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Title:
RECONFIGURABLE, REAL-TIME IMAGE-PROCESSING DEVICE FOR ASSISTING PATIENTS WITH LOW VISION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2005/101958
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a reconfigurable, real-time image-processing device for assisting patients with low vision. The inventive device consists of a portable multitasking platform for assisting patients with low vision or visual impairments, comprising a set of image processing operations (digital zoom, edge enhancement and multiplexing of edges with the original image). More specifically, the invention relates to a low-cost, portable platform which can be used simultaneously for different pathologies, which can be adapted to the requirements of different patients and which, for degenerative pathologies, can adapt to changes over time in the visual capacity of the patient. The inventive platform contains an image-acquisition system, a reconfigurable circuit for the real-time processing of images (Field Programmable Gates Array, FPGA), a user interface and a viewer which emits the processed image.

Inventors:
ROS VIDAL EDUARDO (ES)
DIAZ ALONSO ANTONIO JAVIER (ES)
MOTA FERNANDEZ SONIA (ES)
VARGAS MARTIN FERNANDO (ES)
Application Number:
PCT/ES2005/000222
Publication Date:
November 03, 2005
Filing Date:
April 27, 2005
Export Citation:
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Assignee:
UNIV GRANADA (ES)
UNIV MURCIA (ES)
ROS VIDAL EDUARDO (ES)
DIAZ ALONSO ANTONIO JAVIER (ES)
MOTA FERNANDEZ SONIA (ES)
VARGAS MARTIN FERNANDO (ES)
International Classes:
A61F9/00; A61F9/08; B32B15/04; E06B3/263; E06B3/28; E06B3/30; E06B3/54; E06B3/70; E06B3/72; E06B3/76; E06B5/06; E06B5/10; G06T5/00; G06T5/50
Domestic Patent References:
WO2000043954A22000-07-27
WO1994016424A11994-07-21
Foreign References:
US6242944B12001-06-05
EP0756246A11997-01-29
US20020172416A12002-11-21
ES2106678A11997-11-01
Other References:
DATABASE WPI Week 200321, Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 2003-216895 & JP 2003 044850 A (IWATA ET AL)
Attorney, Agent or Firm:
Oficina, Transferencia Resultados Investigación DE. DE. DE. (Cuesta del Hospicio s/n, Granada, ES)
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Description:
DISPOSITIVO RECONFIGURABLE DE PROCESAMIENTO DE IMÁGENES EN TIEMPO REAL PARA AYUDA A PACIENTES CON BAJA VISIÓN.

SECTOR DE LA TÉCNICA La presente invención se encuadra dentro del campo de los sistemas electrónicos de procesamiento de imágenes en tiempo real para ayuda a pacientes con visión disminuida, llamados pacientes de "baja visión".

ESTADO DE LA TÉCNICA Las personas con "baja visión" son pacientes que han visto reducida su capacidad visual por alguna afección o patología. Las patologías que dan lugar a este tipo de anomalías pueden ser de carácter post-traumático (debido a un accidente el paciente ha perdido parcialmente Ia visión pero no se espera que evolucione con el tiempo) o de carácter degenerativo (Ia capacidad visual va deteriorándose con el tiempo). La visión remanente puede ser foveal por Io que el paciente puede leer y ver Ia televisión, pero su capacidad para andar y desenvolverse en el medio queda muy limitada; o puede ser periférica, dándose, entonces, el caso contrarío, es decir que el paciente es capaz de andar con soltura pero no es capaz de realizar aquellas tareas que requieren detección de detalles, como Ia lectura. En algunas enfermedades el problema está relacionado con Ia pérdida de resolución de Ia imagen percibida, Ia retinosis pigmentaria produce, entre otras, esta patología. Para paliar los distintos problemas puntuales que recaen sobre Ia capacidad visual de los pacientes se han aportado al estado de Ia técnica invenciones específicas basadas en dispositivos electrónicos: - En el documento US 5106179 Ia imagen recogida por cámaras es proyectada sobre un dispositivo óptico que Ia reduce y Ia traslada a un punto de Ia retina. De esta forma, los pacientes de cataratas reciben una imagen nítida a pesar de su patología. - En Ia invención descrita en el documento WO 00/43954, se realiza Ia extracción de bordes (a través de Ia transformada de Hilbert) y Ia superposición de los mismos sobre Ia imagen original. El resultado es una Ia imagen con los bordes realzados. - El dispositivo descrito en WO 94/16424 también realza Ia intensidad de Ia imagen mediante un procesamiento de Ia misma. - El dispositivo descrito en JP 09-192164 expande el campo de visión de! paciente mediante el procesamiento de Ia imagen. - El dispositivo descrito en el documento ES 2133078 A1 , extrae las características de un entorno mediante visión estereoscópica, especialmente las distancias a los objetos, y las codifica mediante señales acústicas que recibe el paciente. Pero Ia mayoría de las ayudas se basan en dispositivos ópticos con distintos tipos de lentes: WO 0064140, WO 03010591, US 4802756, US 5371626. La prevalencia de este tipo de anomalías no es muy alta, para Ia baja visión severa se estima en tomo al 17.3 por 1000, oscilando entre el 1.5 por 1000 en menores de 17 años y el 210.6 por 1000 en los mayores de 85. Además existen muchas enfermedades que producen baja visión con sintomatología muy distinta, en las que cada paciente tiene diferentes necesidades. Por otro lado, cada paciente, aún dentro de un mismo tipo de patología, tiene unas necesidades propias, por Io que cualquier dispositivo de ayuda debe ser personalizado para paliar Ia sintomatología de un paciente concreto. Este hecho hace que ios aparatos sean difícilmente compartibles con otros pacientes. Además, en los casos de degeneración progresiva, el paciente necesita que el dispositivo sea capaz de adaptarse a sus distintas capacidades visuales. La portabilidad del dispositivo es también un requisito importante. Por todo ello, los dispositivos paliativos existentes en Ia actualidad resultan caros, dada Ia alta especialización de cada uno para paliar una única patología, Ia personalización que los mismos necesitan para cubrir las necesidades de cada paciente y Ia baja producción de unidades.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Se propone una plataforma multitarea portátil de ayuda a pacientes con baja visión. Se trata de obtener una plataforma de bajo coste, portátil, útil para diversas patologías al mismo tiempo, que pueda ser adaptable tanto a las necesidades de diferentes pacientes como a Ia evolución en el tiempo de Ia degeneración visual de cada paciente, en el caso de patologías degenerativas. La plataforma completa de ayuda a Ia baja visión consiste en un sistema de adquisición de imágenes, un circuito de procesamiento de imágenes en tiempo real (FPGA), un interfaz con el usuario y un visor que emite Ia imagen procesada. Como sistema de adquisición de imágenes el dispositivo admite una entrada de cámara o señales de video. El dispositivo dispone de una memoria de configuración que programa Ia FPGA. Además el dispositivo dispone de un interfaz con el usuario que puede manejar el paciente, y mediante el cual se adaptan las características del procesamiento a sus necesidades específicas. La FPGA está configurada con un Trame-Grabber" o capturador de imágenes, una etapa de procesamiento digital de Ia imagen en tiempo real que depende de Ia patología que se desea paliar y un circuito de salida que controla el visor. El "Frame-Grabber" recoge las imágenes que proceden de Ia cámara y adapta el formato de Ia adquisición al formato de trabajo de Ia etapa de procesamiento. La FPGA realiza dos tipos de procesamiento digital de imágenes sencillos. Por un lado, Ia extracción de bordes de Ia imagen original. Estos bordes son umbralizados por un parámetro que modifica el usuario, de forma dinámica y en tiempo real, mediante el uso de los botones del interfaz con el usuario. Y por otro lado, un zoom digital que se aplica, de forma independiente, sobre Ia propia imagen original (ampliándola o reduciéndola), y sobre Ia de los bordes extraídos (reduciéndola). Tanto el grado de aumento o reducción que el zoom ejerce sobre Ia imagen original, como Ia zona de Ia misma que se amplía dependen de parámetros, que como en el caso de Ia umbralización de los bordes, el usuario modifica, de forma dinámica y en tiempo real, mediante el uso del interfaz con el usuario. De Ia misma forma, el usuario introduce el grado de reducción de Ia imagen de los bordes extraídos mediante el interfaz con el usuario. En el visor de salida se superponen las imágenes original y Ia de los bordes extraídos. Las diferentes combinaciones de imagen original (al tamaño real, o aumentado o disminuido mediante el zoom digital) superpuesta con Ia imagen de los bordes extraídos (al tamaño real o reducido mediante el zoom digital) aportan soluciones paliativas que pueden ser útiles para distintas patologías, algunos ejemplos son: 1. Realce de contraste (puede ser útil en el caso de pacientes con visión de bajo contraste, entre otros). Se superponen Ia imagen original al tamaño original con Ia imagen de los bordes extraídos de Ia misma, y también a tamaño original. Además en este caso, mediante el interfaz con el usuario, se puede aumentar o disminuir el parámetro que umbraliza los bordes, modificando Ia intensidad relativa de los mismos y dándole a Ia imagen original más o menos realce de contrastes. 2. Multiplexación de Ia imagen original con los bordes extraídos y en tamaño reducido, situados en una zona del campo visual escogida por el usuario mediante el uso de los botones. Esto puede ser útil en el caso de pacientes con visión de túnel, entre otros, porque tienen un campo visual muy reducido, por Io que les resulta útil cualquier información de un campo visual más amplio para acciones como caminar. En este caso, se superponen Ia imagen original al tamaño original con Ia imagen de los bordes extraídos de Ia misma, pero en tamaño reducido. Igual que en el caso anterior el usuario puede escoger el umbral que se aplica a los bordes. También puede escoger mediante los botones del interfaz el grado de reducción de Ia imagen de bordes y su posición en el visor, todos ellos de forma dinámica y en tiempo real. 3. Zoom digital de Ia imagen (puede ser útil para pacientes con visión periférica, entre otros usuarios). Se superponen en el visor una zona de Ia imagen original ampliada y los bordes extraídos de Ia imagen original en un tamaño reducido. El usuario controla mediante el interfaz Ia zona de Ia imagen original que desea aumentar, así como el grado de aumento de Ia misma. Además los bordes superpuestos y reducidos proporcionan información adicional sobre Ia estructura de Ia escena original que se está ampliando. Otro parámetro que el usuario puede modificar mediante el uso del interfaz es Ia localización en el visor de Ia información de los bordes y su umbral. Si el usuario no desea información sobre los bordes en el visor de salida también puede prescindir de ellos, quedando en el visor sólo Ia imagen original ampliada. El circuito de salida genera Ia imagen que será visualizada mediante un visor compatible con los formatos de imagen PAL, NTSC y VGA. Mediante el uso del interfaz, el usuario puede escoger el formato de salida que desee en función del tipo de visor que utilice. Una plataforma de bajo coste basada en un circuito reconfigurable es una opción muy válida ya que se puede personalizar para distintos pacientes, y el hecho de usar Ia misma plataforma para distintas patologías reduce los costes de fabricación. Es más, el sistema de procesamiento se basa en un chip de tipo FPGA, Io cual hace que Ia plataforma sea portátil. Por ello se puede utilizar combinado con dispositivos visores portátiles (HMD: Head Mounted Display) para que el paciente Ia utilice en tareas como caminar.

DESCRIPCIÓN DE UN MODO DE REALIZACIÓN Se describe una plataforma de ayuda para pacientes de baja visión. La plataforma completa está compuesta por un dispositivo de adquisición de imágenes, un circuito de procesamiento y un visor para obtener las imágenes procesadas. El circuito de procesamiento se compone de una FPGA, una memoria que configura Ia FPGA, y un interfaz con el usuario que pueden ser manejados por el paciente, y que proporcionan el valor de los parámetros que controlan el procesamiento. El procesamiento de las imágenes y Ia selección mediante los botones del interfaz del valor de los parámetros que caracterizan ese procesamiento se realiza en tiempo real.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una mejor comprensión del problema descrito y de su solución se muestra el dibujo de Ia figura 1 que representa el diagrama de bloques del funcionamiento de Ia plataforma desarrollada. En el dibujo, las diferentes posiciones corresponden a Io siguiente: 1. Dispositivo de adquisición de imágenes 2. Memoria 3. Frame-Grabber 4. Procesamiento de Ia imagen 5. Formato de salida de Ia imagen procesada 6. FPGA 7. Interfaz con el usuario 8. Visor genérico