CN106203370A - 一种基于计算机视觉技术的视力测定方法及系统 - Google Patents

一种基于计算机视觉技术的视力测定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于计算机视觉技术的视力测定方法及系统，涉及计算机视觉技术与视力检测技术。本发明技术要点：确定待测人员人眼到图像获取装置摄像头的距离d'；根据距离d'换算出各级标准视标在该距离下的边长ln；逐级构造出不同朝向和尺寸的视标确定待测人员两眼中心位置对应于显示屏的坐标Pc；将构造出的视标投送到显示屏的坐标Pc处显示；根据待测人员的响应确定待测人员的视力。

Description

一种基于计算机视觉技术的视力测定方法及系统
技术领域
本发明涉及计算机视觉技术与视力检测技术。
背景技术
目前对人眼视力的测定方法主要还是利用纸质的视力表，如图1，在特定的环境(如：医院，眼睛店)下进行测定。
在实际中测定视力需要固定检查距离，标准的视力表需要有5米的检查距离，为了使示标能更清晰的展现在人眼前，降低视力测定的误差，需要为视力表补光，现有的补光方式有直接照明法与后照法。其中，直接照明法是指将光直接照射在视力表表面，照度应不低于300lx；后照法是指在视力表后补光，常见的形式有视力表灯箱或屏幕显示视力表，则视力表白底的亮度不能低于20.0cd/m2。这两种照明方式都需力求均匀，恒定，无反光，不炫目。
另外，视力表应避免阳光或强光直射。在空间和光亮两个条件的约束下，视力测定一般只能去专门的测定机构，使人们不能方便快捷地监测自己的视力情况，错失最佳的近视治疗时机。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种视力测定方法，该方法基于计算机视觉技术，可应用于手机、平板电脑等智能终端，借助智能终端的摄像头及显示屏即可完成待测人员视力的自助测定。
本发明提出的基于计算机视觉技术的视力测定方法，包括：
步骤1：确定待测人员人眼到图像获取装置的距离d'；
步骤2：根据距离d'换算出各级标准视标在该距离下的边长ln，n＝-3,-2,-1,…,10；
步骤3：根据步骤2得出的各级视标边长ln，逐级构造出不同朝向和尺寸的视标n＝-3,-2,-1,…,10，θ＝0,90°,180°,270°；
步骤4：利用图像采集装置采集待测人员的正面人脸图像，识别出正面人脸图像上两眼中心位置，并确定将所述正面人脸图像输出到显示屏上时两眼中心位置对应于显示屏的坐标Pc；图像采集装置的镜头与显示屏位于同一平面；
步骤5：按照一定规则将步骤3构造出的视标或者其中的一部分逐个投送到显示屏的坐标Pc处显示；
步骤6：利用图像采集装置采集待测人员的响应人脸图像，识别出响应人脸图像中人脸的偏航角和俯仰角，从而得到待测人员的响应；
步骤7：根据待测人员的响应确定待测人员的视力。
步骤1进一步包括利用图像采集装置采集待测人员的正面人脸图像，所述正面人脸图像中还包括与人眼同平面的参照物，根据参照物在所述正面人脸图像中的尺寸、参照物尺寸与距离函数关系确定距离d'。
进一步，步骤2中视标边长n＝-3,-2,-1,…,10，ρ＝2.90888×10-4rad。
步骤4进一步包括利用人脸识别算法识别出正面人脸图像中的人脸，再利用人脸特征点检测算法识别出人脸中两眼的内眼角坐标，进而计算出两内眼角之间中点的坐标，再根据正面人脸图像与显示屏的映射关系确定所述中点坐标对应于显示屏上的坐标，从而得到坐标Pc。
进一步，步骤6中利用人脸姿态检测算法检测响应人脸图像中人脸的转动方向。
本发明还提供了一种基于计算机视觉技术的视力测定系统，包括：
距离检测模块，用于确定待测人员人眼到图像获取装置的距离d'；
视标边长计算模块，用于根据距离d'换算出各级标准视标在该距离下的边长ln，n＝-3,-2,-1,…,10；
视标构造模块，用于根据视标边长计算模块输出的各级视标边长ln，逐级构造出不同朝向和尺寸的视标n＝-3,-2,-1,…,10，θ＝0,90°,180°,270°；
人眼中心坐标检测模块，用于接收图像采集装置采集的待测人员的正面人脸图像，识别出正面人脸图像上两眼中心位置，并确定将所述正面人脸图像输出到显示屏上时两眼中心位置对应于显示屏的坐标Pc；图像采集装置的镜头与显示屏位于同一平面；
视标显示模块，用于按照一定规则将构造出的视标或者其中的一部分逐个投送到显示屏的坐标Pc处显示；
待测人员响应检测模块，用于接收图像采集装置采集的待测人员的响应人脸图像，识别出响应人脸图像中人脸的偏航角和俯仰角，从而得到待测人员的响应；
视力确定模块，用于根据待测人员的响应确定待测人员的视力。
距离检测模块进一步用于接收图像采集装置采集的待测人员的正面人脸图像，所述正面人脸图像中还包括与人眼同平面的参照物，根据参照物在所述正面人脸图像中的尺寸、参照物尺寸与距离函数关系确定距离d'。
进一步，视标边长计算模块利用公式计算视标边长ln，n＝-3,-2,-1,…,10，ρ＝2.90888×10-4rad。
人眼中心坐标检测模块进一步用于利用人脸识别算法识别出正面人脸图像中的人脸，再利用人脸特征点检测算法识别出人脸中两眼的内眼角坐标，进而计算出两内眼角中点的坐标，再根据正面人脸图像与显示屏的映射关系确定所述中点坐标对应于显示屏上的坐标，从而得到坐标Pc。
进一步，视标显示模块用于利用人脸姿态检测算法检测响应人脸图像中人脸的转动方向。
本发明技术方案的技术效果如下：
1)将传统的人眼近视测定方法发展为基于计算机视觉技术的测定方法，克服了传统的视力检测对空间和光照条件的限制，使人们可以方便快捷的对视力进行测定，当出现视力下降的情况时使人们可以及时发现病情并及早的采取预防措施来避免视力的进一步下降。
2)相对于传统的视力测量表，在测量时要求被测者的目光与标准刻度对齐，然后依次去测试各级的示标。但是在实际测试情景中，由于个体的高矮不一，想要使所有被测者的目光与标准刻度对齐这一要求很难实现，导致测试的精确度并不高。利用计算机视觉的特征点检测算法可以精确的定位测试者眼睛的位置并把相应的示标投送至相应的位置，使得视力测试的误差更低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为传统的视力测量表。
图2为本发明方法流程图。
图3为本发明效果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，很显然，下文所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明利用计算机视觉技术来实现对人眼视力的测定，适用于手机、平板电脑、笔记本电脑等具备摄像头及显示屏的智能终端。
本发明利用基于计算机视觉的距离测定算法计算出人眼到智能终端摄像头的距离，根据测定出来的距离，调整视标大小至符合该距离下的国际标准大小。根据该距离下不同级别视标的边长、同一级别下视标的朝向构造出全部视标。国际标准中，视标共有-3、-2、-1、…、10这14个级别，每个级别的视标“E”也可以是视标“C”的开口具有上、下、左、右四种不同的朝向。
然后按照一定规则(如分级检测原则)在显示屏上显示视标，检测待测人员的响应动作，根据待测人员响应判断待测人员的视力。
下面详细阐述本发明各个步骤的实现过程：
步骤1.确定待测人员人眼到图像获取装置的距离d'。
在一个具体实施例中，需要借助参照物来获取物品在图像采集装置拍摄的图像中的大小与其距离图像采集装置镜头的距离。参照物可以选用日常生活中常见的身份证，银行卡，会员卡等。拍摄参照物与图像采集装置不同距离时的图像，可获取多组距离及每种距离下图像中参照物的尺寸，本实施例中采用银行卡的长边像素点来描述图像中参照物的尺寸。利用插值方法获取距离与图像中参照物尺寸的函数关系d＝f(x)，d为距离，x为图像中参照物长边的像素点。
测试时首先需要待测人员将银行卡置于与其面部在同一平面的位置上，图像采集装置拍摄包含银行卡在内的正面人脸图像。识别银行卡长边在图像中的像素点，利用上述函数关系计算出待测人员人眼到图像采集装置的距离d'。
步骤2.已知国际标准中，距离为d，如25cm，时，某一级别，如第0级，的视标边长为l0，如0.36mm。由相似三角形原理可知，该标准视标在距离d'下的边长等于l0×(d'/d)。
又已知国际标准中距离为25cm时，各级视标边长等于n＝-3,-2,-1,…,10，ρ＝2.90888×10-4rad。那么根据上述比例关系可以得知在距离d'下各视标的边长
步骤3.根据上述视标边长，逐级构造出在距离d'下不同朝向和尺寸的视标n＝-3,-2,-1,…,10，θ＝0,90°,180°,270°；指代n级中朝向为θ的视标。
步骤4.利用图像采集装置采集待测人员的正面人脸图像，识别出正面人脸图像上两眼中心位置，并确定将所述正面人脸图像输出到显示屏上时两眼中心位置对应于显示屏的坐标Pc(xc,yc)；图像采集装置的镜头与显示屏位于同一平面。
更具体的，利用人脸识别算法识别出正面人脸图像中的人脸，再利用人脸特征点检测算法识别出人脸中两眼的内眼角坐标，进而计算出两内眼角之间中点的坐标，再根据正面人脸图像与显示屏的映射关系确定所述中点坐标对应于显示屏上的坐标，从而得到坐标Pc。
步骤5.按照一定规则将构造的视标或其中一部分，随机投送到显示屏的坐标Pc处显示。
本实施例按照分级检测的原则投放，如从第10级开始逐级随机呈现每一级中的5个视标。
步骤6.利用图像采集装置采集待测人员的响应人脸图像，识别出响应人脸图像中人脸的偏航角和俯仰角，从而得到待测人员的响应。本实施例中，识别人脸的转向，人脸朝上表示待测人员判断出视标朝上，人脸朝下表明待测人员判断出视标朝下，人脸朝右表明待测人员判断出视标朝右，人脸朝左表明待测人员判断出视标朝左。
步骤7.根据待测人员的响应判断待测人员的视力。
本实施例中，如果待测人员在第t级检测过程中答对了2个以上则转入第t-1级测试，否则判定待测人员视力为当前级别，直到测试到第-3级待测人员仍然答对2个以上则判定待测人员视力为-3。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于计算机视觉技术的视力测定方法，其特征在于，包括：
步骤1：确定待测人员人眼到图像获取装置摄像头的距离d'；
步骤2：根据距离d'换算出各级标准视标在该距离下的边长ln，n＝-3,-2,-1,…,10；
步骤3：根据步骤2得出的各级视标边长ln，逐级构造出不同朝向和尺寸的视标n＝-3,-2,-1,…,10，θ＝0,90°,180°,270°；
步骤4：利用图像采集装置采集待测人员的正面人脸图像，识别出正面人脸图像上两眼中心位置，并确定将所述正面人脸图像输出到显示屏上时两眼中心位置对应于显示屏的坐标Pc；图像采集装置的镜头与显示屏位于同一平面；
步骤5：按照一定规则将步骤3构造出的视标或者其中的一部分逐个投送到显示屏的坐标Pc处显示；
步骤6：利用图像采集装置采集待测人员的响应人脸图像，识别出响应人脸图像中人脸的偏航角和俯仰角，从而得到待测人员的响应；
步骤7：根据待测人员的响应确定待测人员的视力。
2.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定方法，其特征在于，步骤1进一步包括利用图像采集装置采集待测人员的正面人脸图像，所述正面人脸图像中还包括与人眼同平面的参照物，根据参照物在所述正面人脸图像中的尺寸、参照物尺寸与距离函数关系确定距离d'。
3.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定方法，其特征在于，步骤2中视标边长n＝-3,-2,-1,…,10，ρ＝2.90888×10-4rad。
4.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定方法，其特征在于，步骤4进一步包括利用人脸识别算法识别出正面人脸图像中的人脸，再利用人脸特征点检测算法识别出人脸中两眼的内眼角坐标，进而计算出两内眼角之间中点的坐标，再根据正面人脸图像与显示屏的映射关系确定所述中点坐标对应于显示屏上的坐标，从而得到坐标Pc。
5.根据权利要求1所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定方法，其特征在于，步骤6中利用人脸姿态检测算法检测响应人脸图像中人脸的转动方向。
6.一种基于计算机视觉技术的视力测定系统，其特征在于，包括：
距离检测模块，用于确定待测人员人眼到图像获取装置摄像头的距离d'；
视标边长计算模块，用于根据距离d'换算出各级标准视标在该距离下的边长ln，n＝-3,-2,-1,…,10；
视标构造模块，用于根据视标边长计算模块输出的各级视标边长ln，逐级构造出不同朝向和尺寸的视标n＝-3,-2,-1,…,10，θ＝0,90°,180°,270°；
人眼中心坐标检测模块，用于接收图像采集装置采集的待测人员的正面人脸图像，识别出正面人脸图像上两眼中心位置，并确定将所述正面人脸图像输出到显示屏上时两眼中心位置对应于显示屏的坐标Pc；图像采集装置的镜头与显示屏位于同一平面；
视标显示模块，用于按照一定规则将构造出的视标或者其中的一部分逐个投送到显示屏的坐标Pc处显示；
待测人员响应检测模块，用于接收图像采集装置采集的待测人员的响应人脸图像，识别出响应人脸图像中人脸的偏航角和俯仰角，从而得到待测人员的响应；
视力确定模块，用于根据待测人员的响应确定待测人员的视力。
7.根据权利要求6所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定系统，其特征在于，距离检测模块进一步用于接收图像采集装置采集的待测人员的正面人脸图像，所述正面人脸图像中还包括与人眼同平面的参照物，根据参照物在所述正面人脸图像中的尺寸、参照物尺寸与距离函数关系确定距离d'。
8.根据权利要求6所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定系统，其特征在于，视标边长计算模块利用公式计算视标边长ln，n＝-3,-2,-1,…,10，ρ＝2.90888×10-4rad。
9.根据权利要求6所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定系统，其特征在于，人眼中心坐标检测模块进一步用于利用人脸识别算法识别出正面人脸图像中的人脸，再利用人脸特征点检测算法识别出人脸中两眼的内眼角坐标，进而计算出两内眼角中点的坐标，再根据正面人脸图像与显示屏的映射关系确定所述中点坐标对应于显示屏上的坐标，从而得到坐标Pc。
10.根据权利要求6所述的一种基于计算机视觉技术的视力测定系统，其特征在于，待测人员响应检测模块用于利用人脸姿态检测算法检测响应人脸图像中人脸的转动方向。
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