CN109008946A - 一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备及方法。该色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备包括佩戴式图像采集及显示设备、信号处理设备和连接线缆。在患者佩戴本发明的设备后，采用近眼显示技术看到处理后的采集图像或者测试图案，同时保证图像成像保持0.5m以上，有效提高现有色觉辨认障碍患者矫正辅助方法的用户针对性，提升矫正辅助眼镜等方法的有效性。

Description

一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备及方法

技术领域

本发明涉及色觉辨认障碍检测领域，具体涉及一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备及方法。

背景技术

色盲分先天性色盲及后天性色盲，后天性色盲因病而得，病愈自然会好；先天性色盲是遗传的无法治疗，其中又可分完全色盲和不完全色盲两类。完全色盲患者视网膜中的感色功能全部丧失，只能区分黑、白、灰三色，这类色盲无法用色盲眼镜矫正。不完全色盲又称色弱，但社会上习惯统称色盲，患者对有些颜色识别正常，对另一些颜色分不清楚，这类色盲可以通过戴色盲眼镜加以矫正。

人类的视觉是通过视网膜上的两种感光细胞，即视锥细胞和视杆细胞感受的。其中视杆细胞在暗光下作用，对色觉不起作用；视锥细胞负责对彩色的识别，其中又可有分别感应红蓝绿的三种视锥细胞。如果这三种感色细胞中的一种或几种的功能低下或者吸收光谱发生偏移，或者在神经传递过程中发生变异，使大脑皮层接收到的三基色比例失调，而大脑仍按固有的彩色立体坐标系定义彩色，必然造成色觉异常。

由于色盲是遗传病，现阶段各领域进行的研究，包括穴位治疗法、色盲滤色矫正眼镜及基因疗法等，但均未达到较理想的效果。其中色盲滤色矫正眼镜的一大问题是使用者的个体差异性非常大，制作过程中不可能完全符合矫正曲线要求，并且前期检测过程中也会产生测量误差，市面上使用的镀膜色盲矫正眼镜需要试用和校正误差，间接导致色盲矫正眼镜的有效性下降、定制周期拉长和费用的上升。所以在商业环境下，前期有效快捷的患者个性化视觉参数的测量和仿真工具，有很大的需求。基于穿戴式计算机图形技术的个性化时间参数测量设备，保证前期仿真参数的快速验证和迭代，并能有效模拟不同的真实环境下的效果，充分考虑到不同镜片透过率对参数配置的影响。

发明内容：

本发明的目的是提供一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，并提供基于此设备的一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量方法。为了达到上述目的，本发明将三通道色盲模型和近眼显示技术应用到本发明的技术方案中。为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，包括佩戴式图像采集及显示设备、信号处理设备和连接所述佩戴式图像及采集设备和信号处理设备的线缆；其特征在于：所述佩戴式图像采集及显示设备包括图像采集模块、图像显示模块、显示驱动模块；所述信号处理设备设有信号转化模块、人机交互模块和电源模块；所述图像采集模块将采集的图像信息通过电缆传输到信号转化模块，所述信号转化模块能够将输入的图像信息加入矫正参数后转化为新的图像信息并且通过电缆传输至显示驱动模块，所述显示驱动模块收入新的图像信息后再传输到所述图像显示模块。

进一步地，所述图像显示模块可为单眼或双眼近眼显示模块。

进一步地，所述图像显示模块可为光学可透近眼显示模块或沉浸式近眼显示模块。

进一步地，所述显示模块包括显示屏和光学镜片组，所述显示屏显示的动态视频图像信息通过光学镜片组投射到人眼的视网膜上。

进一步地，所述显示屏可调节亮度。

进一步地，所述显示模块还包括遮光罩，所述遮光罩可以调节显示图像信息与实际环境之间的透过率。

进一步地，所述图像采集模块可以为CCD摄像头或CMOS摄像头，采用的对焦方式可以是手工对焦、电子对焦，使用的镜头可以是光学固定焦距镜头或者液体镜头。

进一步地，其特征在于：所述佩戴式图像采集及显示设备结构包括镜框、显示镜片、镜腿、鼻托；所述显示镜片内设置所述图像显示模块。

进一步地，所述信号转化模块连接互联网色觉辨认障碍测试数据库。

本发明提供的一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量方法，其包括患者个性化视觉参数检测和基于此参数的矫正验证方法，具体步骤如下：

启动个性化视觉参数测量设备，并选择进入个性化视觉参数检测模式。色觉辨认障碍患者带上佩戴式图像采集及显示设备，确认其前方出现图像显示；

输入色觉障碍测试图像，默认为俞自萍测试图像，并在三原色色盲测试之间进行切换，输出不同色觉障碍模型处理后的测试图像，根据测试患者判断原始图像和测试模型输出图像的相似度反应，来判断患者是否患有色盲，并判断其类型；

如果基于以上步骤，无法根据测试患者对原图和模拟图相似度反应，得到有效的色盲判断，则切换到色弱诊断阶段；

输入色弱障碍测试图像，默认为俞自萍测试图像色弱部分，调节色弱模型内的色弱参数值，输出不同色弱模型处理后的测试图像，根据测试患者判断原始图像和测试模型输出图像的相似度反应，来判断患者是否患某一类色弱，并得到最相似的色弱参数；涉及的色弱类型包括红、绿、蓝三种色弱；

如果测试者能够完全分辨原始图像和测试模型，则其色觉不存在问题；

在检测色盲及色弱等色觉参数之后，通过人机交互模块切换设备到矫正验证模式；设备将通过图像采集模块获取周边图像信息，再经过选定的矫正算法由信号转换模块之后，展现到测试者面前。矫正算法默认角度自适应算法，包含自适应映射算法、旋转H分量算法、几何变换算法等，可以有测量设备使用专业人士进行选择。

测试者佩戴矫正后的设备，重新查看原始色觉障碍测试图像，及室内室外及不同天气情况下的环境，直接体验佩戴矫正设备后的视觉效果，评估相应参数和矫正算法是否满足其日常生活，或者工作需求；

确定单一色觉辨认障碍患者的视觉参数和有效矫正方法后，患者可以自由选择其日常佩戴的矫正眼镜的后续制造工艺材质等，不在本发明方法范围之内。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备和方法，相对于传统通过纸质色觉辨认障碍图的测试方法，创新性地采用了近眼显示技术，将环境光亮度和镜片透过率等因素考虑到了整体测试过程中，有效帮助色觉辨认障碍患者人士在视觉参数测试过程中，更加真实地直观体验真实环境下的矫正效果，解决了常规方法在视觉参数测试和镀膜制作试戴之间的反复。本发明采用的近眼显示技术，其显示的成像虚像，既可以是完全沉浸的，也可以是光学可透的，附带的遮光罩可以模拟不同的透过率。这种设计不会阻碍和影响使用者的视野范围和视力清晰度，使用者在看到检测图像的虚像时能同时观察外界的情况。

本发明的一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备包括佩戴式图像采集及显示设备、信号处理设备和连接线缆，相比于台式视觉测量设备，减少了整体重量，提高了设备的便捷性，可以让使用者佩戴情况下，观察不同的生活场景；同时有助于设备直接面向消费者的推广方式。

本发明的一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备和方法，基于信息化控制理念，在信号处理设备内采用软件化的色觉辨认障碍测试和模拟模型，通过人机交互模块可以实现多种模型自由切换和新模型的添加，具有适应未来技术发展的潜力。

附图说明

图1是本发明一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备结构示意图。

图2是本发明一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备系统模块示意图。

图3是本发明一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备图像显示模块示意图。

图4是本发明一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量方法色觉参数检测流程示意图。

图5是本发明一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量方法色觉矫正调整流程示意图。

具体实施方式

现参照说明书附图来阐述本发明的选定实施例，本领域技术人员根据本公开的本发明的实施例的下属说明仅是示例性的，并不是为了限制本发明的方案。

实施例1

如图1所示，一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，包括佩戴式图像采集及显示设备2、信号处理设备1和连接佩戴式图像采集及显示设备2和信号处理设备1的线缆3。

该佩戴式图像采集及显示设备2包括图像采集模块、镜框21、显示模块22、镜腿26、鼻托23。显示模块22包括图像显示模块和显示驱动模块，图像显示模块包括显示屏224和近眼显示光学镜片组(221，222，223)，显示驱动模块释放出的视频图像信息通过光学镜片组投射到人眼的视网膜上，屏幕通过驱动可调节亮度，也可以通过内设的光线传感器感知的环境亮度自动调节显示亮度。同时人机交互模块通过线缆3连接并控制显示驱动模块，进而控制光学镜片组上显示的虚拟图像。

图像采集模块可以为CCD摄像头或CMOS摄像头，采用的对焦方式可以是手工对焦、电子对焦，使用的镜头可以是光学固定焦距镜头或者液体镜头。近眼显示模块可为光学可透近眼显示模块或沉浸式近眼显示模块。

如图2所示，信号处理设备1设有信号转化模块、人机交互模块和电源模块，信号转化模块将接收到的视频信息，或者内置的图片(默认自带俞自萍测试图像)，或者通过互联网接收的测试图片及视频信号，并通过特定的操作通过线缆输出给显示驱动模块和图像显示模块。特定的操作，有如下几种情况：在色觉辨认障碍视觉参数测试过程中，转化模块直接显示针对存储图片进行仿真处理后的图像；在设定矫正参数后，佩戴者看到存储图片进行矫正后的图像，用来评估矫正算法有效性，并选择对患者最有效的矫正方式；在确定初步矫正方式后，信号转化模块将显示接收到的周边环境视频信息，可以让患者综合评估矫正的效果。默认内置的矫正算法包含自适应映射算法、旋转H分量算法、几何变换算法和角度自适应算法等四种，同时支持从互联网上下载新的色觉辨认障碍模型和新的矫正算法。信号转化模块连接互联网网上的色觉辨认障碍测试数据库，获取通过互联网更新后的色觉辨认障碍测试模型。通过互联网进行更新色觉辨认障碍测试模型，可以实现最新测试技术的应用，和测试结果的后期保存和基于大数据的精确分析。

电源模块可供应电能；人机交互模块允许使用者操作设备开关及其他操作。

人机交互模块允许使用者进行触控操作、语音控制操作、参数输入操作、电源开关操作、显示亮度调节等操作。通过人机交互模块，视觉参数测量及矫正过程中确认和切换操作可以快速实现。相应患者的个性化参数得到有效保存。

如图3所示，光学镜片组包括透镜221、可透分光镜222和可透反射镜223，透镜221与显示屏224平行，可透分光镜222设于透镜221下方并与显示屏224呈45度角，可透反射镜223设于可透分光镜222前方并与显示屏224垂直，外部环境的光线可通过可透分光镜222和可透反射镜223进入人眼。人眼可以透过光学镜片组看到放大的成像于数米外的虚像，同时看到对面谈话人的神态表情、动作及周围整个现实环境。

该佩戴式图像采集及显示设备中的显示模块22外侧设置配备遮光罩24，模拟调节环境光的光照影响，以便测试患者在佩戴矫正眼镜情况下，在正常生活的使用效果。

线缆3可传输语音信息、视频图像信息、文字信息和电力能源。线缆3传输视频图像信息可通过RGB、LVDS、MIPI、eDP、HDMI、V-by-one等协议。电源模块通过锂电池为图像采集模块、显示驱动模块、图像显示模块、信号转化模块、人机交互模块供应电能，锂电池可重复充电。

如图4-5所示，色觉辨认障碍患者个性化视觉参数检测和矫正验证方法：

1.患者本人或者协助检测人员通过人机交互模块上的按键，启动个性化视觉参数测量设备，在人机交互界面上，通过触控板选择进入参数检测选项。相关内容显示在屏幕上。在设置中，可以进一步需要采用的色觉障碍模型，默认为三通道色彩模型。

2.让色觉辨认障碍患者带上佩戴式图像采集及显示设备，确认其前方出现图像显示；如果其能够看到参数检测模式的默认图片，则表明系统运行正常。如果看不到画面，可以尝试调高亮度，或选用比较暗的遮光罩，如仍然没有画面建议重启；

3.设备成功启动并进入参数检测项后，输入色觉障碍测试图像，默认为俞自萍测试图像，通过人机交互模块上的按键，并在三原色(红、黄、蓝)之间的二色盲测试之间循环进行切换，以便输出不同色觉障碍模型处理后的测试图像。测试人员根据患者判断原始图像和测试模型输出图像的相似度反应，来判断患者是否患有该类型色盲；患者在佩戴上近眼显示设备之后，在同时看到原始图像和色盲模型模拟的图像，以便于对两者的颜色进行比较。在此实施例中，患者使用的是光学可透显示方式，看到的画面为空中的虚拟成像，有一定的透过率。通过调节外部遮光罩的透过率，可以判断患者在怎么样的光照条件下，对色彩的辨认会出现问题。

4.如果基于以上步骤，在完成对红黄蓝二色盲诊断的切换后，无法根据测试患者对原图和模拟图相似度反应，得到有效的色盲判断。则系统软件切换到色弱诊断阶段；

5.信号处理设备内置色弱障碍测试图像，默认为俞自萍测试图像色弱部分。测试人员可以通过人机交互模块上的按键，调节色弱模型内的色弱参数值。涉及的色弱类型包括红、绿、蓝三种色弱，对应针对色弱参数取值范围为0-1，其中参数为1时候患者对此颜色辨认正常，0是对此颜色为色盲状态。对某一类色弱，测试人员不断调节色弱参数，输出不同色弱模型处理后的测试图像，根据测试患者判断原始图像和测试模型输出图像的相似度反应，来判断患者是否患某一类色弱，并得到最相似的色弱参数；

6.在此实施例中，患者使用的是光学可透显示方式，看到的画面为空中的虚拟成像，有一定的透过率。通过调节外部遮光罩的透过率，可以判断患者在怎么样的光照条件下，色弱的情况会比较严重。

如果在色盲和色弱测试阶段，测试者都能够完全分辨原始图像和测试模型，则其色觉不存在问题；在测量完视觉参数，开始对矫正参数确认：

1.在传统的色盲滤波型眼镜矫正过程中，在检测色盲及色弱等色觉参数之后，需要计算镀膜参数，并等待色盲眼镜生产后，患者才能进行试戴。在此实施例中，使用者通过人机交互模块切换设备到矫正验证模式；设备将通过摄像头获取周边环境实景，再经过选定的矫正算法由信号转换模块之后，矫正后的环境色彩就可以展现到测试者面前，允许测试者体验到的色彩与正常群体看到色彩相近。矫正算法默认角度自适应算法，同时允许采用自适应映射算法、旋转H分量算法、几何变换算法等，这部分工作需要专业人士进行选择以及计算矫正参数。这部分内容及矫正参数为已知内容。

2.测试者佩戴矫正后的设备，重新查看原始色觉障碍测试图像，及室内室外及不同天气情况下的环境，直接体验佩戴矫正设备后的视觉效果，评估相应参数和校订算法是否满足其日常生活，或者工作需求，以便及时调节矫正算法和矫正参数。

3.最终确定色觉辨认障碍患者的视觉参数和有效矫正方法后，患者可以自由选择其后续采用镀膜矫正工艺，还是直接采用图像处理方式的矫正眼镜，这部分内容不在本发明方法范围之内。

实施例2

佩戴式图像采集及显示设备除包括镜框21、显示镜片22、镜腿26、鼻托23、遮光罩24和图像采集模块25外，还可与头带或头盔或帽子等配件组合，便于佩戴在使用者头部，提高了佩戴的稳定性和舒适性。其余同实施例1。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解：本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或等同替换，但以上变更、修改或等同替换，均在本申请的待授权或待批准之权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，包括佩戴式图像采集及显示设备、信号处理设备和连接所述佩戴式图像及采集设备和信号处理设备的电缆；其特征在于：所述佩戴式图像采集及显示设备包括图像采集模块、图像显示模块、显示驱动模块；所述信号处理设备设有信号转化模块、人机交互模块和电源模块；所述图像采集模块将采集的图像信息通过电缆传输到所述信号转化模块，所述信号转化模块能够将输入的图像信息加入矫正参数后转化为新的图像信息并且通过电缆传输至所述显示驱动模块，所述显示驱动模块接收新的图像信息后再传输到所述图像显示模块。

2.根据权利要求1所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，所述图像显示模块可为光学可透近眼显示模块或沉浸式近眼显示模块。

3.根据权利要求1-2之一所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，所述显示模块包括显示屏和光学镜片组，所述显示屏显示的动态视频图像信息通过光学镜片组投射到人眼的视网膜上。

4.根据权利要求3所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，所述显示模块还包括遮光罩，所述遮光罩可以调节显示图像信息与实际环境之间的透过率。

5.根据权利要求1所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，所述图像采集模块可以为CCD摄像头或CMOS摄像头，采用的对焦方式可以是手工对焦、电子对焦，使用的镜头可以是光学固定焦距镜头或者液体镜头。

6.根据权利要求1所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，其特征在于：所述佩戴式图像采集及显示设备结构包括镜框、显示镜片、镜腿、鼻托；所述显示镜片内设置所述图像显示模块。

7.根据权利要求1所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量设备，所述信号转化模块连接互联网色觉辨认障碍测试数据库。

8.一种色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量方法，包括患者个性化视觉参数的检测和矫正过程，检测过程具体步骤如下：

S1：通过个性化视觉参数测量设备的人机交互模块，启动个性化视觉参数测量设备；

S2：色觉辨认障碍患者带上所述个性化视觉参数测量设备的佩戴式图像采集及显示设备，确认设备是否正常显示图像；

S3：所述个性化视觉参数测量设备输入色觉障碍测试图像，通过所述人机交互模块上的按键，并在三原色(红、黄、蓝)之间的二色盲测试之间循环进行切换，以便输出不同色觉障碍模型处理后的测试图像，测试人员根据患者判断原始图像和测试模型输出图像的相似度反应，来判断患者是否患有该类型色盲；

S4：在完成对红黄蓝二色盲诊断的切换后，若无法根据测试患者对原图和模拟图相似度反应，得到有效的色盲判断，则系统软件切换到色弱诊断阶段；

S5：所述个性化视觉参数测量设备输入色弱障碍测试图像，测试人员可以通过人机交互模块上的按键，调节色弱模型内的色弱参数值，输出不同色弱模型处理后的测试图像，根据测试患者判断原始图像和测试模型输出图像的相似度反应，来判断测试患者是否患某一类色弱，并得到最相似的色弱参数；

S6：如果在色盲和色弱测试阶段，测试者都能够完全分辨原始图像和测试模型，则其色觉不存在问题；

矫正过程具体步骤如下：

S1：通过所述人机交互模块切换到矫正验证模式，所述个性化视觉参数测量设备通过图像采集设备获取周边环境实景，根据其色弱参数，再经过选定的矫正算法由信号转换模块将矫正后的环境图像通过显示设备展现到测试患者面前，允许患者体验到的色彩与正常群体看到色彩相近；

S2：测试患者重新查看原始色觉障碍测试图像，及室内室外及不同天气情况下的环境，评估其矫正参数及矫正算法；

S3：最终确定色觉辨认障碍患者的矫正参数和矫正算法。

9.根据权利要求8所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量方法，测试患者使用的显示设备是光学可透显示方式，看到的画面为空中的虚拟成像，有一定的透过率，通过调节外部遮光罩的透过率，可以判断患者在不同光照条件下，对色彩的辨认的问题。

10.根据权利要求8所述的色觉辨认障碍患者个性化视觉参数测量方法，所述色弱障碍测试图像是俞自萍测试图像色弱部分，涉及的色弱类型包括红、绿、蓝三种色弱，对应针对色弱参数取值范围为0-1，其中参数为1时候患者对此颜色辨认正常，0是对此颜色为色盲状态。