CN108024704A - 用于测定眼睛的主观折射特性的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于基于使用自然图像（30）来测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的系统（10），其中该系统具有以下各项：存储器装置（11），在该存储器装置中存储有至少一个自然图像（30）；显示装置（12），用于显示来自该存储器装置（11）的该至少一个自然图像（30）；光学组件（13），该光学组件用于设定在受试者的眼睛（20）与该显示装置（12）之间的光路中的不同的折光元件（14，15）；其中该光学组件（13）距该显示装置（12）预定的间距（d）安排。本发明还涉及一种对应的方法以及自然图像（30）用于测定折射率的用途。

Description

用于测定眼睛的主观折射特性的方法和系统
本发明涉及一种用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统。本发明还涉及一种用于基于使用自然图像或自然场景来测定受试者的眼睛的主观折射特性的方法，以及自然图像用于测定受试者的眼睛的主观折射特性的用途。
为了进行主观折射率的测定，已知如测试眼镜或综合验光仪的研究设备，其中在受试者的眼睛前方旋转例如球状或柱状的试验镜片，以借助于受试者的反馈测定其视觉缺陷。
在根据国家和国际标准测定主观折射时总是使用限定的视力字符，也称为视标。视标为具有高对比度的白底黑字。适用作标准化的DIN视力字符的朗多尔环（Landoltringes）的笔画粗细（视标大小的1/5）如下确定，使得笔画粗细对眼睛而言在用于1级视力敏锐度而设置的行中看起来小于1弧度分的角度。其他的视力字符为Snellen钩（也称为E钩），通常用于儿童检查。另外，对近视的检验通常使用文字表，例如所谓的Nieden阅读样本。视标单独地形成或者以5或10个视标为一行形成。
为了测定折射率，在限定的距离上将不同大小的视标呈现给受试者。受试者为此坐在离所展示的视标预定的距离处。通过接近受试者的分辨能力的阈值而测定眼睛的误差。
文献US 6,325,513描述了，作为现有技术中的缺点，受试者在此类测量时没有采取放松的姿势且扭曲了自然的视觉印象。因此，在该文献中，提出一种紧凑的测量眼镜，其中将用于测定折射率的字符投影在视网膜上。通过其中提出的解决方案，能够在舒适、放松的坐姿下将所产生的测量图像与周围环境重叠。借助于该视标来测定主观折射率。
文献DE 4091126 C2公开了具有显示装置的用于双眼视力检查的设备，在该显示装置上对左眼和右眼交替展示视力测试字符。为此提出一种可控的封闭装置，该封闭装置被控制为，使得所展示的视力测试字符中的一些仅呈现给左眼、所展示的视力测试字符中的一些仅呈现给右眼、并且所展示的视力测试字符中的一些呈现给双眼。由此能够实现双眼视力检查。该显示装置可以是具有足够高的图像重复频率的电视监视器。然而，电视监视器大多不具有足够高的光强度来以所需的光强度（例如250 cd/m2）对于每只单独的眼睛展示分开的视力字符。
在此背景下，本发明的目的是提供用于测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统和方法，该系统和方法进一步改进对折射率的测定并且尤其能够实现有说服力的对习惯性折射缺陷的测定。
因此，根据本发明的第一方面提出，提供一种用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统，其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置，在该存储器装置中存储有至少一个自然图像；
- 显示装置，用于显示来自该存储器装置的该至少一个自然图像；以及
- 光学组件，该光学组件用于设定在受试者的眼睛与该显示装置之间的光路中的不同的折光元件，其中该光学组件距该显示装置预定的间距安排。
发明人已经认识到，迄今为止在测定习惯性折射率时视力字符的形式并不一定形成最优的结果。此前的根据国家以及国际标准在测量眼睛折射误差时在单眼或双眼条件下以及在MKH（根据Haase的测量和校正方法）过程中使用的视标以对应于相应标准的方式呈现。然而这些标准化的条件总体上并不对应于受试者在日常生活中可能遇到的条件。
在本公开的范围内提出，使用自然图像以进行折射率测定，尤其例如像风景照片的自然场景。在此，优选自然图像的特别之处在于由在图像中展示的物体的边缘产生的空间频率分布并且优选在于依赖于空间频率的对比度，其中该对比度尤其随空间频率的增大而减小。在本发明的范围内使用的自然图像的对比度范围，即在自然图像中存在的对比度的区域，在根据Michelson测定对比度时，优选为0.2（含）至1（含）、优选0.3（含）至1（含）、优选0.4（含）至1（含）。
空间频率给出了图像的正弦形组成部分以多高的频度重复。如果在图像的正弦形组成部分之间的间距非常大，则这对应于低空间频率和粗糙的结构。与之相反，如果正弦形组成部分之间的间距小，则这对应于高空间频率和精细的细节。如果改变与显示装置的间距，则所观察的图像的特定空间频率也发生改变。应理解的是，相对于限定大小的显示器的长度或像素，空间频率依赖于与显示装置的观察距离d。然而空间频率可以被换算并以不依赖于间距的值以每度周期数（也称为cpd（cycles per degree））给出。空间频率可以理解为每度视角的边缘数量。
除了其空间展示之外，图像还可以例如以不同灰度或色值的像素矩阵的形式、还可以通过其中包含的空间上的频率或空间频率来描述。简单而言，小的空间频率对应于较大的结构。大的空间频率对应于较小的结构。空间频率因此是所图示的结构的大小的度量。
此外，在使用视标时，受试者的意愿总是引起正确的结果。存在一种测试状况，其中受试者自身可能处于压力下。在视力字符方面，例如在具有四个可能取向的Snellen钩测试中，正确答案的解空间是有限的。受试者可以短时间眯起眼睛以强制辨认正确的结果。
另外还可能的是，受试者没有采取其惯常的头部或身体姿势，而是不自然地挺直或紧张地坐下。这也可能导致接收不同的视觉印象并且在最坏的情况下不利地影响所获得的强度。因此可能在主观折射测定的结果与受试者的习惯性折射误差之间产生偏差。
因此，在此处描述的解决方案提出，借助于具有限定特征的自然图像来进行对受试者的眼睛的主观折射特性的测定。自然图像在此可以对应于自然场景、尤其人们生活的典型环境的照片或图片。折射率测定可以借助于在自然图像中所展示的内容而对受试者的日常视力状况进行定制。这种针对视力字符的解决方案的另一个优点是，受试者无法预先知道，他预期的答案是什么。
基于自然图像可以通过接近分辨能力阈值来测定眼睛的习惯性折射误差。为此，自然图像具有结构大小或空间频率不同的不同特征。从与显示装置的预定间距观察，具有不同大小的特征对应于不同的观察角度，这进而引起对分辨能力的测定。例如，可以测试受试者能否辨认一个结构（例如树或岩石地层）或者通过光路中的哪些折光元件使受试者能够辨认该结构。对应的内容适用于测试环境的自然场景。
光学组件用于将不同的折光元件（例如像球状的或柱状的试验镜片）引入受试者的眼睛与显示装置之间的光路中。光学组件可以例如为综合验光仪或测量眼镜。
因此，根据本发明的第二方面提出，提供一种用于基于使用图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统，其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置，在该存储器装置中存储有具有多个图像区域的至少一个图像，其中不同的图像区域具有不同的、尤其增大的空间频率并且其中不同的图像区域具有依赖于空间频率的对比度，该对比度随空间频率的增大而减小；
- 显示装置，用于显示来自该存储器装置的该至少一个尤其自然图像；
- 光学组件，该光学组件用于设定在受试者的眼睛与该显示装置之间的光路中的不同的折光元件，其中该光学组件距该显示装置预定的间距安排。
根据本发明的第三方面提出自然图像用于测定受试者的眼睛的主观折射特性的用途，该自然图像具有多个图像区域，其中不同的图像区域具有不同的、尤其增大的空间频率并且其中该自然图像构成自然场景。
因此，根据本发明的第四方面提出，提供一种用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的方法，其中该方法具有以下步骤：
- 提供用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统，其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置，在该存储器装置中存储有至少一个自然图像；
- 显示装置，用于显示来自该存储器装置的该至少一个自然图像；
- 光学组件，该光学组件用于设定在受试者的眼睛与该显示装置之间的光路中的不同的折光元件；
- 在该显示装置上显示该至少一个自然图像，该自然图像存储在存储器装置中；以及
- 借助于该光学组件来设定在受试者的眼睛与该显示装置之间的光路中的不同的折光元件，其中该光学组件距该显示装置预定的间距安排。
因此，根据本发明的第五方面提出，提供一种用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的方法，其中该方法具有以下步骤：
- 提供用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统，其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置，在该存储器装置中存储有具有多个图像区域的至少一个图像，其中不同的图像区域具有不同的空间频率并且其中该自然图像构成自然场景；
- 显示装置，用于显示来自该存储器装置的该至少一个自然图像；
- 光学组件，该光学组件用于设定在受试者的眼睛与该显示装置之间的光路中的不同的折光元件；以及
- 在该显示装置上显示该至少一个自然图像，该自然图像存储在存储器装置中；
- 借助于该光学组件来设定在受试者的眼睛与该显示装置之间的光路中的不同的折光元件，其中该光学组件距该显示装置预定的间距安排。
因此，根据本发明的第六方面提出，提供一种用于基于使用自然场景来测定受试者的眼睛的主观折射特性的方法，其中该方法具有以下步骤：
- 提供测试环境，该测试环境具有自然场景，其中从预定位置（P）来观察，该自然场景具有空间频率不同的不同区域；
- 提供光学组件，该光学组件用于设定在受试者的眼睛与该自然场景之间的光路中的不同的折光元件；以及
- 借助于该光学组件来设定在受试者的眼睛与该自然场景之间的光路中的不同的折光元件；其中该光学组件安排在该预定的位置。
先前对于本发明第一方面详细描述的优点对应地适用于本发明的其他方面。
通过所提出的解决方案，可以进一步改进折射率测定，其方式为在如下条件下执行习惯性折射率测定，这些条件对应于受试者的自然视力状况。
因此完全实现了开篇所提出的目的。
在该系统的一种设计中，自然图像或自然图像的图像区域可以具有依赖于空间频率的对比度，其中该对比度随着空间频率的增大而减小。
换言之，自然图像的至少一个区域或图像可以由此具有在小空间频率下比在大空间频率下更高的对比度，以用于测定眼睛的主观折射特性。在此，小的空间频率对应于较大的结构。在此，大的空间频率对应于较小的结构。在此上下文中，自然图像可以表述为如下的图像，该图像具有至少一个具有依赖于空间频率的对比度的图像区域，其中该对比度随着空间频率的增大而减小。与此相反，根据国家以及国际标准的常规视力测试表中的视标具有不依赖于结构大小或空间频率的恒定的对比度。在常规视力测试表中，无论大小，视标一般都白底黑字展示。常规视力测试表上视标的这种展示因此不依赖于空间频率而具有恒定的对比度，根据Michelson具有0.9与1之间的恒定值。与之相对，在本发明的范围内使用的自然图像的对比度范围，在根据Michelson测定对比度时，优选为0.2（含）至1（含）、优选0.3（含）至1（含）、优选0.4（含）至1（含）。
优选该对比度可以与空间频率成反比。因此关系K(f)~1/f至少局部成立或者总体上K(f)~fa，其中-1.5 ≤ a ≤ -0.8，尤其a = -1.2。与之相对，常规视力测试表，例如具有白底黑字的视力测试字符，具有关于空间频率恒定的对比度。由此在常规视力测试表中应确保视标的最大可辨认性。然而，发明人认识到了如下出人意料的效果：使用自然图像、自然场景或至少在多个区域中具有依赖于空间频率的对比度（该对比度随空间频率的增大而减小）的用于测定眼睛的主观折射特性的图像，可以实现超过常规折射率测定的结果。受试者尤其可以认为基于此类折射率测定结果而适配的视力辅助器在日常生活中是舒适的。
对比度或光计量的对比度可以理解为光强度差。对比度可以在位置上或多或少邻近的刺激之间来确定。根据Michelson通过下式定义格栅图案的对比度KM，
(1)
其中LMax = 光强度最大值且LMin = 光强度最小值。在此情况下，在固定的、平均的亮度下通过将亮度提高或降低相同的值来改变对比度。然而如果使用小视力物体（例如像朗多尔环），则可以根据Weber通过下式来定义对比度
(2)
其中LI = 内场的光强度且LU = 环境的光强度。在视力敏锐度研究的情况下，对比度的定义根据Weber来进行。在本公开中的信息涉及根据Michelson（也参见Bex.等人，“Spatial frequency, phase, and the contrast of natural images（空间频率、相和自然图像的对比度）”, Journal of the Optical Society of America, Vol. 19, No. 6,2002）的对比度定义。
优选对于较高的空间频率提升该自然图像的对比度，尤其提升到由该自然图像构成的自然场景的对比度水平上。
通过对于较高的空间频率提升对比度，可以补偿在拍摄自然图像时成像系统的低通滤波特性。这种设计的优点在于，在显示装置上观察自然图像时，引起与如同受试者直接观察自然场景（而非自然场景的图片）时类似的视觉印象。
在该系统的一种设计中可以提出，自然图像或其中成像的自然场景为典型环境的图像。
这种设计的优点是，受试者查看熟悉的内容并且由此能够在心理上更好地脱离测试状况。受试者因此不时采取放松的姿势。优选地，自然图像可以对应于人们生活的典型环境的图像、尤其照片或者照片级真实度的或经渲染的图像。例如可以给受试者展示风景图像。自然图像尤其可以是风景场景的照片或照片级真实度的图像、尤其风景的场景尤其与对风景而言典型的动植物的组合展示。自然图像因而可以为受试者的习惯的环境。由此可以在习惯性折射率测定中不时地实现更好的结果，因为常见的视觉状况构成了折射率测定的基础。另外，可以如下选择自然图像，使得在受试者处唤起积极的联想，例如像海滩、森林等的图像。
在该系统的另一种设计中可以提出，自然图像具有用于测定主观折射特性的特征。
在该系统的一种设计中尤其可以提出，自然图像具有至少两个空间频率不同的区域。空间频率不同（即不同的空间上的频率）的区域用于检查视力敏锐度。为了分辨小结构（也就是具有高空间频率的结构），要求高的视力敏锐度。在自然图像中可以定义所谓的“兴趣区域（Regions of Interest，ROI）”，这些兴趣区域与对应于特定视力敏锐度的特定空间频率范围相关联。因而，换言之，ROI可以在自然图像中形成包含待检测的空间频率范围的区域。通过接近分辨能力的自然阈值而测定眼睛的误差。在此，大的空间频率对应于较小的结构尺寸。可以要求受试者从具有不同、优选具有一直增大的空间频率（也就是更小的结构尺寸或物体）的区域中找出特征，直至达到其分辨能力的阈值。优选对于具有增大的空间频率的区域，对比度减小。尤其对比度可以与空间频率成反比。
在该系统的另一种设计中提出，自然图像具有空间频率分布，该空间频率分布在单一的图像中包括多个、优选全部的为了测定受试者的眼睛的主观折射特性所需的空间频率。
换言之，自然图像优选具有预定的空间频率分布，该空间频率分布依赖于细节保真度而较高或随着细节保真度降低而降低。于是，可以优选将用于测定折射率误差的所有阈值同时呈现在图像中。这种设计的优点是，仅要求单一的图像来进行折射率测定。例如，高楼大厦场景可以具有建筑物作为最大的元素、车辆作为中等元素、直至具有单独书写字符的广告板作为小元素。当然，其他的中间阶段也是可行的。在另一个实例中示出了自然场景，具有山岭直至树叶或杉树针叶。优选地，自然图像与常规视力测试表相反地构造，使得图像元素的大小在一个方向上、例如从上向下一直变小。大小顺序尤其不是在一个方向上单调增加或减少。在图像中的空间频率分布尤其可以是伪随机的。即该分布中没有任何受试者直接可见的模式。任选地可以将视标或单独视标嵌入此类场景中、以增强的方式呈现。
在该系统的另一种设计中可以提出，自然图像示出具有不同空间频率（f）的结构，其中该空间频率分布，在从预定的距离观看时，具有至少一个小于或等于0.3周期每度的空间频率和至少一个大于或等于60周期每度的空间频率，优选至少一个小于或等于0.01周期每度的空间频率和至少一个大于或等于80周期每度的空间频率。
空间频率分布优选以每度周期数、即在角度方面的空间频率给出，因为受试者的视力敏锐度可以视作角度分辨能力的度量。进而可以从受试者观察显示装置的预定间距和在显示装置上显示的结构的大小来计算角度。自然图像例如可以具有每度0.009至85周期的空间频率分布。在另一个实例中，自然图像可以具有每度0.02至70周期的空间频率分布。也就是，如下关系成立：下限值 ≤ 给定范围 ≤ 上限值。其间的区间中的结构可以示出任意数量的空间频率。具有空间频率的结构在此应理解为具有对应于空间频率的空间大小的结构。
在该系统的另一种设计中可以提出，该系统还具有用于根据受试者的偏好来选择自然图像的选择装置。
这种设计的优点是，能够将折射率测定与受试者的常见的环境相匹配，例如在光照、对比度、色彩谱以及所展示的内容方面。由此优选可以在折射率测定时同时考虑到受试者的神经传递功能。例如可以选择对于受试者而言自然的环境，如城市、森林、海滩。另一个优点可以在于，受试者在测试状况中是放松的并且由此能够获得其眼睛的主观折射特性的现实值。
在该系统的另一种设计中可以提出，自然图像具有至少一个异化物（Verfremdung）。
例如，异化物可以为计算机图像上的改变。这种设计的优点可以在于，能够应对辨认自然图像中的细节的预期。可以显示非预期的细节，例如像某种形式的云、枫树上的栎树叶、或者非预期形式的树干。在此也可以有利地考虑到受试者的偏好，其方式为可以用受试者的预期来进行并且针对此受试者能够执行未预期的异化。
在该系统的另一种设计中可以提出，将至少一个视力字符至少部分地整合到自然图像中。
同时优选可以将在国家或国际标准中为了测定主观折射率所显示的视力字符或其几何形状完全或部分地容纳在自然图像中。例如自然图像的特征的间距或笔画粗细可以对应于标准化的视力字符的间距或笔画粗细。
在该系统的另一种设计中可以提出，显示装置具有弯曲的显示面。
弯曲的显示屏是有利的，因为它对应于具有弯曲的视网膜的眼睛的解剖学状况。然而呈现在常规的平面显示器上也是可行的。为了能够接近眼睛的解剖学状况，自然图像的呈现优选在弯曲的显示单元上进行、尤其具有55英寸或更大的显示屏对角线的显示单元，以便获得沉浸感并由此在折射率测定时获得自然性的视觉印象。然而不排除使用此前常见的监视器。经由投影仪呈现在房间中平直的或弯曲的面上也是可设想的。还可设想的是使用具有优选大视场（Field of View）和从近距离直到远范围中的虚拟距离的可调节焦平面以及任选地集成的综合验光仪或自适应光学器件的虚拟现实（VR）系统。在弯曲的显示面的情况下，显示面的每个点到观察者的眼睛的距离可以单独地确定。为了简化，可以考虑到曲面中点的距离。还可以使用虚拟现实眼镜。
在该系统的另一种设计中可以提出，在二维空间中以单眼方式或者在双眼条件下单眼地测定主观折射率特性。
折射率测定于是可以在二维或三维条件下进行。在三维空间中双眼条件下进行折射率测定时可以例如采用偏振滤光片，以便有助于右眼和左眼的分离。
在该系统的另一种设计中可以提出，该系统还具有用于测定受试者的头部移动和/或眼睛移动的器件。
如果根据这种设计将用于测量眼睛移动的器件整合到该系统中，则可以通过优选实时分析在所看到的图像上的眼睛移动分布来追踪哪些空间频率经常被注视。由此可以导出哪些空间频率经常被认出。这进而可以用于精确定义有或没有眼镜时眼睛的可分辨阈值。眼睛的主观折射特性可以以如下方式确定，通过光学组件引入彼此相继的不同的折光元件（例如球状透镜等）并且分别确定眼睛的可分辨阈值。可以重复这一过程，直到实现对视觉缺陷的修正。这种设计的优点在于，可以在受试者没有明显反馈的情况下测定其折射参数。这尤其在不能或无法适当地进行表述的受试者（例如像儿童或受限制的受试者）的情况下是有利的。当测量受试者的头部移动时，这允许正在注视的图像实时匹配于受试者的头部移动，同时确定其折射率。
在该系统的另一种设计中可以提出，自然图像是移动的图像或视频。
这种设计的优点是能够放松测试状况，使得能够让放松的受试者进行折射率测定。这些结果因此对应于自然的视觉条件。移动的图像可以为二维或还有三维的视频，在习惯性折射率测定过程中将该视频呈现给受试者。
在该系统的另一种设计中可以提出，该系统还具有偏心的光折射器。
在折射率测定过程中可以优选例如借助于偏心的光折射对折射误差进行连续的测量。研究者在此例如可以在其显示器上跟踪眼睛的残余折射率（Restrefraktion）以及在测定过程中检查其折射的品质。偏心的光折射器优选安排在与呈现自然图像的显示装置相同的距离。替代性地，光折射器可以设置在光学组件处或设置为其一部分。光学组件因此可以具有偏心的光折射器。
优选对习惯性折射误差的获取可以借助于自然图像整合到已知的主观方法中，例如像借助于测量眼镜、手动的或数字的综合验光仪。
例如，折射率测定的以下步骤中的一个步骤或多个步骤可以通过来自自然图像的图像内容来执行：测定最佳的球形镜片、测定散光、对散光进行轴校准、对散光进行强度校准以及单眼和/或双眼的球形精细校准（红/绿）。受试者在此观看展示自然图像的显示装置。为了测量习惯性视觉缺陷，必须让受试者评价、读出或辨认图像内容，例如像在风景图像中的树、树枝或树叶，由此可以测定眼睛的球形误差还有在适当时的散光误差并由此还能够对其进行修正。在此，折射率测定的目的可以是用最大可辨认空间频率在最大正面修正下对习惯性主观折射特性的修正。
不言而喻，以上提到的这些特征以及仍将在以下说明的特征不仅能够在分别给出的组合中使用，而且还能够在其他组合中或者单独使用，而不脱离本发明的范围。除了用于前文描述的本发明的其他方面之外，上述设计和改进方案还对应地适用于尤其具有自然场景的测试环境。
在附图中展示了本发明的实施方式并且在以下的说明中对其进行更详细的解释。附图示出：
图1 用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统的一种实施方式，
图2 对应的方法的一种实施方式，
图3 借助自然场景来测定受试者的眼睛的主观折射特性的示例性情景，
图4 对应的方法的一种实施方式，
图5 常规视力测试表的实例，
图6 常规视力测试表的对比度针对空间频率的示意性图表，
图7 自然图像的实例，
图8 图7的实例图像的空间频率图表，
图9 带有不同空间频率的区域的标识符的、来自图7的实例图像，以及
图10 根据本披露的图像的对比度针对空间频率的示意性图表，
图11 用于测定受试者的眼睛的主观折射特性的方法的一种实施方式。
图1示出用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的系统的一种实施方式，该系统在此整体上用附图标记10标注。
用于测定受试者的眼睛20的主观折射特性的系统10在此具有以下各项：存储器装置11，在该存储器装置中存储有至少一个自然图像30；显示装置12，用于显示来自该存储器装置11的该至少一个自然图像30；以及光学组件13，该光学组件用于设定在受试者的眼睛20与该显示装置12之间的光路中的不同的折光元件14、15；其中该光学组件13距该显示装置12预定的间距d安排。
在这种实施方式中可以将存储器装置11整合到显示装置12中、或者在空间上与显示装置11分离地安排并且无线或有线地与之相连。只要求能够将存储在存储器装置11中的自然图像30显示在显示装置12上。
显示装置12在本实例中为平面图像电视。它优选具有不小于55英寸的显示器对角线。另外，显示装置的显示面可以是弯曲的，以便能够沉浸式地展示自然图像30。由此，在折射率测定时的视觉状况更对应于在受试者常见环境中受试者的常见视觉状况。显示装置可以为3D显示器。三维展示的优点是，主观折射特性的测定不仅可以在二维空间中以单眼方式进行，而且还任选地可以在双向条件下以单眼方式进行。还可以以视频序列的形式来展示移动的自然图像。对于3D展示而言，可以采用已知的技术，如快门技术或偏振滤光片。任选地，显示装置12为全息图像显示器。
光学组件在本实例中为综合验光仪，该综合验光仪示意性地通过两个透镜元件14和15简化地展示。替代地，可以例如采用测量眼镜。在用于折射率测定的示例性情景中，受试者距显示装置12一个限定距离面对显示装置12坐在检查椅上并且通过光学组件13来观察呈现于显示装置12上的自然图像30。下面将参照图11来详细说明折射率测定的示例性流程。
另外还可以任选地提出，系统10具有用于测定受试者的头部移动和/或眼睛移动的器件18。在所示的实施方式中，系统10为此具有摄像机18，该摄像机安排在显示装置12上。替代地，可以使用例如运动传感器。还可以以眼电图（EOG）方式来测定眼睛运动。
另外还可以任选地提出，系统10具有偏心的光折射器19。偏心的光折射器19可以安排在显示装置12上。优选设置摄像机18，该摄像机为偏心的光折射器19的一部分并且还用作用于测定受试者的头部运动和/或眼睛运动的器件。由此可以实现共效作用。
图2展示用于基于使用自然图像来测定受试者的眼睛的主观折射特性的方法的一种实施方式。该方法总体上用100标记。
方法100在此具有以下步骤：在步骤110中，提供如前文示例性地参考图1描述的系统10。在步骤120中，在显示装置12上显示存储在存储器装置11中的至少一个自然图像30。在此还可行的是，在存储器装置中存储具有多个图像区域的图像，其中不同的图像区域具有不同的空间频率，并且其中自然图像构成自然场景，并且这个图像显示在显示装置12上。在步骤130中，借助于光学组件13来设定在受试者的眼睛20与显示装置12之间的光路中的不同的折光元件14、15，其中该光学组件13距该显示装置12预定的间距d安排。对于折射率测定的示例性流程，再次参照图11。
图3示出借助自然场景40来测定受试者21的眼睛20的主观折射特性的示例性情景。
图4示出用于基于使用自然场景40来测定受试者21的眼睛20的主观折射特性的对应的方法400，其中该方法具有以下步骤：在步骤410中，提供具有自然场景40的测试环境，其中从预定位置P来观察，该自然场景具有空间频率不同的不同区域。在步骤420中，提供光学组件13，该光学组件用于设定在受试者的眼睛20与该自然场景之间的光路中的不同的折光元件14、15。在步骤430中，借助于光学组件13来设定在受试者的眼睛20与自然场景之间的光路中的不同的折光元件14、15，其中该光学组件13安排在该预定的位置P。对于折射率测定的示例性流程，再次参照图11。
与自然图像30一样，自然场景40具有结构尺寸不同的特征，这些结构尺寸对应于受试者21的不同的视觉角度α1、α2。在图3中展示的实例中，自然场景40具有一组不同尺寸的树。例如从观察距离d1观察的树41的高度h1对应于视觉角度α1。当受试者不能辨认树41时，则他的眼睛至少在没有折光光学元件14、15的辅助下不能分辨角度α1。在测试方面，可以在受试者的眼睛20与树41之间的光路中引入不同的折光元件14、15。于是可以修正并测定受试者的眼睛的折射误差，并且在适当时使受试者辨认出所希望的结构（在此为树41）。其他的细节参照图11来描述。
可以对自然场景的其他结构或元素重复这一过程。优选寻找连续变小的结构。由此接近受试者的分辨阈值。在教堂42的情况下可以例如相继地询问受试者，图上展示了何种建筑物、塔上有多少窗户以及在塔尖上图示了什么。当受试者例如能够辨认教堂塔尖上的公鸡时，通过从观察距离d2的公鸡的高度h2，这对应于至少视觉角度α2的分辨能力。换言之，主观折射特性的测定不仅用显示自然图像的显示装置来进行，而且还直接通过经过光学组件观察自然场景来进行。以下的实施方式对应地适用于自然图像。
图5示出常规视力测试表的实例。在此使用数字作为视力测试表。然而通常还有其他的视力测试字符，如所谓的朗多尔环或Snellen钩。视力测试表具有不同尺寸数字的十行L0至L9。在实践中，总是使用全部的单独视标来测定视力敏锐度。在本实例中，相继地且彼此独立地询问单独的数字。
与尺寸无关，这些视力测试字符以白底黑字的方式展示。常规视力测试板的对比度针对空间频率的对应的示意性图表展示在图6中。根据国家及国际标准，对比度非常高，理想情况下根据Michelson为1，尤其在所有所测试的视力字符尺寸以及由此在所有所使用的空间频率下。如图6所示，对比度针对空间频率是恒定的并且独立于尺寸而在所有视力测试字符的情况下相同。
在使用视力测试表或视力试验表时，如示例性地在图5中所示的，使用单独的行来定义眼睛的折射误差以及由此定义补偿存在的折射误差的最佳眼镜厚度。尤其在使用视力测试表的情况下，借助于光学组件的不同折光元件在单独的行中测试受试者的视力敏锐度并且改变折光元件，使得受试者能够辨认尽可能最小的行。如果在998像素高且2120像素宽的情况下在1 m的距离处在具有每像素0.0275厘米[cm/px]的像素分辨率的显示器上使用图5的视力测试表，则产生了根据表1对于行L1-L9的下列视觉敏锐度值。除了关于像素尺度的数值，还给出了为了能够辨认细节所需的最小分辨能力[logMAR]。
表1
行 字符的像素高度 所需的最小分辨能力[视力敏锐度] 所需的最小视力敏锐度[logMAR]
L1 137 0.04 1.41
L2 102 0.05 1.29
L3 86 0.06 1.21
L4 70 0.08 1.12
L5 60 0.09 1.05
L6 52 0.10 0.99
L7 48 0.11 0.96
L8 43 0.12 0.91
L9 33 0.16 0.80
与常规视力测试表不同，图7示出自然图像30的实例。在本实例中，自然图像30优选对应于受试者生活的典型乡村环境的照片。图示了在山脉背景下的湖边的小屋或船屋。
自然图像的特征值遵从某些规则。自然图像的空间内容例如能够通过傅里叶变换在数学上进行计算。例如在此可以使用在Matlab软件中的命令FFT2。依赖于计算机监视器上的像素密度和到监视器的观察距离来获得图像中存在哪些空间频率。
图8示出图7的实例图像的空间频率图表。在横轴上给出了以每度的周期数计的空间频率f，并且在纵轴上给出了对应的空间频率的数量A。图8中的展示，当在1920像素宽且1200像素高、在1 m的距离处在每像素0.0275厘米[cm/px]的像素分辨率下观察时，对应于图7的图像的空间频率分析或傅里叶变换。图6对图5中图示的y方向、也就是纵方向给出了不同的空间频率的数量。自然图像的特征可以为，空间频率的数量或空间频率图表的幅值随着空间频率的升高而减小。图8中的这个趋势通过虚线展示。尤其在自然图像的情况下空间频率图表的幅值与空间频率成反比（也参见Tolhurst等人“Amplitude spectra ofnatural images（自然图像的幅值谱）”，Ophthal. Physiol. Opt.，第12卷，1992以及Field等人“Relations between the statistics of natural images and the responseproperties of cortical cells（自然图像的统计数据与皮层细胞的响应特性之间的关系）”，第4卷，第12期，Journal of the Optical Society of America，1987）。
在使用常规视力测试表时，如在图5中，使用具有单独的视力测试字符的单独的行来测定主观折射特性或眼镜厚度。相应地，在使用自然图像时，如在图7中，使用不同的图像区域或不同的图像内容。通过空间频率分析，可以优选得到图像内容。从自然图像内的特征或图像内容的空间频率，可以进行到视觉敏锐度的转换。
为了更好地进行展示，图9再次示出图7的实例图像30，带有不同空间频率的区域的标识。在此，图像的不同细节通过图像中P1至P7的位置来限定。在此，还可以通过其用于不同的示例性选择的细节的像素数量来给出对应的像素尺度。所选的细节可以为所谓的兴趣区域（ROI），这些兴趣区域用于在习惯性折射测定中对受试者进行探询。
以下的示例性表格给出了，在1920像素宽且1200像素高的图像尺寸下对于一米远且每像素0.0275厘米[cm/px]的显示装置12的像素分辨率下，眼睛的视觉敏锐度必须多高才能辨认这些细节。
表2
位置 像素数 所需的最小分辨能力[视力敏锐度] 所需的最小视力敏锐度[logMAR]
P1 314 0.0158 1.8
P2 150 0.315 1.5
P3 66 0.08 1.10
P4 34 0.16 0.80
P5 22 0.25 0.6
P6 18 0.3 0.5
P7 7 0.8 0.1
图10示出根据本披露的图像的对比度K针对空间频率f的示意性图表。与常规视力测试表（具有相对于空间频率恒定的对比度）不同，在本公开中尤其提出使用如下图像来进行折射率测定，在这些图像中对比度随着空间频率增加而降低。为了确定对比度，可以将像素的灰度值与相邻像素的灰度值进行比较。尤其对比度可以与空间频率成反比。
换言之，用于所提出的自然图像的另一条规则在于对比度随着空间频率的增加而降低。在评估不同自然图片时例如Tollhurst等人（Tolhurst, D. J., Tadmor, Y., &Chao, T. (1992). Amplitude spectra of natural images（自然图像的幅值谱），Ophthalmic and Physiological Optics, 12(2), 229-232.）可以展示，随着空间频率的增加，降低的斜率为平均-1.2。Burton等人（Burton等人，“Color and spatial structurein natural scenes（自然场景中的颜色和空间结构）”, Applied Optics，第26卷，第1期，1987）也描述了这一关系。
图11示出用于测定受试者的眼睛20观折射特性的方法的一种示例性实施方式。折射率测定可以在使用图7或图9的自然图像或在具有如图3的自然场景的情景中如下进行。
在步骤210中可以首先确定受试者的所需要的球形。受试者不佩戴自身的校正工具并且通过光学器件13（在此为通过综合验光仪）来观察展示在显示装置12上的自然图像30。例如，受试者应当首先辨认根据位置1（房屋）的细节。如果他不能，则首先保留一个正镜片（根据分级表）并询问是否变得更差。如果没有的话，可以进一步用正镜片修正，直到实现满意的结果。如果有的话，可以用负镜片进一步修正。之后可以根据分级表来使用镜片并总是使用图像上的更小的细节。当客户例如能够辨认出图像中的位置7（门配件）时，就找到了所希望的或最佳的球形镜片。
下表示出了球形镜片的分级表。分级表给出了在依赖于视敏度测定球形修正时待保留的或待前置的镜片。
表3
视敏度 镜片分级　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　以屈光度（dpt）计
低于0.05 2 dpt
0.05至0.2 1 dpt
0.2至0.5 0.5 dpt
高于0.5 0.25 dpt
在步骤220中，可以进行散光修正的测定。在已经找到最佳球形镜片之后，进行散光检测。可以例如要求受试者观察位置5。然后引入交叉圆柱镜（根据分级表分级），并询问是变得更好还是更差。即可以再次进行评估询问（Vorhaltebefragung）。依据答案来确定散光并且引入（是）或不引入（否）对应的修正。可以进行进一步的评估询问，直到通过评估询问不出现改进或劣化为止。在此要注意的是，跟踪球形误差（根据分级表）。
在步骤230中，可以进行散光修正的轴位置的测定。在此可以借助于变化询问（Wendebefragung）来找到修正用的圆柱镜片的精确的轴位置。在此例如要求受试者观看位置3（植物）。变化询问可以一直进行到客户在变化询问中的两个轴位置之间看不到任何差异。
在步骤240中，可以尤其根据步骤210至230的执行来进行单眼的球形精细校准。为此可以要求受试者观察位置6。可以保留正镜片或负镜片，直到用最大的正值实现最高的视敏度、即最大的视觉敏锐度。
在步骤250中，可以类似于先前描述的步骤210至240来进行第二只眼睛的折射率测定。
在步骤260中可以进行双眼的球形精细校准。为此可以在双眼状况下进行步骤240。为此客户可以例如观察天空上的云。
任选地，可以在获得低阶的（如球形、散光和圆柱形）折射误差之后从根据Haase的测量和修正方法通过至今已知测试的测量值测定进行转换。

Claims (19)

1.一种用于基于使用自然图像（30）来测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的系统（10），其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置（11），在该存储器装置中存储有至少一个自然图像（30）；
- 显示装置（12），用于显示来自该存储器装置（11）的该至少一个自然图像（30）；以及
- 光学组件（13），该光学组件用于设定在受试者的眼睛（20）与该显示装置（12）之间的光路中的不同的折光元件（14，15），其中该光学组件（13）距该显示装置（12）预定的间距（d）安排。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，该自然图像具有依赖于空间频率的对比度（K），其中该对比度随着空间频率（f）的增大而减小。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，该对比度（K）与该空间频率（f）成反比。
4.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，对于较高的空间频率提升该自然图像的对比度（K），尤其提升到由该自然图像构成的自然场景的对比度水平上。
5.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该自然图像（30）具有至少两个具有不同空间频率（f）的区域。
6.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该自然图像（30）具有空间频率（f）分布，该空间频率分布在单一的图像中包括多个、优选全部的为了测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性所需的空间频率。
7.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该自然图像（30）示出具有不同空间频率（f）的结构，其中该空间频率分布，在从预定的距离（d）观看时，具有至少一个小于或等于0.3周期每度的空间频率和至少一个大于或等于60周期每度的空间频率，优选至少一个小于或等于0.01周期每度的空间频率和至少一个大于或等于80周期每度的空间频率。
8.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于用于根据受试者的偏好来选择该自然图像（30）的选择装置。
9.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该自然图像（30）具有至少一个异化物。
10.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，将至少一个视力字符至少部分地整合到该自然图像（30）中。
11.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该显示装置（12）具有弯曲的显示面。
12.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于用于测定受试者的头部移动和/或眼睛移动的器件（18）。
13.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该自然图像（30）是视频。
14.根据以上权利要求之一所述的系统，其特征在于，该系统（10）还具有偏心的光折射器（19）。
15.一种用于基于使用图像（30）来测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的系统（10），其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置（11），在该存储器装置中存储有具有多个图像区域的至少一个图像（30），其中不同的图像区域具有不同的空间频率并且其中不同的图像区域具有依赖于空间频率的对比度，该对比度随空间频率的增大而减小；
- 显示装置（12），用于显示来自该存储器装置（11）的该至少一个图像（30）；
- 光学组件（13），该光学组件用于设定在受试者的眼睛（20）与该显示装置（12）之间的光路中的不同的折光元件（14，15），其中该光学组件（13）距该显示装置（12）预定的间距（d）安排。
16.自然图像（30）用于测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的用途，该自然图像具有多个图像区域，其中不同的图像区域具有不同的空间频率并且其中该自然图像构成自然场景。
17.一种用于基于使用自然图像（30）来测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的方法（100），其中该方法具有以下步骤：
- 提供用于基于使用自然图像（30）来测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的系统（10），其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置（11），在该存储器装置中存储有至少一个自然图像（30）；
- 显示装置（12），用于显示来自该存储器装置（11）的该至少一个自然图像（30）；
- 光学组件（13），该光学组件用于设定在受试者的眼睛（20）与该显示装置（12）之间的光路中的不同的折光元件（14，15）；
- 在该显示装置（12）上显示该至少一个自然图像（30），该自然图像存储在存储器装置（11）中；以及
- 借助于该光学组件（13）来设定在受试者的眼睛（20）与该显示装置（12）之间的光路中的不同的折光元件（14，15）；其中该光学组件（13）距该显示装置（12）预定的间距（d）安排。
18.一种用于基于使用自然图像（30）来测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的方法（100），其中该方法具有以下步骤：
- 提供用于基于使用自然图像（30）来测定受试者的眼睛（20）的主观折射特性的系统（10），其中该系统具有以下各项：
- 存储器装置（11），在该存储器装置中存储有具有多个图像区域的至少一个图像（30），其中不同的图像区域具有不同的空间频率并且其中该自然图像构成自然场景；
- 显示装置（12），用于显示来自该存储器装置（11）的该至少一个自然图像（30）；
- 光学组件（13），该光学组件用于设定在受试者的眼睛（20）与该显示装置（12）之间的光路中的不同的折光元件（14，15）；
- 在该显示装置（12）上显示该至少一个自然图像（30），该自然图像存储在存储器装置（11）中；以及
- 借助于该光学组件（13）来设定在受试者的眼睛（20）与该显示装置（12）之间的光路中的不同的折光元件（14，15）；其中该光学组件（13）距该显示装置（12）预定的间距（d）安排。
19.一种用于基于使用自然场景（40）来测定受试者（21）的眼睛（20）的主观折射特性的方法（400），其中该方法具有以下步骤：
- 提供测试环境，该测试环境具有自然场景（40），其中从预定位置（P）来观察，该自然场景具有空间频率不同的不同区域；
- 提供光学组件（13），该光学组件用于设定在受试者的眼睛（20）与该自然场景之间的光路中的不同的折光元件（14，15）；以及
- 借助于该光学组件（13）来设定在受试者的眼睛（20）与自然场景之间的光路中的不同的折光元件（14，15），其中该光学组件（13）安排在该预定的位置（P）。
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