CN102824160B - 眼球运动监测方法及其设备 - Google Patents

Abstract

一种眼球运动监测方法及其设备，包括：采集眼球的图像帧；根据预先设定的阀值，提取属于瞳孔的瞳孔像素集合(S)；提取所述瞳孔像素集合的边界值；针对所述边界值设置中心点，将所述瞳孔像素集合划分为四个象限集合(S1、S2、S3、S4)；第一和第三象限集合(S1、S3)的像素构成一条直线，第二和第四象限集合(S2、S4)构成一条直线，计算两条直线的相交点坐标，遍历这四个象限中的点，交点构成瞳孔中心坐标集合(S5)；根据所述瞳孔中心坐标集合(S5)，计算水平、垂直方向的平均值，所述平均值为瞳孔的中心点位置。本发明的眼球运动监测方法及其设备能够直接观察并记录眼球运动影像，能够实时分析、记录并以图形方式显示眼球运动状态。

Description

眼球运动监测方法及其设备

技术领域

本发明涉及眼球运动的监测技术，更具体而言涉及眼球运动监测方法及其设备。

背景技术

在耳神经科及前庭功能检查医学领域，良性阵发性位置性眩晕(benign positional paroxysmal vertigo，BPPV)是头部运动到某一特定位置时诱发的短暂眩晕，是一种具有自限性的周围性前庭疾病。该病发病率较高，约占所有周围性眩晕的17％～20％。BPPV耳石复位治疗技术已经成熟，成功复位治疗的基础是对耳石累及半规管的准确定位。目前BPPV的定位诊断和复位都基于医生目测患者的眼球运动情况。

现有的BPPV定位诊断和复位存在以下几方面的缺点：

1、很多情况下眼球运动比较细弱，仅凭肉眼观察很容易被忽略。

2、通过肉眼直接观察眼球运动，得到的结果是粗略的，且掺杂了医生的主观判断，缺乏定量分析手段。

3、检查过程中患者的眼球运动影像资料无法保存。

4、缺乏检查过程中资料，导致术前与术后效果不能得到定量的分析结果。

5、设备复杂，患者使用起来不方便，不适于临床使用。

传统方法中的上述缺陷，容易影响BPPV的定位诊断和后续复位治疗。因此，亟须一种能辅助医生进行准确诊断及治疗的专用方法和设备。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种眼球运动监测方法，包括：

采集眼球的图像帧；根据预先设定的阀值，提取属于瞳孔的瞳孔像素集合；

提取所述瞳孔像素集合的边界值；

针对所述边界值设置中心点，从而将所述瞳孔像素集合划分为第一象限集合、第二象限集合、第三象限集合和第四象限集合；

第一象限集合和第三象限集合的像素构成一条直线，第二象限集合和第四象限集合构成一条直线，计算两条直线的相交点坐标，遍历这四个象限中的点，所得到的交点构成瞳孔中心坐标集合；以及

根据所述瞳孔中心坐标集合，计算水平、垂直方向的平均值，所述平均值为瞳孔的中心点位置。

根据本发明的另一方面，提供一种眼球运动监测设备，包括：

视频图像采集装置，其定期采集眼球的视频或图像，并将视频图像转化为电信号；

分析控制装置，其接收视频图像采集装置发送的电信号，根据瞳孔像素在灰度上的不同，计算瞳孔位置，提取出眼球运动的水平、垂直方向的运动数据；

显示装置，其接收分析控制装置的分析后的眼球运动数据及原始视频图像，并显示该视频图像及以图形显示眼球运动的水平、垂直方向数据；

存储装置，其接收分析控制装置传送的图像以及分析结果并存储，为了增加存储效率，视频图像的电信号被压缩后再存储。

本发明的眼球运动监测方法及其设备能够直接观察并记录眼球运动影像，能够实时分析、记录并以图形方式显示眼球运动状态。

通过本发明的实时图像捕捉与分析技术，更直观、客观地记录和分析患者在各个体位的诱发眼震，能够进行准确定位诊断和疗效评估，并且保存了眼球运动数据资料，也有利于进一步指导临床实践和教学和科研工作。

附图说明

图1为本发明的眼球运动监测设备的方框图；

图2为本发明的眼球运动监测设备的一个实现方式的分解立体图；

图3为图2所示的眼球运动监测设备的电功能框图；

图4为本发明的眼球运动监测方法的流程图；

图5为本发明的眼球运动监测结果的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明。

图1为本发明的眼球运动监测设备的方框图，该眼球运动监测设备包括：视频图像采集装置2，其定期采集眼球的视频或图像，并将视频图像转化为电信号；分析控制装置3，其接收视频图像采集装置2发送的电信号，对其进行图像分析，提取眼球运动的水平、垂直方向的运动数据；显示装置4，其接收分析控制装置3的分析后的眼球运动数据及原始视频图像，并显示该视频图像及以图形显示眼球运动的水平、垂直方向数据；存储装置6，其接收分析控制装置3传送的图像以及分析结果并存储，为了增加存储效率，视频图像的电信号被压缩后再存储。所述眼球运动监测设备还包括供电装置1，其可以是电池，或市电。

在进一步的实施例中，所述视频图像采集装置2包括两个子采集装置，分别用于采集一个眼球的运动，从而可以同时采集患者的两个眼球的运动，向医生提供更丰富的数据。所述每个子采集装置包括红外摄像头和用于给红外摄像头补光的红外灯。

在更进一步的实施例中，所述眼球运动监测设备还包括人机接口装置5，其用于医生对分析控制装置进行设置，包括：设置监测设备以预览模式或录像模式进行工作，设置仪器的日期时间，浏览、删除及播放已记录的视频文件，控制录像的开始、暂停及停止，控制视频文件播放的开始、暂停、停止。

在更进一步的实施例中，所述眼球运动监测设备还包括外部接口装置7，其与存储装置6相连，通过该接口可以将存储装置6内存储的数据导出到外部，例如性能更强大的计算机来进行其他研究。

图2为本发明的眼球运动监测设备的一个实现方式的分解立体图。图3为该眼球运动监测设备的电功能框图。如图2所示，A部(佩带部)和B部(分析显示部)可以卡合在一起，当然也可以使用其他连接方式，例如粘合，螺丝固定连接。A部和B部的外壳为塑料制成，以减轻设备重量。A部具有符合人面部轮廓的弧形，以使得眼球尽可能贴近A部。

A部两侧设置有头带扣207，用于穿接头带，检查时通过头带将检测设备固定到使用者头部，眼睛对准摄像头205，在该实施例中，摄像头采用了针孔式红外摄像头，视频图像采集装置2包括第一红外摄像头8和第一红外灯9，以及第二红外摄像头10和第二红外灯11。而且在该实施例中，采用电池供电，电池设置在电池仓206中，可以使得设备更便携。A部上的佩带侧还设置垫圈胶来增加佩带舒适度。

B部内装有一PCB电路板202，在该PCB电路板202上集成有分析控制装置3、人机接口装置5、存储装置6和外部接口装置7。分析控制装置3可以是ARM处理器、MCU等具有计算功能的装置，存储装置6可以是Flash卡、EEPROM等非易失性存储器，外部接口装置7可以是USB接口等，B部一侧开有USB接口开口204。

液晶显示屏201也可以采用其他显示装置，如LCD，其连接到PCB电路板上的分析控制装置3。在B部的上侧设置有控制按键203，医生可以通过其可以向人机接口装置5发送电控制信号。

下面结合图4的流程图来描述本发明的眼球运动监测设备实现的眼球运动监测方法。

在步骤401，从视频图像采集装置2中采样一帧图像，可以设定每帧图像的采样时间间隔，例如为33毫秒。分析控制装置3与视频图像采集装置2处于实时的连接传输状态，可以直接提取摄像头拍摄的图像。

在步骤402，分析控制装置3从上至下从左至右扫描图像的所有像素，可以假定图像左下角为坐标为(0，0)，根据预先设定的灰度阀值，初步判断该像素是否属于瞳孔像素。优选地将阈值设定为35，当扫描到的像素的灰度小于35时，可以认为该像素属于瞳孔，则将该像素加入瞳孔像素集合S；

在步骤403，判断是否已扫描完图像，如果扫描未完成，则继续扫描，如果已完成，则转到步骤404；

在步骤404，在该步骤中去除集合S中可能存在的噪声点并修正边界，例如，对于集合S中的任何一点，如果其左、右、上、下四个相邻点都不是集合S中的点，则该点可以判定为噪声点，则集合S中去除该点。如果该点对边界值有影响，则重新设定边界值。

在步骤405，根据在步骤404中记录的边界值，设置中心点，根据中心点，将集合S划分为四个象限(1、2、3、4象限)，从而得到四个象限集合S1、S2、S3和S4；

在步骤406，从四个象限中各取一个像素，其中1、3象限的像素构成一条直线，2、4象限的像素构成一条直线，计算两条直线的相交点坐标，遍历这四个象限中的点，所得到的交点放入瞳孔中心坐标集合S5；

在步骤407，判断是否计算完毕，如未完成则继续，如完成则转入步骤408；

在步骤408，根据集合S5，计算水平、垂直方向的平均值，该值即为瞳孔的中心点坐标；

在步骤409，在液晶屏上描绘该帧图像的分析结果。如果连续采集，则流程返回到步骤401重新开始处理下一帧图像。

跟据采样频率以及图像总帧数，计算在绘图坐标系，坐标系(坐标系的原点为图像左下角)中的x值；根据当前图像的水平、垂直方向数据，分别计算在绘图坐标系中的y值；然后进行绘图。

图5显示了一个眼球运动监测结果的示意图，在水平、垂直方向数据显示坐标系512中，曲线513表示水平方向的数据，曲线514表示垂直方向的数据，当水平数据的曲线在Y轴上的数值逐渐增大时，表示瞳孔正在向右运动，当数值逐渐减少时，表示瞳孔正在向左运动；当垂直数据的曲线在Y轴上的数值逐渐增大时，表示瞳孔正在向上运动，当数值逐渐较少时，表示瞳孔正在向下运动；据此，医生可以从两个曲线中清楚的获知眼球的运动轨迹。

以上所述为本发明的优选实施方案。应当指出，对于本领域的技术人员来说，基于本发明同样的原理，还可以做出若干变型和改进，以及本技术方案在其他相似领域的应用，但这些均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种眼球运动监测方法，包括：

采集眼球的图像帧；

根据预先设定的阀值，提取属于瞳孔的瞳孔像素集合(S)；

提取所述瞳孔像素集合的边界值；

其特征在于，针对所述边界值设置中心点，从而将所述瞳孔像素集合划分为第一象限集合(S1)、第二象限集合(S2)、第三象限集合(S3)和第四象限集合(S4)；

第一象限集合(S1)和第三象限集合(S3)的像素构成一条直线，第二象限集合(S2)和第四象限集合(S4)的像素构成一条直线，计算两条直线的相交点坐标，遍历这四个象限中的点，所得到的交点构成瞳孔中心坐标集合(S5)；以及

根据所述瞳孔中心坐标集合(S5)，计算水平、垂直方向的平均值，所述平均值为瞳孔的中心点位置。

2.根据权利要求1所述的眼球运动监测方法，其特征在于，还包括：针对所述瞳孔像素集合(S)中的任何一点，如果其左、右、上、下四个相邻点都不是瞳孔像素集合(S)中的点，则将该点从所述瞳孔像素集合(S)中去除。

3.根据权利要求2所述的眼球运动监测方法，其特征在于，还包括：如果该点对边界值有影响，则重新设定边界值。

4.根据权利要求1所述的眼球运动监测方法，其特征在于，还包括：所述图像帧为通过红外摄像设备采集的图像帧。

5.根据权利要求1所述的眼球运动监测方法，其特征在于，还包括：所述阀值为值为35的灰度阈值。

6.一种眼球运动监测设备，包括：

视频图像采集装置，其定期采集眼球的视频或图像，并将视频图像转化为电信号；

分析控制装置，其接收视频图像采集装置发送的电信号，根据瞳孔像素在灰度上的不同，计算瞳孔位置，提取出眼球运动的水平、垂直方向的运动数据；

显示装置，其接收分析控制装置的分析后的眼球运动数据及原始视频图像，并显示该视频图像及以图形显示眼球运动的水平、垂直方向的运动数据；

存储装置，其接收分析控制装置传送的图像以及分析结果并压缩后再存储；

其特征在于，所述分析控制装置针对视频图像采集装置传送的图像，根据预先设定的阀值，提取属于瞳孔的瞳孔像素集合(S)；

提取所述瞳孔像素集合的边界值；

针对所述边界值设置中心点，将所述瞳孔像素集合划分为第一象限集合(S1)、第二象限集合(S2)、第三象限集合(S3)和第四象限集合(S4)；

第一象限集合(S1)和第三象限集合(S3)的像素构成一条直线，第二象限集合(S2)和第四象限集合(S4)的像素构成一条直线，计算两条直线的相交点坐标，遍历这四个象限中的点，所得到的交点构成瞳孔中心坐标集合(S5)；以及

根据所述瞳孔中心坐标集合(S5)，计算水平、垂直方向的平均值，所述平均值为瞳孔的中心点位置。