jìn)行定量檢測(cè),同時(shí)用數(shù)據(jù)或經(jīng)過處理的圖像的方式給出眼角膜表面的形貌信息,其檢測(cè)結(jié)果對(duì)角膜的光學(xué)病變的診斷、治療及術(shù)后都具有十分重要的意義。目前市場(chǎng)上已存在著許多種基于不同測(cè)量方法的角膜地形圖儀產(chǎn)品,常見的測(cè)量檢測(cè)方法有Placido盤法,立體三角光柵網(wǎng)格投影法,光學(xué)層析相干成像法,角膜曲率儀法等,其中基于Placido盤的角膜地形圖儀能將角膜表面形貌給予精確的展示得到了廣泛應(yīng)用,為眼科醫(yī)生測(cè)量角膜表面形貌及之后的角膜屈光矯正或手術(shù)治療提供了有力的檢測(cè)手段。本論文介紹了角膜地形圖儀中實(shí)時(shí)圖像檢測(cè)的研究。針對(duì)角膜地形圖儀圖像采集傳輸?shù)囊?設(shè)計(jì)了面陣CCD的驅(qū)動(dòng)及USB2.0數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。結(jié)合角膜地形圖儀成像系統(tǒng)對(duì)光譜響應(yīng)、傳輸幀頻、分辨率及數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?選用Sony公司IXC445ALA面陣CCD作為系統(tǒng)圖像采集的傳感器,根據(jù)ICX445ALA的驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求,利用AD模數(shù)轉(zhuǎn)換和CPLD的時(shí)序框架及單片機(jī)時(shí)序控制,實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。通過配置AD內(nèi)部寄存器,實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)字信號(hào)的采集,并利用USB2.0的固件驅(qū)動(dòng)結(jié)合單片機(jī)的控制實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)角膜地形圖儀中實(shí)時(shí)圖像檢測(cè),本文基于角膜地形圖儀中光學(xué)成像系統(tǒng)分析了系統(tǒng)離焦對(duì)圖像清晰度的影響,并提出了一種圖像清晰度評(píng)價(jià)方法。該方法選擇拉普拉斯函數(shù)作為全局圖像粗調(diào)的評(píng)判參數(shù),并利用二次高斯平滑函數(shù)對(duì)各類噪聲,包括真實(shí)人眼睫毛產(chǎn)生的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。然后引入霍夫圓變換剪切采集到的角膜圖像,最后利用Mixed CanBel(Canny與Sobel算法相結(jié)合)的邊緣檢測(cè)方法找出最清晰像素邊緣,從而實(shí)時(shí)獲得了最清晰的Placido盤圖像。由于Placido盤投射在人眼所采集到的圖像是一組由24環(huán)組成的等間距同心圓環(huán),本文通過圓環(huán)輪廓來確定中心點(diǎn),并通過亞像素邊緣調(diào)整中心點(diǎn)位置,得到其亞像素級(jí)的中心坐標(biāo)。為實(shí)現(xiàn)人眼角膜表面形貌的重構(gòu)及各種數(shù)據(jù)處理,對(duì)Placido圖像進(jìn)行處理并得到各環(huán)的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)至關(guān)重要。由于該角膜地形圖儀操作的特點(diǎn),圖像采集過程中難免會(huì)出現(xiàn)圖像中心偏移的現(xiàn)象,因此需要對(duì)同一目標(biāo)圖片進(jìn)行匹配。依據(jù)以上特征,本文通過對(duì)多次采集到的同一目標(biāo)圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)極坐標(biāo)化、去睫毛、邊緣平滑及區(qū)域三次多項(xiàng)式擬合算法實(shí)現(xiàn)高精度角膜圖像的亞像素邊緣檢測(cè),并通過擬合法實(shí)現(xiàn)了對(duì)每環(huán)256點(diǎn)插值數(shù)據(jù)的獲取。論文并給出了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果,通過標(biāo)準(zhǔn)模擬眼與真實(shí)人眼的實(shí)驗(yàn),證明本文提出的方法具有良好的魯棒性與檢測(cè)精度(不同曲率半徑的標(biāo)準(zhǔn)模擬眼屈光度誤差分布均小于0.25D),能夠較好地滿足實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行要求,因此可用于該角膜地形圖儀中對(duì)真實(shí)人眼各類疾病的精準(zhǔn)檢測(cè)。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;TH77
【圖文】：

圖 1.1 角膜屈光測(cè)量原理圖得2 2 21 2 21 2 1 22 1 21 2 1 22 1 2( ) ( ) ( ),cos ,sin ,sinos ,sin sin y y x x y y Ry y y y x x x xT T TR R R Ry y x xT T TR R由上試通過三角函數(shù)可得2 12 1tan y yTx x點(diǎn)半徑，假設(shè)在角膜反射點(diǎn)為1 1( x , y )，將所有點(diǎn)作

角膜地形圖儀中圖像采集及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)是整個(gè)設(shè)備的重要部介紹了面陣 CCD 的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)及 USB2.0 數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)。角膜地形圖儀成像系統(tǒng)的工作原理 2.1 所示為基于 Placido 盤的角膜地形圖儀成像系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。出的光經(jīng)如圖 2.2 所示的 24 條黑白相間圓環(huán)的 Placido 盤漫反射后距離外的人眼角膜上，因此能夠在人眼角膜上形成一定形狀的黑白后光線再經(jīng)角膜反射到透鏡成像系統(tǒng)，聚焦成像到 CCD 傳感器上 傳感器采集到的電信號(hào)在驅(qū)動(dòng)脈沖作用下轉(zhuǎn)移輸出18，并通過 U采集系統(tǒng)，視頻采集系統(tǒng)將所獲取的圖像以視頻流的形式實(shí)時(shí)傳輸統(tǒng)，根據(jù)不同的需求調(diào)用對(duì)應(yīng)的圖像處理算法與模型，從而實(shí)現(xiàn)人細(xì)形貌的重構(gòu)并輸出所需的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)19。

圖 2.2 所示的 24 條黑白相間圓環(huán)的 Placid眼角膜上，因此能夠在人眼角膜上形成一定角膜反射到透鏡成像系統(tǒng)，聚焦成像到 C到的電信號(hào)在驅(qū)動(dòng)脈沖作用下轉(zhuǎn)移輸出1頻采集系統(tǒng)將所獲取的圖像以視頻流的形同的需求調(diào)用對(duì)應(yīng)的圖像處理算法與模型，構(gòu)并輸出所需的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)19。圖 2.1 角膜地形圖儀成像系統(tǒng)原理圖

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