CN111714081A - 基于多波长led光学无损特殊儿童检测仪及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，包括：眼镜框、设置在眼镜框上的多波长LED光源和与多波长LED光源连接的多波长LED光源控制模块，设置在眼镜框上的取景方向朝向眼睛侧的图像采集模块与补光方向朝向眼睛侧的红外补光模块，设置在眼镜框上的用于存储图像采集模块采集的图像数据的图像数据存储模块，设置在眼镜框上且与光源控制模块、图像采集模块、红外补光模块、图像数据存储模块连接的主控模块；设置在眼镜框上且与主控模块连接的无线通信模块。本发明将多波长LED光源与图像采集模块、红外补光模块集成在眼镜上，体积小且佩戴方便，提升了特殊儿童PLR检测的便捷性，提高了检测效率，对使用环境友好。本发明还公开了一种检测方法。
Description
技术领域
本发明属于眼动检测的技术领域，具体涉及一种基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪及检测方法。
背景技术
眼动追踪是历经了一个长期的发展过程才成熟起来的技术。目前热门的眼动追踪技术主要是基于眼球图像分析的“非侵入式”技术，其基本原理是：将一束光线和一台摄像机对准被试的眼球，通过光线和后端分析来推断被试者注视的方向，摄像机则记录交互的过程。目前的眼动仪多采用的是基于瞳孔-角膜反射光斑的识别技术，其所利用的眼动过程保持不变的特征，是眼球角膜外表面上的普尔钦斑——眼球角膜上的一个亮光点，由进入瞳孔的光线在角膜外表面上反射而产生。
由于眼动仪(含摄像机)的位置固定，光源的位置也固定、眼球中心位置不变(假设眼球为球状，且头部不动)，普尔钦斑的绝对位置并不随眼球的转动而变化。但其相对于瞳孔和眼球的位置则是在不断变化的——比如，当你盯着摄像头时，普尔钦斑就在你瞳孔之间；而当你眼球抬起时，普尔钦斑就在你的瞳孔下方。这样一来，只要实时定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置，计算出角膜反射向量，便能利用几何模型，估算得到用户的视线方向。
相关技术中的眼动仪检测设备，其光源一般是独立设置，结构较为复杂，体积大，携带不便，无法随时随地进行检测；光源的光线容易产生眩光，伤害到孩子眼睛；由于检测时光源与眼睛距离较远，易受外界光线干扰，对使用环境的要求也比较高；照射光波波长单一，而且不同被试对不同波长的瞳孔响应灵敏度不同，易引起被试的测试疲劳。
上述论述内容目的在于向读者介绍可能与下面将被描述和/或主张的本发明的各个方面相关的技术的各个方面，相信该论述内容有助于为读者提供背景信息，以有利于更好地理解本发明的各个方面，因此，应了解是以这个角度来阅读这些论述，而不是承认现有技术。
发明内容
为解决上述技术问题中的至少之一，本发明提出一种基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪及检测方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一方面，提供一种基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，包括：
头戴式的眼镜框，所述眼镜框上部设置有向前延伸的外沿支架；
多波长LED光源，设置在外沿支架前端，所述多波长LED光源的发光方向朝向眼睛侧；
多波长LED光源控制模块，设置在外沿支架上且与多波长LED光源连接；
两个图像采集模块，分别设置在眼镜框下部的左右两侧上，所述图像采集模块的取景方向朝向眼镜框的眼睛侧；
两个红外补光模块，分别设置在眼镜框下部的左右两侧上，所述红外补光模块的补光方向朝向眼镜框的眼睛侧；
图像数据存储模块，设置在眼镜框上，用于存储图像采集模块采集的图像数据；
主控模块，设置在眼镜框上且与多波长LED光源控制模块、图像采集模块、红外补光模块、图像数据存储模块连接；
无线通信模块，设置在眼镜框上且与主控模块连接，用于接收外部控制指令和输出图像数据；
电源模块，设置在所述眼镜框上且与所述多波长LED光源、多波长LED光源控制模块、图像采集模块、红外补光模块、图像数据存储模块、主控模块、无线通信模块供电连接。
作为进一步的改进，所述眼镜框下部的左右两侧上分别设置一个挠性可调支架，每个挠性可调支架上设置有一个图像采集模块和一个红外补光模块。
作为进一步的改进，所述多波长LED光源包括一只中心发光波长为405nm的LED、一只中心发光波长550nm的LED、一只中心发光波长为650nm的LED和一只发光波长范围为405nm-650nm发白光的LED。
作为进一步的改进，所述多波长LED光源控制模块通过控制多波长LED光源3的电流，以控制所述多波长LED光源3发出照度不同的光线；和/或，所述多波长LED光源控制模块通过控制多波长LED光源3中各只LED的开关，发出不同波长的光线。
作为进一步的改进，所述无线通信模块为蓝牙无线通信模块。
作为进一步的改进，所述电源模块包括蓄电池和设置在眼镜框上且与蓄电池连接的充电接口。
本发明提供的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，包括：头戴式的眼镜框，所述眼镜框中部设置有向前延伸的外沿支架；多波长LED光源，设置在外沿支架前端，所述多波长LED光源的发光方向朝向眼睛侧；多波长LED光源控制模块，设置在外沿支架上且与多波长LED光源连接；两个图像采集模块，分别设置在眼镜框下部的左右两侧上，所述图像采集模块的取景方向朝向眼镜框的眼睛侧；两个红外补光模块，分别设置在眼镜框下部的左右两侧上，所述红外补光模块的补光方向朝向眼镜框的眼睛侧；图像数据存储模块，设置在眼镜框上，用于存储图像采集模块采集的图像数据；主控模块，设置在眼镜框上且与多波长LED光源控制模块、图像采集模块、红外补光模块、图像数据存储模块连接；无线通信模块，设置在眼镜框上且与主控模块连接，用于接收外部控制指令和输出图像数据；电源模块，设置在所述眼镜框上且与所述多波长LED光源、多波长LED光源控制模块、图像采集模块、红外补光模块、图像数据存储模块、主控模块、无线通信模块供电连接。本发明提供的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的光源设置在眼镜框的外沿支架上，图像采集模块、红外补光模块设置在眼镜框上，集成一体组成眼镜式结构，体积小，佩戴简单方便。由于光源设置在镜框上，检测时离眼睛比较近，不容易受外界光线干扰，对使用环境的要求也比较低，对使用环境友好。此外，丰富的多波长光源照射，减轻了被试的测试疲劳，提高了不同被试对不同波长的瞳孔响应灵敏度，提升了特殊儿童PLR检测的便捷性，提高了检测效率。
另一方面，提供一种采用如上所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的检测方法，包括如下步骤：
S1、将眼镜框戴在受检测者的头上；
S2、使两个图像采集模块的取景方向分别朝向左眼瞳孔和右眼瞳孔，以采集到清楚的瞳孔图像，使两个红外补光模块的补光方向分别朝向左眼瞳孔和右眼瞳孔，以分别对左眼瞳孔和右眼瞳孔进行红外补光；
S3、通过红外补光模块发出近红外光线持续照明瞳孔，通过多波长LED光源控制模块控制多波长LED光源的电流和开关，使所述多波长LED光源发出颜色和照度不同的光线唤起瞳孔光刺激反射响应；
S4、通过图像采集模块采集光刺激反射响应的瞳孔多帧连续图像；
S5、对瞳孔多帧连续图像进行处理，通过提取瞳孔图像动态参数，得到瞳孔反射曲线。
作为进一步的改进，在步骤S3中，通过红外补光模块发出的波长为940nm的近红外光线持续照明瞳孔，通过多波长LED光源随机选择发出0-1000ms范围内自动可调的不同波长的闪光光线刺激瞳孔。
作为进一步的改进，在步骤S4中，包括瞳孔图像采集和瞳孔光刺激反射图像采集，所述瞳孔图像采集首先获取基线瞳孔图像1秒钟，然后多波长LED光源发出0-1000ms范围内自动可调的闪光光线，然后继续进行瞳孔图像获取2秒钟，以捕获整个瞳孔缩小和恢复过程；所述瞳孔光刺激反射图像采集，通过定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置，计算出角膜反射向量和瞳孔变化大小数据，通过光线和后端分析，估算得到用户的视线变化方向。
作为进一步的改进，在步骤S5中，在一次4秒钟的检测中，从每只眼睛获取图像采集率为200Hz，图像大小为192像素×192像素，分辨率为12位。
本发明提供的基于上述基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的检测方法，其应当具有检测仪相同或者相应的有益效果，因此不再进行赘述。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的正面结构示意图。
图2是图1的左视图。
图3为图1的右视图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
结合图1、图2和图3所示，本发明实施例提供一种基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，包括：
头戴式的眼镜框1，眼镜框1为半框式眼镜框，无镜片，所述眼镜框1上部中间鼻梁位置处设置有向前延伸的外沿支架3；
多波长LED光源2，设置在外沿支架3前端，所述多波长LED光源2的发光方向朝向眼睛侧，多波长LED光源2的发光方向分别朝向左眼和右眼；
多波长LED光源控制模块4，设置在外沿支架3上且与多波长LED光源2连接；多波长LED光源控制模块4可控制多波长LED光源3发出照度不同或波长不同的光线；
两个图像采集模块5，分别设置在眼镜框1下部的左右两侧上，所述图像采集模块5的取景方向朝向眼镜框1的眼睛侧，图像采集模块5为高帧高采样率摄像头，两个图像采集模块5分别对左眼和右眼进行图像采集；
两个红外补光模块12，分别设置在眼镜框1下部的左右两侧上，所述红外补光模块12的补光方向朝向眼镜框1的眼睛侧；两个红外补光模块12分别对左眼和右眼进行红外补光；
图像数据存储模块6，设置在眼镜框1上，用于存储图像采集模块5采集的图像数据，具体的，图像数据存储模块6可镶嵌在眼镜框1中；
主控模块7，设置在眼镜框1上且与多波长LED光源控制模块4、图像采集模块5、红外补光模块12、图像数据存储模块6连接；主控模块7可镶嵌在眼镜框1中。所述主控模块7输出光源控制指令给所述多波长LED光源控制模块4以控制所述多波长LED光源2发出颜色和照度不同的光线，所述主控模块7输出图像采集指令给所述图像采集模块5以控制所述图像采集模块5进行图像采集，所述主控模块7输出图像存储、读取指令给所述图像数据存储模块6以分别控制所述图像采集模块5存储图像数据、从所述图像采集模块5中读取图像数据；
无线通信模块8，设置在眼镜框1上且与主控模块7连接，用于接收外部控制指令和输出图像数据；主控模块7和无线通信模块8可采用基于STM32的蓝牙模块，可以收集瞳孔图像数据，将瞳孔图像存储在图像数据存储模块6并通过蓝牙发射出去。
电源模块9，设置在所述眼镜框1上且与所述多波长LED光源2、多波长LED光源控制模块4、图像采集模块5、红外补光模块12、图像数据存储模块6、主控模块7、无线通信模块8供电连接，电源模块负责为各个模块进行供电。
作为进一步优选的实施方式，所述眼镜框1下部的左右两侧上分别设置一个挠性可调支架11，每个挠性可调支架11上设置有一个图像采集模块5和一个红外补光模块12。这样，可以通过弯折挠性可调支架11，调整图像采集模块5的取景方向和红外补光模块12的补光方向，以更好地适配受检测者。
作为进一步优选的实施方式，所述多波长LED光源2用于提供瞳孔光刺激，包括多只发光波长范围为405-650nm的LED，具体包括一只中心发光波长为405nm的LED、一只中心发光波长550nm的LED、一只中心发光波长为650nm的LED和一只发光波长范围为405nm-650nm发白光的LED。
作为进一步优选的实施方式，所述多波长LED光源控制模块4通过控制多波长LED光源3的电流，以控制所述多波长LED光源3发出照度不同的光线；和/或，所述多波长LED光源控制模块4通过控制多波长LED光源3中各只LED的开关，发出不同波长的光线。
作为进一步优选的实施方式，所述电源模块9包括蓄电池和设置在眼镜框1上且与蓄电池连接的充电接口10。充电接口10为Type-C接口，用于给蓄电池充电。
本发明提供的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的光源设置在眼镜框的外沿支架上，图像采集模块、红外补光模块设置在眼镜框上，集成一体组成眼镜式结构，体积小，佩戴简单方便。由于光源设置在镜框上，检测时离眼睛比较近，不容易受外界光线干扰，对使用环境的要求也比较低，对使用环境友好。此外，丰富的多波长光源照射，减轻了被试的测试疲劳，提高了不同被试对不同波长的瞳孔响应灵敏度，提升了特殊儿童PLR(pupillary light reflex，瞳孔对光反射)检测的便捷性，提高了检测效率。
本发明实施例还提供一种采用如上所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的检测方法，包括如下步骤：
S1、将眼镜框1戴在受检测者的头上；
S2、使两个图像采集模块5的取景方向分别朝向左眼瞳孔和右眼瞳孔，以采集到清楚的瞳孔图像，使两个红外补光模块12的补光方向分别朝向左眼瞳孔和右眼瞳孔，以分别对左眼瞳孔和右眼瞳孔进行红外补光；
S3、通过红外补光模块12发出近红外光线持续照明瞳孔，通过多波长LED光源控制模块4控制多波长LED光源2的电流和开关，使所述多波长LED光源2发出颜色和照度不同的光线唤起瞳孔光刺激反射响应；具体的，通过红外补光模块12发出的波长为940nm的近红外光线持续照明瞳孔，通过多波长LED光源2随机选择发出0-1000ms范围内自动可调的不同波长的闪光光线刺激瞳孔；
S4、通过图像采集模块5采集光刺激反射响应的瞳孔多帧连续图像；图像采集包括瞳孔图像采集和瞳孔光刺激反射图像采集，所述瞳孔图像采集首先获取基线瞳孔图像1秒钟，然后多波长LED光源发出0-1000ms范围内自动可调的闪光光线，如75ms的闪光灯，然后继续进行瞳孔图像获取2秒钟，以捕获整个瞳孔缩小和恢复过程；所述瞳孔光刺激反射图像采集，通过定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置，计算出角膜反射向量和瞳孔变化大小数据，通过光线和后端分析，估算得到用户的视线变化方向。
S5、在一次4秒钟的检测中，从每只眼睛获取图像采集率为200Hz，图像大小为192像素×192像素，分辨率为12位，对瞳孔多帧连续图像进行处理，通过提取瞳孔图像动态参数，得到瞳孔反射曲线。
本发明实施例提供的基于上述基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的检测方法，其应当具有检测仪相同或者相应的有益效果，因此不再进行赘述。
上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，不能理解为对本发明保护范围的限制。
总之，本发明虽然列举了上述优选实施方式，但是应该说明，虽然本领域的技术人员可以进行各种变化和改型，除非这样的变化和改型偏离了本发明的范围，否则都应该包括在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，其特征在于，包括：
头戴式的眼镜框(1)，所述眼镜框(1)上部设置有向前延伸的外沿支架(3)；
多波长LED光源(2)，设置在外沿支架(3)前端，所述多波长LED光源(2)的发光方向朝向眼睛侧；
多波长LED光源控制模块(4)，设置在外沿支架(3)上且与多波长LED光源(2)连接；
两个图像采集模块(5)，分别设置在眼镜框(1)下部的左右两侧上，所述图像采集模块(5)的取景方向朝向眼镜框(1)的眼睛侧；
两个红外补光模块(12)，分别设置在眼镜框(1)下部的左右两侧上，所述红外补光模块(12)的补光方向朝向眼镜框(1)的眼睛侧；
图像数据存储模块(6)，设置在眼镜框(1)上，用于存储图像采集模块(5)采集的图像数据；
主控模块(7)，设置在眼镜框(1)上且与多波长LED光源控制模块(4)、图像采集模块(5)、红外补光模块(12)、图像数据存储模块(6)连接；
无线通信模块(8)，设置在眼镜框(1)上且与主控模块(7)连接，用于接收外部控制指令和输出图像数据；
电源模块(9)，设置在所述眼镜框(1)上且与所述多波长LED光源(2)、多波长LED光源控制模块(4)、图像采集模块(5)、红外补光模块(12)、图像数据存储模块(6)、主控模块(7)、无线通信模块(8)供电连接。
2.根据权利要求1所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，其特征在于：所述眼镜框(1)下部的左右两侧上分别设置一个挠性可调支架(11)，每个挠性可调支架(11)上设置有一个图像采集模块(5)和一个红外补光模块(12)。
3.根据权利要求2所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，其特征在于：所述多波长LED光源(2)包括一只中心发光波长为405nm的LED、一只中心发光波长550nm的LED、一只中心发光波长为650nm的LED和一只发光波长范围为405nm-650nm发白光的LED。
4.根据权利要求3所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，其特征在于：所述多波长LED光源控制模块(4)通过控制多波长LED光源(3)的电流，以控制所述多波长LED光源(3)发出照度不同的光线；和/或，所述多波长LED光源控制模块(4)通过控制多波长LED光源(3)中各只LED的开关，发出不同波长的光线。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，其特征在于：所述无线通信模块(8)为蓝牙无线通信模块。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪，其特征在于：所述电源模块(9)包括蓄电池和设置在眼镜框(1)上且与蓄电池连接的充电接口(10)。
7.一种采用权利要求1至6中任一项所述的基于多波长LED光学无损特殊儿童检测仪的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将眼镜框(1)戴在受检测者的头上；
S2、使两个图像采集模块(5)的取景方向分别朝向左眼瞳孔和右眼瞳孔，以采集到清楚的瞳孔图像，使两个红外补光模块(12)的补光方向分别朝向左眼瞳孔和右眼瞳孔，以分别对左眼瞳孔和右眼瞳孔进行红外补光；
S3、通过红外补光模块(12)发出近红外光线持续照明瞳孔，通过多波长LED光源控制模块(4)控制多波长LED光源(2)的电流和开关，使所述多波长LED光源(2)发出颜色和照度不同的光线唤起瞳孔光刺激反射响应；
S4、通过图像采集模块(5)采集光刺激反射响应的瞳孔多帧连续图像；
S5、对瞳孔多帧连续图像进行处理，通过提取瞳孔图像动态参数，得到瞳孔反射曲线。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，在步骤S3中，通过红外补光模块(12)发出的波长为940nm的近红外光线持续照明瞳孔，通过多波长LED光源(2)随机选择发出0-1000ms范围内自动可调的不同波长的闪光光线刺激瞳孔。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于：在步骤S4中，包括瞳孔图像采集和瞳孔光刺激反射图像采集，所述瞳孔图像采集首先获取基线瞳孔图像1秒钟，然后多波长LED光源发出0-1000ms范围内自动可调的闪光光线，然后继续进行瞳孔图像获取2秒钟，以捕获整个瞳孔缩小和恢复过程；所述瞳孔光刺激反射图像采集，通过定位眼睛图像上的瞳孔和普尔钦斑的位置，计算出角膜反射向量和瞳孔变化大小数据，通过光线和后端分析，估算得到用户的视线变化方向。
10.根据权利要求9所述的检测方法，其特征在于：在步骤S5中，在一次4秒钟的检测中，从每只眼睛获取图像采集率为200Hz，图像大小为192像素×192像素，分辨率为12位。
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|---|---|
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