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基于placido盘的角膜图像采集系统的研制

作　者: 陈晓科
导　师: 隋成华
学　校: 浙江工业大学
专　业: 光学工程
关键词: 角膜地形图仪 角膜图像采集系统 面阵CCD 望远物镜 placido盘
分类号: R770.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


角膜地形图仪是现代眼科医学检测中重要的测量仪器，其主要用作人眼角膜表面形貌特征的定量检测，可将眼角膜表面的形貌信息用数据或处理图像的形式给出，为眼科医生对角膜测量提供方便，普遍应用与角膜病症的检查（如圆锥角膜），激光近视手术前的角膜形貌检查，硬性透气性隐形眼镜（RGP）以及角膜塑形镜（OK镜）验配时的角膜测量中。本课题是基于placido盘的角膜地形图仪开发中的角膜图像采集部分的研究，主要包括：角膜图像采集系统中CCD的选型及驱动设计、图像采集系统中投射系统设计、角膜图像采集系统光学系统设计与实现三个部分。本文将对以上三个部分分别进行探讨。针对角膜图像采集要求，选用索尼公司ICX424AL面阵CCD作为图像采集系统的图像传感器。分析了ICX424AL的驱动时序要求，在应用高性能模拟前端处理芯片AD9949A和ALTERA公司的MAX2系列EPM240T100C5N共同为CCD提供驱动脉冲信号的基础上，采用Verilog硬件描述语言实现驱动时序的逻辑设计，利用ALTERA公司的软件QuartusⅡ软件进行功能仿真，并针对EPM240T100C5N芯片进行了硬件适配，最终实现了对ICX424AL驱动设计。投射系统设计包括placido盘和背光源的设计，要实现角膜表面形貌的采集首先要使投射系统在人眼角膜上产生清晰、均匀、柔和的圆环像，为此对placido盘的结构和制作工艺进行了深入的探讨，并设计了背光源的电源驱动。根据系统设计要求选用一种初始的光学透镜结构，用CODEV光学设计软件对该光学结构进行了优化设计，实现了焦距为20mm，视场角20°，入瞳直径为2mm的光学系统。通过研制的角膜图像采集系统对眼角膜图像进行采集，placido盘在眼角膜上投射的同心圆环满足了上位机对角膜图像进行计算的精度要求。实现了对人眼角膜图的清晰采集，采集图像的分辨率为640（H）×480（V），图像的采集速率为60fps，通过与意大利CSO型角膜地形图仪中的图像采集系统进行对比，证明设计的图像采集系统达到了图像处理软件对角膜表面采样点的提取要求。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-8
目录  8-10
第一章 绪论  10-15
  1.1 引言  10
  1.2 角膜地形图仪的发展简介  10-12
    1.2.1 角膜地形图仪的发展历史  10-11
    1.2.2 国内外的发展现状和趋势  11-12
  1.3 本课题的研究意义  12-13
  1.4 本课题研究的主要内容  13-15
第二章 系统总体设计思路  15-27
  2.1 几种角膜地形图测量原理简介  15-17
  2.2 基于placido盘的角膜地形图仪结构及工作原理  17-22
    2.2.1 角膜地形图仪的系统结构  17-18
    2.2.2 角膜地形图仪的工作原理  18-19
    2.2.3 图像特征信息提取  19
    2.2.4 结果输出  19-22
  2.3 基于placido盘的角膜数据分析算法  22-27
第三章 面阵CCD的驱动设计  27-47
  3.1 CCD的性能指标  27-29
    3.1.1 面阵CCD分类  27-28
    3.1.2 CCD的基本特性指标  28-29
  3.2 CCD的选择  29-30
  3.3 面阵CCD芯片ICX424AL  30-37
    3.3.1 ICX424AL图像传感器  30-31
    3.3.2 ICX424AL时序分析  31-34
    3.3.3 ICX424AL驱动时钟波形要求  34-37
  3.4 CCD驱动电路的实现方法  37-42
    3.4.1 驱动芯片CXD3400N  37-38
    3.4.2 CPLD驱动实现  38-42
  3.5 AD9949A的驱动实现  42-47
    3.5.1 AD9949A特性  42-43
    3.5.2 AD9949A的可编程性  43-44
    3.5.3 AD9949A内部寄存器配置  44-47
第四章 placido 盘投射系统设计和制作  47-58
  4.1 placido盘的设计和制作  47-54
    4.1.1 placido盘的面型  47-49
    4.1.2 placido盘的数据测  49-51
    4.1.3 placido盘的加工工艺  51-52
    4.1.4 placido盘的材料  52-54
  4.2 背光源设计  54-58
    4.2.1 环形LED背光源设计  54-55
    4.2.2 LED光源驱动电路设计  55-58
第五章 成像透镜系统的设计与实现  58-68
  5.1 角膜地形图仪光学系统的结构特征  58-60
  5.2 应用CODEV进行光学系统的设计  60-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章 总结与展望  68-70
  6.1 工作总结  68
  6.2 工作的改进和未来研究构思  68-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
硕士期间发表的论文  75

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中图分类: > 医药、卫生 > 眼科学 > 眼科诊断学
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