[发明专利]一种三维眼动追踪系统及其追踪方法

权利要求书

1.一种三维眼动追踪系统，其特征在于，包括依次连接的瞳孔相机成像模块、图像识别分析模块、马达控制模块和OCT系统模块；

所述瞳孔相机成像模块通过瞳孔相机实时获取瞳孔的图像；

所述图像识别分析模块通过阈值方法，得到实时瞳孔相机图像中环形映光点的半径或直径相对初始瞳孔相机图像中环形映光点的半径或直径的变化量ΔR，进一步得出人的眼动沿眼轴方向的移动量，然后换算为回到准确的工作距离，并由此得出马达应该移动的位移量ΔZ；再通过图像识别分析模块得出实时瞳孔相机图像中环形映光点的中心离瞳孔相机光轴的偏移，并与初始瞳孔相机图像中环形映光点的中心离瞳孔相机光轴的偏移对比，得出人眼在水平和竖直方向的偏移量，据此换算为调整接目镜和人眼的中心对齐的马达的水平方向位移量ΔX和竖直方向位移量ΔY；

所述马达控制模块根据计算出的ΔX、ΔY、ΔZ，分别调整相应的马达，使得人眼在有眼动的情况下，始终保持准确的工作距离，并且和接目镜中心对齐；

所述OCT系统模块在有实时眼动追踪的辅助下，进行眼前节OCT和眼后节OCT成像。

2.根据权利要求1所述的一种三维眼动追踪系统，其特征在于，所述瞳孔相机成像模块由环形瞳孔照明LED、接目镜、成像透镜和相机构成，所述环形瞳孔照明LED由排列成圆环状的不少于3个等间距排列的LED组成。

3.一种如权利要求1或2所述的三维眼动追踪系统的追踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)对待测物进行成像采集从而获取不少于两幅图像；

(2)追踪眼睛沿眼轴方向的移动，得到第二图像中环形映光点的半径或直径相对初始图像中环形映光点的半径或直径的变化量ΔR；根据变化量ΔR换算为马达移动的位移量ΔZ；

(3)追踪眼睛沿水平和竖直方向的移动，得出人眼在水平和竖直方向的偏移量，据此换算为调整接目镜和人眼的中心对齐的马达的水平方向位移量ΔX和竖直方向位移量ΔY；

(4)根据计算出的ΔX、ΔY、ΔZ调节马达进行移动；

(5)最终通过OCT系统模块进行成像。

4.根据权利要求3所述的一种三维眼动追踪系统的追踪方法，其特征在于，所述步骤(2)中追踪眼睛沿眼轴方向的移动的具体步骤如下：

(2.1)根据图像中的环形映光点，通过拟合计算出每个图像中环形映光点的半径或直径；

(2.2)当有眼动时，后一个图像中环形映光点的半径或直径相对前一个图像中环形映光点的直径会有变化量ΔR，当变化量ΔR超出阈值时，向马达控制模块发出指令，使马达移动相应的位移量ΔZ。

5.根据权利要求4所述的一种三维眼动追踪系统的追踪方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中计算变化量ΔR和位移量ΔZ的具体步骤如下：在傍轴近似条件下，环形瞳孔照明LED的直径为：

其中m_L为光学系统的放大倍数，R_c为人眼角膜半径，w为眼睛与接目镜之间的距离，d为环形瞳孔照明LED的中心到接目镜顶点之间的距离；

由上式求导数可得环形映光点直径随工作距离的变化为：

其中变化量马达移动相应的位移量ΔZ＝-dw。

6.根据权利要求4所述的一种三维眼动追踪系统的追踪方法，其特征在于，所述步骤(2.2)中阈值的确定方法如下：所述环形映光点的半径或直径变化大小阈值不小于环形映光点的半径或直径的测试可重复性。

7.根据权利要求3所述的一种三维眼动追踪系统的追踪方法，其特征在于，所述步骤(3)中追踪眼睛沿水平和竖直方向的移动的具体步骤如下：

(3.1)取其中一幅图像为第一图像，计算第一图像中的环形映光点中心离瞳孔相机光轴的偏移；

(3.2)选取另外一幅图像作为第二图像，计算第二图像中的环形映光点中心离瞳孔相机光轴的偏移；

(3.3)当有眼动时，第二图像中环形映光点中心离瞳孔相机光轴的偏移相对初始图像即第一图像中环形映光点中心离瞳孔相机光轴的偏移有变化量，当变化量超出阈值时，调整水平和竖直位置，使得眼睛始终与接目镜中心重合，其中移动的水平位移量为ΔX、竖直位移量为ΔY。

8.根据权利要求3所述的一种三维眼动追踪系统的追踪方法，其特征在于，所述步骤(5)中通过OCT系统模块进行成像的具体步骤如下：眼前节OCT成像时，从系统内部将OCT前后节切换模块移入OCT光路中即可对眼前节进行成像；当进行眼后节OCT成像时，从系统内部将OCT前后节切换模块移出OCT光路即可对眼后节进行成像。