CN108600742B - 一种基于立体显示的中央眼测试系统及方法 - Google Patents

一种基于立体显示的中央眼测试系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于立体显示的中央眼测试系统及方法，包括以下步骤，(1)计算机系统产生标准图像PS、PS’和测试图像Pt；(2)计算机系统接收当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在同一视角的判断结果，并根据判断结果计算测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1；(3)计算机系统接收当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在同一视角的判断结果，并根据判断结果计算测试图像Pt和标准图像PS’的对齐位置P2；(4)计算机系统获取标准图像PS所在位置和对齐位置P1两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和对齐位置P2两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。满足中央眼测试的精度要求，确保中央眼测试结果的可靠性和稳定性。

Description

一种基于立体显示的中央眼测试系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于立体显示的中央眼测试系统及其测试方法。
背景技术
当人的两眼同时注视一个物体时，感知为单一物象的视觉过程叫做双眼视觉。双眼视觉功能除了要求人眼组织结构发育完善之外，还受一系列极为精致、灵活和协调的生理机能所统辖。有了双眼视觉，人类不仅能够获得物体的形状、大小和颜色的概念，还能获得物体的空间方向概念，能够正确地判断自身与客观环境之间的相对位置关系。判断自身与客观环境之间的相对位置关系的依据不是左眼或右眼，而是把两只眼睛看成是一个器官，用一个假想的眼睛来代表这个器官，这个假想的眼睛叫做中央眼，它位于两眼的中央位置附近偏后1到2厘米。中央眼是我们进行视觉空间定向的重要依据，也称为自我中心(Egocenter)，我们是依靠基于中央眼的视觉方向来确定客观环境中的物体与自身的相对空间位置(参考双目视觉空间定向理论Hering,E.Spatial sense and movements oftheeye,1942)。和人的左右手类似，人的两眼功能也有可能存在差异。在某方面功能更强的左眼或右眼通常称为相应功能定义下的主导眼。中央眼的位置是主导眼在立体视觉空间定位方面的具体体现。在两眼视觉定位功能完美平衡的情况下，中央眼位置在双眼连线方向的坐标刚好在双眼正中央，如果某只眼睛的视觉定位功能更占优势，中央眼位置在双眼连线方向的坐标就会向该眼睛一方偏移，偏移量与优势程度成正比(参考Barbeito,R.&Ono,H.Four methods of locating the egocenter:A comparison oftheir predictivevalidities andreliabilities.Behav.Res.Methods Instrum.11,1–6,1979)，中央眼的位置存在个体差异。
Howard和Templeton提出了利用长杆指出方向的方法确定中央眼的位置(Howard,Ian P.,Templeton,W.B.Human Spatial Orientation.Oxford,England:JohnWiley,1966)。受测者首先要注视长杆的最前端，然后旋转长杆直到认为长杆是刚好直接指向自己的。这时长杆所在的直线经过中央眼的位置。两个不同视角的测试可以确定两个角度的直线，这两条直线的交点就是中央眼的位置。除了Howard和Templeton的方法外，传统方法中还有几种其他方法测量中央眼位置。Barbeito,R.和Ono,H比较了四种方法后发现Howard和Templeton的方法最直接且重复性和可靠性最好。
尽管Howard和Templeton提出的方法在传统中央眼测试方法中可靠性最好，但是还是逃脱不了传统方法的缺陷。首先，传统测试方法对测试设置的精度要求非常高，中央眼的位置通常在双眼的中间位置附近，根据Barbeito,R.和Ono,H的实验结果，在双眼连线方向上14人的平均结果是中央眼偏向右眼0.28cm，测量精度在0.1毫米，对实验设置的精度要求很高。其次，对于普通受测者来说任务要求过高，普通受测者可能很难理解具体该如何操作，同时，一次操作就确定结果可能造成比较大的测量误差。也是因为这些问题，如今的很多涉及中央眼的科学研究中，直接将双眼的中央位置认为是中央眼的位置，忽略了个体的差异。而在虚拟现实等技术中，基于中央眼位空间定位的个体差异对人机互动会产生不可忽略的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于立体显示的中央眼测试方法，满足中央眼测试的精度要求，确保中央眼测试结果的可靠性和稳定性，具有设置和操作简单、可靠性和稳定性高的特点，可以用于中央眼相关的科学研究以及工程领域的应用。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于立体显示的中央眼测试方法，包括以下步骤：
(1)计算机系统根据受测者的瞳距和观测距离产生标准图像PS、PS’和测试图像Pt；标准图像PS和标准图像PS’均呈现在显示器平面上、且标准图像PS和标准图像PS’两者对称分布在显示器中心的两侧；测试图像Pt呈现在显示器屏前位置；
(2)计算机系统接收当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在同一视角的判断结果，并根据接收到的判断结果拟合计算测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1；
(3)计算机系统接收当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在同一视角的判断结果，并根据接收到的判断结果拟合计算测试图像Pt和标准图像PS’的对齐位置P2；
(4)计算机系统获取标准图像PS所在位置和对齐位置P1两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和对齐位置P2两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括先前已经呈现的所有测试图像与标准图像是否在同一视角的判断结果决定下一个测试图像呈现的位置。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括当前呈现的测试图像与标准图像不在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置向先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置靠近1～3个步长；当前呈现的测试图像与标准图像在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置远离或者靠近先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1～5个步长。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括当前呈现的测试图像与标准图像不在同一视角时，下一个测试图像的呈现位置以相同的概率远离或者靠近先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1～5个步长。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述标准图像和测试图像为垂直方向上的长条状图像，且所述标准图像和测试图像在垂直方向的不同高度上分离显示。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像下方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像下方时的P2位置；
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像上方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像上方时的P2位置；
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P1位置和测试图像在标准图像上方时的P1位置的平均值
Figure BDA0001664005790000031
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P2位置位置和测试图像在标准图像上方时的P2位置的平均值
Figure BDA0001664005790000041
计算机系统获取标准图像PS所在位置和位置
Figure BDA0001664005790000042
两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和位置
Figure BDA0001664005790000043
两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括对应每个所述标准图像，所述计算机系统均产生100～500个测试图像。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括以受测者双眼所在直线为X轴、受测者双眼中心为原点、穿入显示器屏幕方向为Y轴建立XOY坐标系，所述标准图像PS在XOY坐标系中的视角为-γ，所述标准图像PS’在XOY坐标系中的视角为+γ，γ为10°～20°。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于立体显示的中央眼测试系统，包括定位架、显示器、计算机系统和判断单元；
所述定位架用于定位受测者，使得受测者的眼部正对显示器的中心位置；
所述计算机系统用于产生标准图像和测试图像，并根据判断单元反馈的判断结果计算受测者的中央眼位置；
所述判断单元用于受测者根据测试任务给出相应的判断，并将判断结果输出至计算机系统；所述测试任务包括判断当前呈现的测试图像和标准图像是否在同一视角；
所述显示器用于显示来自计算机系统的测试图像和标准图像。
本发明一个较佳实施例中，进一步包括所述标准图像具有标准图像PS和标准图像PS’，标准图像PS和PS’均呈现在所述显示器平面上、且标准图像PS和标准图像PS’两者对称分布在显示器中心的两侧；
所示测试图像和标准图像在垂直方向的不同高度上分离显示，所述测试图像Pt具有与标准图像PS或/和标准图像PS’在同一视角的至少一个；
所述判断单元用于受测者逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在同一视角、逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在同一视角，并将判断结果输出至至计算机系统；
所述计算机系统用于根据受测者的判断结果拟合计算出测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1、测试图像Pt和标准图像PS’的对齐位置P2；
所述计算机系统还用于获取标准图像PS所在位置和对齐位置P1两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和对齐位置P2两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。
其一、本发明的基于立体显示的中央眼测试方法，利用立体显示系统虚拟呈现真实世界的测试场景，计算机系统设计呈现在不同位置的测试图像，再根据受测者对测试图像与标准图像是否在同一视角的判断来拟合计算出中央眼的位置，满足中央眼测试的精度要求，确保中央眼测试结果的可靠性和稳定性，具有设置和操作简单、可靠性和稳定性高的特点，可以用于中央眼相关的科学研究以及工程领域的应用。
其二、由计算机系系统产生、在立体显示系统中显示的测试图像可以达到像素级的大小设计和位置变化设计，满足中央眼测试的精度要求。
其三、计算机系统基于心理物理学方法拟合计算中央眼的位置，受测者只要判断当前呈现的测试图像与标准图像是否在同一视角即可，整个过程对受测者提出的要求简单，易于操作。
其四、对应单个标准图像的测试图像在同一视角的位置测量，受测者需要做出多次判断，计算机系统对受测者做出的多次判断进行拟合计算而获得的测量结果，能够避免单次操作存在的误差，确保测量结果的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明优选实施例中中央眼测试系统的系统图；
图2是本发明优选实施例中中央眼的测试原理图；
图3是本发明优选实施例中中央眼测试方法的流程图；
图4是基于心理物理学方法拟合测试图像与标准图像对齐位置的拟合曲线图，其中，实线为测试图像在上、标准图像在下的拟合曲线；虚线为标准图像在上、测试图像在下的拟合曲线；
图5是X轴方向上中央眼位置重复性测试皮尔森相关性拟合线性图；
图6是Y轴方向上中央眼位置重复性测试皮尔森相关性拟合线性图。
其中：1-安装有计算机系统的主机设备，2-立体显示器，3-定位架，4-判断单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例
本实施例公开了一种基于立体显示的中央眼测试方法，在具有一定设备配置的条件下对人双眼的中央眼位置进行测量，设备配置包括定位架、立体显示器、计算机系统和判断单元。
①-立体显示器
立体显示器具有显示屏和能够显示三维图像的立体显示系统，测量时，受测者以站姿、坐姿等位姿正对显示屏。
②-定位架
定位架用于定位受测者，使得受测者的眼部正对显示屏中心。以受测者双眼所在直线为X轴、受测者双眼中心(双眼瞳孔连线的中心)为原点O、穿入显示屏方向为Y轴建立XOY坐标系，定位后原点O正对显示屏中心。
③-计算机系统
计算机系统配置为具有接收和存储信息、按程序计算和判断并输出处理结果的功能。
④-判断单元
判断单元形成计算机系统的I/O设备，可以是键盘、鼠标等带接口的设备。
如图3所示，测试人双眼中心眼位置的方法包括以下步骤：
(1)计算机系统根据受测者的瞳距、观测距离和标准图像的呈现视角，产生标准图像PS、PS’和测试图像Pt。如图2所示的受测者，其瞳距为be、观测距离为Vd、标准图像的呈现视角为γ，γ为标准图像在XOY坐标系内呈现的视角，本实施例技术方案中，γ为10°～20°，优选为15°。
计算机系统具有图像数据库，图像数据库内存储有大量的标准图像模块和测试图像模块，每个标注图像模块均包含有标准图像的图像数据和标准图像在立体显示器上呈现的位置数据。每个标准图像模块均对应有测试图像模块，测试图像模块包含有测试图像的图像数据和测试图像在立体显示器上呈现的位置数据。设定受测者的瞳距、观测距离和标准图像呈现视角γ后，标准图像模块唯一确定，测试图像模块也随之唯一确定。
上述标准图像PS和标准图像PS’均呈现在显示屏上、且标准图像PS和标准图像PS’两者对称分布在显示屏中心的两侧，如图2所示，标准图像PS呈现视角为-γ，标准图像PS’呈现视角为+γ。标准图像PS和标准图像PS’呈现在显示屏的屏平面上，测试图像Pt呈现在显示屏的屏前位置(即显示屏屏平面的正前方)，标准图像和测试图像为垂直方向上的长条状图像。
本实施例技术方案中，对应每个标准图像，计算机系统均产生100～500个测试图像，多个测试图像Pt逐一在显示屏上显示。综合考虑测试精度和计算量，对应每个标准图像，计算机系统均产生144～150个测试图像。测试图像的数量越多，测试精度越高，但计算机系统拟合时计算量越大；反之，测试图像的数量越少，测试精度越低，计算机系统拟合时的计算量越小。
(2)受测者逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在同一视角，也就是判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在视角方向上对齐，并将判断结果通过判断单元传输至计算机系统，判断结果有两种情况，一种是测试图像Pt与标准图像PS在同一视角(是)；一种是测试图像Pt与标准图像PS不在同一视角(否)。
对应单个标准图像PS的测试图像在同一视角的位置测量，受测者需要做出多次判断，需要做出判断的次数与计算机系统对应每个标准图像产生的测试图像的个数相关。比如：计算机系统对应单个标准图像PS产生144个测试图像，受测者对应单个标准图像PS的测试图像在同一视角的位置测量需要作出144次判断，并将144次的判断结果(“是”或者“否”)输出至计算机系统。
计算机系统对受测者做出的144个判断结果进行拟合计算，获得测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1。计算机系统基于心理物理学方法对多个判断结果进行拟合计算，最终获得测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1(对齐位置P1为一个点的位置)。
(3)受测者逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在同一视角，也就是判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在视角方向上对齐，并将判断结果通过判断单元传输至计算机系统。判断结果有两种情况，一种是测试图像Pt与标准图像PS’在同一视角(是)；一种是测试图像Pt与标准图像PS’不在同一视角(否)。
对应单个标准图像PS’的测试图像在同一视角的位置测量，受测者需要做出多次判断，需要做出判断的次数与计算机系统对应每个标准图像PS’产生的测试图像的个数相关。比如：计算机系统对应单个标准图像PS’产生144个测试图像，受测者对应单个标准图像PS’的测试图像在同一视角的位置测量需要作出144次判断，并将144次的判断结果(“是”或者“否”)输出至计算机系统。
计算机系统对受测者做出的144个判断结果进行拟合计算，获得测试图像Pt和标准图像PS’的对齐位置P2。计算机系统基于心理物理学方法对多个判断结果进行拟合计算，最终获得测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1(对齐位置P1为一个点的位置)。
此处需要说明的是：测试图像Pt的位置是不固定的，在标准图像是PS时，测试图像Pt的位置在与PS对齐的位置附近按照心理物理学的自适应方法变化；在标准图像是PS’时，测试图像Pt的位置在与PS’对齐的位置附近按照心理物理学的自适应方法变化。
如图4所示为基于心理物理学方法拟合计算测试图像与标准图像对齐位置的拟合曲线图，横坐标轴为测试图像在X轴方向上偏离原点的距离，纵坐标轴为测试图像与标准图像在同一视角的概率，图4中示出，当前接受测量的受测者，测试图像呈现在在X轴方向上偏离原点8个像素时，判断测试图像和标准图像在同一视角的概率最大，以此来确定测试图像与标准图像的对齐位置。
(4)根据两点确定一条直线的原理，确定标准图像PS所在位置和对齐位置P1两者所在直线L1，确定标准图像PS’所在位置和对齐位置P2两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为受测者的中央眼位置。
本实施例技术方案中，为了提高测量稳定性和可靠性，先前已经呈现的所有测试图像与标准图像是否在同一视角的判断结果决定下一个测试图像呈现的位置，比如，下一个显示的测试图像是第145个测试图像，前面已经呈现的144个测试图像都有可能对第145个呈现的测试图像的位置产生影响。具体为：当前呈现的测试图像与标准图像不在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置向先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置靠近1～3个步长；当前呈现的测试图像与标准图像在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置远离或者靠近先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1～5个步长。此处可解释为：如果第144个测试图像的判断结果是与标准图像不在同一视角，则第145个测试图像呈现的位置向前面144个测试图像中被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置靠近1～3个步长；如果第144个测试图像的判断结果是与标准图像在同一视角，则145个测试图像呈现的位置以相同的概率远离或者靠近前面144个测试图像中被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1～5个步长；上述步长为像素级别。以上测试图像呈现的位置采用实时调整的自适应方法，使得所有呈现的测试图像都无尽趋近于与标准图像在同一视角的位置呈现正态分布的趋势，使得测试结果的稳定性非常强。
图5所示为X轴方向上中央眼位置重复性测试皮尔森相关性拟合线性图，横坐标轴为受测者第一次测试得到的X轴方向上中央眼的位置，纵坐标轴为同一受测者第二次测试得到的X走方向上中央眼的位置。对9个受测者分别进行两次测试，并对测试结果进行皮尔森相关性拟合，拟合的皮尔森相关系数为0.99。
图6所示为Y轴方向上中央眼位置重复性测试皮尔森相关性拟合线性图，横坐标轴为受测者第一次测试得到的Y轴方向上中央眼的位置，纵坐标轴为同一受测者第二次测试得到的Y轴方向上中央眼的位置。对9个受测者分别进行两次测试，并对测试的结果进行皮尔森相关性拟合，拟合的皮尔森相关系数为0.91。
以上重复性测试结果表明本实施例技术方案中的测试方法对中央眼进行测试的稳定性和可靠性均非常强。
为了消除测试图像和标准图像呈现位置不同对测试结果的影响，进一步提高测试结果的稳定性和可靠性，本实施例技术方案中，标准图像和测试图像在垂直方向(Y轴方向)的不同高度上分离显示：
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像下方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像下方时的P2位置；
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像上方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像上方时的P2位置；
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P1位置和测试图像在标准图像上方时的P1位置的平均值
Figure BDA0001664005790000101
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P2位置位置和测试图像在标准图像上方时的P2位置的平均值
Figure BDA0001664005790000102
计算机系统获取标准图像PS所在位置和位置
Figure BDA0001664005790000103
两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和位置
Figure BDA0001664005790000104
两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。
图4中示出基于心理物理学方法拟合测试图像与标准图像对齐位置的拟合曲线图。实线为测试图像在上、标准图像在下的拟合曲线，虚线为标准图像在上、测试图像在下的拟合曲线。
实施例二
如图1所示，本实施例公开了一种基于立体显示的中央眼测试系统，包括定位架、立体显示器、计算机系统和判断单元；
上述定位架用于定位受测者，使得受测者的眼部正对显示器的中心位置，以受测者双眼所在直线为X轴、受测者双眼中心(双眼瞳孔连线的中心)为原点O、穿入显示屏方向为Y轴建立XOY坐标系，定位后原点O正对显示屏中心。
上述计算机系统用于产生标准图像和测试图像，并根据判断单元反馈的判断结果计算受测者的中央眼位置。
上述判断单元判断单元形成计算机系统的I/O设备，可以是键盘、鼠标等带接口的设备，用于受测者根据测试任务给出相应的判断，并将判断结果输出至计算机系统；上述测试任务包括判断测试图像和标准图像是否在同一视角；
上述立体显示器用于显示来自计算机系统的测试图像和标准图像。
计算机系统根据受测者的瞳距、观测距离和标准图像的呈现视角，产生标准图像PS、PS’和测试图像Pt。如图2所示的受测者，其瞳距为be、观测距离为Vd、标准图像的呈现视角为γ，γ为标准图像在XOY坐标系内呈现的视角，本实施例技术方案中，γ为10°～20°，优选为15°。
计算机系统具有图像数据库，图像数据库内存储有大量的标准图像模块和测试图像模块，每个标注图像模块均包含有标准图像的图像数据和标准图像在显示器上呈现的位置数据。每个标准图像模块均对应有测试图像模块，测试图像模块包含有测试图像的图像数据和测试图像在显示器上呈现的位置数据。设定受测者的瞳距、观测距离和标准图像呈现视角γ后，标准图像模块唯一确定，测试图像模块也随之唯一确定。
上述标准图像PS和标准图像PS’均呈现在显示屏上、且标准图像PS和标准图像PS’两者对称分布在显示屏中心的两侧，如图2所示，标准图像PS呈现视角为-γ，标准图像PS’呈现视角为+γ。标准图像PS和标准图像PS’呈现在显示屏的屏平面上，测试图像Pt呈现在显示屏的屏前位置(即显示屏屏平面的正前方)，标准图像和测试图像为垂直方向上的长条状图像。
本实施例技术方案中，对应每个标准图像，计算机系统均产生100～500个测试图像，多个测试图像Pt逐一在显示屏上显示。综合考虑测试精度和计算量，对应每个标准图像，计算机系统均产生100～500个测试图像，其中至少有一个测试图像与标准图像PS或/和标准图像PS’在同一视角。测试图像的数量越多，测试精度越高，但计算机系统拟合时计算量越大；反之，测试图像的数量越少，测试精度越低，计算机系统拟合时的计算量越小。
受测者逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在同一视角，也就是判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在视角方向上对齐，并将判断结果通过判断单元传输至计算机系统，判断结果有两种情况，一种是测试图像Pt与标准图像PS在同一视角(是)；一种是测试图像Pt与标准图像PS不在同一视角(否)。
对应单个标准图像PS的测试图像在同一视角的位置测量，受测者需要做出多次判断，需要做出判断的次数与计算机系统对应每个标准图像产生的测试图像的个数相关。比如：计算机系统对应单个标准图像PS产生144个测试图像，受测者对应单个标准图像PS的测试图像在同一视角的位置测量需要作出144次判断，并将144次的判断结果(“是”或者“否”)输出至计算机系统。
计算机系统对受测者做出的144次判断结果进行拟合计算，获得测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1。计算机系统基于心理物理学方法对多个判断结果进行拟合计算，最终获得测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1(对齐位置P1为一个点的位置)。
受测者逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在同一视角，也就是判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在视角方向上对齐，并将判断结果通过判断单元传输至计算机系统。判断结果有两种情况，一种是测试图像Pt与标准图像PS’在同一视角(是)；一种是测试图像Pt与标准图像PS’不在同一视角(否)。
对应单个标准图像PS’的测试图像在同一视角的位置测量，受测者需要做出多次判断，需要做出判断的次数与计算机系统对应每个标准图像PS’产生的测试图像的个数相关。比如：计算机系统对应单个标准图像PS’产生144个测试图像，受测者对应单个标准图像PS’的测试图像在同一视角的位置测量需要作出144次判断，并将144次的判断结果(“是”或者“否”)输出至计算机系统。
计算机系统对受测者做出的144个判断结果进行拟合计算，获得测试图像Pt和标准图像PS’的对齐位置P2。计算机系统基于心理物理学方法对多个判断结果进行拟合计算，最终获得测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1(对齐位置P1为一个点的位置)。
上述计算机系统根据两点确定一条直线的原理，确定标准图像PS所在位置和对齐位置P1两者所在直线L1，确定标准图像PS’所在位置和对齐位置P2两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为受测者的中央眼位置。
此处需要说明的是：测试图像Pt的位置是不固定的，在标准图像是PS时，测试图像Pt的位置在与PS对齐的位置附近按照心理物理学的自适应方法变化；在标准图像是PS’时，测试图像Pt的位置在与PS’对齐的位置附近按照心理物理学的自适应方法变化。
上述计算机系统在产生测试图像时，为了提高测量稳定性和可靠性，先前已经呈现的所有测试图像与标准图像是否在同一视角的判断结果决定下一个测试图像呈现的位置，比如，下一个显示的测试图像是第145个测试图像，前面已经呈现的144个测试图像都有可能对第145个呈现的测试图像的位置产生影响。具体为：当前呈现的测试图像与标准图像不在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置向先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置靠近1～3个步长；当前呈现的测试图像与标准图像在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置远离或者靠近先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1～5个步长。此处可解释为：如果第144个测试图像的判断结果是与标准图像不在同一视角，则第145个测试图像呈现的位置向前面144个测试图像中被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置靠近1～3个步长；如果第144个测试图像的判断结果是与标准图像在同一视角，则145个测试图像呈现的位置以相同的概率远离或者靠近前面144个测试图像中被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1～5个步长；上述步长为像素级别。以上测试图像呈现的位置采用实时调整的自适应方法，使得所有呈现的测试图像都无尽趋近于与标准图像在同一视角的位置呈现正态分布的趋势，使得测试结果的稳定性非常强。
图5所示为X轴方向上中央眼位置重复性测试皮尔森相关性拟合线性图，横坐标轴为受测者第一次测试得到的X轴方向上中央眼的位置，纵坐标轴为同一受测者第二次测试得到的X走方向上中央眼的位置。对9个受测者分别进行两次测试，并对测试结果进行皮尔森相关性拟合，拟合的皮尔森相关系数为0.99。
图6所示为Y轴方向上中央眼位置重复性测试皮尔森相关性拟合线性图，横坐标轴为受测者第一次测试得到的Y轴方向上中央眼的位置，纵坐标轴为同一受测者第二次测试得到的Y轴方向上中央眼的位置。对9个受测者分别进行两次测试，并对测试的结果进行皮尔森相关性拟合，拟合的皮尔森相关系数为0.91。
以上重复性测试结果表明本实施例技术方案中的测试方法对中央眼进行测试的稳定性和可靠性均非常强。
上述计算机系统在产生标准图像和测试图像时，为了消除测试图像和标准图像呈现位置不同对测试结果的影响，进一步提高测试结果的稳定性和可靠性，本实施例技术方案中，标准图像和测试图像在垂直方向(Y轴方向)的不同高度上分离显示：
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像下方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像下方时的P2位置；
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像上方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像上方时的P2位置；
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P1位置和测试图像在标准图像上方时的P1位置的平均值
Figure BDA0001664005790000141
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P2位置位置和测试图像在标准图像上方时的P2位置的平均值
Figure BDA0001664005790000142
计算机系统获取标准图像PS所在位置和位置
Figure BDA0001664005790000143
两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和位置
Figure BDA0001664005790000144
两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。
图4中示出基于心理物理学方法拟合测试图像与标准图像对齐位置的拟合曲线图。实线为测试图像在上、标准图像在下的拟合曲线，虚线为标准图像在上、测试图像在下的拟合曲线。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：包括以下步骤，
(1)计算机系统根据受测者的瞳距和观测距离产生标准图像PS、PS’和测试图像Pt；标准图像PS和标准图像PS’均呈现在显示器平面上、且标准图像PS和标准图像PS’两者对称分布在显示器中心的两侧；测试图像Pt呈现在显示器屏前位置；
(2)计算机系统接收当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在同一视角的判断结果，并根据接收到的判断结果拟合计算测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1；
(3)计算机系统接收当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在同一视角的判断结果，并根据接收到的判断结果拟合计算测试图像Pt和标准图像PS’的对齐位置P2；
(4)计算机系统获取标准图像PS所在位置和对齐位置P1两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和对齐位置P2两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。
2.如权利要求1所述的一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：先前已经呈现的所有测试图像与标准图像是否在同一视角的判断结果决定下一个测试图像呈现的位置。
3.如权利要求2所述的一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：当前呈现的测试图像与标准图像不在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置向先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置靠近1-3个步长；当前呈现的测试图像与标准图像在同一视角时，下一个测试图像呈现的位置远离或者靠近先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1-5个步长。
4.如权利要求3所述的一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：当前呈现的测试图像与标准图像不在同一视角时，下一个测试图像的呈现位置以相同的概率远离或者靠近先前已经呈现的被判断为与标准图像在同一视角的所有测试图像的平均位置移动1-5个步长。
5.如权利要求1所述的一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：所述标准图像和测试图像为垂直方向上的长条状图像，且所述标准图像和测试图像在垂直方向的不同高度上分离显示。
6.如权利要求5所述的一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像下方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像下方时的P2位置；
计算机系统按照步骤(2)获取测试图像在标准图像上方时的P1位置；
计算机系统按照步骤(3)获取测试图像在标准图像上方时的P2位置；
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P1位置和测试图像在标准图像上方时的P1位置的平均值
Figure FDA0002282652680000021
计算机系统取测试图像在标准图像下方时的P2位置和测试图像在标准图像上方时的P2位置的平均值
Figure FDA0002282652680000022
计算机系统获取标准图像PS所在位置和位置
Figure FDA0002282652680000023
两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和位置
Figure FDA0002282652680000024
两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置。
7.如权利要求1所述的一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：对应每个所述标准图像，所述计算机系统均产生100-500个测试图像。
8.如权利要求1所述的一种基于立体显示的中央眼测试方法，其特征在于：以受测者双眼所在直线为X轴、受测者双眼中心为原点、穿入显示器屏幕方向为Y轴建立XOY坐标系，所述标准图像PS在XOY坐标系中的视角为-γ，所述标准图像PS’在XOY坐标系中的视角为+γ，γ为10°～20°。
9.一种基于立体显示的中央眼测试系统，其特征在于：包括定位架、显示器、计算机系统和判断单元；
所述定位架用于定位受测者，使得受测者的眼部正对显示器的中心位置；
所述计算机系统用于产生标准图像和测试图像，所述标准图像具有标准图像PS和标准图像PS’，标准图像PS和PS’均呈现在所述显示器平面上、且标准图像PS和标准图像PS’两者对称分布在显示器中心的两侧；所示测试图像和标准图像在垂直方向的不同高度上分离显示，所述测试图像Pt具有与标准图像PS或/和标准图像PS’在同一视角的至少一个
并根据判断单元反馈的判断结果拟合计算受测者的中央眼位置；
所述判断单元用于受测者根据测试任务给出相应的判断，并将判断结果输出至计算机系统；所述测试任务包括逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS是否在同一视角、逐一判断当前呈现的测试图像Pt与标准图像PS’是否在同一视角；
所述计算机系统还用于根据受测者的判断结果拟合计算出测试图像Pt和标准图像PS的对齐位置P1、测试图像Pt和标准图像PS’的对齐位置P2；
所述计算机系统还用于获取标准图像PS所在位置和对齐位置P1两者所在直线L1、标准图像PS’所在位置和对齐位置P2两者所在直线L2，直线L1和直线L2的交点为所述受测者的中央眼位置；
所述显示器用于显示来自计算机系统的测试图像和标准图像。
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