CN113613546A - 评估用于视觉任务的视觉设备的性能的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的该视觉设备的这种装置(10)包括：至少一个输入(12)，适于获得执行任务的场景模型(Ms)，包括一系列要观看的点的任务的模型(Mt)，包括可移动头部和至少一只可旋转移动眼睛的所述配戴者的模型(Mw)；至少一个处理器(14)被配置用于针对所述点中的至少一个点确定头部姿势(HP)，使得配戴者的模型(Mw)分别观看那个点，基于配戴者、场景和任务的模型(Mw、Ms、Mt)，确定配戴者针对那个点用头部姿势(HP)执行任务的至少一个任务导向性能参数(PP)，提供任务导向性能参数(PP)，用于确定所述设备适合所述配戴者的程度。

Description

评估用于视觉任务的视觉设备的性能的装置和方法
技术领域
本发明涉及评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的该视觉设备的性能的装置和方法。
背景技术
如今，比如眼科镜片或太阳镜片等视觉设备的性能可以通过使用多种标准来评估，即视觉锐度、畸变或其他标准，例如与双眼视觉相关的标准。
评估视觉锐度通常在于评估针对朝向物体点的给定注视方向的比如焦度误差、残余散光或更高阶像差等像差的量。
评估畸变通常在于评估针对给定注视方向和给定周边方向的空间畸变，与镜片的棱镜偏差相关。
评估镜片的棱镜偏差可以给出关于那些棱镜偏差对配戴者的姿势或注视方向的影响的一些指示。然而，这种方法是有限的。事实上，当配戴者执行视觉任务时，该方法不会提供关于该配戴者的姿势或注视方向的直接信息。配戴者的实际姿势和注视方向实际上是在视敏度与整体舒适度之间的折中的结果。
而且，视觉设备性能的评估通常产生于真人进行的冗长且昂贵的测试程序。此外，与参与测试的那些配戴者显著不同的配戴者不能重复使用这种测试结果。
因此，需要一种评估用于配戴者执行一个或多个给定视觉任务的视觉设备的性能的更快速且经济的方式，其中，一组预定配戴者可以容易地重复使用性能评估。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述缺点。
为此，本发明提供了一种评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的那个视觉设备的性能的装置，其中，所述装置包括：
至少一个输入，适于：
获得执行所述至少一个视觉任务的场景的模型；
获得所述至少一个视觉任务的模型，所述至少一个视觉任务的模型包括在所述场景的模型中要观看的一系列点；
获得所述配戴者的模型，所述配戴者的模型包括相对于所述场景的模型可移动的头部和相对于所述头部可旋转移动的至少一只眼睛，所述视觉设备与所述至少一只眼睛协作；
至少一个处理器，被配置用于：
分别针对所述点中的至少一个点确定至少一个头部姿势，使得所述配戴者的模型分别观看所述点中的所述至少一个点；
基于所述配戴者的模型、所述场景的模型和所述视觉任务的模型，确定所述配戴者分别针对所述点中的所述至少一个点用所述至少一个头部姿势执行所述至少一个视觉任务的至少一个任务导向性能参数；
提供所述至少一个任务导向性能参数，用于确定所述视觉设备适合所述配戴者的程度。
因此，根据本披露的装置使得可以特别使用配戴者的虚拟模型来自动确定头部姿势并且以潜在高效且经济的方式评估视觉设备的性能。
这使得可以确定用于配戴者执行所考虑的(多个)视觉任务的最合觉设备，例如通过比较两个视觉设备对与配戴者执行所考虑的(多个)视觉任务相关联的任务导向性能参数的影响。
此外，这使得可以通过进一步考虑所述给定配戴者的参数来针对给定配戴者个性化镜片，这些参数是比如处方、半瞳距、配戴条件、正在观看的场景的特征和/或视觉任务的性质。
而且，根据本披露的装置进行的性能评估可以应用于给定配戴者群体，因此避免了对不同个体重复测试的负担。
本发明还提供了一种评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的那个视觉设备的性能的方法，其中，所述方法包括：
获得执行所述至少一个视觉任务的场景的模型；
获得所述至少一个视觉任务的模型，所述至少一个视觉任务的模型包括在所述场景的模型中要观看的一系列点；
获得所述配戴者的模型，所述配戴者的模型包括相对于所述场景的模型可移动的头部和相对于所述头部可旋转移动的至少一只眼睛，所述视觉设备与所述至少一只眼睛协作；
通过至少一个处理器分别针对所述点中的至少一个点确定至少一个头部姿势，使得所述配戴者的模型分别观看所述点中的所述至少一个点；
基于所述配戴者的模型、所述场景的模型和所述视觉任务的模型，通过至少一处理器确定所述配戴者用所述至少一个头部姿势执行所述至少一个视觉任务的至少一个任务导向性能参数；
提供所述至少一个任务导向性能参数，用于确定所述视觉设备适合所述配戴者的程度。
在特定模式中，那个评估方法通过根据本披露的评估设备在其任一实施例中执行。
本发明进一步提供了一种评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的那个视觉设备的性能的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品包括一个或多个指令序列，所述指令序列可由处理器访问并且当被所述处理器执行时，使那个处理器：
获得执行所述至少一个视觉任务的场景的模型；
获得所述至少一个视觉任务的模型，所述至少一个视觉任务的模型包括在所述场景的模型中要观看的一系列点；
获得所述配戴者的模型，所述配戴者的模型包括相对于所述场景的模型可移动的头部和相对于所述头部可旋转移动的至少一只眼睛，所述视觉设备与所述至少一只眼睛协作；
分别针对所述点中的至少一个点确定至少一个头部姿势，使得所述配戴者的模型分别观看所述点中的所述至少一个点；
基于所述配戴者的模型、所述场景的模型和所述视觉任务的模型，确定所述配戴者分别针对所述点中的所述至少一个点用所述至少一个头部姿势执行所述至少一个视觉任务的至少一个任务导向性能参数；
提供所述任务导向性能参数，用于确定所述视觉设备适合所述配戴者的程度。
由于所述方法和所述计算机程序产品的优点与所述装置相似，在此不再赘述。
有利地，所述计算机程序产品被配置用于在其任何执行模式中执行所述方法。
附图说明
为了更全面理解本文提供的说明和其优点，现在结合附图和详细描述参照以下简要说明，其中相同的附图标记代表相同的部分。
图1是在特定实施例中根据本发明的装置的示意图。
图2是在特定实施例中通过根据本发明的装置获得的场景模型的示例的示意图。
图3是在特定实施例中通过根据本发明的装置获得的配戴者模型的示例的示意图。
图4是示出了在特定实施例中根据本发明的方法的步骤的流程图。
图5是根据本发明的在建模场景中执行建模视觉任务的建模配戴者的示例的示意图。
图6是示出了当戴着两副不同的镜片时执行图5中所示的视觉任务的配戴者的头部姿势努力的模拟的曲线图，这种模拟是通过根据本发明的装置或方法获得的。
图7是示出了当戴着两副不同的镜片时执行图5中所示的视觉任务的配戴者的注视努力的模拟的曲线图，这种模拟是通过根据本发明的装置或方法获得的。
具体实施方式
在下面的描述中，附图不一定是按比例绘制的，并且出于清楚和简洁的目的或出于信息目的，某些特征可以以概括或示意性形式示出。此外，尽管在下文详细讨论了制造和使用各种实施例，但应理解如本文所述提供了可以在多种环境下实施的许多发明构思。本文讨论的实施例仅仅是代表性的而不限制本发明的范围。针对本领域技术人员来说还显而易见的是，相对于方法限定的所有技术特征可以单独或组合地转置到装置，反之，相对于装置的所有技术特征可以单独或组合地转置到方法。
术语“包含”(及其任何语法变化形式，例如“包含有(comprises)”和“包含了(comprising)”)、“具有”(及其任何语法变化形式，例如“具有(has)”和“具有(having)”)、“含有”(及其任何语法变化形式，例如“含有(contains)”和“含有了(containing)”)、以及“包括”(及其任何语法变化形式，例如“包括(includes)”和“包括(including)”)都是开放式连接动词。它们用于指明其所述特征、整数、步骤或组分或群组的存在，但不排除其一种或多种其他特征、整数、步骤或组分或群组的存在或加入。因此，“包含”、“具有”、“含有”或“包括”一个或多个步骤或要素的方法或方法中的步骤具备那一个或多个步骤或要素，但不限于仅具备那一个或多个步骤或要素。
如图1所示，在特定实施例中，评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的该视觉设备的性能的装置10包括一个或多个输入12，该输入适于获得(执行视觉任务)的场景模型Ms、视觉任务的模型Mt和配戴者的模型Mw。
视觉设备可以是眼科镜片或一副眼科镜片，或太阳镜片或一副太阳镜片，或眼科太阳镜片或一副眼科太阳镜片。其可以是眼镜或隐形眼镜的形式。视觉设备可以是物理眼科设备或虚拟眼科设备。
视觉设备的特征可以在真实存在的设备中选择，也可以按需要被构建为虚拟视觉设备。
配戴者可以是代表预定用户组或被认为是普通用户的真实人或虚拟人。
配戴者可以选自多个配戴者的数据库，其中，配戴者根据特定特征(比如年龄、性别、种族、活动、屈光等)被组织成集群。
表述“配戴者”是指人或虚拟人正在戴着其性能要被评估的视觉设备。
场景的模型Ms可以包括由至少一个几何参数和场景中的物体的位置定义的至少一个物体。场景可以由立体环境中的立体物体构成。
场景的其他特征可以被包括在模型Ms中，包括颜色、纹理、对比度、光源等。
视觉任务的模型Mt可以包括在场景的模型Ms中要观看的一系列点。可选地，观看每个点的时刻可以被包括在视觉任务模型Mt中。
附加参数可以包括在视觉任务的模型Mt中，比如必须看到给定物体点的最小视敏度或最大视敏度损失，或者在一个注视点与下一个注视点之间的时间间隔。
所述(物理的或虚拟的)配戴者和(物理的或虚拟的)视觉设备由一些特征定义，这些特征被考虑在场景的模型中和配戴者的模型中。
而且，附加视觉任务参数可以被考虑在视觉任务的模型Mt中，比如视觉疲劳、注意力、周边视觉、融合等。
换句话说，视觉任务的模型Mt可以是注视点(也称为注视)清单，其中每个注视点可以通过其在场景的给定物体上的位置来定义，或者在物体的预定参考系中的位置来定义，或者在场景中的预定“主”参考系中位置来定义，可选地具有注视的最小视敏度或最大视敏度损失，还可选地具有注视的持续时间，以及还可选地具有任何其他视觉任务参数。
视觉任务的第一非限制性示例如下。计算机屏幕被放置在配戴者的前方，距离为70cm。当配戴者阅读计算机屏幕上的文字时，点网格被定义为覆盖屏幕并且代表扫视的位置。视觉任务在于从左上到右下依次观看网格的每个点，每个点处的敏锐度损失低于或等于0.1logMAR(参考最小分辨率角的对数)。
视觉任务的第二非限制性示例可以如下。电视屏幕被放置在配戴者的前方，距离为3m。屏幕上定义了一组随机点，代表配戴者正在观看电影时注视点的位置。视觉任务在于以随机顺序依次观看一组点中的每个点，敏锐度损失低于或等于0.2logMAR。
图2给出了场景的模型的非限制性示例，包括膝上型计算机键盘20、膝上型计算机屏幕22、智能手机24和站在配戴者前方的人26。智能手机24和膝上型计算机(包括膝上型计算机键盘20和膝上型计算机屏幕22)位于桌子28上。在场景中要观看的点在图2中被定义并显示在膝上型计算机键盘20、膝上型计算机屏幕22、智能手机24和人26上。在此示例中，视觉任务在于以预定义的顺序依次观看场景中所定义的每个点。
更一般地，场景的模型Ms可以包括主参考系，主参考系是场景中所考虑的环境的总体参考系。场景的模型Ms进一步可以包括一个或多个物体，每个物体具有其自己的参考系。物体的形状可以包括在物体的参考系中定义的几何形式，比如点、线、矩形、球体、平行六面体、三角形网和/或四边形网。物体在场景中的位置可以相对于主参考系来定义。
例如，可以通过使用旋转矩阵R和平移矩阵T来描述物体相对于主参考系的位置。例如，旋转矩阵R是3×3矩阵，并且平移矩阵T是一个3×1向量。
物体参考系中给定点的坐标由三元组Po给出，并且主参考系中那点的坐标由三元组Pm给出。从主参考系到物体参考系的变换由(R，T)给出，使得Po＝R×Pm+T。
因此，每个物体都可以由其几何形状和变换(R，T)来定义。
配戴者可以被建模为一组能够相对于彼此移动的刚性身体部分。
如图3所示，配戴者的模型Mw包括相对于场景的模型Ms可移动的头部32和相对于头部32可旋转移动的至少一只眼睛34。至少一只眼睛34是头部32的用于观看给定点而不受头部32的旋转约束的方式。与视觉设备有关的至少一个眼科镜片和/或太阳镜片36与它位于其前方的眼睛协作。
可选地，配戴者的模型Mw还可以包括相对于场景的模型Ms可移动的身躯或躯干30，头部32相对于身躯30是可旋转移动的。
在视觉任务的持续时间内，身躯30在场景的主参考系中可以被认为是静止的。
作为变体，配戴者的模型Mw可以包括身躯30的预定运动。例如，身躯30的运动可以是先前已经记录的典型身躯运动，比如在给定活动期间身躯的运动：步行、跑步、爬楼梯等。此外，可选地，在配戴者的模型Mw中可以考虑配戴者相对于腰部移动身躯的努力。
可选地，配戴者模型Mw可以进一步包括与配戴者相关的其他参数，比如与配戴者的身材大小和/或配戴者正在移动的方式、配戴者的特定类型视觉缺陷(例如近视或远视)等相关的数据。
关于头部32的运动，已知几种头部运动模型，例如来自于以下文章：M.Kunin、Y.Osaki、B.Cohen和T.Raphan，标题为“Rotation Axes of the Head DuringPositioning,Head Shaking,and Locomotion[在定位期间头部的旋转轴线、头部抖动、和运动]”，《神经生理学杂志[J.Neurophysiol]》，第98期，第3095-3108页，2007年。
身躯的参考系可以定义如下。身躯参考系的原点位于在左肩点与右肩点之间的中点。身躯参考系的X轴穿过这些肩点，并且在与水平方向对应的方向上指向配戴者的右侧。Z轴在水平方向上指向配戴者的背部，并且垂直于连接两个肩点的线。Y轴在对应于竖直方向的方向上指向上，并且与X轴和Z轴正交。
头部的参考系可以定义如下。头部参考系的原点位于两个耳屏点之间的中点。头部参考系的X轴穿过两个耳屏点，并且在对应于水平方向的方向上指向配戴者的右侧。头部参考系的Z轴在水平方向上指向配戴者的背部，并且垂直于连接两个耳屏点的线。Y轴在对应于竖直方向的方向上指向上，并且与X轴和Z轴正交。
例如，头部运动可以通过三个角度θ、
Figure BDA0003271556070000091
和ρ来描述，分别对应于头部俯仰、左右摇摆和转动。例如，从身躯参考系到头部参考系的变换矩阵可以是如下各项的组合：围绕X轴旋转的角度等于k×θ，围绕Y轴、正交于X轴平移的距离等于身躯到头部距离，围绕Z轴、正交于X轴和Y轴旋转的角度等于ρ，围绕X轴旋转的角度等于(1-k)×θ、以及围绕Y轴旋转的角度等于
Figure BDA0003271556070000092
其中k＝0.22。
眼睛运动可以例如由对应于眼睛注视方向的两个角度来描述：降低和方位角。可选地，还可以考虑眼睛的扭转。例如，眼睛运动可以根据Listing定律来描述。
镜片或多个镜片可以由它们的几何形状(即形状)、材料或折射率、以及相对于配戴者的眼睛(双眼)和/或头部的位置来定义。
如图1所示，装置10还包括至少一个处理器14。
根据本发明，处理器14被配置用于分别针对注视点中的至少一个注视点确定至少一个头部姿势HP，使得配戴者模型Mw分别观看注视点中的至少一个注视点。
针对属于任务模型Mt的给定注视点Pi，头部姿势可以如下确定：
1)将配戴者模型Mw的头部设定在其直立位置。
2)计算注视点Pi在头部参考系中的位置(xi，yi，zi)。
3)从笛卡尔坐标(xi，yi，zi)，计算注视点的仰角和方位角
Figure BDA0003271556070000093
Figure BDA0003271556070000094
4)根据增益值(k_竖直，k_水平)，身躯的头部旋转可以作为注视点的仰角和方位角的一部分获得：
θ＝k_竖直×θ_i
Figure BDA0003271556070000095
ρ＝0
例如，可以取k_竖直＝k_水平＝0.3。
上述用于确定头部姿势的粗略方法是稍后将描述的更精确方法的替代。
可选地，处理器14进一步可以被配置用于分别针对注视点中的至少一个注视点确定除至少一个头部姿势HP之外的至少一个注视方向，使得配戴者的模型Mw分别观看注视点中的至少一个注视点。
一旦知道头部位置，就可以确定眼睛的注视方向，使得在通过镜片折射之后视线与注视点相交。
根据本发明，处理器14进一步被配置用于确定配戴者分别针对注视点中的至少一个注视点用所确定的头部姿势HP执行视觉任务的至少一个任务导向性能参数PP。这种性能参数确定是基于配戴者模型Mw、场景模型Ms和视觉任务模型Mt进行的。
作为非限制性示例，任务导向性能参数PP可以是头部姿势努力、眼睛注视努力、任务导向视敏度、任务导向畸变中的任一个。任务导向畸变可以尤其涉及立体畸变、光流、放大率和/或聚散度。
因此，确定任务导向性能参数PP可以包括确定配戴者的注视努力和/或执行视觉任务的配戴者的姿势努力。
根据本发明，处理器14还被配置用于提供至少一个任务导向性能参数PP，以确定视觉设备适合配戴者的程度。
针对配戴者通过一副眼镜观看给定物体点，针对固定的身躯位置，通常有无数种可能，对应于不同的头部位置。针对每个头部位置，配戴者将调整眼睛的注视方向以观看给定物体点。
处理器14可以被配置用于分别针对注视点中的至少一个注视点确定对应于多个可能的头部姿势的至少一个点状生理努力，并且分别针对注视点中的至少一个注视点确定作为所确定的至少一个点状生理努力的函数的至少一个头部姿势。
点状生理努力例如可以包括头部姿势努力，这是由配戴者模型Mw为具有这种头部姿势所做的生理努力。
头部姿势努力函数可以计算由配戴者为保持头部位置所做的努力。其是一个无单位函数，表示在不同头部位置之间的相对努力。典型地，针对零度的头部降低、头部方位角和头部扭转角，姿势努力最小。典型地，当头部角度为其最大值时，头部姿势努力最大。典型地，头部姿势努力值的范围在零与一之间。点状生理努力可以例如包括代替头部姿势努力或除了头部姿势努力之外的至少一只眼睛的注视努力，这是由配戴者的模型Mw为具有这种注视方向所做的生理努力。
注视努力函数可以针对至少一只眼睛计算作为注视方向的函数的由配戴者为保持位置所做的努力。其是一个无单位函数，表示在不同头部位置之间的相对努力。典型地，针对大约15度的注视降低角和零度的注视方位角，注视努力最小。典型地，当注视角度最大时，注视努力最大。典型地，注视努力值的范围在零与一之间。
确定配戴者执行视觉任务的任务导向性能参数PP可以例如包括确定配戴者分别针对注视点中的至少一个注视点分别用至少一个头部姿势执行视觉任务的至少一个点状性能参数并且从该至少一个点状性能参数中获得任务导向性能参数PP，例如通过确定点状性能参数的平均值或累积值。
处理器14可以被配置用于分别针对注视点中的至少一个注视点确定至少一个头部姿势HP，作为视敏度相对于视敏度目标的点状偏差的函数，对应于多个可能的头部姿势。
此外，确定任务导向性能参数PP可以包括确定任务导向视敏度和任务导向畸变中的至少一个(如上所述，其可以尤其涉及立体畸变、光流、放大率和/或聚散度)。
针对给定物体点和配戴者头部姿势，视敏度模型可以计算由配戴者看到该点的视敏度。此模型可以考虑镜片在配戴者注视方向上的像差。它还可以考虑配戴者的调节值或配戴者的最大视敏度。可以使用比如文件WO 2017/064065 A1中描述的视敏度模型。
然后可以基于与每个注视点相关联的视敏度确定总体任务导向视敏度。
应当注意的是，任务导向视敏度的利用不一定涉及在确定针对视觉任务的注视点的头部姿势时使用相对于视敏度目标的点状偏差。相反，使用相对于视敏度目标的点状偏差并不涉及在评估视觉设备的性能时必须考虑任务导向视敏度。
头部姿势努力函数、注视努力函数和视敏度模型中的每一个可以是一般模型、基于针对给定配戴者进行的测量所建立的模型、或针对具有例如共同的特定特征(比如性别、年龄、种族、活动、屈光等)的配戴者的段或集群的模型中的任何一个。
个体的头部姿势努力的测量可以通过心理物理测量来评估。例如，配戴者可以在保持给定头部角度的同时表达所感知的努力。通过针对不同的头部角度重复此测量，可以确定头部姿势努力函数。替代地，可以测量个体的头部运动范围。然后可以将头部姿势努力建模为二次函数，在静止姿势中等于零，并在最大头部角度时达到一。
类似地，可以通过心理物理测量来评估个体的注视努力。例如，配戴者可以在保持给定注视角度的同时表达所感知的努力。通过针对不同的注视角度重复此测量，可以确定注视努力函数。替代地，可以测量个体的眼睛运动范围。然后可以将注视努力建模为二次函数，在静止注视方向上等于零，并在最大注视方向上达到一。
可以通过评估个体响应于焦度和散光误差及其组合的视敏度来评价个体的敏锐度损失模型。参见例如Fauquier，C.等人，“Influence of combined power error andastigmatism on visual acuity[组合焦度误差和散光对视敏度的影响]”，《视觉科学及其应用[Vision Science and Its Applications]》，OSA技术文摘系列，华盛顿特区：美国光学学会(1995)：5 151-4。
作为非限制性示例，一只眼睛的注视努力可以定义如下：α是以度为单位的眼睛注视降低角度，β是以度为单位的眼睛注视方位角，和GazeEffort是以任意单位的眼睛注视努力。值0代表最小努力。值1代表最大努力。此模型是通过对74名受试者的内部研究获得的。
a＝α/100
b＝β/100
GazeEffort(α，β)＝4.7398-46.0510a+170.4699b2+146.0116a2+9.9626a3+77.7729b2a-0.7459b4+85.2274a4-21.3346b2a2
作为非限制性示例，头部姿势努力可以定义如下。参考上面提到的头部旋转角度θ、
Figure BDA0003271556070000131
和ρ，分别对应头部俯仰、左右摇摆和转动，θ是以度为单位的头部绕X轴的旋转角度，
Figure BDA0003271556070000132
是以度为单位的头部绕Y轴的旋转角度，ρ是以度为单位的绕Z轴的旋转角度，所有旋转都相对于身躯定义，以及HeadPostureEffort是任意单位的头部姿势努力。值0代表最小努力。值1代表最大努力。公式中的数字80、80和45分别代表绕x、y和z轴的最大头部旋转角度，以度为单位。假设头部姿势努力随头部角度二次变化。
Figure BDA0003271556070000133
其中：
ex＝(θ/80)2
Figure BDA0003271556070000134
ez＝(ρ/45)2
与用给定头部姿势观看给定物体点的配戴者的模型Mw相关联的成本函数然后可以基于头部姿势努力和/或注视努力可能结合视敏度来如下定义。
1)针对由头部旋转角度
Figure BDA0003271556070000135
定义的给定头部姿势，通过镜片针对给定物体点的注视的左眼注视方向GazeDirectionLeftEye
Figure BDA0003271556070000136
Figure BDA0003271556070000138
和/或右眼注视方向GazeDirectionRightEye
Figure BDA0003271556070000137
可以例如通过光线追踪来计算，考虑了镜片的偏差：
α_left，
Figure BDA0003271556070000139
α_right，
Figure BDA00032715560700001310
其中，α_left是左眼的注视降低角，β_left是左眼的注视方位角，α_right是右眼的注视降低角，和β_right是右眼的注视方位角。
2)从左眼和右眼的注视方向，可以评估左眼的注视努力gaze_effort_left和右眼的注视努力gaze_effort_right：
gaze_effort_left＝GazeEffort(α_left，β_left)
gaze_effort_right＝GazeEffort(α_right，β_right)
3)根据头部旋转角度θ、
Figure BDA00032715560700001311
和ρ，可以评估头部姿势努力head_posture_effort：
Figure BDA00032715560700001312
4)可选地，如果物体点与目标视敏度值相关联，则可以评估看到该点的视敏度acuity_value：
acuity_value＝AcuityModel(α_left，β_left，α_right，β_right)
5)如果看到该点的视敏度acuity_value低于目标视敏度acuity_target，则可以计算视敏度惩罚acuity_penalty：
acuity_penalty＝max(acuity_target-acuity_value，0)
其中max(acuity_target-acuity_value，0)是0与视敏度目标值与实际视敏度值之差之间的最大值。
然后，与头部姿势相关的成本函数Cost(posture)取决于头部旋转角度θ、
Figure BDA0003271556070000141
和ρ，可以定义如下：
Figure BDA0003271556070000142
可选地，附加项可以被考虑在姿势成本函数中。
6)通过使用优化方法，然后可以获得最佳头部姿势，被定义为头部姿势，由
Figure BDA0003271556070000143
给出，其使成本函数Cost(posture)最小化。例如，可以使用梯度下降法获得最佳头部姿势。
7)然后可以计算最佳头部姿势的头部姿势努力。
8)针对视觉任务中的每个注视点，可以重复上述步骤1到7。
使用上述过程，针对给定视觉设备，可以确定视觉任务的每个注视点处的头部姿势努力。
针对整个视觉任务，可以确定所涉及的平均头部姿势努力、最大和最小头部姿势努力和/或累积头部姿势努力。
类似地，可以确定用给定视觉设备在给定视觉任务的每个注视点处所需的注视努力，以及针对整个视觉任务，确定平均注视努力、最大和最小注视努力和/或累积注视努力。
还可以确定配戴者在执行视觉任务时的视敏度。
上述过程可以用于比较两个视觉设备对姿势努力或注视努力或视敏度的影响。
例如，如果设备A需要比设备B更少的整体姿势和注视努力来执行给定视觉任务，则设备A将被认为具有比设备B更好的性能并且更适合所考虑的配戴者。
定义配戴者的模型Mw的参数可以是平均参数。
作为变体，这些参数可以是分段参数，即预定配戴者的类别或集群的参数。如前所述，这种类别的非限制性示例是性别(男或女)、年龄(儿童、或年轻人、或成人或老年人)、种族、活动、屈光等。
作为另一个变体，定义配戴者的模型Mw的参数可以是个性化的，即它们可以是个体配戴者的参数。
可以被分段或个性化的参数包括：作为注视方向的函数的注视努力模型和/或作为头部姿势的函数的头部姿势努力模型和/或作为镜片像差的函数的视敏度模型和/或至少一只眼睛的处方和/或至少一只眼睛在头部的位置和/或至少一只眼睛的运动范围和/或头部的运动范围。
图4的流程图示出了根据本发明的评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的视觉设备的性能的方法的步骤。
第一步骤40包括获得如上文关于根据本发明的装置所描述的场景的模型Ms、(多个)视觉任务的模型Mt和配戴者的模型Mw。
接下来的步骤42包括通过至少一个处理器(比如处理器14)分别针对注视点中的至少一个注视点确定至少一个头部姿势HP，使得配戴者模型Mw分别观看例如如上文关于装置10所描述的注视点中的至少一个注视点。
接下来的步骤44包括通过至少一个处理器(比如处理器14)确定配戴者分别针对注视点中的至少一个注视点用至少一个头部姿势HP执行(多个)视觉任务的至少一个任务导向性能参数PP，基于在步骤40获得的例如如上文关于装置10所描述的配戴者模型Mw、场景模型Ms和视觉任务模型Mt。
然后，例如如上文关于装置10所描述的，步骤46包括提供任务导向性能参数PP，用于确定视觉设备适合配戴者的程度。
在特定实施例中，根据本发明的方法是计算机实现的。即，计算机程序产品包括处理器可访问的一个或多个指令序列，并且当由处理器执行时，指令序列使处理器执行评估视觉设备的至少一个配戴者执行如上所述至少一个视觉任务的该视觉设备的性能的方法的步骤。
场景的模型Ms、视觉任务的模型Mt和配戴者的模型Mw可以例如远程建立在云中或本地建立在计算机中。
(多个)指令序列可以存储在一个或多个计算机可读存储介质(包括云中预定位置)中。
下面描述了示例，其中通过使用根据本披露的装置或方法来比较两副不同的眼科镜片的性能。
如图5所示，建模视觉任务是在视远点50与视中点52以及视近点54之间的视觉转变任务。
观看视远点50的任务在图5上通过从配戴者的头部到视远点50的实心直线来实现。
场景中没有物体。所有注视点都在主参考系中如下定义。所有距离均以毫米为单位。
视远点50位于位置(x＝0，y＝1820，z＝-5000)。视中点52位于位置(x＝0，y＝1630，z＝-590)。视近点位于位置(x＝0，y＝1620，z＝-416)。
针对每个点，最大视敏度损失是0.1logMAR。注视持续时间为0.5s。
关于配戴者的模型Mw，考虑了以下参数。
左右眼的配戴者处方是球镜＝+2，柱镜＝0，ax＝0，下加光＝2。
左右眼的半瞳距是32.5mm。
配戴者的身躯位于主参考系中的位置(x＝0，y＝1600，z＝0)。
配戴者的头部位于身躯参考系中的位置(x＝0，y＝200，z＝0)。
左眼的转动中心位于头部参考系中的位置(x＝-32.5，y＝20，z＝-70)。
右眼的转动中心位于头部参考系中的位置(x＝32.5，y＝20，z＝-70)。
配戴者配备有一副渐进式镜片。定位参数为：眼睛转动中心到镜片的距离＝25.5mm，前倾倾度＝-8度，和包角＝0度。
第一副镜片具有的镜片的渐变长度是17mm。
第二副镜片具有的镜片的渐变长度是14mm。
图6中所示的两条曲线展示了作为时间(以秒为单位)的函数的计算的头部姿势努力(以任意单位)，在戴着第一副镜片(实线)和第二副镜片(虚线)并且执行图5的视觉任务时由配戴者的模型Mw进行。
图7中所示的两条曲线展示了作为时间(以秒为单位)的函数的计算出的注视努力(以任意单位)，在配戴第一副镜片(实线)和第二副镜片(虚线)并且执行图5的视觉任务时由配戴者模型Mw进行。
可以看出，在时刻t＝0时，两副镜片都需要相同的头部姿势和注视努力来观看视远点50。
与第一副镜片相比，第二副镜片需要更多的头部姿势和注视努力来观看视中点52和视近点54。原因是第二副镜片的渐变长度比第一副镜片短。因此，第二副镜片所需的头部降低角和注视降低角小于第一副镜片。
作为结论，在此示例中，第一副镜片比第二副镜片更适合所考虑的配戴者。
对给定镜片设计的性能的这种模拟例如对于镜片设计者、对于比较各种镜片设计的性能或对于个性化给定配戴者的镜片可能是有用的。
尽管本文已经详细描述了代表性的方法和装置，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离由所附权利要求描述和限定的范围的情况下，可以进行各种替换和修改。

Claims (15)

1.一种评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的所述视觉设备的性能的装置，其中，所述装置包括：
至少一个输入，适于：
获得执行所述至少一个视觉任务的场景的模型；
获得所述至少一个视觉任务的模型，所述至少一个视觉任务的模型包括在所述场景的模型中要观看的一系列的点；
获得所述配戴者的模型，所述配戴者的模型包括相对于所述场景的模型可移动的头部和相对于所述头部可旋转移动的至少一只眼睛，所述视觉设备与所述至少一只眼睛协作；
至少一个处理器，被配置用于：
分别针对所述点中的至少一个点确定至少一个头部姿势，使得所述配戴者的模型分别观看所述点中的所述至少一个点；
基于所述配戴者的模型、所述场景的模型和所述视觉任务的模型，确定所述配戴者分别针对所述点中的所述至少一个点用所述至少一个头部姿势执行所述至少一个视觉任务的至少一个任务导向性能参数；
提供所述至少一个任务导向性能参数，用于确定所述视觉设备适合所述配戴者的程度。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个处理器进一步被配置用于：
确定所述配戴者分别针对所述点中的所述至少一个点分别用所述至少一个头部姿势执行所述至少一个视觉任务的至少一个点状性能参数；
从所述至少一个点状性能参数中获得所述至少一个任务导向性能参数。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述至少一个处理器被配置用于分别针对所述点中的所述至少一个点确定除所述至少一个头部姿势之外的至少一个注视方向，使得所述配戴者的模型分别观看所述点中的所述至少一个点。
4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述确定所述任务导向性能参数包括确定注视努力。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述确定所述任务导向性能参数包括确定头部姿势努力。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述场景的所述模型包括由至少一个几何参数和在所述场景中所述至少一个物体的位置定义的至少一个物体。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述配戴者的所述模型进一步包括相对于所述场景的模型可移动的身躯，所述头部相对于所述身躯是可旋转移动的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述至少一个处理器被配置用于分别针对所述点中的所述至少一个点确定对应于多个可能的头部姿势的至少一个点状生理努力，并且分别针对所述点中的所述至少一个点确定作为所述确定的至少一个点状生理努力的函数的所述至少一个头部姿势。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述点状生理努力包括头部姿势努力。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述点状生理努力包括至少一只眼睛的注视努力。
11.根据权利要求8、9或10所述的装置，其中，所述至少一个处理器被配置用于分别针对所述点中的所述至少一个点确定所述至少一个头部姿势，作为视敏度相对于视敏度目标的点状偏差的函数，对应于多个可能的头部姿势。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述配戴者的所述模型包括与一组有关的至少一个个性化参数，所述组包括：作为注视方向的函数的注视努力模型；作为头部姿势的函数的头部姿势努力模型；作为镜片像差的函数的视敏度模型；所述至少一只眼睛的处方；所述至少一只眼睛在所述头部中的位置；所述至少一只眼睛的运动范围；所述头部的运动范围。
13.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，确定所述任务导向性能参数包括确定任务导向视敏度和任务导向畸变中的至少一个。
14.一种评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的所述视觉设备的性能的方法，其中，所述方法包括：
获得执行所述至少一个视觉任务的场景的模型；
获得所述至少一个视觉任务的模型，所述至少一个视觉任务的模型包括在所述场景的模型中要观看的一系列的点；
获得所述配戴者的模型，所述配戴者的模型包括相对于所述场景的模型可移动的头部和相对于所述头部可旋转移动的至少一只眼睛，所述视觉设备与所述至少一只眼睛协作；
通过至少一个处理器分别针对所述点中的至少一个点确定至少一个头部姿势，使得所述配戴者的模型分别观看所述点中的所述至少一个点；
基于所述配戴者模型、所述场景模型和所述视觉任务模型，通过至少一个处理器确定所述配戴者分别针对所述点中的所述至少一个点用所述至少一个头部姿势执行所述至少一个视觉任务的至少一个任务导向性能参数；
提供所述至少一个任务导向性能参数，用于确定所述视觉设备适合所述配戴者的程度。
15.一种评估用于视觉设备的至少一个配戴者执行至少一个视觉任务的所述视觉设备的性能的计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品包括一个或多个指令序列，所述指令序列可由处理器访问并且当被所述处理器执行时，使所述处理器：
获得执行所述至少一个视觉任务的场景的模型；
获得所述至少一个视觉任务的模型，所述至少一个视觉任务的模型包括在所述场景的模型中要观看的一系列的点；
获得所述配戴者的模型，所述配戴者的模型包括相对于所述场景的模型可移动的头部和相对于所述头部可旋转移动的至少一只眼睛，所述视觉设备与所述至少一只眼睛协作；
分别针对所述点中的至少一个点确定至少一个头部姿势，使得所述配戴者的模型分别观看所述点中的所述至少一个点；
基于所述配戴者的模型、所述场景的模型和所述视觉任务的模型，确定所述配戴者分别针对所述点中的所述至少一个点用所述至少一个头部姿势执行所述至少一个视觉任务的至少一个任务导向性能参数；
提供所述至少一个任务导向性能参数，用于确定所述视觉设备适合所述配戴者的程度。
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