CN108143596A - 一种头戴式视觉训练仪、系统及训练方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种头戴式视觉训练仪、系统及训练方法，涉及视力保健技术领域。本发明所述的头戴式视觉训练仪为集成有处理器、反馈式视觉输出设备、听觉输出设备和可调镜框体的可戴在人体头部的视觉训练设备，所述视觉训练系统为头戴式视觉训练仪和云端数据库分离的训练系统。使用该训练仪和系统进行视觉训练，能够达到缓解视疲劳、增强视觉感知能力的效果。训练者可以直接使用头戴式训练仪进行独立的视觉训练，训练师也可在远端对训练者的训练进行实时监测，提供实时的、个性化的训练指导，这都有助于提高训练效果。

Description

一种头戴式视觉训练仪、系统及训练方法

技术领域

本发明涉及视力保健技术领域，尤其涉及一种头戴式视觉训练仪、系统及训练方法。

背景技术

近年来，越来越多的电子屏幕出现在人们的日常生活中，人们每天使用电子屏幕时间也越来越长。对于电子屏幕的过度使用加重了眼睛的负担，使得视疲劳很容易发生，造成人群中近视眼的比例逐渐升高，而且这种现象有不断低龄化、加速化、蔓延化的趋势。

让眼睛适当地休息加上合理的视觉训练可以缓解甚至消除视疲劳，从而起到保护眼睛的效果。传统的视力训练设备基于原理可以分为视觉刺激以及锻炼眼部肌肉。两类视力训练设备都可以在一定程度上达到保护眼睛的效果，但是需要较大的不受干扰的空间(2.5米到5米)，受训者在家训练时很难满足这样的条件，导致受训者很容易被外界环境干扰，不能专心训练，降低了训练效果。同时，两类视力训练设备的单调的训练过程容易使受训者产生厌倦情绪，从而敷衍训练过程，大大减弱了训练的效果。

为了克服传统视力训练设备的缺点，需要一种新型的头戴式视觉训练仪的出现，其具有在很小的空间内的完全沉浸式的体验，使得使用者仿佛置身于一个虚拟的具有无限空间的世界之中，不被外界的环境所干扰。同时，要能够自由使用并拓展适用场景，增加训练中的互动性，增强训练的效果。

发明内容

有鉴于现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种具备在很小的空间内的完全沉浸式体验的视觉训练设备。

为实现上述目的，本发明提供了一种头戴式视觉训练仪、系统及训练方法，具有很好的便携性和完全沉浸的体验，提高了视觉训练的效果。具体地，本发明提供的技术方案如下：

一种头戴式视觉训练仪，包括：处理器，用于生成和处理训练信息；视觉输出设备，用于展示训练信息并接收训练反馈；听觉输出设备，用于播放训练信息对应的音效；可调镜框体，用于调节瞳距和焦距；外壳，用于支撑所述视觉输出设备和所述可调镜框体；所述处理器与所述视觉输出设备和所述听觉输出设备连接，所述视觉输出设备与所述可调镜框体连接。

优选地，所述头戴式视觉训练仪还包括无线收发器，所述无线收发器与所述处理器连接，用于将训练信息发送给监测平台。

优选地，所述视觉输出设备为反馈式视觉输出设备，包括对应于左右眼的两块显示屏，所述两块显示屏具有视差，可通过双眼合像法产生三维图像。

优选地，所述三维图像的背景为高对比度的双色条纹图案，所述双色条纹图案可动态变化，如平移、旋转、缩放。

优选地，所述三维图像中的物体为二维物体，如图片；或任意形状的三维物体，如多面体、卡通模型；所述物体可动态变化，如平移、旋转、缩放、变换形状、变换颜色。

优选地，所述听觉输出设备包括入耳式耳机、挂耳式耳机或头戴式耳机。

优选地，所述可调镜框体包括镜筒和瞳距调节件。

进一步地，所述镜筒为两个，分别对应左右眼，所述镜筒为圆柱形，每个镜筒内设有光学透镜组。

进一步地，所述光学透镜组包括两个镜片，靠近眼睛一侧的镜片为凹透镜，远离眼睛一侧的镜片为凸透镜，所述两个镜片之间的距离通过所述镜筒调节。

优选地，所述瞳距调节件可在55～68毫米之间连续调节所述镜筒的瞳距。

优选地，所述镜筒的长度小于等于50mm。

优选地，所述头戴式视觉训练仪还包括固定在所述外壳上的弹性带，所述弹性带为两条，与所述外壳围绕形成可容纳使用者头部的空腔。

优选地，所述处理器安装在所述外壳上。

优选地，所述无线收发器安装在所述外壳上。

优选地，所述视觉输出设备与所述可调镜框体相对位置固定。

一种视觉训练系统，包括上述头戴式视觉训练仪、监测平台和云端数据库服务器；所述监测平台用于接收所述头戴式视觉训练仪通过无线收发器发出的训练数据，所述监测平台具有显示设备，可实时监测头戴式视觉训练仪，所述云端数据库服务器用于存储所述训练数据及反馈信息，所述训练数据包括视觉输出数据、反馈视觉数据和可调镜框体参数。

优选地，所述监测平台和所述云端数据库服务器通过互联网与所述头戴式视觉训练仪的所述无线收发器通信。

一种视觉训练方法，所述视觉训练方法使用上述头戴式视觉训练仪，用于缓解视疲劳、锻炼眼部肌肉，包括如下步骤：

a.运行视觉灵敏度训练模式，背景条纹的变化频率缓慢，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放；虚拟场景中每隔一定时间随机出现1个虚拟物体，每个虚拟物体在场景中停留一定时间后消失；

b.运行眼部肌肉训练模式，背景条纹的变化频率加快，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放；虚拟场景中距离受训者10米以外的视野中心处出现虚拟物体，以缓慢的恒定速率在场景内运动；虚拟物体的运动轨迹由远及近、从视野中心逐渐到边缘；

c.运行视力增强训练模式，背景条纹的变化频率进一步加快，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放等；虚拟场景中随机出现多个虚拟物体，有且只有两个虚拟物体相同，用于使受训者找出相同的虚拟物体；受训者可通过输入设备如鼠标、手柄、体感控制器等与虚拟物体发生互动；若受训者成功找到相同的虚拟物体，则场景内虚拟物体消失，随即出现新的缩小一定比例的虚拟物体；若受训者寻找相同的虚拟物体失败，则场景内虚拟物体消失，随即出现新的放大一定比例的虚拟物体。

优选地，背景条纹图案为高对比度的双色条纹图案，虚拟物体具有精细结构。

本发明提供的头戴式视觉训练仪、系统及训练方法，目的是消除视疲劳、提升动态视觉灵敏度和对比灵敏度，从而增强视力。

本发明提供的头戴式视觉训练仪、系统及训练方法，能够增强受训者的动态视觉灵敏度和对比明敏度，并且能够调节眼部肌肉，缓解视疲劳。本方法在缓解视疲劳、增强视觉感知能力方面有很好地效果。

本发明提供的头戴式视觉训练仪适用于不同视力情况的使用者，具有瞳距焦距连续可调的优点，不用更换镜框即可调节焦距，使用方便，佩戴舒适。

以下将结合附图对本发明的方法及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明实施例提供的视觉训练仪的右侧面结构示意图；

图2是本发明实施例提供的视觉训练仪的左侧面结构示意图；

图3是本发明实施例提供的可调镜框体的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的视觉训练系统的示意图。

具体实施方式

图1和图2分别示出了本实施例提供的头戴式视觉训练仪的右侧面结构示意图和左侧面结构示意图，受训者需要佩戴视觉训练仪完成训练。该头戴式视觉训练仪包括处理器1、视觉输出设备2、听觉输出设备3、可调镜框体4和外壳6。处理器1连接视觉输出设备2和听觉输出设备3，视觉输出设备2连接可调镜框体4；处理器1用于生成和处理训练信息，视觉输出设备2用于展示训练信息并接收训练反馈信息，听觉输出设备3用于播放训练信息对应的音效，可调调镜框体4用于调节瞳距和焦距；外壳6用于支撑视觉输出设备和可调镜框体；头戴式视觉训练仪还可配置无线收发器5；无线收发器5连接处理器1，用于将训练信息发送给监测平台。无线收发器5和处理器1设置在外壳6的内侧或外侧。

头戴式视觉训练仪还包括弹性带7，弹性带7固定在外壳6上，用于将头戴式视觉训练仪固定在佩戴者的头部。头戴式视觉训练仪还可包括电池8，用于为处理器1、视觉输出设备2、听觉输出设备3、可调调镜框体4和无线收发器5提供电源。在连接互联网的状态下，无线收发器5将处理器1生成的训练反馈信息封装成无线数据包，并发送到监测平台。在没有连接互联网的状态下，可以进行无反馈的简单训练。无线收发器优选为蓝牙无线收发器、WiFi无线收发器、ZigBee无线收发器或其它无线收发器中的任意一种。

本实施例中的视觉输出设备2优选为反馈式视觉输出设备，包括对应于左右眼的两块显示屏，两块显示屏具有视差，可通过双眼合像法产生三维图像。三维图像的背景优选为高对比度的双色条纹图案，双色条纹图案可动态变化，如平移、旋转、缩放。三维图像中的物体为二维物体，如图片；或任意形状的三维物体，如多面体、卡通模型；物体可动态变化，如平移、旋转、缩放、变换形状、变换颜色。听觉输出设备3包括入耳式耳机、挂耳式耳机或头戴式耳机。

如图3所示，本实施例中的可调镜框体4包括镜筒41和瞳距调节件42。镜筒为两个，分别对应左右眼，镜筒为圆柱形，每个镜筒内设有光学透镜组43。光学透镜组包括两个镜片，靠近眼睛一侧的镜片为凹透镜，远离眼睛一侧的镜片为凸透镜，两个镜片之间的距离通过镜筒调节。瞳距调节件可在55～68毫米之间连续调节镜筒的瞳距。由于使用者的视力情况不同，因此本实施例中的可调镜框体4可通过调节镜筒中光学透镜组的距离来适应使用者的视力情况，而不需要在训练过程中更换镜框，简化了训练过程，也使本实施例的头戴式视觉训练仪适用性更广。但是光学透镜组的引入必定会增加镜框的体积，这在头戴式视觉训练仪有限的空间内是非常困难的，此外，可调镜框体的重量也会增加，降低使用者佩戴的舒适度。本实施例中的可调镜框体4通过选择镜片(包括凸透镜和凹透镜)和调整镜片之间的间距(如焦距为40mm的凸透镜和焦距为-60mm的凹透镜，镜片间距20mm)，在实现连续调节焦距等效替代单个镜片的作用下，可将镜筒的长度控制在50mm以内，镜片采用PMMA材质，极大降低了可调镜框体的重量。

如图4所示，头戴式视觉训练系统还包括云端数据库服务器。监测平台和云端数据库服务器通过互联网与头戴式视觉训练仪的无线收发器通信。数据库服务器用于存储训练信息和反馈信息，以便实时对训练信息进行调整。数据库服务器作为一个云端设备，可以对长期收集的、大量的训练信息和反馈信息进行存储和整理，经过分析后，可以为制定个性化、精准化的训练信息提供客观的依据。

对于使用本实施例提供的头戴式视觉训练仪用于视觉训练，下面以一实施案例作具体说明：视觉训练的单个训练单元的训练时长优选为10分钟，包括三个步骤：视觉灵敏度训练(3分钟)——眼部肌肉训练(3分钟)——视力增强训练(4分钟)。单次训练可以由单个或多个训练单元组成。

该训练方法在训练时所用背景条纹图案为高对比度的双色条纹图案，如黑白、红绿等。高对比度的双色条纹图案能够增加视觉感知的兴奋性，有助于提升训练过程中的视觉灵敏度。

该训练方法在训练时所用虚拟物体既可以是二维物体如图片等，也可以是任意形状的三维物体，如多面体、卡通模型等。所用虚拟物体的特征为具有精细结构，精细结构是指物体形状包含细小的凸起、缺口、锯齿等。

视觉灵敏度训练时，背景条纹的变化频率较慢，使受训者接受中度的视觉刺激。在此变化频率下，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放等。

视觉灵敏度训练时，虚拟场景中每隔一段时间随机出现1个虚拟物体，每个虚拟物体在场景中停留一定时间后消失。受训者需要保持目光注视虚拟物体。

眼部肌肉训练时，背景条纹的变化频率加快，使受训者能够在比较舒适的条件下进行轻度的视觉刺激。在此变化频率下，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放等。

眼部肌肉训练时，虚拟场景中距离受训者10米以外的视野中心处出现虚拟物体，以恒定的比较缓慢的速率在场景内运动。受训者需要保持目光注视虚拟物体。虚拟物体的运动轨迹由远及近、从视野中心逐渐到边缘，引导受训者眼睛看向各个方向，达到锻炼眼部肌肉的目的。

视力增强训练时，背景条纹的变化频率最快，使受训者接受增强的视觉刺激。在此变化频率下，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放等。

视力增强训练时，虚拟场景中随机出现多个虚拟物体，保证有且只有两个虚拟物体一模一样，使受训者找出相同的虚拟物体。受训者可以通过输入设备如鼠标、手柄、体感控制器等与虚拟物体发生互动。

视力增强训练时，如果受训者成功找到相同的虚拟物体，则场景内虚拟物体消失，随即出现新的缩小一定比例的虚拟物体，继续训练。

视力增强训练时，如果受训者寻找相同的虚拟物体失败，则场景内虚拟物体消失，随即出现新的放大一定比例的虚拟物体，继续训练。

以上所述实施过程中，所有的训练参数都根据云端数据库存储的数据进行个性化和精细化的实时调整。

训练过程中，受训者应尽量保持头部静止，用目光去追踪虚拟现实物体，达到更好的训练效果。同时，应避免头戴式视觉训练仪突然的移动，会使受训者产生眩晕的感觉。

受训者在接受本训练之前应咨询专业人员确定自己适合佩戴头戴式视觉训练仪后再进行训练。如果受训者从未使用过头戴式视觉训练仪，刚开始训练时有可能会感觉到轻微头晕，这属于部分人群佩戴头戴式视觉训练仪的正常反应，使用头戴式视觉训练仪一段时间后头晕就会减轻直至消失。如果头晕的现象一直未消失，有可能是因为受训者过于劳累或本人比较敏感，应停止训练，并咨询专业人员。如果在训练过程中偶尔发生头晕的情况，应暂时停止训练，闭目休息一会，待头晕消除以后再继续训练。

为了使训练的过程更加有趣，在训练设计时可以加入休闲游戏情节，使受训者在娱乐中完成视觉训练；还可以加入益智游戏情节，帮助受训者开发大脑功能。

本发明提供的头戴式视觉训练仪、系统及训练方法，能够增强动态视觉灵敏度和对比明敏度，并能够调节眼部肌肉，缓解、消除视疲劳。本方法在消除视疲劳方面有很好地效果，可以在一定程度上增强视力、预防近视、消除假性近视等。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种头戴式视觉训练仪，其特征在于，包括：

处理器，用于生成和处理训练信息；

视觉输出设备，用于展示训练信息并接收训练反馈；

听觉输出设备，用于播放训练信息对应的音效；

可调镜框体，用于调节瞳距和焦距；

外壳，用于支撑所述视觉输出设备和所述可调镜框体；

所述处理器与所述视觉输出设备和所述听觉输出设备连接，所述视觉输出设备与所述可调镜框体连接。

2.如权利要求1所述的头戴式视觉训练仪，其特征在于，所述头戴式视觉训练仪还包括无线收发器，所述无线收发器与所述处理器连接，用于将训练信息发送给监测平台。

3.如权利要求1所述的头戴式视觉训练仪，其特征在于，所述视觉输出设备为反馈式视觉输出设备，包括对应于左右眼的两块显示屏，所述两块显示屏具有视差，可通过双眼合像法产生三维图像。

4.如权利要求3所述的头戴式视觉训练仪，其特征在于，所述三维图像的背景为高对比度的双色条纹图案，所述双色条纹图案可动态变化，如平移、旋转、缩放。

5.如权利要求3所述的头戴式视觉训练仪，其特征在于，所述三维图像中的物体为二维物体，如图片；或任意形状的三维物体，如多面体、卡通模型；所述物体可动态变化，如平移、旋转、缩放、变换形状、变换颜色。

6.如权利要求1所述的头戴式视觉训练仪，其特征在于，所述听觉输出设备包括入耳式耳机、挂耳式耳机或头戴式耳机。

7.如权利要求1所述的头戴式视觉训练仪，其特征在于，所述可调镜框体包括镜筒和瞳距调节件。

8.如权利要求7所述的头戴式视觉训练仪，其特征在于，所述镜筒为两个，分别对应左右眼，所述镜筒为圆柱形，每个镜筒内设有光学透镜组。

9.一种视觉训练系统，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的头戴式视觉训练仪、监测平台和云端数据库服务器；

所述监测平台用于接收所述头戴式视觉训练仪通过无线收发器发出的训练数据，所述监测平台具有显示设备，可实时监测头戴式视觉训练仪，所述云端数据库服务器用于存储所述训练数据及反馈信息，所述训练数据包括视觉输出数据、反馈视觉数据和可调镜框体参数。

10.一种视觉训练方法，其特征在于，所述视觉训练方法使用如权利要求1-8任意一项所述的头戴式视觉训练仪，用于缓解视疲劳、锻炼眼部肌肉，包括如下步骤：

a.运行视觉灵敏度训练模式，背景条纹的变化频率缓慢，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放；虚拟场景中每隔一定时间随机出现1个虚拟物体，每个虚拟物体在场景中停留一定时间后消失；

b.运行眼部肌肉训练模式，背景条纹的变化频率加快，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放；虚拟场景中距离受训者10米以外的视野中心处出现虚拟物体，以缓慢的恒定速率在场景内运动；虚拟物体的运动轨迹由远及近、从视野中心逐渐到边缘；

c.运行视力增强训练模式，背景条纹的变化频率进一步加快，背景条纹的变化包括平移、旋转、缩放等；虚拟场景中随机出现多个虚拟物体，有且只有两个虚拟物体相同，用于使受训者找出相同的虚拟物体；受训者可通过输入设备如鼠标、手柄、体感控制器等与虚拟物体发生互动；若受训者成功找到相同的虚拟物体，则场景内虚拟物体消失，随即出现新的缩小一定比例的虚拟物体；若受训者寻找相同的虚拟物体失败，则场景内虚拟物体消失，随即出现新的放大一定比例的虚拟物体。