[發(fā)明專利]自動離焦補(bǔ)償人眼像差哈特曼測量儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010121408.6
• 申請日: 2010-03-10
• 公開（公告）號: CN101803906A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張雨東;鮑華;饒長輝;戴云;凌寧;余翔
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: A61B3/00
• 分類號: A61B3/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 成金玉;賈玉忠

1.自動離焦補(bǔ)償人眼像差哈特曼測量儀，其特征在于包括：近紅外發(fā)光二極管(2)、 第一分光鏡(3)、瞳孔成像物鏡(4)、瞳孔相機(jī)(5)、前組調(diào)焦物鏡(6)、后組調(diào)焦物 鏡(7)、第二分光鏡(8)、第三分光鏡(9)、口徑匹配系統(tǒng)(10)、第一反光鏡(11)、 旋轉(zhuǎn)信標(biāo)裝置(12)、信標(biāo)光直準(zhǔn)系統(tǒng)(13)、LD半導(dǎo)體激光器(14)、目標(biāo)系統(tǒng)(15)、 小孔光闌(16)、計算機(jī)系統(tǒng)(17)和哈特曼波前傳感器(18)；計算機(jī)系統(tǒng)(17)包含 自動離焦補(bǔ)償系統(tǒng)，其中自動離焦補(bǔ)償系統(tǒng)由離焦調(diào)節(jié)控制模塊和圖像分析控制模塊構(gòu) 成；哈特曼波前傳感器由孔徑分割元件和光電探測器構(gòu)成；后組調(diào)焦物鏡(7)、第二分 光鏡(8)、第三分光鏡(9)、口徑匹配系統(tǒng)(10)、第一反光鏡(11)、旋轉(zhuǎn)信標(biāo)裝置(12)、 信標(biāo)光直準(zhǔn)系統(tǒng)(13)、LD半導(dǎo)體激光器(14)、目標(biāo)系統(tǒng)(15)、小孔光闌(16)和哈 特曼波前傳感器(18)放置在測量儀的殼體內(nèi)構(gòu)成可以在水平方向上前后平移的移動部 分，所述移動部分由計算機(jī)系統(tǒng)(17)控制步進(jìn)電機(jī)搭載在導(dǎo)軌上前后平移；近紅外發(fā) 光二極管(2)照明待測人眼(1)，通過第一分光鏡(3)反射，由瞳孔成像物鏡(4) 將待測量人眼(1)瞳孔成像在瞳孔相機(jī)(5)上，再將瞳孔相機(jī)(5)輸出的視頻信號 在計算機(jī)系統(tǒng)(17)上顯示；調(diào)整測量儀的位置，使待測人眼(1)瞳孔中心位于測量 儀光軸中心，再由被測量者用眼睛通過第一分光鏡(3)、前組調(diào)焦物鏡(6)、后組調(diào)焦 物鏡(7)、第二分光鏡(8)、第三分光鏡(9)觀察目標(biāo)系統(tǒng)(15)中出現(xiàn)的一個無窮 遠(yuǎn)處的目標(biāo)；完成對準(zhǔn)后，LD半導(dǎo)體激光器(14)發(fā)出的信標(biāo)光，由信標(biāo)光準(zhǔn)直系統(tǒng) (13)進(jìn)行準(zhǔn)直、擴(kuò)束，經(jīng)旋轉(zhuǎn)信標(biāo)裝置(12)、第一反射鏡(11)反射后，再經(jīng)第二 分光鏡(8)反射，透過前組調(diào)焦物鏡(6)、后組調(diào)焦物鏡(7)、第一分光鏡(3)，進(jìn) 入待測人眼(1)，待測人眼(1)眼底散射的信標(biāo)光透過第一分光鏡(3)、前組調(diào)焦物 鏡(6)、后組調(diào)焦物鏡(7)，再透過第二分光鏡(8)，經(jīng)第三分光鏡(9)反射，進(jìn)入 口徑匹配系統(tǒng)(10)，出射光進(jìn)入哈特曼波前傳感器(18)，哈特曼波前傳感器(18)中 光電探測器采集的視頻信號輸入計算機(jī)系統(tǒng)(17)；完成光路調(diào)整操作后，自動離焦補(bǔ) 償系統(tǒng)的離焦調(diào)節(jié)控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)搭載移動部分在導(dǎo)軌上從最大正離焦補(bǔ)償位 置以等間距方式平移至最大負(fù)離焦補(bǔ)償位置，并通過哈特曼波前傳感器(18)中的光電 探測器采集移動部分位于不同調(diào)焦位置時對應(yīng)的哈特曼波前傳感器光斑圖像序列，即對 待測人眼實施不同離焦補(bǔ)償量；完成光斑圖像序列采集后，自動離焦補(bǔ)償系統(tǒng)的圖像分 析控制模塊通過光斑質(zhì)量評價算法確定最佳光斑圖像，根據(jù)最佳光斑圖像在圖像序列中 的序號計算最佳離焦補(bǔ)償量，即自動離焦補(bǔ)償系統(tǒng)補(bǔ)償?shù)碾x焦量，并控制步進(jìn)電機(jī)搭載 移動部分平移至最佳離焦補(bǔ)償量對應(yīng)的導(dǎo)軌位置，實現(xiàn)對待測人眼的自動離焦補(bǔ)償；

所述的自動離焦補(bǔ)償人眼像差哈特曼測量儀，其特征在于：所述的自動離焦補(bǔ)償系 統(tǒng)的圖像分析控制模塊通過光斑質(zhì)量評價算法確定最佳光斑圖像，根據(jù)最佳光斑圖像在 圖像序列中的序號計算最佳離焦補(bǔ)償量的過程為：

圖像分析控制模塊中圖像評價算法對光斑質(zhì)量的評價由以下三個評價指標(biāo)構(gòu)成： (1)哈特曼波前傳感器光斑質(zhì)心相對于哈特曼波前傳感器子孔徑中心的偏移程度；光 斑質(zhì)心越靠近子孔徑中心，該評價指標(biāo)判斷光斑質(zhì)量越好；(2)以哈特曼波前傳感器光 斑質(zhì)心為中心的小區(qū)域占據(jù)的能量與對應(yīng)哈特曼子孔徑中總能量的比值；小區(qū)域占據(jù)子 孔徑的能量越大，該評價指標(biāo)判斷光斑質(zhì)量越好；(3)哈特曼波前傳感器光斑形態(tài)的似 圓度，即接近圓形的程度；光斑形態(tài)越接近圓形，該評價指標(biāo)判斷光斑質(zhì)量越好；以上 三個評價指標(biāo)的數(shù)學(xué)表達(dá)如下：

(1)哈特曼波前傳感器光斑質(zhì)心相對于哈特曼波前傳感器子孔徑中心的偏移程度， 通過歸一化的歐式距離表達(dá)：

D=(x-x0)2+(y-y0)2(m/2)2+(n/2)2---(1)]]>

其中，m和n是子孔徑的長和寬；(x₀，y₀)是子孔徑中心；(x，y)是光斑質(zhì)心，計算方式 如下：

x=Σ(i,j)∈Wm,nxi,j·Ii,jΣ(i,j)∈Wm,nIi,j,]]>y=Σ(i,j)∈Wm,nyi,j·Ii,jΣ(i,j)∈Wm,nIi,j---(2)]]>

其中，W_m，n是子孔徑中像素坐標(biāo)集合；(i，j)是子孔徑中像素坐標(biāo)；I_i，j是對應(yīng)像素的光 強(qiáng)；(x_i，j，y_i，j)是第(i，j)個像素的x坐標(biāo)和y坐標(biāo)；

(2)以哈特曼波前傳感器光斑質(zhì)心為中心的小區(qū)域占據(jù)的能量與對應(yīng)哈特曼子孔 徑中總能量的比值，定義如下：

E=Σ(x,y)∈Ws,tIx,yΣ(i,j)∈Wm,nIi,j---(3)]]>

其中，s和t是以光斑質(zhì)心(x，y)為中心的小區(qū)域W_s，t的長和寬；

(3)哈特曼波前傳感器光斑形態(tài)的似圓度，即接近圓形的程度，定義如下：

S=Maxi∈η‾{Ri}Mini∈η‾{Ri}---(4)]]>

其中，是以質(zhì)心為中心的八個檢測方向；R_i是檢測方向上像素點(diǎn)光強(qiáng)總和，計算方式 如下：

Ri=Σx,y∈WiIx,y---(5)]]>

其中，W_i是該方向上像素坐標(biāo)集合；

獲得以上三個評價指標(biāo)數(shù)學(xué)表達(dá)后，圖像評價算法確定最佳光斑圖像的具體過程如 下：首先根據(jù)以上三個評價指標(biāo)，計算光斑圖像中哈特曼波前傳感器每個子孔徑所包含 的光斑對應(yīng)的質(zhì)量評價值，然后將所有子孔徑中光斑質(zhì)量的評價值求和，作為哈特曼波 前傳感器光斑圖像質(zhì)量的判別值，哈特曼波前傳感器光斑圖像質(zhì)量判別式定義如下：

P(Ii,j)=Σn∈N(cos(Dn×π2)+En+Sn-1.5)---(6)]]>

其中，N是哈特曼子孔徑陣列數(shù)目；判別值P(I_i，j)取值越大，算法判斷光斑圖像質(zhì)量越 好；

根據(jù)最佳光斑圖像在圖像序列中的序號計算最佳離焦補(bǔ)償量的具體過程如下：初始 時刻移動部分位于最大正離焦補(bǔ)償位置，即圖像序列中第一幀圖像對應(yīng)最大正離焦補(bǔ)償 量，然后離焦調(diào)節(jié)控制模塊控制步進(jìn)電機(jī)搭載移動部分在導(dǎo)軌上從最大正離焦補(bǔ)償位置 以等間距方式平移至最大負(fù)離焦補(bǔ)償位置，因此相鄰兩幀圖像之間具有相同間距的離焦 量；通過哈特曼光斑圖像質(zhì)量判別式(6)計算圖像序列中每幀圖像的判別值P(I_i，j)， 通過比較每幀圖像的判別值，找到具有最大判別值的最佳光斑圖像，同時獲得最佳光斑 圖像對應(yīng)的序號，最佳離焦補(bǔ)償量計算公式如下：

f=F-nN×Δf---(7)]]>

其中，F(xiàn)是最大正離焦補(bǔ)償量；Δf是相鄰兩幀圖像之間離焦量的間距；N是哈特曼 波前傳感器光電探測器采集的光斑圖像總幀數(shù)；n是最佳光斑圖像在圖像序列中的序 號。