CN106821297B - 一种基于头显设备的便携式动态视力检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种基于头显设备的便携式动态视力检测方法，其设置动态视力的光学参数，设置视力值参数，使动态视标的投影面积和静态视力表一一对应；采用三维动态视标成像算法在头显设备的屏幕中生成动态视标；根据头显设备的屏幕中成像面与人眼之间距离以及动态视标中的实际景深，对测试者观察到的感知景深进行三维定标；根据感知景深、动态视标的移动间隔时间来计算得到该对应的动态视标的投影面积，然后根据视力值参数则得到动态视力值。本发明是以光学参数来标定动态视标的亮度、饱和度及色度，通过成像三维建模的感知景深来代替传统意义上的物理景深，可自行随时随地进行检测。

Description

一种基于头显设备的便携式动态视力检测方法
技术领域：
本发明涉及交通安全设备领域，具体涉及一种基于头显设备的便携式动态视力的检测方法。
背景技术：
动态视力是指眼睛在观察移动目标时，捕获影像、分解、感知移动目标影像的能力，是一种知觉运动物体细节的能力。这种能力伴随着通过动态视力捕捉影像和短时间内大脑信息处理的过程以及机体的相应的反应过程。动态视力是相对于静态视力而言，即相对于知觉静止物体细节的能力。它与静态视力相互关联，但不能用静态视力去预测。而驾驶员的动态视力与交通安全密切相关，在行车过程中驾驶员眼睛辨别相对运动状态下物体的能力直接关系着行车安全，如果动态视力低下则容易诱发交通事故。由于动态视力的检测比静视力检测复杂，目前人们常用静视力间接反映动态视力。静态视力检测方法是最常用的视力表，操作简单便捷，但是静态视力并不能真实反映动态视力变化情况。
目前对动态视力检测目前有专用的动态视力检测仪，动态视力检测仪是利用光学原理(三棱镜)与机电一体化技术结合(声、光、电)进行模拟检测。但由于实施检测时需要配备检测场地、专业的检测人员及配套设施，被测人员需要前往固定的检测地点，造成检测工作成本高、不便利，费时费力，且仅仅用于驾驶员法定性的检测，不便于驾驶员日常自我检测。而且由于法定性检测是一次性的，难以发现驾驶员动态视力的日常变化，不利于交通安全日常管理和动态管理。
为了改进传统机电式的动视力检测仪的弊端，目前急需一中便捷的动态视力检测装置，以解决驾驶员动态视力变化的日常自我检测。
发明内容：
本发明针对传统驾驶员动态视力缺乏自我日常检测与动态监，特提供一种基于头显设备的便携式动态视力检测方法。
一种基于头显设备的便携式动态视力检测方法，包括以下步骤：
(1)设置动态视力的光学参数：视标亮度、饱和度及色度；
(2)设置视力值参数，使动态视标的投影面积和静态视力表一一对应；
(3)采用三维动态视标成像算法在头显设备的屏幕中生成动态视标，使其适合步骤(1)的光学参数；
(4)根据头显设备的屏幕中成像面与人眼之间距离以及动态视标中的实际景深，对测试者观察到的感知景深进行三维定标；
(5)根据感知景深、动态视标的移动间隔时间来计算得到该对应的动态视标的投影面积，然后根据步骤(2)中的视力值参数则得到动态视力值。
进一步方案，所述头显设备包括眼罩或头盔或嵌入式处理器。
进一步方案，所述步骤(2)中的三维动态视标成像算法是在头显设备的屏幕上构建动态视标的大小、移动速率及环境背景。
进一步方案，所述步骤(3)中的动态视标为C形结构。
进一步方案，所述步骤(4)中的感知景深是指动态视标在头显设备中动态变化所对应的视野纵向距离。
动态视标在头显设备中是由远到近、由小到大地有序变化。在检测时，当测试者能看清动态视标上的C形缺口方向时，使其停止运动，则得到感知景深的三维定标参数，然后根据感知景深、动态视标的移动间隔时间来计算得到该对应的动态视标的投影面积，然后根据视力值参数则得到动态视力值。
设实际景深为L米，设最小视力值为0.1所对应的位置为终点，此时的动态视标的投影面积为Smax；设最大视力值为1.5所对应的位置为起点，此时的动态视标的投影面积为S0。当动态视标从起点开始向终点方向以速度为v米/秒进行匀速移动时，设动态视标的移动间隔时间t秒，则位于起点和终点之间的动态视标的投影面积为：
上式中π为圆周率。
动态视力的三维参数视标亮度、饱和度及色度中的亮度是指发光体(或反光体)表面发光(发光)强弱的物理量。其物理表达式为：
P＝∫Pλdλ，
Q＝∫kλPλdλ，
式中：L为亮度(单位是堪德拉每平米(cd/m2))，Φ为光通量，Ω为立体角，θ为给定方向与单位面积元法线方向的夹角；
P为LED发光能量、kλ为人眼视觉灵敏度，Q为点光源光通量，Pλ为单位积分球面上的发光能量，dλ为积分参数。
根据上面三个公式则能同时得到亮度、饱和度及色度的参数。
实验中动视力视标亮度曾尝试过几个不同的亮度值，并采用等效实验法与动视力测试仪进行对比，表1为实验数据。根据实验结果最终确定动态视力视标亮度范围为280-400cd/m2，最佳为280cd/m2。
表1亮度等效实验法与动视力测试仪对比实验数据
视标亮度 检测者1 检测者2 检测者3
动视力测试仪结果 0.2 0.5 0.4
100cd/m2 0.1 0.3 0.2
180cd/m2 0.1 0.4 0.4
280cd/m2 0.2 0.5 0.4
350cd/m2 0.3 0.5 0.4
400cd/m2 0.4 0.6 0.5
如果亮度过低，显示出来的颜色会偏暗，看久了就会觉得非常疲劳。当然也并不是亮度、对比度越高就越好，长时间观看高亮度的虚拟场景，眼睛同样很容易疲劳。
本发明中的动态视力检测是检测人眼与动态视标之间存在的相对运动时，人眼辨别其能力。检测结果为视力值，视力范围为0.1-1.5。动态视标为C形，其取代了传统的机械运动显示方式，且其缺口方向的出现方式是随机出现的。
人眼的视觉暂留时间为0.1s，为保证图像更新的连贯性，动态视标移动的间隔时间至多为0.1s。
本发明与现有动态视力检测仪相比具有以下有益效果：
(1)本发明是以光学参数来标定动态视标的亮度、饱和度及色度，通过成像三维建模的感知景深来代替传统意义上的物理景深，具有质的飞跃。
(2)由于本发明是通过头显设备来实现，所以其具有体积小、方便携带、成本低等优点；
(3)不需要专用场所和专业人员进行检测，检测者可自行随时随地进行检测；
(4)容易发现驾驶员动态视力的日常变化，有利于交通安全日常管理和动态管理。
具体实施方式：
为了本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明白，下面结合实例对本发明进行进一步详细说明，应当理解此处所描述的具体实例仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。
实施例1：
一种基于头显设备的便携式动态视力检测方法，包括以下步骤：
(1)设置动态视力的光学参数：视标亮度、饱和度及色度；
(2)设置视力值参数，使动态视标的投影面积和静态视力表一一对应；
(3)采用三维动态视标成像算法在头显设备的屏幕上构建动态视标的大小、移动速率及环境背景，从而生成C形结构的动态视标，并使其适合步骤(1)的光学参数；
(4)根据头显设备的屏幕中成像面与人眼之间距离以及动态视标中的实际景深，对测试者观察到的感知景深进行三维定标；
(5)根据感知景深、动态视标的移动间隔时间来计算得到该对应的动态视标的投影面积，然后根据步骤(2)中的视力值参数则得到动态视力值。
进一步方案，所述头显设备包括眼罩或头盔或嵌入式处理器。
进一步方案，所述步骤(4)中的感知景深是指动态视标在头显设备中动态变化所对应的视野纵向距离。
实施例2：
本实施例采用上述实施例1的检测方法进行检测，其中头显设备选择便携式眼罩，包括液晶屏幕及嵌入式处理器(CPU三星6410，内存2G)。
本实验中设置动态视力视标选择单色黄光动态视标，饱和度为80％，亮度为280cd/m2；
本实验通过计算机三维建模与成像技术对取值的视标参数进行渲染，生成具有模拟驾驶的三维投影图像作为环境背景，动态视力视标在视野路面的正中。让生成的视标图像在环境背景中垂直于路面，视标运动方向依照程序的设定纵向移动。
本实验中人眼与三维成像中的道路视野，垂直于路面的动态视标构成感知景深。
本实验中人眼辨别动态视标的能力，其视力范围为0.1-1.5。动态视标为C形，其是由远到近、由小到大地有序地以25帧的帧率呈现，其缺口方向的出现方式是随机出现的；当测试者能看清动态视标上的C形缺口方向时，使其停止运动，则得到感知景深的三维定标参数，然后根据感知景深、动态视标的移动间隔时间来计算得到该对应的动态视标的投影面积，然后根据视力值参数则得到动态视力值。
则动态视标的投影面积、动态视标的移动间隔时间与动态视力值的对应关系如下表2：
表2
本实验实施中选择符合国家标准(GB18463-2001)的LJ9205动态视力检测仪作为对比试验仪器，在合肥市客运公司随机选择驾驶员10名进行测试，让每一位驾驶员分别依次采用本发明的检测方法和LJ9205动态视力检测仪检测其动态视力。测试3次，取其最大值。检测结果如表3：
表3：动态视力检测对比表：
由表3可知，采用本发明的的检测方法检测的动态视力的检测结果与采用动态视力检测仪检测的结果相当。说明本发明的检测方法具有与动态视力检测仪同样的检测功能与精度。但是比传统机电式的动态视力检测仪具有以下优点：
(1)以光学参数来标定动态视标的亮度、饱和度及色度，通过成像三维建模的感知景深来代替传统意义上的物理景深，具有质的飞跃。
(2)由于本发明是头显来实现，所以其具有体积小、方便携带、成本低等优点；
(3)不需要专用场所和专业人员进行检测，检测者可自行随时随地进行检测；
(4)容易发现驾驶员动态视力的日常变化，有利于交通安全日常管理和动态管理。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不同于本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种基于头显设备的便携式动态视力检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）设置动态视力的光学参数：视标亮度、饱和度及色度；
（2）设置视力值参数，使动态视标的投影面积和静态视力表一一对应；
（3）采用三维动态视标成像算法在头显设备的屏幕中生成动态视标，使其适合步骤（1）的光学参数；
（4）根据头显设备的屏幕中成像面与人眼之间距离以及动态视标中的实际景深，对测试者观察到的感知景深进行三维定标；
（5）根据感知景深、动态视标的移动间隔时间来计算得到与感知景深、移动间隔时间相对应的动态视标的投影面积，然后根据步骤（2）中的视力值参数则得到动态视力值。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述头显设备包括眼罩、头盔或嵌入式处理器。
3.根据权利要求1 所述的检测方法，其特征在于：所述步骤（3）中的三维动态视标成像算法是在头显设备的屏幕上构建动态视标的大小、移动速率及环境背景。
4.根据权利要求1 所述的检测方法，其特征在于：所述步骤（3）中的动态视标为C形结构。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述步骤（4）中的感知景深是指动态视标在头显设备中动态变化所对应的视野纵向距离。
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