Preliminary results of a high-resolution refractometer using the Hartmann-Shack wave-front sensor - Part I

In this project we are developing an instrument for measuring the wave-front aberrations of the human eye using the Hartmann-Shack sensor. A laser source is directed towards the eye and its diffuse reflection at the retina generates an approximately spherical wave-front inside the eye. This wave-front travels through the different components of the eye (vitreous humor, lens, aqueous humor, and cornea) and then leaves the eye carrying information about the aberrations caused by these components. Outside the eye there is an optical system composed of an array of microlenses and a CCD camera. The wave-front hits the microlens array and forms a pattern of spots at the CCD plane. Image processing algorithms detect the center of mass of each spot and this information is used to calculate the exact wave-front surface using least squares approximation by Zernike polynomials. We describe here the details of the first phase of this project, i. e., the construction of the first generation of prototype instruments and preliminary results for an artificial eye calibrated with different ametropias, i. e., myopia, hyperopia and astigmatism.

Processamento digital de imagens refletidas pelo filme lacrimal da superfície anterior da córnea / Digital processing of images reflected from the lachrymal film of the anterior corneal surface

Neste trabalho foi implementado um algoritmo para processamento de imagens refletidas pela fina lâmina lacrimal da superfície anterior da córnea humana. Este processamento é uma importante etapa em instrumentos oftálmicos para análise da da topografia da córnea. Um anteparo em forma de cone, com discos concêntricos pintados em sua superfícies, é posicionado diante da córnea do paciente. A córnea neste caso comporta-se como um espelho convexo esférico. Os raios de luz provindos do anteparo geram uma imagem virtual localizada atrás da córnea. Atrás do cone alinhado com o eixo deste existe um sistema óptico de aumento e uma câmera CCD. A imagem virtual é ampliada e focalizada na matriz deste CCD, cujo sinal é enviado a uma placa de aquisição de imagens ("frame-grabber") instalada em um IBM-PC compatível. As imagens digitalizadas contêm as informações essenciais para que as curvaturas sobre a superfície possam ser calculadas. Nosso algoritmo se mostrou bastante satisfatório na tarefa de extração de bordas destas imagens, e permitiu o mapeamento das curvaturas destas córneas, até mesmo para olhos bastante claros ou córneas irregulares. O desvio médio para superfícies teste foi de 50mm (0,02 pixels), 95mm (0,04 pixels)para olhos claros, e 72mm (0,03 pixels) para olhos escuros. Os resultados deste algoritmo foram satisfatórios para todas as superfícies teste e para córneas in vivo sob condições adversas de iluminação