ES2225826T3 - Mejoras en el seguimiento de la mirada en un comprobador de campo visual. - Google Patents

Abstract

ES DESCRITO UN APARATO TESTADOR DE CAMPO Y EL METODO EN EL CUAL EL MOVIMIENTO GRADUAL DEL ACOPADO DE BARBILLA QUE SOPORTA LA CABEZA PARA MANTENER UNA RELACION CENTRADA ENTRE EL OJO QUE ES TESTADO Y LA ESTRUCTURA DE LENTES GRADUADAS QUE SUJETAN LA PRESCRIPCION REQUERIDA PARA LA VISION OPTIMA DEL PACIENTE. DURANTE EL TEST, ESTA PROVISTA UNA ILUMINACION ALTERNANTE EN EL INFRARROJO ENTRE UNA REFLEXION CORNEAL CENTRAL Y UNA FUENTE QUE ILUMINA EL IRIS QUE IMPARTE UNA IMAGEN DE IRIS CIRCULAR DE BRILLO DE CONTRASTE ALTO RODEANDO UNA PUPILA OSCURA CENTRAL. LAS MEMORIAS DIRECCIONABLES DE CONTENIDO SON USADAS PARA DELINEAR AREAS DE CAMBIO DE CONTRASTE PARA EL ANALISIS DEL MICROPROCESADOR ABREVIADO Y RAPIDO DE LAS IMAGENES RAM CONVENCIONALES. AMBAS, LA IMAGEN DE REFLEXION CORNEAL - QUE ES UNA RANURA ILUMINADA BRILLANTEMENTE EN UN FONDO OSCURO DIFERENTE -- Y LA IMAGEN PUPILAR - QUE ES UNA PUPILA OSCURA RODEADA POR UNA IMAGEN DE ALTO CONTRASTE ILUMINADA BRILLANTEMENTE DEL IRIS ESTAN APROXIMADAMENTE COLOCADAS EN SUS LIMITES USANDO MEMORIA DIRECCIONABLE DE CONTENIDO. EL DATO DE VIDEO ALMACENADO CONVENCIONALMENTE ES PROCESADO A LUGARES RESTRINGIDOS A LOS LIMITES DE ALTO CONTRASTE. PARA LA COLOCACION DEL CENTRO DE LA PUPILA, SON DESCRITAS TECNICAS ESPECIALES PARA EXAMINAR LOS PRIMEROS Y SEGUNDOS DERIVADOS DE LA IMAGEN PARA ESTABLECER EL CENTRO DE LA PUPILA DENTRO DE LOS LIMITES DE LAS SUBIMAGENES. ESOS METODOS INCLUYEN LAS MEJORAS DE VELOCIDAD DE PROCESADO DE DATOS SUFICIENTES PARA PERMITIR LA APLICACION DE PARTICION DE TIEMPO DE UN MICROPROCESADOR HABIENDO CONSIDERADO UNA MEDIDA DE ANGULO COMO UN SUCESO PERIFERICO AL CONTROL DEL INSTRUMENTO, Y LA RECOGIDA DE DATOS REQUERIDA EN TAL PRUEBA EN EL EMPLAZAMIENTO.

Description

Mejoras en el seguimiento de la mirada en un comprobador de campo visual.

Este invento se refiere a un analizador de campo visual para comprobar la percepción óptica de la retina del ojo humano. El método y el aparato descritos incluyen una mentonera móvil, para mantener centrado el ojo sobre cualquier imagen de prueba utilizada durante el examen e incluye técnicas para calcular rápidamente la dirección de la mirada, incluyendo el uso de memorias accesibles por contenido.

Antecedentes del invento

En la patente norteamericana núm. 5.220.361, de Lehmer y otros, expedida el 15 de Junio de 1993, titulada "Seguimiento de la mirada para analizador de campo", los inventores divulgan un método y un aparato para seguir el ángulo de la mirada del ojo humano durante una denominada "prueba de campo".

Un analizador de campo es un dispositivo para inspeccionar la sensibilidad de una retina de un paciente. Una traza luminosa, denominada punto, es proyectada sobre una pantalla de proyección hemisférica durante un corto período de tiempo. Un paciente que mira a la pantalla de proyección hemisférica desde el centro de una esfera, fija su mirada a lo largo de una línea en una fuente de luz de fijación montada en la superficie de la concha. El punto de proyección sobre la pantalla de proyección hemisférica cambia de manera controlable a posiciones separadas de la fuente de luz de fijación. Preferiblemente, se hace variar la intensidad del punto a medida que éste se mueve de una posición a otra en la pantalla de proyección hemisférica. El paciente realiza una determinación subjetiva oprimiendo un pulsador de respuesta, Fig. 1A, referencia 30, si se ve el punto. Situando el punto en posiciones conocidas en la pantalla hemisférica de proyección y cambiando el brillo (en un orden de magnitud total de cuarenta a uno), se mide y se representa cartográficamente la sensibilidad de la retina del paciente.

Este simple concepto presenta dos problemas ópticos básicos en la interrelación con el paciente. En primer lugar, el paciente debe fijarse en el centro de la pantalla de proyección hemisférica. Esta fijación debe mantenerse cuando se presenta el punto, usualmente en el lateral de la línea de visión fija del paciente, si el punto ha de caer en una parte consistente de la retina. En segundo lugar, la visión del paciente debe corregirse, usualmente, en forma apropiada para enfocar la superficie de la pantalla de proyección hemisférica sobre la retina.

Se comprenderá que el foco resulta particularmente crítico cuando se mide la sensibilidad de la retina en el umbral de la percepción visual del paciente; cuando el foco del paciente no es correcto, no se detectan objetivos que deben ser vistos y se obtienen resultados erróneos. Ello se debe al hecho de que un punto de luz desenfocado aparece más apagado que uno enfocado.

Las gafas del paciente casi nunca resultan adecuadas para proporcionar una visión enfocada de los puntos en la pantalla de proyección hemisférica, al menos por tres razones. La primera es que la montura de las gafas del paciente variará de tamaño y de forma de manera impredecible. No se conocen ni las zonas en que obstaculizan la visión ni el ángulo de inclinación de la lente. Además, es vital que las condiciones del examen puedan repetirse durante un período que abarque muchos años. Esto se vería afectado por cambios de los elementos correctores de la vista del paciente.

En segundo lugar, la prescripción óptica de las gafas del paciente es, casi siempre, deficiente para la distancia focal particular (usualmente unos 30 centímetros) requerida para el examen. Las gafas casi nunca corrigen la visión del paciente para la distancia existente entre el ojo de éste y la superficie de la pantalla.

En tercer lugar, el ángulo de visión de las gafas del paciente es, usualmente, deficiente. Por ejemplo, las gafas del paciente pueden incluir lentes bifocales o variables que cambian la distancia focal del paciente en función de la posición del punto en la pantalla. Cuando se está realizando el examen del campo visual de un paciente, tales gafas proporcionan resultados erróneos.

Debido a estas limitaciones, la visión durante un examen de campo es corregida, típicamente, por las denominadas lentes de prueba, que se seleccionan para proporcionar una visión corregida para la distancia focal de 30 centímetros y que se ponen cerca del ojo, en un porta-lente de prueba. Además, usualmente hacen falta dos lentes, una para corregir la potencia esférica y otra para corregir la potencia cilíndrica (astigmática).

La corrección de la línea de visión del paciente se consigue añadiendo una o dos lentes de prueba a la trayectoria óptica, directamente delante del ojo del paciente. Estas lentes, usualmente redondas, está hechas con una diversidad de potencias esférica y cilíndrica y son seleccionadas por el operador basándose en la prescripción del paciente, corregida a 30 centímetros, el radio de la pantalla de proyección hemisférica.

Las lentes de prueba estándar tienen un diámetro relativamente pequeño (del orden de 3,5 cm). El centro de las lentes de prueba debe colocarse en el centro aproximado del ojo para evitar los efectos prismáticos asociados con lentes potentes. Además, las lentes de prueba deben encontrarse cerca del ojo, para evitar que el porta-lente de prueba, o su marco, obstaculicen la visión del paciente. La mayor parte de los exámenes de campo se llevan a cabo dentro de un ángulo de 30 grados con el eje de fijación. La proximidad es aún más importante cuando se utilizan potentes lentes positivas, ya que éstas reducen el ángulo de visión a través de las lentes al ampliar la concha.

En todos los dispositivos para el examen de campo conocidos hasta la fecha, la posición de las lentes es fija con relación al centro de la pantalla, lo que exige, también, que la posición del ojo del paciente sea fija. Este estado es vigilado por una cámara de vídeo, Fig. 1A elemento V, y se le presenta al operador como una herramienta de vigilancia. El movimiento del ojo del paciente para centrarse de nuevo en la lente de prueba puede requerir que el operador ajuste de la mentonera.

Los analizadores de campo hacen uso, típicamente, de la luz ambiente de la pantalla para iluminar el campo visual. La luz ambiente de la pantalla de la mayoría de los instrumentos de examen procede de la iluminación uniforme de la superficie de la pantalla de proyección hemisférica, proporcionándose esta iluminación para dar un contraste uniforme a los puntos proyectados. También es conocido iluminar el ojo a partir de luces montadas en el porta-lente de prueba mediante el empleo de longitudes de onda infrarrojas a fin de evitar que el paciente detecte las luces.

Además de los problemas prácticos relacionados con la alineación mecánica que son de esperar por el uso de una lente de prueba, existe un problema adicional relacionado con la dirección de la mirada al medir la sensibilidad de la retina del paciente durante el procedimiento de examen de campo.

El cartografiado de los puntos situados en posiciones variables reconocidos en la pantalla de proyección hemisférica sobre posiciones correspondientes de la retina, exige que el ojo no varíe su relación angular con el centro de la pantalla de proyección hemisférica a medida que avanza el examen. Sin embargo, el ojo está dispuesto en la cabeza de manera que se consiga fácilmente cambiar la dirección de la mirada y, de hecho, es lo más natural cuando un objeto - tal como un punto de luz tenue - entra en el campo de visión periférica. Por tanto, es necesaria una gran concentración por parte del paciente para mantener una dirección constante de la mirada. En pocas palabras, el procedimiento de examen que lleva, normalmente, hasta 20 minutos para cada ojo, puede resultar agotador para el paciente.

En el examen normal del campo visual, se le pide al paciente que dirija su mirada directamente hacia delante, "fijándola" sobre un blanco iluminado. Esto hace que el ojo se sitúe en posición para formar la imagen del blanco en la parte de mácula de la retina del paciente, que es el área de máxima resolución del ojo. El hecho de fijarse en el centro de la pantalla hace que se mantenga una relación constante entre los puntos de la pantalla y lugares específicos de la retina, aún cuando tenga lugar un cambio de la posición de la cabeza del paciente respecto de la posición central.

Es conocido el comprobar la dirección de la mirada del paciente presentando puntos en el denominad cuenco óptico o "punto ciego" de la retina del paciente para tener la certeza de que tales puntos no se ven. Es un fenómeno natural bien conocido que, en superposición con el cuenco óptico, hay un área, en la retina del ojo normal, en donde no se ve la luz. Casi al comienzo de un examen de campo normal, se determina la posición del punto ciego presentando muchos puntos cerca de la posición esperada del mencionado punto ciego. Se supone que, en este momento, la posición del paciente se ha fijado apropiadamente. Una vez determinada la posición del punto ciego del paciente, se prevén medios para presentar periódicamente puntos en esta posición de la pantalla de proyección hemisférica, cuya posición será "ciega" para el ojo del paciente. Normalmente, y suponiendo que el paciente mantiene la dirección correcta de su mirada, este punto presentado periódicamente no se ve y el paciente proporciona una respuesta negativa a la presentación del punto. Una respuesta positiva indica que el paciente no mantiene la dirección correcta de la mirada en el instante de la presentación en el "punto ciego".

Ha de comprenderse que la presentación de puntos luminosos en el punto ciego aumenta el tiempo del examen. Además, tales presentaciones periódicas sólo constituyen una comprobación puntual de la dirección de la mirada; el paciente puede dirigir incorrectamente su mirada en algún intervalo del espacio de tiempo que transcurre entre comprobaciones de puntos sucesivas. En la actualidad, la medición de la dirección real de la mirada no es de uso común en los aparatos de examen de campo comerciales.

Existen algunos instrumentos para examen de campo que miden la pérdida de la posición central de la pupila y que reivindican esto como una medición de la dirección de la mirada. Esta medición se refiere al centrado de la lente de prueba e informa acerca de si el paciente está o no centrado en ella, pero no guarda relación con la dirección real de la mirada. Ha de comprenderse que el ojo puede estar mirando virtualmente en cualquier dirección mientras la pupila se encuentra perfectamente centrada en la lente de prueba.

Durante el examen de campo, es conocido el observar el ojo examinado en una presentación de vídeo. Esto le permite al operador tener una visión continua de la posición del ojo del paciente con respecto al porta-lente de prueba para detectar deficiencias evidentes en la alineación del paciente. Desafortunadamente, el operador puede ausentarse periódicamente o ha de atender a otras tareas que desvían su atención de la presentación de vídeo. Además, el operador no puede determinar la dirección de la mirada a partir de la presentación de vídeo y, típicamente, no sabe cuando se presenta el punto real, siendo este el único momento en que es importante la dirección de la mirada. Sólo puede medirse con fiabilidad la posición de la pupila. Sin embargo, existe una relación natural entre la actividad de movimiento del ojo y la probabilidad de un comportamiento satisfactorio de la dirección de la mirada. Tales presentaciones de vídeo requieren una cámara de vídeo y luz suficiente para que la presentación de vídeo sea grabada con
precisión.

Se conocen analizadores de campo que iluminan la pantalla de proyección hemisférica con un campo de luz uniforme generado mediante lámparas incandescentes que contienen cierta energía infrarroja. Típicamente, la cámara de vídeo utilizada es sensible en el espectro infrarrojo. Esto aumenta el contraste, en el caso de pacientes con iris de color oscuro, entre la luz reflejada desde el iris y la pupila oscura, ya que todos los colores del iris reflejan aproximadamente la misma cantidad de luz cuando se trata de iluminación infrarroja.

No obstante, este sistema de iluminación refleja, también, luz desde la superficie de la lente de prueba. La pantalla de proyección hemisférica rodea parcialmente a la lente. La lente, típicamente, carece de recubrimiento antirreflectante. Por tanto, la lente resplandece con la luz infrarroja capturada desde la pantalla de proyección hemisférica, Este resplandor de la lente reduce el contraste entre la pupila y el iris en la imagen de vídeo.

En nuestra patente norteamericana 5.220.361, titulada "Seguimiento de la mirada para analizador de campo", proponemos un movimiento automático del porta-lente de prueba para seguir los posibles movimientos de la cabeza del paciente durante el examen de campo. Además, describimos un método de seguimiento de la mirada que incluye la sustracción de la imagen y la comparación de la mirada contemplando las posiciones relativas de un reflejo y del centro de la pupila. Esta solicitud se refiere a mejoras introducidas en estas técnicas específicas. Para evitar repeticiones innecesarias, nuestra patente norteamericana 5.220.361, titulada "Seguimiento de la mirada para analizador de campo", se incorpora a esta memoria por su referencia.

Sumario del invento

El objeto del presente invento es proporcionar un aparato de examen de campo y un método para tratar una información de imagen de vídeo procedente de la pupila del ojo, que permitan calcular rápidamente la dirección de la mirada de un paciente.

En el aparato de examen de campo de acuerdo con la reivindicación 11 y el método de acuerdo con la reivindicación 1, se hace uso de un movimiento gradual de la mentonera que soporta la cabeza para mantener una relación centrada entre el ojo que se está examinando y la montura de la lente de prueba que responde a la prescripción requerida para que el paciente tenga una visión óptima. Durante el examen, se proporciona iluminación alternante en el infrarrojo entre un reflejo central en la córnea y una fuente de iluminación global del ojo, que genera un iris circular brillante, con fuerte contraste, alrededor de una pupila oscura central. Durante el proceso de salvar la imagen de vídeo en forma digital, se utilizan memorias accesibles por contenido para generar punteros que señalan a lugares de valores específicos del brillo para el análisis rápido mediante microprocesador de los datos de vídeo almacenados en una memoria de acceso aleatorio (RAM) usual. Tanto la posición del reflejo corneal - que es un punto brillantemente iluminado sobre un fondo, por lo demás oscuro - y la frontera entre el iris y la pupila - que es una pupila central oscura rodeada por un iris brillantemente iluminado, se localizan aproximadamente utilizando la memoria accesible por contenido. Después, el examen de los datos de la RAM, que representan la imagen de vídeo en forma digital, es restringido a los lugares a lo que apuntan las memorias accesibles por contenido (CAM). Para localizar el centro de la pupila, se describen técnicas especiales para examinar la primera y la segunda derivadas de los datos de la frontera entre iris y pupila, para establecer dentro de límites a nivel inferior al pixel, la localización de dichas fronteras. Estos métodos permiten obtener mejoras suficientes de la velocidad de análisis de los datos para permitir el uso, compartido en el tiempo, de un microprocesador cuando el seguimiento de la mirada se realiza mientras están inactivas otras funciones de control requeridas para ejecutar el examen de campo.

Breve descripción de los dibujos

Las Figs. 1A y 1B son vistas esquemáticas en alzado lateral y en alzado frontal, respectivas, de un aparato para examen de campo que incorpora la mentonera móvil de este invento dentro del ambiente funcional general de un aparato para examen de campo;

la Fig. 2 es un diagrama de bloques que ilustra un bucle o ciclo típico requerido de reparto de tiempo, para la función de seguimiento de la mirada de este invento, que ilustra específicamente el estrecho intervalo de tiempo disponible para la observación automatizada de la información de seguimiento de la mirada;

la Fig. 3 es una representación de dos cuadros de vídeo, cada uno de los cuales consiste en dos campos intercalados, siendo útil este diagrama para comprender la recogida de los datos en bruto y el tiempo disponible para realizar el cálculo del seguimiento de la mirada compartido en el tiempo;

la Fig. 4 es un diagrama de bloques de una memoria de vídeo que ilustra la interconexión necesaria para formar un sistema de memoria para clasificar una representación digital de los datos de vídeo en la RAM y, también, en las memorias accesibles por contenido;

la Fig. 5A es una vista en alzado frontal del ojo del paciente cuyo campo visual esta siendo examinado, que ilustra la medición de una cuerda arbitraria de la pupila y de la bisectriz perpendicular a la cuerda para localizar el centro de la pupila;

la Fig. 5B es una vista del porta-lente que ilustra las fuentes luminosas en el porta-lente;

la Fig. 6 es una representación de datos en una memoria accesible por contenido después de la presentación de los datos de vídeo de un reflejo corneal;

la Fig. 7 es una representación de datos en una memoria accesible por contenido después de la presentación de los datos de vídeo de una pupila oscura rodeada por un iris iluminado;

la Fig. 8 es un diagrama compuesto que representa los datos de vídeo procedentes de una única línea de exploración de vídeo horizontal correspondiente a la cuerda arbitraria de acuerdo con la Fig. 5. Se presentan los datos de imagen con la primera y la segunda derivadas de los mismos; y

la Fig. 9 es un diagrama compuesto que representa los datos de vídeo procedentes de una única línea de exploración de vídeo horizontal correspondiente a la cuerda arbitraria de acuerdo con la Fig. 5, conteniendo dicha imagen artefactos deliberados comunes al tratamiento de imágenes. Se presentan los datos de imagen con la primera y la segunda derivadas de los mismos.

Descripción de la realización preferida

Refiriéndonos a las Figs. 1A y 1B, en ellas se ilustra una representación esquemática de un porta-lente 40 móvil, de prueba, de acuerdo con este invento. Se ilustra un paciente P mirando a una pantalla de proyección hemisférica S. En este caso, se ilustra el examen del ojo izquierdo E del paciente P. En este examen, se le ha indicado al paciente P que se fije en la luz L de fijación situada en el centro de la pantalla de proyección hemisférica.

Con referencia a la Fig. 1B, la mentonera 25 ilustrada tiene dos indentaciones, incluyendo éstas una indentación 26 para examinar el ojo derecho del paciente y una indentación 27 para examinar el ojo izquierdo del mismo. Un proyector 14 controlado mediante un ordenador (no mostrado) en forma bien conocida en la técnica y perfectamente comprendida, proyecta un punto 16 de luz sobre la superficie de la pantalla de proyección hemisférica. El paciente indica que ha visto el punto luminoso 16 apretando el pulsador 30 de respuesta. La respuesta del paciente al apretar el pulsador es registrada y cartografiada mediante un aparato bien conocido y como se comprende perfectamente en la técnica.

El aparato para el ensayo del campo visual es antiguo. Puede ser adquirido de Allergan Humphrey (ahora Humphrey Instruments, Inc.), de San Leandro, California, EE.UU. bajo la designación Analizador de campo visual Serie 600.

En lo que sigue se describirá, en primer lugar, el movimiento por incrementos de la mentonera. Este movimiento persuadirá con suavidad al paciente para que mantenga su ojo centrado durante el procedimiento de examen de campo.

En primer lugar, se revisará el método de generación de imágenes. Después, se establecerán los métodos y las realizaciones que contienen la memoria accesible por contenido. Esto fijará, respectivamente, las restricciones de tiempo impuestas por el reparto de tiempo del procesador, los cuadros secuenciales y los campos intercalados utilizados para el análisis y la recogida de datos, e ilustrará exploraciones arbitrarias de cuerdas del ojo con el método conocido de cálculo del centro de la pupila.

Una vez establecido esto, se realizará el análisis esquemático de datos de la memoria accesible por contenido. Este comenzará con la descripción de representaciones gráficas de datos de reflexión y de pupila seguidos por ilustraciones de la utilidad de la primera y la segunda derivadas de los datos de la cuerda del ojo. En la segunda ilustración, se presumirá la presencia de un artefacto, dando por resultado el análisis la discriminación del artefacto respecto de los datos válidos.

El porta-lente 40 de prueba se ilustra en las Figs. 1B y 5B como un marco circular. El portador 40 tiene una posición activa y una posición inactiva. En la posición activa, el porta-lente 40 de prueba impone su prescripción óptica a los 30º centrales de visión del paciente. Cuando el porta-lente 40 de prueba se encuentra en la posición inactiva, el portador es desplazado de la posición central a una posición extrema representada en línea interrumpida en 40', en la que el porta-lente de prueba no se encuentra en el campo visual del paciente P durante el examen.

El lector entenderá que los aparatos para examen del campo visual de utilizan para dos tipos de examen del campo. El examen de campo más frecuentemente realizado comprueba los 30 grados centrales a partir del eje de fijación. El examen menos frecuente realiza mediciones de la sensibilidad visual en ángulos de visión comprendidos entre 30 y 90 grados a partir del eje de fijación, para comprobar la sensibilidad de la visión periférica. Para esta clase de examen, el porta-lente 40 es movido a la posición 40' del mismo, ilustrada en línea interrumpida. Típicamente, en este examen ampliado del campo visual no se utilizan lentes de prueba. De otro modo, los puntos presentados en ángulos extremos de la pantalla no pasarían por el ángulo de visión de la lente. Algunos de los puntos no serían corregidos por la lente y algunos se verían obstaculizados por la montura de la lente de prueba.

El examen de campo visual más normal consiste en medir la sensibilidad de la visión central dentro de un ángulo de 30 grados a partir del eje de fijación. En lo que sigue, se supondrá que esta medición es la interesante, a no ser que se especifique otra cosa.

Movimiento de la mentonera

Refiriéndonos a la Fig. 1B, en ella se ilustra un esquema mecánico que establece el mecanismo para el movimiento requerido de la mentonera 25. El esquema mecánico ilustra el motor X, estando el cuerpo del citado motor conectado al chasis del aparato para examen del campo. El árbol 42, que se extiende desde el motor X tiene una fina rosca exterior. El árbol pasa por el motor X, que contiene un mecanismo tal como un tornillo de bolas que es hecho girar por el rotor del motor X. Como el árbol no puede ser hecho girar por el mecanismo, la rotación de la tuerca provoca la traslación del motor Y en respuesta a la rotación del rotor del motor X. Cuando gira el rotor del motor X, el árbol 42 mueve al motor Y horizontalmente.

El motor Y tiene un diseño similar y está montado en un carro 50 que puede deslizar horizontalmente, impulsado por el motor X. El motor Y es capaz de mover la mentonera verticalmente mediante el árbol vertical 44. El método ilustrado de desplazamiento vertical es precisamente análogo al movimiento horizontal similar del motor X.

El mecanismo ilustrado emplea, típicamente, motores lineales usuales, de movimiento por pasos. Estos motores de movimiento por pasos permiten que el sistema de ordenador de control descrito más adelante, mueva la mentonera 25 a cualquier posición necesaria en un plano vertical delante del ojo, para tener en cuenta las diferencias fisonómicas entre pacientes.

Se comprenderá que el movimiento de la mentonera se realiza por incrementos, siendo el movimiento menor que el requerido para conseguir una corrección completa del centrado del ojo. Este movimiento, menor que el completo está destinado a comunicar un movimiento persuasivo a la mentonera que, generalmente, no es percibido por el paciente al que, de ese modo, no se le distrae del examen. La velocidad de corrección de la mentonera es lenta, aumentando un paso de corrección después de la presentación de cada punto y de que se ha realizado la medición de la mirada, con el fin de ayudar al paciente a mantener la posición media de la cabeza (del ojo), en lugar de moverse rápidamente, como en una verdadera servocorrección.

En la práctica, la mentonera y, por tanto, la cabeza y el eje, es movida hasta que el reflejo corneal está centrado en la ventana de vídeo. El centrado se realiza como se ha descrito previamente en la patente norteamericana 5.220.361 de Lehmer y otros, expedida el 15 de Junio de 1993, titulada "Seguimiento de la mirada para analizador de campo". Alternativamente, otro protocolo aceptable sería centrar la pupila en la ventana de vídeo.

La magnitud del movimiento de la mentonera en cada paso correspondiente, que se realiza en la dirección en que el ojo se pondría en el centro de la lente, sólo sería una fracción de la magnitud máxima. Esto tendrá como consecuencia pequeños cambios y no la corrección total en un movimiento amplio.

Iluminación de la imágen

Refiriéndonos a las Figs. 1A, 1B, 5A y 5B, un objeto adicional de este invento es determinar la dirección real de la mirada del ojo cuyo campo visual está siendo examinado. Esta dirección se mide de la mejor manera utilizando la posición relativa del centro de la abertura pupilar 60 y un reflejo corneal 140 producido por una fuente 130 (o 130'; véase 1A) de infrarrojos sobre la superficie de la pantalla de proyección hemisférica S, cerca del centro. Por ejemplo, si el ojo E cambia ligeramente la dirección de la mirada, el reflejo corneal 140 de la fuente 130 se moverá a una velocidad diferente que la pupila 60. Esto se debe al hecho de que la córnea es parte de una esfera, de menor diámetro que el ojo, montada en éste. Cuando el ángulo de la mirada es alterado por el paciente, el ojo gira en torno a su centro, que no es el centro de la córnea esférica. Por tanto, determinando la diferencia existente entre la posición del reflejo corneal 140 y el centro de la pupila 60, puede deducirse fácilmente la dirección de la mirada.

Se comprenderá, sin embargo, que no todas las córneas son absolutamente esféricas. En consecuencia, es necesario que, al principio del examen del campo se tome una lectura inicial que se utilizará durante el examen como referencia. En circunstancias controladas, cuando se sabe que el paciente está fijado apropiadamente, se guarda como referencia la relación entre el centro de la pupila y el reflejo corneal 140. Esta relación puede utilizarse durante el examen para determinar la verdadera dirección de la mirada en tiempo real. Se comprenderá que, si se mueve el ojo, porque la cabeza del paciente se desplace del centro de la concha, y el paciente todavía está fijado apropiadamente, la fijación medida puede cambiar.

Una ventaja del método descrito para determinar la fijación del ojo es que, como la posición absoluta del ojo con respecto a la concha es conocida por el protocolo de posicionamiento de la mentonera, puede calcularse la parte del cambio de la fijación medida debida exclusivamente al cambio de posición del ojo, y restarse de la medición. Esta independencia permite que el ojo se aparte del centro de la pantalla de proyección hemisférica S.

Una vez explicado todo esto, puede comprenderse fácilmente la iluminación.

Refiriéndonos a la Fig. 5B, en ella se ilustra un alzado posterior del lado del porta-lente 40 expuesto al paciente P. Incluye dos fuentes de luz 55 y 57 que iluminan el ojo. En el porta-lente 40 se muestra una lente de prueba 51 típica con una montura 52.

Refiriéndonos a la Fig. 5A, en ella se muestra un alzado frontal del ojo E del paciente P. Mediante las fuentes luminosas 55 y 57 se crean reflejos 65 y 67. Lo que es más importante, se comprenderá que como las fuentes 55 y 57 están descentradas con respecto a la cámara de vídeo V, se obtendrá como resultado una denominada iluminación de pupila oscura del ojo. Esta iluminación de pupila oscura iluminará brillantemente el iris mientras deja oscura la pupila. El reflejo corneal 140 es generado por la fuente 130 o, preferiblemente, 130' de luz infrarroja. (Véanse las Figs. 1A y 1B).

Volviendo a la Fig. 3, se verá, a partir del diagrama de temporización en ella representado que, primero, se produce la iluminación del reflejo corneal y, en segundo lugar, se produce la iluminación de la pupila. Específicamente, y durante el Cuadro 1, la iluminación del ojo con luz infrarroja es proporcionada únicamente por las fuentes luminosas 130 ó 130'. Durante el Cuadro 2, la iluminación de la pupila se consigue a partir de las fuentes luminosas 55 y 57 en el porta-lente 40. Así, la iluminación del reflejo córnea o de la pupila, en el caso de esta mejora, es alternativa - no se utiliza la iluminación simultánea del reflejo corneal y de la pupila.

Habiéndose establecido la exploración utilizada con este invento, puede comprenderse el objeto de las restricciones de tiempo requeridas en virtud del uso de un microprocesador en tiempo compartido.

Restricciones de tiempo

Refiriéndonos a la Fig. 2, en ella se muestra un circuito típico de reparto de tiempo. En caso de que el procesador no esté desocupado, como en 200, dicho procesador está involucrado con los motores de accionamiento para ajustar la mentonera 27 o la generación de un punto 16 adicional (véanse las Figs. 1A y 1B), o informando de datos; si no, el procesador se encontrará en un modo de seguimiento de la mirada. Este modo de seguimiento de la mirada requerirá que la imagen con el reflejo corneal de la fuente luminosa 130 sea comparada con la imagen con una pupila oscura (véase la Fig. 5A).

Volviendo a la Fig. 3, se necesitan dos cuadros de vídeo separados (Cuadros 1 y 2) para realizar esta comparación. La ventana XX situada en el centro aproximado de la imagen representa el área cubierta por la memoria de vídeo utilizada en el seguimiento de la mirada. El primero Cuadro 1 tiene dos campos (1 y 2) que contienen datos de vídeo creados cuando estaba presente la iluminación del reflejo corneal. Este brillante punto de luz aparecerá en la córnea centrado, aproximadamente, en el cuadro de vídeo libre del porta-lente 40, como se ilustra en el Cuadro 1, Campo 1. Ha de observarse que el porta-lente 40 está indicado en línea interrumpida; no aparecerá en los datos de seguimiento de la mirada puesto que se encuentra fuera de la ventana XX.

El Cuadro 2 tiene, también, dos campos que contienen datos de vídeo creados cuando estaba presente la iluminación de la pupila, el iris brillante con una pupila oscura del ojo E.

En ambos cuadros, se observará que el reflejo corneal y el ojo E sólo ocupan una pequeña parte del campo de vídeo. La imagen de la pupila se mantiene con este pequeño tamaño a fin de ofrecer al operador un mayor campo visual en su panel de control, para facilitar la alineación inicial del paciente.

Ello permite, además, reducir el tamaño de la memoria de vídeo para el seguimiento de la mirada, activa en la ventana XX para cubrir un área pequeña dentro de la lente de prueba. Esto excluye el porta-lente de prueba de los datos de vídeo.

Otra ventaja del pequeño tamaño de la ventana es que puede ser convertida a formato digital en, aproximadamente, la cuarta parte del tiempo disponible del campo de cámara, dejando el resto del tiempo para los cálculos. En vista de que solamente hay una memoria de vídeo, el cálculo del reflejo corneal debe realizarse en el tiempo que transcurre entre el final de la ventana y el comienzo del siguiente campo, momento en el que sobre los datos del reflejo corneal pueden grabarse los datos de la pupila oscura. Es por esto por lo que se ha desarrollado el protocolo de memoria accesible por contenido de este invento.

Con referencia a la Fig. 3, se comprenderá que la RAM (memoria de acceso aleatorio) de vídeo utilizada para almacenar una imagen del ojo para medir la mirada, contiene una imagen digital, organizada como una matriz. En la práctica, las dimensiones de la RAM son 128 puntos por 128 líneas (16k). Los datos se guardan sólo en una pequeña ventana, posicionada dentro de la lente de prueba. Para cada elemento de imagen (píxel) hay un byte, representando el valor del byte el valor del brillo para ese píxel.

Existen dos exigencias en lo relativo al reconocimiento de diseños: encontrar el reflejo de la córnea y encontrar los bordes de la pupila. Lo primero requiere encontrar el centroide de un suceso brillante y lo segundo requiere encontrar, en cada línea de vídeo, los bordes de un área oscura.

El reflejo corneal y los bordes de la pupila se encuentran empleando dos cuadros de vídeo consecutivos, uno que tiene justamente el reflejo de la córnea (véase lo que antecede) y un cuadro con un iris iluminado y una pupila oscura y carente de reflejos corneales centrales.

Exploración y carga de la memoria

Una vez revisados los cuadros de vídeo tomados por la cámara de vídeo V, se puede dirigir la atención ahora a la carga de los datos de vídeo en las respectivas memorias accesibles por contenido. Esto puede entenderse haciendo referencia a la representación esquemática de la Fig. 4. El diagrama de bloques contiene cuatro memorias de acceso aleatorio (RAM), 500-503. Las RAM 500 y 501 pueden almacenar los datos de vídeo en forma usual.

La dirección VID_ADD_(12:0) es generada mediante lógica de acceso (no mostrada) que tiene dos modos, una dirección secuencial, que cambia a gran velocidad, para capturar la imagen de vídeo o una dirección conectada al sistema de acceso del microprocesador, para leer los datos almacenados resultantes.

La dirección se muestra en dos partes, la dirección de punto (7 bits para 128 puntos) y la dirección de línea (6 bits para 64 líneas). La función del elemento 504 es complementar la dirección de punto cuando es verdad READ_REVERSE (LEER_INVERSA), para hacer que la dirección de punto aparezca a la inversa, permitiendo que la RAM 500 sea leída a la inversa, según es necesario para encontrar el bode izquierdo.

Los datos leídos y grabados en la RAM 500 pueden seleccionarse a partir de VID_DATA_(7:0), la representación digital de los datos de vídeo, a través del interruptor 505, o a partir de la puerta de datos del microprocesador por el interruptor 506. El primero se utiliza para salvar la imagen de vídeo y el último se emplea para leer los datos resultantes de la RAM.

La RAM 501 es similar, utilizando interruptores 507 y 508. En la práctica, la RAM 500 salva el primer campo de vídeo y la RAM 501 salva el segundo campo. Los datos del reflejo corneal deben ser tratados entre cuadros, durante el período de tiempo YY, ya que las RAM se llenan con datos de la pupila en los siguientes dos campos. El tiempo para tratar los datos de la pupila antes de que se cierre el obturador, es ZZ.

La RAM 502 se utiliza como una CAM cuando se cargan datos de vídeo y como una RAM cuando los datos resultantes han de ser revisados por el microprocesador. En el modo CAM, los interruptores 509 y 512 están cerrados, permitiendo que los cinco bits de dirección de menor orden sean controlados por los cinco bits de datos de vídeo de orden superior. Esto hace que la CAM tenga 32 regiones de almacenamiento. Los seis bits de dirección de orden superior se enlazan con la dirección de línea, constituyendo una matriz de valores de intensidad de vídeo, el eje horizontal, por línea de vídeo, el eje vertical.

El interruptor 512 pone la dirección de punto de 7 bits en la entrada de datos, de tal forma que la celda de la CAM contendrá el número de puntos válido en el momento en que se accedió a la celda y se grabó en ella.

Para revisar los datos, se cierran los interruptores 510 y 511, completando el primero la estructura de direcciones de la RAM y poniendo el último los datos de la RAM en la puerta de datos del microprocesador.

La RAM 503 es similar a la RAM 502 anterior, excepto porque la entrada de datos de vídeo es conectada directamente a la salida de datos de la RAM 500, por la vía 517. Esta vía se utiliza mientras la RAM 500 está siendo leída hacia atrás durante el segundo campo de pupila, para encontrar el borde izquierdo. Para hacer funcionar la CAM, se cierran los interruptores 513 y 515. Para hacer funcionar la RAM, se cierran los interruptores 514 y 516.

Para permitir que las memorias CAM sean despejadas antes de su uso y no tener que borrar su contenido entre campos de vídeo, cada CAM contiene cuatro páginas, o secciones, seleccionadas por la línea de control CAM_PAGE_(1:0) (CAM_PAGINA_1:0)). Esto permite seleccionar entre campos una CAM despejada, almacenándose en primer lugar los datos del reflejo corneal y almacenándose en segundo lugar los datos de borde de pupila. En la práctica solamente se utilizan dos de las cuatro páginas.

Datos de la memoria accesible por contenido

En la aplicación para medir la mirada, una memoria accesible por contenido (CAM) es una memoria RAM que ha sido organizada como una matriz de valores de brillo en función del número de línea. Así, los datos de una celda de la CAM son el número de puntos considerados cuando se grabó en la celda. Esto puede verse en gran parte en las Figs. 6 y 7.

Las dimensiones de cada CAM son 32 regiones de almacenamiento de brillo por 64 líneas. Solamente hay 64 líneas porque se almacenan datos de cada campo de vídeo en un ambiente de vídeo entrelazado. Los datos proceden de cada otra línea, en comparación con los datos de la RAM de vídeo.

La región de brillo se forma accediendo a la CAM con sólo los cinco bits de datos de brillo de orden superior, agrupando por tanto los datos en regiones de ocho, ya que no se utilizan los tres bits de orden bajo del byte. La región cero contiene datos de cero a siete, la región uno de ocho a quince, etc., hasta la región 31, que contiene de 248 a 255, inclusive. Esto puede verse en las representaciones gráficas de las Figs. 6 y 7.

Encontrando el reflejo corneal

Las figuras 6 y 7 son representaciones gráficas de las tareas de reconocimiento de diseño para medición de la mirada: encontrar el reflejo corneal y encontrar los bordes de la pupila. En ellas se representa la memoria CAM como una matriz con la Línea 0 de vídeo en la parte superior y la Línea 63 de vídeo en la parte inferior. El eje horizontal representa las 32 regiones de amplitud de vídeo, donde la región 0 tiene el margen de 0 a 7, la región 1 tiene el margen de 8 a 15, etc., hasta la región 31, que tiene el margen de 248 a 255, inclusive.

El espacio en blanco en la presentación gráfica indica que la celda de la CAM contiene un cero, que es el valor inicial de la matriz de la CAM. Un signo "más" indica que la celda contiene algunos datos que no son cero, el número de puntos de la RAM considerado cuando se grabó por última vez en la celda de la CAM.

Si en una línea se encuentra el mismo brillo más de una vez, típico de la pupila, se grabó más de una vez la misma celda de CAM con el número de puntos válido en ese momento. De esta forma, se salva el número de puntos de la última ocurrencia del brillo, que apunta hacia el borde derecho de la pupila, ya que la cámara de vídeo explora de izquierda a derecha.

En el caso de encontrarse el reflejo de la córnea, en el primer cuadro de datos de la cámara, puede buscarse rápidamente en la CAM, línea por línea, empezando en la región más alto, nivel 31, y continuando la búsqueda línea por línea en niveles de región reducidos hasta que se encuentren datos distintos de cero. Los datos de la CAM se representan en la Fig. 6. Como la CAM es despejada antes de su uso, cualquier dato distinto de cero en una celda de la CAM indica que en esa línea se encuentra el nivel de brillo.

El primer dato distinto de cero de la CAM apunta a la dirección de punto en la RAM y la dirección de línea en la RAM es la misma que la dirección de línea en la CAM, teniendo en cuenta que el número de línea de la CAM no está entrelazado. Se forma, por tanto, un puntero que señala al lugar en que se encuentran en la RAM los datos del reflejo corneal.

Si la búsqueda se realiza en la CAM desde el nivel 31 de región hasta el nivel 16 (si no se encuentra hacia la mitad de la escala no se trata de un reflejo brillante), la búsqueda tardará 64 veces 16 ó 1K intentos para encontrar un dato distinto de cero. Como el LED (diodo fotoemisor) de reflejo se ajusta antes de que el examen de campo produzca un reflejo de brillo casi máximo, la búsqueda es mucho más corta que el caso de 1K más desfavorable.

Si se buscasen los datos en la RAM de vídeo, sin conocimiento previo, habrían de probarse 16Kbytes, obteniendo su valor y comparándolo con el máximo en ejecución. Se mantendría un puntero que señalase a dicho máximo como puntero para buscar en la RAM los datos del reflejo. No se dispone de conocimiento previo por cuanto que el obturador se abre una vez por segundo y el paciente podría moverse en forma significativa, en ese tiempo.

La búsqueda en la CAM de la primera ocurrencia de un dato distinto de cero es una tarea que el ordenador realiza mucho más rápidamente en comparación con la evaluación de la magnitud de los datos de vídeo. La CAM hace posible un incrmento de velocidad significativo.

Los datos almacenados en una celda de la CAM son el número de puntos en la RAM (0-127) para la última ocurrencia de los datos de brillo en la región de brillo en una línea específica. Como los datos procedentes de la cámara de vídeo son explorados de izquierda a derecha, los datos contenidos en la celda de la CAM son la dirección de punto del borde derecho del diseño de vídeo.

En la CAM se graba al mismo tiempo que se almacenan los datos de vídeo en la RAM, apuntando a la posición de los datos en la RAM.

Encontrando el reflejo corneal

En el caso de encontrar la situación del reflejo corneal, en el primer cuadro de los datos de la cámara, puede buscarse rápidamente en la CAM, línea por línea, comenzando en la región más alta, nivel 31. Como la CAM es despejada antes de usarla, cualquier dato distinto de cero en una celda de la CAM indica que en esa línea se encuentra el nivel de brillo.

El primer dato distinto de cero es la dirección de punto en la RAM y la dirección de línea en la RAM es la misma que la dirección de línea en la CAM. Se forma, por tanto, un puntero que señala a la posición de los datos del reflejo corneal en la RAM.

La Fig. 6 muestra el contenido de la CAM, inicialmente despejada, cuando la amplitud de vídeo del campo tiene la amplitud más baja, excepto por algunas líneas que contienen datos de brillo. Esta es la característica del cuadro oscuro generado con sólo el LED generador del reflejo corneal encendido.

A partir de esta presentación, puede verse que estas líneas brillantes pueden descubrirse explorando en sentido descendente desde la Línea 0 hasta la Línea 63, empezando con la región más brillante, y continuando hasta que se encuentra un dato distinto de cero. El número de línea en la CAM es el mismo que en la RAM, ya que ambos se salvaron al mismo tiempo. El contenido de la CAM es igual al número de datos de punto en la RAM cuando se salvó en la CAM el punto de datos.

La lectura del contenido de la CAM forma, por tanto, el puntero horizontal (punto) para la RAM. En el caso mostrado sólo había un píxel con el máximo brillo. Los otros dos píxeles de menor brillo no se encontraron porque la búsqueda se interrumpió al encontrar el primero.

Obsérvese que los datos de nivel bajo, el ojo con poca iluminación debido a que los iluminadores de la lente de prueba, o los de la concha, están apagados, pueden grabarse en más de una región por línea. Esto indica que la imagen tiene una gama de brillo que abarca más de una región de la CAM.

Encontrando los bordes de la pupila

La Fig. 7 muestra el contenido de la CAM, despejada inicialmente, cuando la amplitud de vídeo del campo se encuentra casi hacia la mitad del margen, pero contiene también algún dato oscuro, característico de una imagen del ojo con un iris iluminado, los datos de mitad del margen y una pupila oscura.

A partir de esta presentación, puede verse que las líneas que contienen los datos de la pupila oscura pueden encontrarse buscando la región 1. Empezando en la Línea 0 y buscando en sentido descendente, la primera línea en la que exista un dato distinto de cero es una línea en la que están presentes datos de oscuridad. La situación del borde derecho de los mencionados datos en la RAM puede encontrarse formando un puntero que utilice el valor de la CAM.

Para encontrar el borde izquierdo de la pupila, se leen hacia atrás los datos de la RAM almacenados durante el Cuadro 2, Campo 1, a otra CAM que forme una imagen de CAM similar. Esto ocurre porque la lectura hacia atrás de los datos de la RAM equivale a una cámara que explore de derecha a izquierda, haciendo que la última ocurrencia de un nivel de vídeo específico tenga lugar en el borde izquierdo. Con ambas CAM disponibles, pueden encontrarse en cada línea los bordes izquierdo y derecho de la pupila. Esto permite localizar mediante lógica los datos del borde de la pupila en la RAM y proceder a encontrar el paso por cero de la segunda derivada de los datos de vídeo.

Obsérvese que los datos de vídeo pueden cambiar tan rápidamente, cuando tiene lugar la transición del iris a la pupila, que se pase sin temporización por una región. Por esta razón, el sistema de CAM trabaja mejor si se utilizan los niveles inferiores de región. Es probable que la pupila de fondo plano indique la transición entre la pupila y el iris, ya que los datos de la pupila no cambian rápidamente cerca del nivel de la pupila.

En la práctica, el nivel de la CAM para encontrar los bordes de la pupila, se elige buscando las líneas, empezando en el nivel de región más bajo y ascendiendo por los niveles de región hasta que se encuentre un dato distinto de cero. Esta región y la que se encuentra por encima de ella, se utilizan de manera conjunta para encontrar los bordes. Se utiliza la región con el dato que indica una pupila de mayor tamaño. Esto permite que los datos de la pupila se dividan de nivel, quedando parte de los datos en un nivel y parte de los datos por encima de él, sin errores.

Obsérvese que la pupila cae justamente en unas pocas regiones, ya que es oscura. El iris cae en muchas regiones porque tiene muchos niveles de brillo.

Debe resultar evidente por qué no puede incluirse el porta-lente de prueba en la ventana de vídeo. Aparecería oscuro y se convertiría en la última ocurrencia de dichos datos de oscuridad, grabándose sobre los datos de la pupila. Es importante que la pupila proporcione los únicos datos de oscuridad en la ventana de vídeo XX.

Debe ser evidente, también, que los reflejos procedentes de la lente de prueba de la concha, tales como los debidos a las huellas de los dedos, provocarían cambios en los datos de la pupila oscura y confudirían a la CAM. Este es el por qué de que la concha esté iluminada con luz no infrarroja y la cámara esté limitada al espectro infrarrojo. Los reflejos procedentes de la lente de prueba debidos a la iluminación de la concha no son visible para la cámara.

En caso de encontrar la posición del área de la pupila oscura en cada línea, puede realizarse una búsqueda en la CAM a un nivel bajo de región para encontrar el área de la pupila oscura. El puntero de la CAM señalará al borde la abertura de la pupila cuando el brillo aumente al encontrarse el iris y los datos de brillo ya no caigan dentro de la región de brillo de la pupila. El último valor grabado en la celda de la CAM forma un puntero para la RAM que señala dónde puede encontrarse el borde de la pupila en esa línea.

Los datos de vídeo están entrelazados, es decir, se envía la mitad de la imagen (campo), explorada de izquierda a derecha, seguida por el campo entrelazado (media línea por debajo), para formar una imagen (cuadro) completo. Esto es parte del método estándar de transmisión de televisión.

Como se ha establecido previamente con respecto a la Fig. 4, en cuanto a equipo, los datos procedentes de un cuadro se guardan en dos RAM de vídeo, una por campo, y dos CAM. Durante el primer campo, los datos de vídeo se guardan en la primera RAM y en la primera CAM. En caso de encontrarse la pupila, la CAM contiene punteros dirigidos al borde derecho de la pupila.

Durante el segundo campo, los datos de vídeo se guardan en la segunda RAM y los datos de la primera RAM son leídos hacia atrás, en la segunda CAM. A consecuencia de esto, se utiliza el primer campo para encontrar los bordes derecho e izquierdo de la pupila, ya que la lectura hacia atrás de los datos de la RAM hace que la última ocurrencia de una región de brillo específico tenga lugar en el borde izquierdo de la pupila.

Tras esta operación, la RAM contiene una imagen entrelazada de la pupila oscura preparada para un examen detallado y las CAM contienen punteros que señalan hacia ambos bordes, izquierdo y derecho, de la pupila. En la práctica, se suma una constante al puntero derecho y se resta del puntero izquierdo, para formar puntos de partida para la determinación del paso por cero de la segunda derivada, como se esquematiza en la exposición original.

En la práctica, el nivel de CAM utilizado para encontrar la pupila oscura se determina buscando en una de las CAM, línea por línea, de la región 0 a la región 7, para encontrar la primera celda con valor distinto de cero. El nivel con los datos de la primera CAM es la región apropiada a utilizar (se supone un fondo plano). La región seleccionada y la región situada por encima del mismo, se utilizan de manera conjunta para encontrar los punteros izquierdo y derecho hacia los bordes de la pupila para cada línea.

Encontrando el centroide del reflejo corneal

Como se ha esquematizado en lo que antecede, se encuentra un puntero que señala a la posición del reflejo corneal en la RAM. En la práctica se centra un pequeño marco alrededor del puntero, en el que se espera que estén contenidos todos los datos del reflejo corneal. En la práctica, el marco tiene 16 pixel x 16 líneas. Tales datos se extienden en más de un píxel, especialmente si la cámara de vídeo no está perfectamente enfocada o si el reflejo corneal es muy brillante.

Los datos contenidos en el marco, en un umbral de amplitud media, se suman para formar una suma de amplitud. Los datos son multiplicados, también, por el número de punto y el número de línea y se totaliza cada producto. Las tres sumas resultantes se utilizan para la determinación del centroide.

El centroide se determina dividiendo cada una de las sumas de los productos por la suma de amplitud para obtener dos resultados, la situación de la línea y del punto a nivel inferior al pixel del centroide del reflejo corneal. Este método se denomina "método de promedio compensado".

El procedimiento es como sigue:

Suma de amplitud - \Sigma datos de vídeo (dentro del marco y por encima del umbral)

Suma de punto - \Sigma (datos de vídeo) * (número de punto)

Suma de línea - \Sigma (datos de vídeo) * (número de línea)

Núm. de punto a nivel inferior al pixel - Suma de punto / Suma de amplitud

Núm. de línea al nivel inferior al pixel - Suma de línea / Suma de amplitud

El uso de la CAM permite que todo el procedimiento, tanto la recogida de los datos de vídeo como el análisis de dichos datos, se ejecute durante el tiempo en que está abierto el obturador, que es el tiempo que se le presenta el punto al paciente. Esto permite reducir el coste en comparación con un ordenador más rápido sin CAM, o con un ordenador separado para analizar los datos después de cerrado el obturador.

Uso de la primera derivada como puntero a la segunda derivada

Lehmer y otros, en su patente norteamericana 5.220.361, expedida el 15 de Junio de 1993, titulada "Seguimiento de la mirada para analizador de campo", esquematiza el uso del paso por cero de la segunda derivada como método para encontrar el punto medio de la amplitud de la transición entre la pupila y el iris, con independencia de la amplitud de vídeo.

En la práctica, el procedimiento de obtener la derivada aumenta la sensibilidad al ruido de los datos de vídeo, en particular cuando la transición no es demasiado suave. Para encontrar el paso por cero de la segunda derivada, se halla el valor máximo de la primera derivada y se le utiliza para limitar la búsqueda del paso por cero de la segunda derivada. Véanse las Figs. 8 y 9.

Este método restringe la búsqueda del paso por cero de la segunda derivada para excluir datos no deseados originados por ruido. La primera derivada es menos sensible al ruido que la segunda. Un ejemplo de esta exclusión puede encontrarse en la Fig. 9, en la que el ruido 300, un área oscura prematura previa a la pupila (tal como una pestaña que cubra el iris) es rechazado porque el máximo de la primera derivada ocurre en 301, el borde de la pupila. Esto limita la actividad de detección del paso por cero de la segunda derivada a una pequeña área alrededor de 301. El punto brillante de la abertura de la pupila, elemento 303, que es un reflejo corneal de fuente desconocida, también fue
rechazado.

Utilización de dos regiones de CAM para encontrar los bordes de la pupila

El uso de la CAM para encontrar el borde de la pupila examinando las regiones inferiores, en las que es de esperar que se encuentren los datos de pupila oscura, resulta sencillo en el caso ideal. En la práctica, la selección del número de regiones utilizadas es crucial. El objetivo es encontrar los bordes izquierdo y derecho de la pupila en forma sencilla utilizando la CAM. Si el proceso de la CAM es demasiado complicado de analizar, pierde su tiempo salvando características.

Para visualizar el problema, y con referencia a la Fig. 8, la pupila oscura en una línea de vídeo puede considerarse como un triángulo truncado invertido suspendido del nivel de brillo del iris. Como se ilustra en la Fig. 8, los niveles de la CAM forman líneas horizontales que cortan el triángulo en niveles fijos específicos y los datos de cada una de las 32 celdas de la CAM son la posición horizontal en esa línea de la intersección con los datos de vídeo.

Existen también líneas verticales, el tiempo en el que los datos de vídeo son muestreados por el equipo digital para grabar y visualizar tramas y se guardan en la CAM. Los datos salvados en una celda específica de la CAM ocurren en la intersección de una línea de reloj vertical y los datos de vídeo. Por ejemplo, consideremos el nivel 12 de la CAM (Fig. 8) que corta los datos dos veces. En teoría, la posición horizontal se grabaría en la celda 12 de la CAM por dos veces, siendo el valor final el último valor grabado, posición 400 para una exploración de izquierda a derecha, o posición 401 para una exploración de derecha a izquierda.

En la práctica, la pendiente del borde del triángulo puede ser pronunciada. Si el número de regiones es elevado, las líneas horizontales están juntas, el borde de la pupila puede no grabarse en una región específica, ya que ese nivel particular no se muestreó. El fondo de la pupila puede hacer que se graben muchos niveles de CAM. Esto exigiría un examen posterior para encontrar el nivel que contenía un número de punto más próximo al borde.

Si el número de regiones es pequeño, resulta más difícil separar el iris de la pupila. Sería necesario un control más cuidadoso de la ganancia de la cámara y de la iluminación para asegurar que el iris y la pupila se encuentran en regiones separadas.

Para complicar más las cosas, el nivel del brillo de la pupila puede adoptar muchos valores durante el barrido de vídeo debido al ruido y puede estar situado en dos regiones. Este reparto es provocado forzando los datos en regiones digitales, y el nivel de reparto depende de los datos.

Método de búsqueda en la CAM

El método utilizado para encontrar la región de interés de la CAM es buscar las líneas de vídeo en el nivel de región más bajo e incrementar el nivel de región y continuar la búsqueda. El primer dato distinto de cero indica que en esa línea se encontraban los datos de brillo de la pupila. Puede tratarse de un único punto cuando la pupila se hundió en el nivel de la CAM y el nivel puede no contener los bordes izquierdo y derecho. Para obtener los bordes de la pupila, el nivel de la CAM determinado en lo que antecede se combina con el siguiente nivel superior.

Esto evalúa dos niveles de CAM pero permite la resolución de una región de la CAM. Esto es mejor que tener sólo la mitad de las regiones. Si se encuentran datos distintos de cero en ambos niveles de la CAM, el método de evaluación de datos selecciona los datos del nivel de la CAM que forma la máxima abertura de la pupila. Los datos situados más a la izquierda se utilizan para el borde izquierdo y los datos situados más a la derecha se utilizan para el borde derecho.

Encontrando la primera derivada

La Fig. 8 ilustra una única línea de vídeo que atraviesa la pupila. El valor de vídeo brillante próximo a la parte superior de la página representa el iris y el valor de vídeo oscuro próximo a la parte inferior de la página representa la pupila. También se muestran la primera y la segunda derivadas de los datos. Pueden obtenerse fácilmente utilizando técnicas de lógica estándar.

En lo que respecta a la obtención de la primera derivada, se ha encontrado ventajoso utilizar los datos de cualquier otro punto de vídeo para encontrar el borde de la pupila, o cualquier otra línea de vídeo para encontrar el fondo de la pupila a fin de desarrollar la información de derivada. Por ejemplo, utilizando datos del punto de vídeo o de las líneas 0 y 2, 1 y 3, 2 y 4, se obtiene una derivada más pronunciada libre de ruido.

Sumario

Los datos son temporizados en la memoria digital en cada una de las líneas verticales (Figs. 8 y 9), y el brillo en ese momento se almacena en la RAM y se utiliza para seleccionar la región de la CAM. Si los datos caen en una región específica de la CAM, el número de punto (posición horizontal) se graba en esa región de la CAM.

La última ocurrencia de datos que entra en la región será retenida en la CAM y apunta al borde derecho, si los datos están siendo explorados en la memoria de izquierda a derecha. Cuando los datos de la RAM son leídos hacia atrás a la CAM, se retiene el borde izquierdo.

Obsérvese que la primera derivada tiene un único pico y que la segunda derivada cambia de signo en la posición horizontal de máxima pendiente vertical. Esta se selecciona como la mejor posición horizontal para medir los bordes de la pupila.

Obsérvese, además, que los lentos cambios de brillo antes de la pupila no son detectados por este método.

Obsérvese que los datos de la pupila oscura caen en dos niveles de CAM y que la búsqueda del primer nivel más bajo con datos distintos de cero no devuelve posiciones exactas del borde.

Obsérvese que el régimen de cambio de la transición entre pupila e iris es suficientemente rápido, de modo que la mayoría de los niveles de la CAM no son temporizados. Este es el por qué es deseable buscar los niveles más bajos.

La Fig. 9 es similar a la Fig. 8 excepto por una perturbación espúrea que ha sido introducida en el iris y en la pupila. Si se utiliza el máximo de la primera derivada para apuntar hacia el área de búsqueda de la segunda derivada, se encuentra el borde de la pupila en lugar de los datos espúreos. Si el área de búsqueda de la segunda derivada sólo cubre un pequeño número de píxeles, los datos espúreos no son detectables cuando se busca el paso por cero de la segunda derivada.

Tal señal espúrea en el iris ocurre en la práctica y es provocada por una mota oscura en el iris o por una pestaña. La señal espúrea en el área de la pupila es provocada por un reflejo no deseado de la córnea. En ambos casos, la señal espúrea sería rechazada, ya que la primera derivada de los datos es menor que la creada por la transición de la pupila al iris.

Con referencia a la Fig. 5A, la siguiente operación del procedimiento consiste en corta la cuerda 68 e iniciar, en dicha bisectriz, la exploración en sentido descendente de los datos de la RAM para encontrar la transición de la pupila oscura al área del iris iluminada en el fondo de la pupila 60. Esto genera la distancia vertical (y).

La obtención de la distancia vertical (y) se realiza de forma precisamente análoga a la localización de uno de los bordes de las exploraciones de las Figs. 8 y 9. Para evitar repeticiones, no se describirá adicionalmente tal procedimiento.

La distancia horizontal (x) es la longitud de la cuerda desde la bisectriz hasta un extremo de la cuerda 68.

El cálculo se basa en el teorema de Pitágoras. Como es bien sabido, la suma de los cuadrados de los catetos de un triángulo rectángulo es igual al cuadrado de la hipotenusa. El triángulo se muestra en la Fig. 5A y está formado por la mitad de la cuerda 68, la diferencia entre la componente vertical y el radio desconocido (y-r), y el radio desconocido (r) como hipotenusa. Estos sólo se cumple si la pupila es un círculo verdadero, suposición a tener en cuenta para esta medición. El método matemático se aplica igualmente bien a una cuerda 68 arbitraria situada debajo del centro de la pupila 60.

Las fórmulas para ello son como sigue:

Según el teorema de Pitágoras:

a^{2} + b^{2} = c^{2}

(y-r)^{2} + x^{2} = r^{2}

y^{2} + r^{2} - 2yr + x^{2} = r^{2}

2yr = x^{2} + y^{2}

r = (x^{2} + y^{2}) \div (2y)

Centro = Xo, Yo-(y-r)

Donde

r = radio desconocido

x = mitad de la longitud de la cuerda

y = distancia desde la cuerda al fondo de la pupila

y Xo, Yo = situación de la bisectriz de la cuerda arbitraria.

Aunque la anterior forma algebraica puede parecer complicada, se trata de un cálculo que un ordenador realiza rápida y fácilmente.

Claims (11)

1. Un método de tratar una información de imagen de vídeo de una imagen de la pupila (60) de un ojo humano (E) que incluye un reflejo corneal (140) de una fuente luminosa (130) y una imagen de dicha pupila (60), que comprende las operaciones de:

proporcionar una memoria de lectura y grabación a la que se puede acceder por fila y columna para recibir la intensidad de dicha imagen del ojo humano en dicho lugar de fila y columna;

proporcionar una memoria accesible por contenido, accesible por fila e información de intensidad para recibir en la memoria dicha imagen en una dirección identificada por intensidad y fila y para recibir datos de columna de dicha imagen del citado ojo humano en dicho posición identificada por fila e intensidad;

cargar dicha memoria de lectura y grabación con una imagen de vídeo de dicho reflejo corneal del ojo humano;

cargar dicha memoria accesible por contenido a partir de dicha imagen del reflejo corneal (140) del ojo humano (E);

buscar en dicha memoria accesible por contenido un nivel de intensidad predeterminado;

localizar, a partir de dicha memoria accesible por contenido, los datos de columna de dicha imagen de vídeo del citado ojo humano que tienen dicho nivel de intensidad predeterminado;

proporcionar un protocolo de búsqueda para buscar no toda la imagen de vídeo mencionada de dicho ojo humano en la memoria de lectura y grabación, a fin de determinar el centroide de dicho reflejo corneal en una primera señal; y

acceder con dicho protocolo de búsqueda a la memoria de lectura y grabación utilizando dicha información de fila y de columna de dicho nivel de intensidad predeterminado, por lo que, mediante dicho protocolo de búsqueda se localiza no toda la citada imagen almacenada de dicho ojo humano en dicha memoria de lectura y grabación, para generar dicha primera señal.

2. El método de la reivindicación 1, en el que dicha imagen es un reflejo corneal (65, 67) de una fuente luminosa (55, 57) del ojo humano (E), teniendo la citada imagen de dicha fuente luminosa (55, 57) el máximo nivel de intensidad en dicha imagen de vídeo.

3. El método de la reivindicación 1, en el que dicha imagen es la imagen de una pupila oscura y dicha pupila oscura es el nivel de intensidad más bajo en dicha imagen de vídeo.

4. El método de la reivindicación 1, en el que dicha imagen de vídeo incluye contraste de una fuente puntual.

5. El método de la reivindicación 1, en el que dicha imagen de vídeo incluye contraste de una fuente circular.

6. El método de la reivindicación 1, que comprende además las operaciones de:

cargar dicha memoria de lectura y grabación con una imagen de vídeo de dicha pupila (60) del ojo humano (E);

cargar dicha memoria accesible por contenido a partir de dicha imagen de vídeo de dicha pupila (60) de dicho ojo humano (E);

buscar en dicha memoria accesible por contenido un nivel de brillo mínimo;

localizar a partir de dicha memoria accesible por contenido la dirección de la columna de dicha imagen de vídeo del citado ojo humano (E) que tiene dicho nivel de intensidad mínimo;

proporcionar un protocolo de búsqueda para buscar no toda la citada imagen de vídeo de dicho ojo humano (E) en la memoria de lectura y grabación para localizar el centro de la pupila de dicho ojo humano en una segunda señal; y

acceder con dicho protocolo de búsqueda a la memoria de lectura y grabación utilizando dicho información de fila y de columna de dicho nivel de intensidad predeterminado, por lo que mediante dicho protocolo de búsqueda se localiza no toda la citada imagen almacenada de dicho ojo humano en dicha memoria de lectura y grabación, para generar dicha segunda señal.

7. El método de la reivindicación 1, que comprende además la operación de:

comparar dichas señales primera y segunda y emitir como salida una señal compuesta relacionada con la dirección de la mirada de dicho ojo, por lo que dichos cambios de salida son función de la fijación del ojo.

8. El método de la reivindicación 1, que comprende además la operación de:

trazar una cuerda horizontal (68) a través de dicho ojo entre los límites de dicha pupila (60);

trazar la bisectriz de dicha cuerda horizontal (68); y

tomar una dimensión vertical desde dicha cuerda (68) bisecada hasta una frontera de dicha pupila (60).

9. El método de la reivindicación 8, que comprende además la operación de:

localizar dichos extremos de dicha cuerda (68) utilizando las derivadas del cambio de intensidad de las citadas imágenes.

10. El método de la reivindicación 9, que comprende además la operación de:

localizar los extremos de dicha cuerda (68) utilizando una primera derivada del cambio de intensidad de dicha imágenes para apuntar a un paso por cero de dicha segunda derivada.

11. Un aparato de examen de campo para vigilar el campo visual de la retina del ojo, que tiene medios para tratar una información de imagen de vídeo de una imagen a partir de la pupila (60) del ojo humano (E) que incluye un relfejo corneal (140) de una fuente luminosa (130) y una imagen de la citada pupila (60) mediante un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10.