CN106060142A - 一种能够检查视力的手机及使用其进行视力检查的方法 - Google Patents

Abstract

一种能够检查视力的手机，包括手机芯片、手机显示屏、手机喇叭、手机前摄像头、手机话筒、前距离传感器、后距离传感器和视力测试控制系统；前距离传感器、后距离传感器安装在手机外部；视力测试控制系统包括：中央数据处理模块、距离监控模块、眼睛遮挡识别模块、语音应答模块和系统数据库；眼睛遮挡识别模块包括图像预处理模块、面部特征提取模块、面部特征对比模块、面部特征库，语音应答模块包括语音信号预处理模块、语音特征提取模块、语音特征对比模块和语音库，系统数据库包括视标数据库、检查模式和检查方案。该能够检查视力的手机使视力检查不再枯燥、乏味，特别适合青少年的近视防控。

Description

一种能够检查视力的手机及使用其进行视力检查的方法

技术领域

本发明涉及利用手机检查视力的技术，尤其指一种能够检查视力的手机及使用其进行视力检查的方法。

背景技术

通常，我们见到的视力表多是为医院、学校、眼镜店等专业机构设计的。视标有大有小列有十多行，适合各种视力水平的检查，适应范围广。但对个人来说，除去意外变故，即使考虑到人眼视力波动，一段时间(如一周)，视力的变化也不会一下子相差几行。因此，当我们检查视力后，再次进行检查视力或跟踪时，就有一个上次人视力数值做参考。这时，适宜的视力表也就是有限的几行视标，检查间隔时间越短，视标越少。可见，个人用通用视力表跟踪检查，不完全适合。

在全国范围内推行《标准对数视力表》。经过20年的临床应用，人们发现该视力表存在一定的缺陷。例如大视标个数较少，仅1～3个，对患明显影响视力的眼病，如老年性黄斑变性、糖尿病性视网膜病变等患者的视力变动难以进行评估；视标之间的距离不等，拥挤效应不一致，影响弱视儿童的诊断及疗效观察；每行视标数不同，影响查量结果的敏感性和特异性；采用的是五分法记录视力，与目前国际流行的视力记录方法不能接轨。

国际通用视力表是C字形视力表，检查精度较高。在我国，主要用于空军、民航和特殊的视力检查。这也说明：C字形视力表更应该推广使用，因为检查的高标准，才能有好结果。多个视力表交叉检查，不论从学术交流，预防和治疗，都有积极的意义。

另外，我们的视力值最小相差是0.1，作为视力跟踪是否科学，人的正常视力变大多少的范围是合理的，这都需对视力表提出新要求。

随着新技术应用，出现的新型的电子视力检查仪，但是这些产品价格贵，和视力表一样，是针对专业机构，不是面向大众的产品。还有，智能手机普及和应用，检查视力的手机应用也出现一些，但是这些应用简单，只是简单地把视力表APP化，实用价值不大，没有对智能手机及其传感器技术深度开发，实际体验很差。

通过上述分析可以看出，借助智能手机的普及和数据处理能力。提出一种适合个人利用手机检查视力的方法就十分必要，通过此方法，每个人都会有一个适合自己，或者说是个人定制的电子视力检查仪。可见，对眼的健康有积极的意义，也有极高的社会价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种可靠、便捷的能够检查视力的手机。

本发明的另一目的是提供一种使用该手机进行视力检查的方法。

本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：

一种能够检查视力的手机，包括手机芯片、手机显示屏、手机喇叭、手机前摄像头和手机话筒，还包括前距离传感器、后距离传感器和视力测试控制系统；

前距离传感器、后距离传感器安装在手机外部；

视力测试控制系统设于手机芯片中，该视力测试控制系统与手机显示屏、手机喇叭和手机话筒电连接；

该视力测试控制系统包括：中央数据处理模块、距离监控模块、眼睛遮挡识别模块、语音应答模块和系统数据库；所述中央数据处理模块与距离监控系统、眼睛遮挡识别系统、语音应答系统和系统数据库连接，其中，

距离监控模块与前距离传感器、后距离传感器连接，用于通过接收前距离传感器、后距离传感器的距离数字信号，确保手机与平面镜的距离、手机与面部的距离符合规定距离；

眼睛遮挡识别模块包括图像预处理模块、面部特征提取模块、面部特征对比模块、面部特征库，其中，图像预处理模块与手机前摄像头连接，用于通过手机前摄像头获得图像，并处理转化成图像数字信号后，经图像预处理模块、面部特征提取模块，与没有遮挡的面部特征库的数据进行实时对比，判断被遮挡的一只眼周围是否完全被手机有效遮挡；

语音应答模块包括语音信号预处理模块、语音特征提取模块、语音特征对比模块和语音库，其中，语音信号预处理模块与手机话筒连接，用于判断手机显示屏的视标特征个人语音描述是否正确，被测试人做出的语音应答，经手机话筒转换成语音数字信号，经语音信号预处理模块、语音特征提取模块，通过语音特征对比模块与语音库进行比对，得出语音应答结果是否匹配；

系统数据库包括视标数据库、检查模式和检查方案；视标数据库包括视标库及其对应的视标语音模型库，视标库由大小不同的同一种视标构成；检查方案由视标数据库根据检查模式而生成，检查模式指的是同级视标出现的次序和频率的组合规则，检查方案是视标由大到小纵向排列、一组同级视标按检查规则横向排列的视力表。

前距离传感器、后距离传感器是红外激光距离传感器。

前距离传感器、后距离传感器集成为单一的装置，作为手机外设，通过手机数据接口连接，和现有的手机进行配合使用。

一种使用能够检查视力的手机进行视力检查的方法，其检查步骤如下：

a)开始：启动手机，用户登录，启动视力测试控制系统，控制各模块进入工作状态；

b)初始化：通过手机显示屏提示，用手机前摄像头进行面部照像，自动建立并完善面部特征库；通过手机话筒进行有关视标特征描述的应答语音录制，建立被选择的视标库相对应的视标语音模型库；

c)确定检查方案：即选取一种视标库并选择一种检查规则，确定一种检查方案，第一次检查为首次视力检查，以后的检查均为跟踪视力检查；

d)检查准备：人站立于平面镜前，使手机显示屏对准位于正前方的平面镜，用手机遮挡不进行检查的一只眼睛；

距离监控模块通过接收前距离传感器、后距离传感器的距离数字信号，确保手机与平面镜的距离、手机与面部的距离符合规定距离，按照手机喇叭和手机显示屏的提示，确定人在平面镜前的站立距离，确定后不得移动；

平面镜中的人的面部图像，由手机前摄像头获得，处理转化成图像数字信号后，经图像预处理模块、面部特征提取模块，通过面部特征对比模块与没有遮挡的面部特征库的数据进行实时对比，判断被遮挡的眼睛周围是否完全被手机有效遮挡；

e)视力检查，包括如下步骤e1)～e6)：

e1)选择第一组视标：中央数据处理模块选择检查方案中的第一组视标；

e2)中央数据处理模块依次读取该组中的视标；

e3)计算并记录语音应答结果：中央数据处理模块控制手机显示屏显示该视标，同时设置语音库为该视标的语音模型；未遮挡的待检查眼睛观察平面镜中反射的手机显示屏上显示的视标，应答描述视标特征，语音应答模块中的语音信号预处理模块从手机话筒接收该应答描述的语音数字信号，经语音信号预处理模块、语音特征提取模块，通过语音特征对比模块与语音库进行特征对比，计算并记录语音应答结果；

e4)判断语音应答结果有效？如语音应答过程中距离监控结果无效或眼睛遮挡识别结果是无效遮挡，即语音应答结果无效，则中央数据处理模块依据检查方案替换一个同级视标，重复步骤e3)；如语音应答过程中距离监控结果有效并且眼睛遮挡识别结果有效时，即语音应答结果有效，则进行步骤e5)；

e5)判断该组视标检查完成？如未完成，转到步骤e2)，如完成，进行步骤e6)；

e6)判断该组中全部视标的语音应答结果是否完全匹配？如是，中央数据处理模块依据检查方案选择下一组视标，转到e2)；如否，则停止该眼检查，进行步骤f)；

f)判断是否进行另一只眼的视力检查：如是，进行步骤e1)～e6)；如否，进行步骤g)；

g)检查结论，中央数据处理模块得出视力检查结论，通过手机显示屏显示；

h)结束。

本发明的有益效果在于：

1.距离、语音、人脸的数据监控和分析杜绝了个人视力检查中的作弊现象；

2.个人可以建立自己的视力表和检查方案，确定视力变化警戒值；

3.检查方便、快捷；配合智能手机的强大功能可以增加娱乐内容，使视力检查不再枯燥、乏味，特别适合青少年的近视防控。

附图说明

图1是本发明的能够检查视力的手机的原理框图。

图2是本发明使用该手机进行视力检查的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明的能够检查视力的手机优选为智能手机。

如图1所示，一种能够检查视力的手机，包括手机芯片、手机显示屏、手机喇叭、手机前摄像头、手机话筒、前距离传感器、后距离传感器和视力测试控制系统。

前距离传感器、后距离传感器安装在手机外部；其中，前距离传感器安装在手机显示屏一侧，后距离传感器安装在另一侧，即手机的背面；优选地，前距离传感器和后距离传感器是红外激光距离传感器，如意法半导体推出完全针对手机的光学距离传感器，该红外激光对人眼安全、无害。或者把前距离传感器、后距离传感器集成为单一的装置，作为手机外设，通过手机数据接口连接，和现有的手机进行配合使用，投入小，使手机的功能更加强大。

视力测试控制系统设于手机芯片中，该视力测试控制系统与手机显示屏、手机喇叭和手机话筒电连接。

该视力测试控制系统包括：中央数据处理模块、距离监控模块、眼睛遮挡识别模块、语音应答模块和系统数据库。所述中央数据处理模块与距离监控模块、眼睛遮挡识别模块、语音应答模块和系统数据库连接。

距离监控模块与前距离传感器、后距离传感器连接，用于通过接收前距离传感器、后距离传感器的距离数字信号，确保手机与平面镜的距离、手机与面部的距离符合规定距离。需要特别强调的是，个人自我检查视力时，通过距离监控模块可以完全杜绝在检查距离这一环节作弊：不满足规定的距离，即距离监控结果无效，无法进行视力检查；在检查过程中，如距离监控结果无效，即距离监控报警，则该视标检查无效，可进行追加检查。

眼睛遮挡识别模块包括图像预处理模块、面部特征提取模块、面部特征对比模块和面部特征库。其中，图像预处理模块与手机前摄像头连接。其功能是计算出眼睛遮挡识别结果，用于判断眼睛是否有效遮挡和识别左右眼。

平面镜中的人的面部图像，由手机前摄像头获得，处理转化成图像数字信号后，经图像预处理模块、面部特征提取模块，通过面部特征对比模块与没有遮挡的面部特征库的数据进行实时对比，判断被遮挡的一只眼周围是否完全被手机有效遮挡。

眼睛遮挡识别模块所涉及的技术为人脸识别技术，有公开技术和不同的算法，这里不再赘述。

一只眼遮挡时，自然检查的就是另一只眼的视力，手机起遮眼板的功能。在检查视力时，即使前、后距离传感器未报警，如出现眼睛未完全遮挡，也可判断本视标检查结果无效，可进行追加检查。杜绝双眼视力代替单眼视力作弊的现象。

系统数据库包括视标数据库、检查模式和检查方案。视标数据库包括视标库及其对应的视标语音模型库。视标库由大小不同的同一种视标构成，与其对应的视标语音模型库为该视标正确的应答语音。检查模式指的是在一次视力检查中，同级视标出现的次序和频率的组合规则。检查方案是视标由大到小纵向排列、一组同级视标按检查规则横向排列的视力表，检查方案由视标数据库根据检查模式而生成。

由此可见，一种视标可以有多种不同的检查方案。对比一下，如在医院，同一个人，同一个视力表，不同的医生检查视力时，同一行视标检查，被测试的视标出现的次序和频率是不一样，这就是相当于不同的检查模式，只不过这个模式是由医生现场随机确定。而利用手机检查视力，检查模式有多种，对应的检查方案就多种，可随机选择。另外，手机检查视力可以记录检查过程，因此，评价检查结果就更客观。更进一步，视标库包括E视标库、C视标库、儿童视标库多种。如以E视标为例，4个方向特征，不论视标大小，视标语音模型库只有4个语音模型。视标可以是“上下左右”的一种排列方式，也可以是“下上右左上左下右”的一种排列方式，前者检查规则偏于效率，节省时间；后者更为准确，可杜绝猜测的现象。检查规则也可采用最优原则，即前面的较大的几组视标采用偏于效率的检查规则，最后检查的较小的几组视标采用偏于准确的检查规则。检测视力时，因为一旦语音应答结果不匹配，就基本上接近最佳视力，多几个视标检查就更准确。更进一步，此时，也可自动生成针对个人非标准大小的视标，使视力测试精度更准确。通常，测一个视标大概为2-3秒，视力检查几分钟就完成了。对于视力跟踪，有历史记录参考，检查更快，占用有1-2分钟就可完成，快速易行，几乎完全不会影响日常的生活。

语音应答模块包括语音信号预处理模块、语音特征提取模块、语音特征对比模块和语音库。其中，语音信号预处理模块与手机话筒连接。其功能是计算出语音应答结果，用于判断手机显示屏的视标特征个人语音描述是否正确。

语音应答模块涉及的技术为语音识别技术，有公开技术和不同的算法，这里不再赘述。

进行视力检查时，根据检查方案，手机显示屏显示一个被选择的视标库的视标，同时根据相应的视标语音模型库更新语音应答模块的语音库，使语音库更新为该显示的视标的语音模型。被测试人做出的语音应答，经手机话筒转换成语音数字信号，经语音信号预处理模块、语音特征提取模块，通过语音特征对比模块与语音库进行比对，得出语音应答结果是否匹配。

需要指出的是该语音识别技术应用简单，如以E形视标为例，检查4个方向：上、下、左、右，是特定人、特定字的语音识别，实现可靠。检查视力时，手机显示屏显示一个视标，如它的方向是“上”，同时使语音库设为“上”的语音模型，一只眼观察平面镜的视标，在规定的时间内，如回答是“上”，这个语音应答，经手机话筒转换成语音数字信号，经语音信号预处理模块、语音特征提取模块，通过语音特征对比模块与语音库中“上”的语音模型进行比对，语音应答结果匹配，答案正确；否则，如回答其他3个答案，语音模型显然不匹配，这种测试如同我们在医院进行的视力检查。

人机交互是通过手机显示屏、手机喇叭、手机话筒完成的。不限于这几种方式，也可以借助于手机中的其它传感器，如震动传感器、方向传感器，使检查视力体验更好。

如图2所示，一种使用能够检查视力的手机进行视力检查的方法，其检查步骤如下：

a)开始：启动手机，用户登录，启动视力测试控制系统，控制各模块进入工作状态。

b)初始化：通过手机显示屏提示，用手机前摄像头进行面部照像，自动建立并完善面部特征库；通过手机话筒进行有关视标特征描述的应答语音录制，建立被选择的视标库相对应的语音模型库。

通常，如两次检查间隔时间较短，后一次的初始化也可省略，因为人的面部特征和语音特征基本不变，这可以节约时间。

c)确定检查方案：即选取一种视标库并选择一种检查规则，确定一种检查方案。第一次检查为首次视力检查，以后的检查均为跟踪视力检查。

d)检查准备：人站立于平面镜前，使手机显示屏对准位于正前方的平面镜，用手机遮挡不进行检查的一只眼睛；

距离监控模块通过接收前距离传感器、后距离传感器的距离数字信号，确保手机与平面镜的距离、手机与面部的距离符合规定距离，按照手机喇叭和手机显示屏的提示，确定人在平面镜前的站立距离，确定后不得移动；

平面镜中的人的面部图像，由手机前摄像头获得，处理转化成图像数字信号后，经图像预处理模块、面部特征提取模块，通过面部特征对比模块与没有遮挡的面部特征库的数据进行实时对比，判断被遮挡的眼睛周围是否完全被手机有效遮挡。

e)视力检查，包括如下步骤e1)～e6)：

e1)选择第一组视标：中央数据处理模块选择检查方案中的第一组视标。

e2)中央数据处理模块依次读取该组中的视标。

e3)计算并记录语音应答结果：中央数据处理模块控制手机显示屏显示该视标，同时设置语音库为该视标的语音模型；未遮挡的待检查眼睛观察平面镜中反射的手机显示屏上显示的视标，应答描述视标特征。语音应答模块中的语音信号预处理模块从手机话筒接收该应答描述的语音数字信号，经语音信号预处理模块、语音特征提取模块，通过语音特征对比模块与语音库进行特征对比，计算并记录语音应答结果。

e4)判断语音应答结果有效？如语音应答过程中距离监控结果无效或眼睛遮挡识别结果是无效遮挡，即语音应答结果无效，则中央数据处理模块依据检查方案替换一个同级视标，重复步骤e3)；如语音应答过程中距离监控结果有效并且眼睛遮挡识别结果有效时，即语音应答结果有效，则进行步骤e5)。

e5)判断该组视标检查完成？如未完成，转到步骤e2)，如完成，进行步骤e6)。

e6)判断该组中全部视标的语音应答结果是否完全匹配？如是，中央数据处理模块依据检查方案选择下一组视标，转到e2)；如否，则停止该眼检查，进行步骤f)。

首次视力检查，实行首次检查方案，即以最大的一级视标为第一组视标。进行跟踪检查视力时，实行跟踪检查方案，即以上次检查的视力为依据，向前推2-3级更大的视标作为参考值，作为第一组视标。这样处理，可以节约检查时间，方便视力跟踪。

f)判断是否进行另一只眼的视力检查：如是，进行步骤e1)～e6)；如否，进行步骤g)。

g)检查结论，中央数据处理模块得出视力检查结论，通过手机显示屏显示。

h)结束。

如需要，可确定另一种检查方案，进行不同视力表的检查对比。

上述检查很容易实现，在家中化妆的平面镜基本上每个家庭都具备，5米的检查距离利用平面镜后也就需要2.5米左右，几乎完全不受空间限制。

另外，需要强调的是，视标大小可以进行细化，使视力的精度达到0.05或更高，即设计检查方案时，视标大小的设计可对应相应的视力精度，定制适合个人的专用视力表，也便于视力跟踪。

通过上述描述可以看出，通过增加距离传感器，视力测试控制系统可以使手机扩展为多种视力表，也是专业的检查人员，还是视力跟踪记录单。因此，它的应用对保护眼睛健康有积极作用。

Claims (4)

1.一种能够检查视力的手机，包括手机芯片、手机显示屏、手机喇叭、手机前摄像头和手机话筒，其特征在于：还包括前距离传感器、后距离传感器和视力测试控制系统；

前距离传感器、后距离传感器安装在手机外部；

视力测试控制系统设于手机芯片中，该视力测试控制系统与手机显示屏、手机喇叭和手机话筒电连接；

该视力测试控制系统包括：中央数据处理模块、距离监控模块、眼睛遮挡识别模块、语音应答模块和系统数据库；所述中央数据处理模块与距离监控系统、眼睛遮挡识别系统、语音应答系统和系统数据库连接，其中，

距离监控模块与前距离传感器、后距离传感器连接，用于通过接收前距离传感器、后距离传感器的距离数字信号，确保手机与平面镜的距离、手机与面部的距离符合规定距离；

眼睛遮挡识别模块包括图像预处理模块、面部特征提取模块、面部特征对比模块、面部特征库，其中，图像预处理模块与手机前摄像头连接，用于通过手机前摄像头获得图像，并处理转化成图像数字信号后，经图像预处理模块、面部特征提取模块，与没有遮挡的面部特征库的数据进行实时对比，判断被遮挡的一只眼周围是否完全被手机有效遮挡；

语音应答模块包括语音信号预处理模块、语音特征提取模块、语音特征对比模块和语音库，其中，语音信号预处理模块与手机话筒连接，用于判断手机显示屏的视标特征个人语音描述是否正确，被测试人做出的语音应答，经手机话筒转换成语音数字信号，经语音信号预处理模块、语音特征提取模块，通过语音特征对比模块与语音库进行比对，得出语音应答结果是否匹配；

系统数据库包括视标数据库、检查模式和检查方案；视标数据库包括视标库及其对应的视标语音模型库，视标库由大小不同的同一种视标构成；检查方案由视标数据库根据检查模式而生成，检查模式指的是同级视标出现的次序和频率的组合规则，检查方案是视标由大到小纵向排列、一组同级视标按检查规则横向排列的视力表。

2.根据权利要求1所述的能够检查视力的手机，其特征在于：前距离传感器、后距离传感器是红外激光距离传感器。

3.根据权利要求1或2所述的能够检查视力的手机，其特征在于：前距离传感器、后距离传感器集成为单一的装置，作为手机外设，通过手机数据接口连接，和现有的手机进行配合使用。

4.一种使用权利要求1-3之一所述的能够检查视力的手机进行视力检查的方法，其检查步骤如下：

a)开始：启动手机，用户登录，启动视力测试控制系统，控制各模块进入工作状态；

b)初始化：通过手机显示屏提示，用手机前摄像头进行面部照像，自动建立并完善面部特征库；通过手机话筒进行有关视标特征描述的应答语音录制，建立被选择的视标库相对应的视标语音模型库；

c)确定检查方案：即选取一种视标库并选择一种检查规则，确定一种检查方案，第一次检查为首次视力检查，以后的检查均为跟踪视力检查；

d)检查准备：人站立于平面镜前，使手机显示屏对准位于正前方的平面镜，用手机遮挡不进行检查的一只眼睛；

距离监控模块通过接收前距离传感器、后距离传感器的距离数字信号，确保手机与平面镜的距离、手机与面部的距离符合规定距离，按照手机喇叭和手机显示屏的提示，确定人在平面镜前的站立距离，确定后不得移动；

平面镜中的人的面部图像，由手机前摄像头获得，处理转化成图像数字信号后，经图像预处理模块、面部特征提取模块，通过面部特征对比模块与没有遮挡的面部特征库的数据进行实时对比，判断被遮挡的眼睛周围是否完全被手机有效遮挡；

e)视力检查，包括如下步骤e1)～e6)：

e1)选择第一组视标：中央数据处理模块选择检查方案中的第一组视标；

e2)中央数据处理模块依次读取该组中的视标；

e3)计算并记录语音应答结果：中央数据处理模块控制手机显示屏显示该视标，同时设置语音库为该视标的语音模型；未遮挡的待检查眼睛观察平面镜中反射的手机显示屏上显示的视标，应答描述视标特征，语音应答模块中的语音信号预处理模块从手机话筒接收该应答描述的语音数字信号，经语音信号预处理模块、语音特征提取模块，通过语音特征对比模块与语音库进行特征对比，计算并记录语音应答结果；

e4)判断语音应答结果有效？如语音应答过程中距离监控结果无效或眼睛遮挡识别结果是无效遮挡，即语音应答结果无效，则中央数据处理模块依据检查方案替换一个同级视标，重复步骤e3)；如语音应答过程中距离监控结果有效并且眼睛遮挡识别结果有效时，即语音应答结果有效，则进行步骤e5)；

e5)判断该组视标检查完成？如未完成，转到步骤e2)，如完成，进行步骤e6)；

e6)判断该组中全部视标的语音应答结果是否完全匹配？如是，中央数据处理模块依据检查方案选择下一组视标，转到e2)；如否，则停止该眼检查，进行步骤f)；

f)判断是否进行另一只眼的视力检查：如是，进行步骤e1)～e6)；如否，进行步骤g)；

g)检查结论，中央数据处理模块得出视力检查结论，通过手机显示屏显示；

h)结束。