主观式人眼波前像差仪中图像处理与自动跟踪的研究和实现

　　曹正林　沈建新　廖文和　张运海

　　(南京航空航天大学机电学院,　江苏南京210016)

　　提要　人眼像差的矫正是目前眼科界的研究热点之一,对于提高人眼视觉质量具有十分重要的意义,人眼像差的测量是像差矫正的基础。本文研究了主观式波前像差测量仪的测量原理,并对其中的图像采集、图像处理、图像的Ostu法阈值分割,自动跟踪等关键技术进行了研究。采用本文研究的关键技术自行研制出的主观式波前像差仪能精确地测量出人眼的低阶和高阶像差,测量结果可达7阶35项,其应用前景广阔。

　　关键词　图像处理　主观式波前像差仪　自动跟踪　图像分割

　　自从1999年世界上首例波前像差引导LASIK手术以来,引起了广泛的兴趣[1,2]。目前用波长为193 nm的准分子激光切削角膜矫正近视、远视、散光已是一项成熟的技术[3,4]。在LASIK手术中,激光切削必须要和眼睛屈光不正的球镜与柱镜相符合,特别是针对特定的高阶像差以及球面与柱面像差,这就是我们今天所说的“个体化”切削。个体化切削在手术中需要很高的精确性,准确的控制激光切削。因此在波前像差引导的“个体化”角膜屈光手术中,波前像差的精确测量是至关重要的。近年来,随着激光角膜屈光手术的开展,各种测量人眼波前像差的新仪器不断涌现[5,6]。目前市场上的像差测量仪大体上可以分为主观式和客观式两种类型。本文主要介绍了自行研制的WFA1000型主观式波前像差测量仪的测量原理,测量仪中图像处理与分析技术以及自动跟踪技术的研究与实现。

　　测量原理

　　本文介绍的自行研制的主观式波前像差仪是基于光路追踪原理,利用He JC等[7]的主观空间分辩屈光计原理开发出来的。该像差仪具有三通道光路系统:测量光路通道,记录光路通道,瞳孔监视光路通道。在测量过程中,测量光路通过一个直径为1毫米的可移动小孔在视网膜上形成一个绿色的十字光标,小孔位置在37个采样位置上随机改变,小孔位置的移动导致十字光标在视网膜上的图像位置产生偏移,受测者在记录光路中的电脑屏幕上点击鼠标记录下该偏移量,通过该偏移量就可用Zernike多项式拟合出人眼像差的函数。在整个测量过程

　　中,瞳孔监视光路利用红外CCD连续捕捉瞳孔的图像,通过控制软件对图像进行处理,利用计算机驱动步进电机实现测量过程中的自动跟踪,使瞳孔中心与像差仪的光学中心重合,此外,还在一个可移动圆盘上放置了一系列的补偿镜片,可对受测者的离焦进行补偿,以保证测量结果的准确性。

　　图像处理技术的研究与实现