一种人眼波前像差的测量系统、测量装置及其测量方法

本技术涉及人眼像差测量，具体涉及一种人眼波前像差的测量系统、测量装置及其测量方法。

背景技术：

1、波前传感技术已被广泛用于获取人眼的光学质量。随着技术的进步，波前传感技术可以提供客观、实时、准确的测量结果，被广泛应用于眼科临床视觉质量的评估和眼科疾病诊断和治疗领域。在视觉科学领域，人眼的周边像差已经成为理解近视及其进展的基本因素，并应用在近视防控中。

2、在人眼像差仪的研究方面，bart jaeken等人提出了两种测量人眼中央和周边像差的方案，其中一种为以受试者瞳孔为中心进行旋转扫描测量，另一种为通过一个可平移和旋转的反射镜将光束入射到受试者的眼中，这两种方案在受试者眼的定位上都存在缺陷，不能将测量光束准确入射到瞳孔的中心。cathleen fedtke等人提出了一种用于人眼视野中远近不同距离调节时的像差测量仪器，采用一个旋转扫描镜从不用视场角将光束反射到人眼中，但是测量过程中只能选择特定的视场角方向，不能进行连续视场下的像差测量。

3、目前，传统的像差仪只能测量人眼轴上的像差，人眼的周边像差测量手段不成熟，在wo2023275201a1中提出一种基于多面反射镜对人眼周边像差测量的方案，但是由于多面反射镜制造难度大，价格昂贵。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，提出本技术。本技术提供了一种人眼波前像差的测量系统、测量装置及其测量方法，解决了现有技术中无法确定瞳孔在测量仪器空间中的位置和姿态，导致像差测量不准确的技术问题。

2、根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种人眼波前像差的测量系统，包括：光源；注视引导模块，所述注视引导模块用于引导受试者观察时的视线方向；视线监控模块，所述视线监控模块用于采集受试者观察注视引导系统状态下人眼区域的图像视频或数据信息，并确定瞳孔参考点的坐标信息、瞳孔的空间位姿矩阵信息以及人眼视线的注视方向；光束移动模块，根据所述视线监控模块采集的信息，实时调控光束入射人眼的相对角度以及位置，所述视线监控模块采集的信息为受试者观察注视引导系统状态下的人眼区域的图像视频或数据信息、确定瞳孔参考点的坐标信息、瞳孔的空间位姿矩阵信息以及人眼视线的注视方向；光束调整模块，所述光束调整模块用于调整光束的质量；波前测量模块，所述波前测量模块用于测量来自人眼的像差；控制模块，根据所述视线监控模块采集的人眼区域的视频或者图像数据，控制所述视线监控模块、光束移动模块以及波前测量模块移动至指定位置。

3、根据本技术的第二个方面，提供了一种人眼波前像差的测量装置，该测量装置包括：光源；光束移动机构，所述光束移动机构与光源平行设置，用于接收并调整光源发射的光束，将调整后的光束反射至受试观察区人眼瞳孔内；注视引导机构，所述注视引导机构与受试观察区平行设置，用于引导受试者观察时的视线方向以及人眼调节状态；视线监控机构，视线监控机构设置在所述注视引导机构(4)与受试观察区之间，视线监控机构用于采集受试者观察注视引导机构时的图像视频或数据信息，并确定人眼视线的注视方向；分光机构，分光机构设置在人眼视线前方，所述分光机构用于接收反射到人眼的光束以及从人眼眼底透射出的光束；光束调整机构，所述光束调整机构设置在所述视线监控机构与波前测量装置之间，所述光束调整机构与所述波前测量装置位于同一水平面，所述光束调整机构用于调整过滤所述分光机构反射的光，并将所述分光机构调整后的光反射到波前测量装置；波前测量装置，所述波前测量装置用于接收光束调整机构调整过滤后的光束。

4、在一实施例中，所述光束移动机构包括：第一导轨；x向反射镜，所述x向反射镜滑动连接在所述第一导轨上，所述x向反射镜沿所述第一导轨方向进行移动；第二导轨；y向反射镜，所述y向反射镜滑动连接在所述第二导轨上，所述y向反射镜沿所述第二导轨移动，所述x向反射镜与所述y向反射镜垂直设置；以及固定反射镜，所述固定反射镜与所述光源平行设置；其中，所述x向反射镜以及y向反射镜用于接收来自光源的光束，并将光束反射至所述固定反射镜。

5、在一实施例中，所述分光机构包括：眼前分光镜，所述眼前分光镜设置在人眼视线前方，将来自所述光源的光束入射到人眼瞳孔内；测量分光镜，测量分光镜设置在所述视线监控机构的一侧，所述测量分光镜用于将从人眼反射出的光束，反射到波前测量装置中。

6、在一实施例中，所述视线监控机构包括多个普通相机或红外相机或传感器中的一种。

7、在一实施例中，所述的注视引导机构包括：视标；第三导轨，所述视标通过所述载物台固定连接在所述第三导轨上；第四导轨，所述第四导轨通过滑轨滑动连接在所述第三导轨上。

8、在一实施例中，所述波前测量装置包括综合屈光检查仪、视网膜镜、视力计、摄影验光仪、hartmann-shack波前传感器、空间分辨折射仪、金字塔波前传感器中的一种。

9、根据本技术的第三方面，本技术提供了一种人眼波前像差的测量方法，该方法包括：采集人眼区域的初始视频或者图像数据；根据采集的人眼区域的初始视频或图像数据确定瞳孔参考点，以此标定人眼瞳孔的空间位姿矩阵；根据标定的人眼瞳孔的空间位姿矩阵，调控光束入射人眼的角度以及位置，调整人眼视线角度；根据初始人眼视线角度以及调整后人眼视线角度测量人眼像差。

10、在一实施例中，所述分割人眼瞳孔轮廓确定及瞳孔参考点为，采用阈值分割法提取人眼瞳孔区域边线，然后根据分割的瞳孔区域边线拟合瞳孔边缘为一个椭圆，椭圆四周顶点连线的交点或者外接四边形角点的连线的交点即为瞳孔参考点，根据确定的瞳孔参考点，采用霍夫变换或边缘梯度法确定人眼瞳孔区域以及人眼瞳孔区域的外轮廓，进而获得人眼区域的位姿矩阵，通过坐标系变换获得人眼瞳孔区域在整个模块中的位姿矩阵。

11、在一实施例中，所述调控光束入射人眼的角度以及位置包括：通过光束移动机构中的至少一个可移动反射镜，准确调控光束入射人眼的角度和位置，光束移动机构中可移动反射镜的位置以及角度的集合表示为：

12、

13、其中，mn(xn,yn,zn,θxyn,θxzn,θyzn)代表光束移动机构中第n(n≥1)个可移动反射镜的空间姿态；

14、光束入射到光束移动模块中的初始位置和角度可表示为：

15、

16、则光束入射到人眼位置的光束和角度可表示为：

17、p1＝ψ(p,m)

18、其中函数ψ满足平面镜成像系统中的反射定律；

19、所述引导人眼视线的角度可由以下公式计算得到：

20、

21、其中，δxo是视标沿x方向移动的距离；

22、δxo是人眼瞳孔参考点沿x方向移动的距离；

23、yo是人眼瞳孔参考点距离x向导轨的垂直距离；

24、δyo是视标沿y方向移动的距离。

25、本发明提供的一种一种人眼波前像差的测量系统、测量装置及其测量方法，该测量系统包括：光源；注视引导模块，注视引导模块用于引导受试者观察时的视线方向；视线监控模块，视线监控模块用于采集受试者观察注视引导系统状态下人眼区域的图像视频或数据信息，并确定瞳孔参考点的坐标信息、瞳孔的空间位姿矩阵信息以及人眼视线的注视方向；光束移动模块，根据视线监控模块采集的信息，实时调控光束入射人眼的相对角度以及位置，视线监控模块采集的信息为受试者观察注视引导系统状态下的人眼区域的图像视频或数据信息、确定瞳孔参考点的坐标信息、瞳孔的空间位姿矩阵信息以及人眼视线的注视方向；光束调整模块，光束调整模块用于调整光束的质量；波前测量模块，波前测量模块用于测量来自人眼的像差；控制模块，根据视线监控模块采集的人眼区域的视频或者图像数据，控制视线监控模块、光束移动模块以及波前测量模块移动至指定位置。

26、本技术通过视线监控模块可定位人眼瞳孔的中心，监控人眼瞳孔的空间位姿矩阵和估测人眼视线方向，可准确获知受试者人眼的视线方向，即人眼转动的角度，进而标定人眼在像差测量模块中具体的位置，可准确获知受试者人眼在像差测量模块中的空间位姿，使测量的结果更准确；光束移动模块可根据视线监控模块提供的人眼瞳孔参考点坐标准确调控光束入射人眼的位置和方向，通过控制反射镜将入射光束与人眼瞳孔参考点重合，运动形式更简单，易于实现和集成，波前测量装置可以根据瞳孔参考点的位置改变波前测量装置相应的接收位置，进而达到人眼中央或周边像差测量，实现单眼或双眼中央像差和周边像差的实时、准确的测量，为研究人眼在动态调节及转动过程中中央和周边像差的变化规律提供可靠、高效的测量手段。