非散瞳高光谱眼部基底照相机制造技术

本文描述了一种眼部基底成像设备(11)，其包括照明模块(140)和成像模块(141)。照明模块(140)包括光源(103、104)，所述光源被配置为以期望光谱范围内的波长产生光。提供第一光学组件以将光成形并引导到受试者的眼睛(102)上。可调谐带通滤波器(109)选择期望光谱范围内的波长子间隔。成像模块(141)包括第二光学组件，用于收集从受试者的眼睛(102)返回的光并将从眼睛(102)返回的光投射到图像传感器上(113)。第二光学组件包括能够补偿眼部变化的一个或更多个光学元件。图像传感器(113)被配置为对返回的光进行成像，以所述波长子间隔生成眼部基底的图像。基底的图像。基底的图像。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非散瞳高光谱眼部基底照相机


[0001]本公开涉及光学基底成像领域。本公开的实施例涉及眼部基底成像设备、补偿由眼部基底成像设备记录的图像的非均质性的方法以及从多个独立光谱测量中恢复样本的光谱信息的方法。
[0002]本公开的一些实施例提供了记录受试者眼部基底的非散瞳高光谱图像的系统和方法。然而，应当理解，本公开具有其他应用，包括多光谱成像和散瞳成像。

技术介绍

[0003]颜色的重要性：眼部基底照相机是低功率显微镜，可以以高分辨率对眼睛的基底进行成像。传统的基底照相机使用宽光谱“白色”光的明亮闪光，经由引导和对光进行成形的光学元件以及接收从眼睛反射的光的成像系统的布置来照亮基底。传统彩色基底照相机的成像传感器被设计为使用三种彩色通道(红色、绿色和蓝色)的组合来分辨视网膜的结构(空间细节)。这些彩色通道被调谐以模拟三种视觉色素在人类锥细胞光受器中的敏感性。结果，由这种照相机捕获的图像由这些彩色通道的组合组成，并且与人眼在使用检眼镜或裂隙灯和手持式基底透镜对视网膜进行临床检查时直接观察到的图像非常相似。
[0004]对于特定空间特征(包括解剖结构和疾病特征)，光源的光谱特性对给定基底照相机的灵敏度有影响。例如，使用蓝移光源或蓝绿色滤波器可以提供“无红色”图像，以突出视网膜血管和体内大出血。这表明，在基底成像中改变照明光的光谱组成可以提供经由常规彩色基底摄影无法获得的临床上有用的信息。
[0005]高光谱眼部基底照相机与传统基底照相机具有许多共同的特征，但高光谱眼部基底照相机具有记录以许多(通常大于20个)离散光波长(光谱子间隔)从眼睛反射的光的强度的附加能力。因此，高光谱基底照相机具有高空间分辨率和高光谱分辨率。多光谱基底照相机也采集不同波长的光的图像，但这些图像数量较少，光谱宽度不相等，并且可能重叠。
[0006]多光谱和高光谱照相机定义：多光谱和高光谱基底照相机采集空间上和光谱上分辨的图像，能够检测利用传统彩色基底照相机无法检测到的生物标志物。高光谱通常是指使用主波长范围内窄的、不重叠的或最小重叠的、等采样的光波段来采集一系列图像的成像系统。术语多光谱成像通常用于使用主波长范围内的较少数量(通常在3到15个之间)的波段来采集一系列图像的成像系统。这些多光谱波段通常是重叠的，并且具有不相等的带宽。在高光谱和/或多光谱眼部基底成像的背景下，主波长范围通常跨越可见光光谱和近红外波长或它们的部分。
[0007]虽然高光谱和多光谱照相机提供的光谱信息比传统彩色基底照相机提供的更多，但高光谱照相机的主要优点是，由于成像波段窄，每个波段都独立于下一个波段，因此更适合于可视化和分析。然而，高光谱照相机比多光谱照相机设计起来更复杂。
[0008]多光谱/高光谱基底照相机：已提出用于多光谱和高光谱成像的多种解决方案。像素扫描是记录单个光谱像素并在两个空间维度上移动采样的方法。二维扫描的替代方案是使用推扫式采集。在推扫式成像中，基底的窄条被成像，以垂直于扫描轴的方向将反射光的
光谱分量分散在传感器上。虽然这种方法在遥感中被广泛使用，但是因为卫星的移动作为扫描方向，所以由于眼睛的快速移动(扫视)需要复杂的后处理对准，因此更难应用于基底成像。
[0009]快照基底高光谱照相机使用传感器上的扩展拜耳阵列或光学技术在单个帧中记录光谱和空间维度，以将不同光谱带分割到照相机传感器的不同部分。这种技术可以提供高的采集速率，但以光谱和空间分辨率为代价。目前，在不影响空间分辨率的情况下，多光谱或高光谱成像的唯一合适的解决方案是沿光谱维度扫描。然而，在该扫描过程的时期期间，眼睛的快速移动可能影响测量。
[0010]光功率的挑战：为了让患者接受，基底成像需要在几秒内执行。对于非散瞳(在无药理学瞳孔扩张辅助的情况下)成像，该间隔减少至300毫秒或更短，因为这与瞳孔光反射的延迟相对应，随后瞳孔收缩会损害图像质量。由于基底照相机的效率非常低(来自照明源的少量光到达眼睛的基底，并且只有少量光中的一小部分光从基底反射到照相机传感器)，因此在短时帧内实现多个波段的高质量图像在技术上具有挑战性。
[0011]在整个说明书中对
技术介绍
的任何讨论都不应被视为承认这种技术是众所周知的或构成该领域的公知常识的一部分。

技术实现思路

[0012]注意到上述限制，本专利技术人已经确定需要改进的设备和方法来采集眼睛基底的非散瞳高光谱图像。
[0013]特别地，本专利技术人已经确定，由于不同波长的所有光子同时到达传感器，因此试图用常规彩色照相机实现良好的色差补偿是复杂的。这通常只能通过使用旨在在一定程度上校正那些像差的昂贵的透镜系统来校正。然而，如果照相机的物镜变得复杂，则越来越难以补偿照相机中的一些内部背反射(杂散光)。
[0014]在下文中，描述了使用照相机传感器的全分辨率来采集具有高光谱和空间分辨率的基底图像的设备。可以使用线性可变带通滤波器在感兴趣的光谱范围(例如420nm至760nm)内连续地调谐光谱带。
[0015]此外，还描述了使该线性可变带通滤波器的移动与照明功率和图像采集同步以在整个感兴趣的光谱范围内实现高SNR的方法。本文所述的设备对于高质量非散瞳基底图像采集(300毫秒内的图像捕获)足够快。在另一实施例中，描述了光谱信息恢复方法/系统，其中处理使用可变光谱宽度的至少部分重叠的波段获取的图像，以得到高光谱曲线的精确表示，就好像它们是用窄的、独立的和等采样的波段采集的一样。在另一实施例中，公开了减少记录图像的色差的方法/系统。本公开的一些实施例可以用低成本部件实现，包括宽带漫射光源(发光二极管(Light
‑
Emitting Diode,LED))和可变带通滤波器。
[0016]本公开的一个实施例提供了能够在非散瞳条件下提供受试者眼睛基底的光谱上和空间上分辨的图像的设备。该设备包括光学透镜组件(称为照明路径)，该组件将来自光谱可调谐光源的光投射到受试者的基底上。该组件还用于将光成形到受试者瞳孔平面上的环面，以最小化来自角膜的反射。可调谐光源被配置为产生具有各种光谱曲线的光。光谱曲线不需要是单色的或受限于解析感兴趣的光谱特征所需的最小带宽，也不具有高的带外抑制，因为这些参数在使用本文公开的光谱信息恢复方法进行采集之后被补偿。该设备还包
括成像光学组件，以将从受试者的基底反射的光投射到照相机传感器上。所述照相机与照明功率和可变带通滤波器位置同步，以提高信噪比(signal
‑
to
‑
noise ratio，SNR)。该设备还包含视线对准系统以帮助受试者注视。视线对准系统可以在图像捕获期间被关闭，使得它对记录的图像没有贡献。
[0017]在另一个实施例中，提供了光谱信息恢复方法/系统，其中处理使用具有潜在可变光谱宽度的至少部分重叠的波段采集的图像，以得到使用窄的、独立的和等采样的波段采集的高光谱曲线的精确表示。
[0018]根据本专利技术的第一方面，提供了眼部基底成像设备，包括：
[0019]照明模块，具有：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种眼部基底成像设备，包括：照明模块，具有：一个或更多个光源，被配置为以期望光谱范围内的波长产生光；第一光学组件，用于将所述光成形并引导到受试者的眼睛上；以及可调谐带通滤波器，用于选择所述期望光谱范围内的波长子间隔；以及成像模块，具有：第二光学组件，用于收集从所述受试者的眼睛返回的光并将从所述眼睛返回的光投射到图像传感器上，所述第二光学组件包括能够补偿眼部变化的一个或更多个光学元件；以及图像传感器，被配置为对返回的光进行成像，以所述波长子间隔生成所述眼部基底的图像；其中，所述可调谐带通滤波器和所述图像传感器被同步，以便在所述期望光谱范围内以不同波长子间隔捕获图像。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述可调谐带通滤波器在红外波长范围和蓝色波长范围之间能调谐。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述可调谐带通滤波器被配置为从所述红外波长范围调谐到所述蓝色波长范围，使得所述图像传感器在所述红外波长范围内捕获一个或更多个第一图像，并且随后在可见波长范围内捕获一个或更多个第二图像。4.根据权利要求2或权利要求3所述的设备，其中，所述可调谐带通滤波器被配置为以预设速度以预设步长调谐。5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，控制所述一个或更多个光源的功率以针对每个光谱子间隔提供各自的预设功率水平。6.根据权利要求5所述的设备，其中，选择每个光谱子间隔的各自的预设功率水平以补偿由所述照明模块和/或所述成像模块中的一个或更多个引起的光谱不平坦性。7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，控制所述一个或更多个光源的功率以针对正被成像的组织实现阈值信噪比。8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，控制所述一个或更多个光源的功率以针对参考表面在所述图像传感器上获得目标数字计数值。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述参考表面源自样本总体的视网膜反射率。10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，控制所述一个或更多个光源的功率以补偿所述照明模块和/或成像模块的光学吸收。11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，基于所述成像传感器的灵敏度来控制所述一个或更多个光源的功率。12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述第二光学组件包括聚焦透镜子系统，所述聚焦透镜子系统具有能够沿光轴移动位置的一个或更多个聚焦透镜，并且其中，所述一个或更多个聚焦透镜的轴向移动与所述可调谐带通滤波器的波长滤波器移动同步，以针对多个光谱子间隔中的每一个在所述图像传感器处提供改进的聚焦，以补偿色差。13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述聚焦透镜移动相对于所述可调谐带通滤波器的波长调谐是非线性的。
14.根据权利要求13所述的设备，其中，所述聚焦透镜移动相对于所述可调谐带通滤波器的波长调谐是二次的。15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述一个或更多个光源是具有覆盖至少从450nm至720nm的范围的光谱带宽的LED。16.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述可调谐带通滤波器具有大于所述波长子间隔之间的步长的光谱带宽。17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述可调谐带通滤波器是线性可变带通滤波器。18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述照明模块包括设置在所述可调谐带通滤波器之后的环面，用于在所述受试者的眼睛的瞳孔平面处对所述光进行成形。19.根据权利要求18所述的设备，包括设置在所述可调谐带通滤波器和环面之间的光学漫射器。20.根据权利要求19所述的设备，包括设置在所述可调谐带通滤波器和环面之间的均质杆。21.根据权利要求20所述的设备，其中，所述光学漫射器与所述均质杆一体或附接到所述均质杆。22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述照明模块包括黑点光学掩模，所述黑点光学掩模被配置为减少反射回所述图像传感器的光。23.根据前述权利要求中...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽维尔，
申请(专利权)人：澳大利亚眼科研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：