CN108498064A - 数字化亮点闪烁检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了数字化亮点闪烁检测系统，包括亮点闪烁仪和软件系统，其特征在于，所述亮点闪烁仪包括壳体、眼罩、亮点闪烁组件、视角成像组件及主机；所述软件系统嵌入所述主机中，其包括眼动追踪模块、亮点闪烁参数控制模块、临界闪光融合频率测量及曲线绘制模块、数据库管理模块、数据统计分析模块及系统维护模块。本发明实现了临界闪光融合频率测量的智能化，通过主机控制测量、记录分析测量数据，并通过显示屏实时显示输出，便于个体及群体测评；通过监控相机与眼动追踪模块对受测人员的瞳孔进行追踪、通过CFF曲线绘制及实时显示的方式提高了检测结果的可信度；通过整体结构的优化设计，实现了设备的小型化，便于携运及现场展开。

Description

数字化亮点闪烁检测系统
技术领域
本发明涉及临界闪光融合频率测试技术领域，特别涉及一种数字化亮点闪烁检测系统。
背景技术
当闪光频率达到一定次数后，由于视觉后像的作用，人体就感觉不到闪动而看成连续光，即产生闪光融合，其最低频率称为临界闪光融合频率(critical flick fusionfrequency,CFF)。由于CFF的检测方便、设备低廉、结果较稳定，已广泛应用于睡眠不足与节律紊乱、认知作业疲劳以及药物中枢效应等评估，并形成了参考标准与共识——即较任务前降低3～5Hz提示为作业疲劳状态。
目前，国内外已有多种品牌的亮点闪烁仪市售产品在研究中应用，并在研究论文中报道了所用仪器型号及检测条件。一般来说，经典亮点闪烁仪共有5种亮点颜色：即红、绿、蓝、黄、白，其中红、绿、蓝为三原色，黄色、白色配伍产生。总体而言，目前的亮点闪烁仪存在以下问题与不足：
(1)自动化程度低：纸笔记录；
(2)主观性强：由受试者操作报告；
(3)携行不便：两件分体，体积较大，无专用贮运箱。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种数字化亮点闪烁检测系统。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种数字化亮点闪烁检测系统，包括亮点闪烁仪和软件系统，所述亮点闪烁仪包括壳体、眼罩、亮点闪烁组件、视角成像组件及主机；
所述软件系统嵌入所述主机中，其包括眼动追踪模块、亮点闪烁参数控制模块、临界闪光融合频率测量及曲线绘制模块、数据库管理模块、数据统计分析模块及系统维护模块。
优选的是，所述眼罩设置于所述壳体的一侧、所述亮点闪烁组件和主机均设置于所述壳体内部；所述视角成像组件包括设置于所述壳体内的亮点闪烁组件、设置于所述眼罩和亮点闪烁组件之间的半透半反射镜及设置于所述半透半反射镜下方的监控相机。
优选的是，所述亮点闪烁组件包括盒体、设置于所述盒体上方的匀光板、设置于所述盒体的底板上的五色LED灯组、设置于所述底板上且环绕于所述五色LED灯组外围的背光LED灯组及罩设在所述五色LED灯组上的点光源锥体。
优选的是，所述点光源锥体内部具有导光空腔，所述点光源锥体的顶部开设有透光孔，底部开设有用于罩盖所述五色LED灯组的开口；所述匀光板上设置有开孔，所述点光源锥体顶部配合插入所述开孔中。
优选的是，所述眼动追踪模块用于根据监控相机拍摄的人眼瞳孔图像，采用眼动追踪算法对受测人员的瞳孔进行追踪，以观察受测人员的测试状态。
优选的是，所述眼动追踪算法利用上一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置来计算下一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置，其包括以下步骤：
1)遍历所述监控相机中所有的人眼瞳孔图像，记录每幅图像中处于人眼瞳孔范围M×N内的像素；
2)计算第一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标(Xc1，Yc1)：
其中，(Xi,Yj)表示第一幅人眼瞳孔图像中，M×N范围内的点(i,j)的坐标值；I1(Xi,Yj)表示第一幅人眼瞳孔图像中，M×N范围内的点(i,j)处的像素值；
3)以第一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置为中心，以L×L方形区域为探测区域，在此区域内利用以下公式计算第二幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标(Xc2，Yc2)：
其中，(Xi,Yj)表示第二幅人眼瞳孔图像中，L×L范围内的点(i,j)处的坐标值；I2(Xi,Yj)表示第二幅人眼瞳孔图像中，L×L范围内的点(i,j)处的像素值；
4)按照与步骤3)相同的方法，以前一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置为中心，以L×L方形区域为探测区域，在此区域内计算下一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标，循环往复，计算出所述监控相机中的所有人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标。
优选的是，所述亮点闪烁参数控制模块用于调节亮点闪烁组件产生的亮点的颜色与亮度、调节亮点闪烁亮黑比、调节背光LED灯组产生的背景光的亮度。
优选的是，所述临界闪光融合频率测量及曲线绘制模块用于测量并记录受测人员的测试频率数据，并将其绘制成数据曲线，同时存入数据库。
优选的是，所述数据库管理模块用于存储并管理受测员信息、操作者信息、维护人员信息、测量参数和分析结果。
优选的是，所述数据统计分析模块对测量参数进行个体和群体信息统计分析，生成疲劳状况检测报告，并支持打印输出。
本发明的有益效果是：本发明的数字化亮点闪烁检测系统实现了临界闪光融合频率测量的智能化，通过主机控制测量、记录分析测量数据，并通过显示屏实时显示输出，便于个体及群体测评；本发明通过监控相机与眼动追踪模块对受测人员的瞳孔进行追踪、通过CFF曲线绘制及实时显示的方式提高了检测结果的可信度；本发明通过整体结构的优化设计，实现了设备的小型化，其一体化结构，配备专用贮运箱，便于携运及现场展开；本发明的点光源锥体的设置能保证亮点闪烁组件产生的亮点具有很高的光照均匀性与亮度，环绕式背光LED灯组能保证背景光的均匀性；本发明智能化程度高、测试结构准确可靠、结构简单、方便携运、使用方便，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1为本发明的数字化亮点闪烁检测系统的原理框图；
图2为本发明的数字化亮点闪烁仪的透视图
图3为本发明的数字化亮点闪烁仪的分解图；
图4为本发明的数字化亮点闪烁仪的外部结构示意图；
图5为本发明的亮点闪烁组件的透视图；
图6为本发明的点光源锥体与五色LED灯组的配合示意图；
图7为本发明的一种实施例中的系统的工作流程示意图。
附图标记说明：
1—壳体；2—眼罩；3—亮点闪烁组件；4—视觉通道；5—半透半反射镜；6—瞳孔成像组件；7—主机；8—调节旋钮；9—显示屏；10—电源接口；30—盒体；31—匀光板；32—底板；33—五色LED灯组；34—背光LED灯组；35—点光源锥体；350—导光空腔；351—透光孔；352—反光层；353—透光层。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1-6所示，本实施例的一种数字化亮点闪烁检测系统，包括亮点闪烁仪和软件系统，亮点闪烁仪包括壳体1、眼罩2、亮点闪烁组件3、视角成像组件及主机7；
软件系统嵌入主机7中，其包括眼动追踪模块、亮点闪烁参数控制模块、临界闪光融合频率测量及曲线绘制模块、数据库管理模块、数据统计分析模块及系统维护模块。
眼罩2设置于壳体1的一侧、亮点闪烁组件3和主机7均设置于壳体1内部；视角成像组件包括设置于壳体1内的亮点闪烁组件3、设置于眼罩2和亮点闪烁组件3之间的半透半反射镜5及设置于半透半反射镜5下方的监控相机。眼罩2和亮点闪烁组件3之间设置有视觉通道4，透半反射镜设置在视觉通道4内。
亮点闪烁组件3包括盒体30、设置于盒体30上方的匀光板31、设置于盒体30的底板32上的五色LED灯组33、设置于底板32上且环绕于五色LED灯组33外围的背光LED灯组34及罩设在五色LED灯组33上的点光源锥体35。点光源锥体35内部具有导光空腔350，点光源锥体35的顶部开设有透光孔351，底部开设有用于罩盖五色LED灯组33的开口；匀光板31上设置有开孔，点光源锥体35顶部配合插入开孔中。点光源锥体35包括设置于内部的反光层352和设置于反光层352外的透光层353。瞳孔成像组件6与视觉通道4垂直。壳体1上还设置有显示屏9、调节旋钮8和电源接口10。显示屏9为触摸显示屏9，提供触摸操作功能，并支持外接键盘输入功能。
视觉通道4保持密闭，为闪光融合频率测试提供完全独立可控的测试光照环境。亮点闪烁组件3用于发射闪烁光，其在匀光板31形成亮面，其在匀光板31中间形成可变换多种颜色的闪烁亮点。亮点闪烁组件3包括盒体30、设置于盒体30上方的匀光板31、设置于盒体30的底板32上的五色LED灯组33、设置于底板32上且处于五色LED灯组33外围的背光LED灯组34及罩设在五色LED灯组33上的点光源锥体35。点光源锥体35内部具有导光空腔350，点光源锥体35的顶部开设有透光孔351，底部开设有用于罩盖五色LED灯组33的开口(图中未示出)。匀光板31上设置有开孔(图中未示出)，点光源锥体35顶部配合插入开孔中。点光源锥体35包括设置于内部的反光层352和设置于反光层352外的透光层353。
背光LED灯组34为多个白光LED灯，产生背景光，照亮匀光板31。五色LED灯组33包括多种颜色的LED灯，以产生不同颜色的亮点，五色LED灯组33发出的光经导光空腔350内壁的反光层352反射后汇聚到透光孔351，在匀光板31上形成亮点，并通过透光孔351发射到半透半反射镜5上。
在一种实施例中，五色LED灯组33包括红、绿、蓝、黄、白五中颜色的LED灯。
软件系统运行于主机7，主要实现临界闪光融合频率的测量及闪烁灯的控制功能。主机7为计算机。
眼动追踪模块用于根据监控相机拍摄的人眼瞳孔图像，采用眼动追踪算法对受测人员的瞳孔进行追踪，以观察受测人员的测试状态。
由于相机的采集帧速可达千赫兹，相邻两次采集周期小于一毫秒，而在此时间间隔内，人眼瞳孔位置变化很小(研究表明，小于100微米)，因此可利用上一次瞳孔质心位置来计算当前瞳孔质心位置坐标。
眼动追踪算法利用上一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置来计算下一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置，其包括以下步骤：
1)遍历监控相机中所有的人眼瞳孔图像，记录每幅图像中处于人眼瞳孔范围M×N内的像素；
2)计算第一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标(Xc1，Yc1)：
其中，(Xi,Yj)表示第一幅人眼瞳孔图像中，M×N范围内的点(i,j)的坐标值；I1(Xi,Yj)表示第一幅人眼瞳孔图像中，M×N范围内的点(i,j)处的像素值；
3)以第一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置为中心，以L×L方形区域为探测区域，在此区域内利用以下公式计算第二幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标(Xc2，Yc2)：
其中，(Xi,Yj)表示第二幅人眼瞳孔图像中，L×L范围内的点(i,j)处的坐标值；I2(Xi,Yj)表示第二幅人眼瞳孔图像中，L×L范围内的点(i,j)处的像素值；
4)按照与步骤3)相同的方法，以前一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置为中心，以L×L方形区域为探测区域，在此区域内计算下一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标，循环往复，计算出监控相机中的所有人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标。
主机7与亮点闪烁组件3和视角成像组件均连接，对其进行控制。
主机7中的亮点闪烁参数控制模块控制调节五色LED灯组33，以调节亮点闪烁组件3产生的亮点的闪烁频率、颜色、亮度及亮点闪烁亮黑比；还控制背光LED灯组34，调节背光LED灯组34产生的背景光的亮度。
在一种实施例中，包括有五种亮点颜色、四档背景光、七种亮点光强度。
临界闪光融合频率测量及曲线绘制模块用于测量并记录受测人员的测试频率数据，并将其绘制成数据曲线，同时存入数据库，供数据比对使用。测试频率数据和数据曲线均可在显示屏9上实时显示。
数据库管理模块用于存储并管理受测员信息、操作者信息、维护人员信息、测量参数和分析结果，可进行数据的查询、备份及恢复
数据统计分析模块对测量参数进行个体和群体信息统计分析，生成疲劳状况检测报告，并支持打印输出。
系统维护模块用于进行系统维护。
在一种实施例中，瞳孔跟踪频率为：30帧/秒；临界闪光融合频率检测范围为：4Hz-60Hz，分辨率0.1Hz。
以下提供一种实施例中，本发明的数字化亮点闪烁检测系统的使用步骤。管理员登录软件系统，选择一个受测员或登记受测员，然后可进行临界闪光融合频率测试，受测员注视亮点，当起始的亮点闪烁频率较低，通过调节旋钮8，逐渐增加闪烁频率直至感觉亮点不再闪烁(或起始的亮点闪烁频率较高，从高逐渐降低闪烁频率直至感觉亮点出现闪烁)即完成一个测试，然后可更换亮点颜色、亮点亮度、背景光和亮黑比等参数继续测试，测试完成给出测试结果曲线绘制并保存数据，测试过程中，软件系统提供眼动追踪监控受测员测试状态。管理员可通过登录界面进入测试模式，无需选择受测员即可进行CFF测试，测试模式测试数据不进行数据库保存。管理员也可进行亮点参数的修改，进行不同的方案测试。工作流程图如图7所示。用户(管理员、维护工程师)通过登录进入软件系统，管理员可进行CFF测试、CFF数据管理、用户信息管理及系统设置(打印机设置等)。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种数字化亮点闪烁检测系统，包括亮点闪烁仪和软件系统，其特征在于，所述亮点闪烁仪包括壳体、眼罩、亮点闪烁组件、视角成像组件及主机；
所述软件系统嵌入所述主机中，其包括眼动追踪模块、亮点闪烁参数控制模块、临界闪光融合频率测量及曲线绘制模块、数据库管理模块、数据统计分析模块及系统维护模块。
2.根据权利要求1所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述眼罩设置于所述壳体的一侧、所述亮点闪烁组件和主机均设置于所述壳体内部；所述视角成像组件包括设置于所述壳体内的亮点闪烁组件、设置于所述眼罩和亮点闪烁组件之间的半透半反射镜及设置于所述半透半反射镜下方的监控相机。
3.根据权利要求2所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述亮点闪烁组件包括盒体、设置于所述盒体上方的匀光板、设置于所述盒体的底板上的五色LED灯组、设置于所述底板上且环绕于所述五色LED灯组外围的背光LED灯组及罩设在所述五色LED灯组上的点光源锥体。
4.根据权利要求3所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述点光源锥体内部具有导光空腔，所述点光源锥体的顶部开设有透光孔，底部开设有用于罩盖所述五色LED灯组的开口；所述匀光板上设置有开孔，所述点光源锥体顶部配合插入所述开孔中。
5.根据权利要求4所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述眼动追踪模块用于根据监控相机拍摄的人眼瞳孔图像，采用眼动追踪算法对受测人员的瞳孔进行追踪，以观察受测人员的测试状态。
6.根据权利要求5所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述眼动追踪算法利用上一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置来计算下一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置，其包括以下步骤：
1)遍历所述监控相机中所有的人眼瞳孔图像，记录每幅图像中处于人眼瞳孔范围M×N内的像素；
2)计算第一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标(Xc1，Yc1)：
其中，(Xi,Yj)表示第一幅人眼瞳孔图像中，M×N范围内的点(i,j)的坐标值；I1(Xi,Yj)表示第一幅人眼瞳孔图像中，M×N范围内的点(i,j)处的像素值；
3)以第一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置为中心，以L×L方形区域为探测区域，在此区域内利用以下公式计算第二幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标(Xc2，Yc2)：
其中，(Xi,Yj)表示第二幅人眼瞳孔图像中，L×L范围内的点(i,j)处的坐标值；I2(Xi,Yj)表示第二幅人眼瞳孔图像中，L×L范围内的点(i,j)处的像素值；
4)按照与步骤3)相同的方法，以前一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心位置为中心，以L×L方形区域为探测区域，在此区域内计算下一幅人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标，循环往复，计算出所述监控相机中的所有人眼瞳孔图像的瞳孔质心坐标。
7.根据权利要求4所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述亮点闪烁参数控制模块用于调节亮点闪烁组件产生的亮点的颜色与亮度、调节亮点闪烁亮黑比、调节背光LED灯组产生的背景光的亮度。
8.根据权利要求4所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述临界闪光融合频率测量及曲线绘制模块用于测量并记录受测人员的测试频率数据，并将其绘制成数据曲线，同时存入数据库。
9.根据权利要求4所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述数据库管理模块用于存储并管理受测员信息、操作者信息、维护人员信息、测量参数和分析结果。
10.根据权利要求4所述的数字化亮点闪烁检测系统，其特征在于，所述数据统计分析模块对测量参数进行个体和群体信息统计分析，生成疲劳状况检测报告，并支持打印输出。
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