CN105326471B - 婴幼儿视力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种婴幼儿视力测试装置及测试方法，用于对被测试者的视力进行检测，所述婴幼儿视力测试装置包括：显示单元，其用于显示测试用图案；摄像单元，其用于对所述被测试者观察测试用图案进行拍摄而获取拍摄图像；处理单元(10)，其连接并控制所述显示单元和所述摄像单元，并对所述拍摄图像进行存储和计算分析获得被测试者视力。本发明通过设置摄像单元对被测试者的面部进行自动拍摄并且进行眼部动作分析，能够提高视力测试效率，而且使得视力测试更加具有客观性。

Description

婴幼儿视力测试装置

技术领域

本发明涉及一种视力测试装置及测试方法，尤其是一种婴幼儿用的婴幼儿视力测试装置及测试方法。

背景技术

目前，在对被测试者尤其是婴幼儿进行视力测试时，由于与婴幼儿的交流及配合存在困难，因此一般采用选择观看法(preferential looking)，例如采用不同宽度的黑白条栅作为视觉刺激，与均匀一致的灰色目标作对比，通过观察被测试者的注视方向来判断被测试者是否发现条栅，以此进行视力分析。另外，除了上述的选择观看法以外，还有例如强制优先注视法(forced preferential looking)，强化优先注视法(operantpreferential looking)和视力卡法(acuity card procedure)等方法。

但是使用上述的视力测试法对被测试者进行视力测试时，通常需要一个另外的观察者，去观察被测试者的视线行为。人为的观察不仅增加了人力成本，还具有一定的主观性，使测量结果不准确。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种婴幼儿视力测试装置及测试方法，通过使用该婴幼儿视力测试装置，能够提高视力测试效率，而且使得视力测试更加具有客观性。

本发明的婴幼儿视力测试装置，用于对被测试者的视力进行检测，所述婴幼儿视力测试装置包括：显示单元，其用于显示测试用图案；摄像单元，其用于对所述被测试者观察测试用图案进行拍摄而获取拍摄图像；处理单元，其连接并控制所述显示单元和所述摄像单元，并对所述拍摄图像进行存储和计算分析获得被测试者视力。

本发明的婴幼儿视力测试装置，由于设置有摄像单元，可由摄像单元拍摄被测量者观察测试用图案的图像，然后通过对拍摄图像的分析确定被测量者的视线行为，因此不需要再设置观察人员，从而能够提高视力测试效率，而且使得视力测试更加具有客观性。

本发明的婴幼儿视力测试装置，优选，所述摄像单元包括相机和光源，所述光源在被测试者的眼睛角膜上形成光斑，并且所述光斑能够显示在所述拍摄图像中。

本发明的的婴幼儿视力测试装置，优选，所述处理单元包括控制模块、计算分析模块和数据存储模块；其中，所述控制模块控制所述测试用图案在所述显示屏中随机显示并控制所述摄像单元拍摄图像；所述计算分析模块通过所述拍摄图像的图像特征进行视力分析；所述存储模块存储所述测试用图案、所述拍摄图像和由对所述拍摄图像的计算分析而得到的数据。

本发明的的婴幼儿视力测试装置，优选，所述测试用图案为多组，其中每组测试用图案包括灰色图案和条栅图案，并且所述条栅图案能够设置不同的频率。

在上述结构中，通过设置条栅图案，能够使被测试者容易的察觉到图案的变换。

本发明的的婴幼儿视力测试装置，优选，所述显示单元为左右设置的左显示屏和右显示屏。

本发明的婴幼儿视力测试装置，优选，所述光源为左右设置的两个红外光源。

本发明的婴幼儿视力测试方法，采用上述的婴幼儿视力测试装置，并包括以下步骤：

步骤S1,显示测试用图案，获取被测试者对测试用图案的观测数据，所述测试用图案包括作为一组图案的灰色图案和条栅图案，所示条栅图案的频率一定；

步骤S2,重复执行步骤S1多次，获取多组所述观测数据；

步骤S3，根据所述多组观测数据，确定被测试者对当前测试用图案的观测结果；

步骤S4,根据所述观测结果调整测试用图案，其中，当所述观测结果不能用于判断被测试者具有明确的视觉行为时，调低所述条栅图案的频率，并继续执行步骤S1～步骤S3，直到确定所述被测试者所能发现的最高频率为止；当所述观测结果能够用于判断被测试者具有明确的视觉行为时，调高所述条栅图案的频率，并继续执行步骤S1～步骤 S3，直到确定所述被测试者所能发现的最高频率为止；

步骤S5,根据在步骤S4中所确定的被测试者所能发现的最高频率，确定被测试者视力。

本发明的婴幼儿视力测试方法，优选，所述步骤S1包括如下具体的步骤：

步骤S11,控制在所述左显示屏和所述右显示屏中随机出现所述灰色图案和频率一定的所述条栅图案；

步骤S12，拍摄所述被测试者的面部图像并存储；

步骤S13，对在步骤S12中所拍摄的图像数据进行计算分析；

步骤S14，存储在步骤S13中的计算分析的结果。

本发明的婴幼儿视力测试方法，优选，所述步骤S13包括如下具体的步骤：

步骤S131，根据所述步骤S12中存储的图像数据，定位人的面部的位置；

步骤S132，定位所述面部中眼部的位置；

步骤S133，提取眼部图像的特征并计算分析眼部的动作。

本发明的婴幼儿视力测试装置及测试方法，通过设置摄像单元对被测试者的面部进行自动拍摄并且进行眼部动作分析，能够提高视力测试效率，而且使得视力测试更加具有客观性。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施方式的婴幼儿视力测试装置的模块连接示意图。

图2是根据本发明的一个实施方式的婴幼儿视力测试方法的流程图。

图3是图2的步骤S1中所包含的具体步骤的流程图。

图4是图3的步骤S13中所包含的具体步骤的流程图。

图5是根据本发明的一个实施方式的眼部拍摄图像的图像特征的示意图。

符号说明

10处理单元；21左显示屏；22右显示屏；30相机；41左光源； 42右光源；50电源。

具体实施方式

下面，结合附图详细说明本发明的具体实施方式。

图1是本发明中婴幼儿视力测试装置的模块连接示意图。在本实施方式中，婴幼儿视力测试装置主要应用于婴幼儿。如图1所示，本发明的婴幼儿视力测试装置包括显示单元、摄像单元、处理单元10、以及未图示的安装板。

显示单元包括左显示屏21和右显示屏22。摄像单元包括相机30 和光源，所述光源包括左光源41和右光源42。

在本实施方式中，安装板为呈平面状的板状部件，左显示屏21和右显示屏22、相机30以及左光源41和右光源42都设置在安装板上，其中，左显示屏21和右显示屏22位于安装板的上部区域，并呈左右侧对称设置，相机30位于左显示屏21和右显示屏22的下侧且设置在左右方向的大致中间部位，左光源41和右光源42位于相机30的下侧且呈左右侧对称设置。

处理单元10包括控制模块、数据存储模块及计算分析模块。该控制模块用于控制图案的显示及相机30的拍摄，该数据存储模块用于存储测试用图案和测试数据，该计算分析模块用于对该数据存储模块中所存储的数据进行分析计算。

在数据存储模块中存储有多组视力测试用图案，并且该每组的测试用图案包括一个平和性图案和一个刺激性图案，控制模块通过有线或无线的方式控制测试用图案在左显示屏21、右显示屏22中随机显示。具体为，在本实施方式的每组测试用图案中，分别为一个灰色图案和一个条栅图案，其中，条栅图案可具有不同的空间频率，所述空间频率(在本发明中简称为“频率”)代表条栅图案条纹的粗细程度。控制模块控制测试用图案在左显示屏21及右显示屏22中显示。

另外，每组测试用图案中灰色图案和条栅图案的顺序随机排列，即，以左显示屏21为例，在该左显示屏21中所显示的图案为随机出现的一组图案中的一个灰色图案或条栅图案，同时在另一侧的右显示屏22中所显示的图案为与该左显示屏21中出现的图案相对应的一组图案中的另一个图案。举例为，在控制模块的控制下，可在左显示屏 21和右显示屏22上呈现第一组测试用图案，如在左显示屏21中显示为一定频率的条栅图案，而在右显示屏22中则显示为灰色图案，接下来，在规定的时间间隔(例如2秒)后，在左显示屏21和右显示屏22 上随机呈现第二组测试用图案，如在左显示屏21中显示为灰色图案，而在右显示屏22中则显示为该一定频率的条栅图案，如此反复随机呈现各组测试用图案多次(例如5～20次)。另外，控制模块还用于控制调整频率后的条栅图案的显示。

另外，控制模块也通过有线或无线的方式控制相机30对被测试者观察测试用图案进行拍摄。具体为，在通过上述的反复随机呈现的测试用图案对被测试者进行视力测试时，通过控制模块控制相机30为开启状态，并对被测试者的面部进行拍摄，该拍摄图像存储在数据存储模块中，从而能够通过对该图像进行眼部动作分析以实施视线估计。另外，数据存储模块也用于存储测试数据和测试结果。

又有，左光源41和右光源42与电源50直接连接，在本实施方式中，左光源41和右光源42为红外光源。在上述的控制测试用图案和相机30对被测试者进行测试时，使左光源41和右光源42为开启状态，并对被测试者的面部尤其是眼部进行照射。在通过上述的左光源41和右光源42对被测试者的面部进行照射时，会在被测试者的眼部中呈现左右两个光斑，并且该光斑能够与眼部瞳孔中心一起呈现在拍摄图像中(参照图3)，所述光斑是指，光源在被测试者的眼睛角膜上形成的反射点。然后，由被测试者的眼部瞳孔中心与上述两个光斑之间的关系，由视线跟踪算法跟踪并判断被测试者的视线行为。

下面对通过使用婴幼儿视力测试装置对婴幼儿视力测试方法进行详细说明。

首先使被测试者位于婴幼儿视力测试装置前的指定位置，例如位于安装有左显示屏21和右显示屏22的安装板前50±5cm的距离，并使被测试者的头部位于左显示屏21和右显示屏22中间，而且保证被测试者面部在相机30的拍摄范围内。

接下来，如图2及图3所示，进入步骤S1，在步骤S1中，显示测试用图案，获取被测试者对测试用图案的观测数据，所述测试用图案包括作为一组图案的灰色图案和条栅图案，所示条栅图案的频率一定，所述步骤S1具体包括：处理单元10的控制模块通过有线或无线信号的方式控制作为一组测试用图案的一个灰色图案及一个频率一定的条栅图案在左显示屏21和右显示屏22中随机显示的步骤S11；通过相机 30拍摄被测试者的面部，并将所拍摄的图像数据输入处理单元10中的存储模块中的步骤S12；由处理单元10的计算分析模块对在步骤S12 中存储于存储模块的图像数据进行计算分析的步骤S13；将在步骤S13 中计算分析的结果存储在所述处理单元10的存储模块中的步骤S14。

接下来进入步骤S2，在步骤S2中，重复执行步骤S1多次，获取多组所述观测数据。

接下来进入步骤S3，在步骤S3中，根据所述多组观测数据，确定被测试者对当前测试用图案的观测结果。

接下来进入步骤S4，在步骤S4中，根据所述观测结果调整测试用图案，其中，当所述观测结果不能用于判断被测试者具有明确的视觉行为时，调低所述条栅图案的频率，并继续执行步骤S1～步骤S3，直到确定所述被测试者所能发现的最高频率为止；当所述观测结果能够用于判断被测试者具有明确的视觉行为时，调高所述条栅图案的频率，并继续执行步骤S1～步骤S3，直到确定所述被测试者所能发现的最高频率为止。判断被测试者具有明确的视觉行为的具体方法，例如，将被测试者的视觉行为与条栅图案的显示位置一致的结果判断为阳性，否则判断为阴性，根据由步骤S3得到的多组数据分析结果，当阳性率大于75％时，则判定该被测试者能够发现该频率的条栅图案，即具有明确的视觉行为，反之则判定该被测试者不能发现该频率的条栅图案，即不具有明确的视觉行为。

在接下来的步骤S5中,根据在步骤S4中所确定的被测试者所能发现的最高频率，通过确定视力的该条栅频率与经典量化视力(Snellen 视力、5分视力、小数视力值)之间的计算公式确定被测试者的视力。

另外，上述的步骤S13包括如下具体的步骤：

根据所述步骤S12中存储的图像数据中定位人的面部的位置的步骤S131；定位所述面部中眼部的位置的步骤S132；提取眼部图像的特征并计算分析眼部的动作的步骤S133。

在步骤S133中，例如，首先定位被测试者眼部的瞳孔中心P和由红外光源的照射而在眼部中所呈现的光斑中心R1、R2(参照图4)；然后提取能够反应视线的特征，如:PCCR(pupil center-cornea reflection，瞳孔中心角膜反射)向量多项式特征，

记瞳孔中心光斑之间的向量为V，计算方式如下：

其中P瞳孔中心在图像中的坐标,R₁和R₂是两个光斑中心在图像中的坐标。

然后，归一化后的向量为V_N：

其中D＝||R₁-R₂||₂是两个光斑之间的欧式距离。

则PCCR的多项式表达为x：

x＝(V_Nx,V_Ny,V_Nx·V_Ny,V_Nx ²,V_Ny ²)^T；

然后通过统计学的方法进行视线估计，从而判断出被测试者的视线行为(眼部动作)。

由上述步骤可知，在对被测试者的视力进行测量分析时，不需另外设置观察者，而是能够通过婴幼儿视力测试装置自动进行检测分析，这样，能够提高检测效率，并使检测结果更具客观性。

本发明中并不局限于上述的实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以有各种变形/更改。

例如，在本实施方式的步骤S13中，使用的是基于计算机视觉的视线跟踪技术，但本发明并不局限于此，也可为基于外观的视线估计方法或基于三维模型的视线估计方法等。另外，在本实施方式中的步骤S1中，采用人脸检测的方法，但本发明并不局限于此，也可使用基于肤色模型的方法、SVM(支持向量机)方法、神经网络、稀疏表达等。还有，在本实施方式中，将条栅图案作为对被测试者的刺激性图案，但也可使用具有辨识效果的其他图案，比如星点图案等。另外，在本实施方式中，显示屏和光源分别为左右设置的两个，但也可为多个，例如分别设置3个。

Claims (5)

1.一种婴幼儿视力测试装置，用于对被测试者的视力进行检测，其特征在于，所述婴幼儿视力测试装置包括：

显示单元，其用于显示测试用图案，所述测试用图案为多组，其中每组测试用图案包括灰色图案和条栅图案，并且所述条栅图案能够设置不同的频率；

摄像单元，其用于对所述被测试者的面部进行自动拍摄而获取拍摄图像，获取多组观测数据；

处理单元(10)，其连接并控制所述显示单元和所述摄像单元，并对所述拍摄图像进行存储和眼部动作分析，确定被测试者对当前测试用图案的观测结果，根据观测结果调整所述测试用图案，当所述观测结果不能用于判断所述被测试者具有明确的视觉行为时，调低所述条栅图案的频率，当所述观测结果能够用于判断被测试者具有明确的视觉行为时，调高所述条栅图案的频率，直到确定所述被测试者所能发现的最高频率，获得被测试者视力。

2.根据权利要求1所述的婴幼儿视力测试装置，其特征在于，

所述摄像单元包括相机(30)和光源，所述光源在被测试者的眼睛角膜上形成光斑，并且所述光斑能够显示在所述拍摄图像中。

3.根据权利要求1所述的婴幼儿视力测试装置，其特征在于，

所述处理单元(10)包括控制模块、计算分析模块和数据存储模块；其中，

所述控制模块控制所述测试用图案在所述显示单元中随机显示并控制所述摄像单元拍摄图像；

所述计算分析模块通过所述拍摄图像的图像特征进行视力分析；

所述数据存储模块存储所述测试用图案、所述拍摄图像和由对所述拍摄图像的计算分析而得到的数据。

4.根据权利要求1所述的婴幼儿视力测试装置，其特征在于，

所述显示单元为左右设置的左显示屏(21)和右显示屏(22)。

5.根据权利要求2所述的婴幼儿视力测试装置，其特征在于，

所述光源为左右设置的两个红外光源。