CN113892904A - 一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，包括通用客户端、辅助验光设备、服务端三部分；通用客户端用于收集受检者的基础生理数据和辅助环境数据，并利用设备自带摄像头和闪光灯采集受检者双眼清晰图像并进行优化处理；之后基于偏心摄像验光原理处理图像采集模块输出的图像，结合基础生理数据计算出受检者角膜屈光数据；本申请通过通用的摄像技术实时屈光度检测，并且根据算法计算出眼轴、角膜曲率相关数据，并通过这些数据基于过往的研究成果实现对个人屈光状态的预测，通过本专利方法能够实现对自身视力状态较好的观察和预测，判断正在进行的视力干预措施是否有效，对于个人与医疗机构进行近视干预有重要的指导作用。

Description

一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统

技术领域

本发明属于屈光检测领域，涉及儿童屈光状态检测技术，具体是一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统。

背景技术

医学上当平行光线进入眼球，因为自身晶状体屈光调节问题，光线无法正确聚焦在视网膜上形成清晰图像，就称为屈光不正。当光线的聚焦点错误的聚焦在视网膜前，称之为近视眼，当光线的聚焦点错误聚焦在视网膜后则称为远视。

目前随着信息化时代的到来,保护眼睛越来越受重视。中国目前有4.5亿近视人群，已经达到世界平均水平22％的1.5倍。2014北京市小学生近视率47.6％，初中生近视率66.7％，高中生近视率87.2％，近视的低龄化、高度化趋势非常突出，引起教育和卫生相关部门的高度重视。

因此如果能够对患者的屈光状态进行准确的计算，预测一定时期内患者的屈光状态的变化情况，结合医疗仪器的诊断，能够准确判断个体对近视防控方法的敏感性，评估近视干预药物、器械的作用，对近视防控工作有着重要的指导意义。

发明内容

本发明提供了一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，

包括通用客户端、辅助验光设备、服务端三部分；

通用客户端用于收集受检者的基础生理数据和辅助环境数据，并利用设备自带摄像头和闪光灯采集受检者双眼清晰图像并进行优化处理；之后基于偏心摄像验光原理处理图像采集模块输出的图像，结合基础生理数据计算出受检者角膜屈光数据；

服务端用于负责屈光数据的预测、校正得到屈光状态预测报告，并对屈光状态预测报告进行存储管理。

进一步地，辅助验光设备用于在原有摄像装置硬件条件无法满足验光条件时，外接到服务端，通过设备的数字接口，采集到受检者高清晰度的眼瞳图像数据，并将眼瞳图像数据回传给通用客户端，提高屈光计算准确率。

进一步地，客户端包括：

信息收集模块，用于收集受检者的基础生理数据和辅助环境数据，基础生理数据包括性别、身高，体重，出生日期、最新屈光数据、最新眼轴数据、最新角膜曲率数据及当前治疗信息，当前治疗信息指代为目前在使用的医疗干预措施；辅助环境数据包括饮食习惯、种族、每日户外活动时间、生活区域；

图像采集模块，包括自带摄像头和闪关灯，借助图像采集模块的闪光灯进行补光，同时借助自带摄像头采集受检者双眼的眼瞳图像数据；

屈光数据计算模块，用于基于偏心摄像验光原理处理图像采集模块输出的眼瞳图像数据，结合基础生理数据计算出受检者角膜屈光数据；

屈光状态预测报告模块，用于通过调取服务端数据展示屈光状态预测报告。

进一步地，原有摄像装置硬件条件无法满足验光条件具体包括摄像清晰度太低、不含辅助光源或无法对焦清晰。

进一步地，辅助验光设备具体包括：专用红外光源、高清红外摄像头以及数字接口；

数字接口，用于将数据回传给通用客户端，提高屈光计算准确率；

专用红外光源，用于提高影像对比度，进行显像；

高清红外摄像头，用于同时拍摄普通白光彩色图像和红外光高对比黑白图像，与专用红外光源配合获得受检者高清晰度的眼瞳图像数据。

进一步地，数字接口包括蓝牙、USB接口和wifi，用于与通用客户端交换数据，实现采集的数字图像传输至通用客户端中进行屈光数据计算处理。

进一步地，所述专用红外光源具体选用波长850nm左右红外光源作为辅助光源。

进一步地，服务端进行屈光数据的预测，具体方式为：基于服务端屈光数据管理模块中历史数据，通过视力预测模型对通用客户端采集的基础生理信息、扩展辅助数据、屈光状态数据进行预测分析。

进一步地，服务端进行屈光数据的校正的具体方式为：用户在半年至一年内每月提交一次最新屈光状态，通过多远回归分析法及神经网络分析法，将本次屈光分析数据与过去产生的历史屈光数据进行分析处理，生成更具针对性的屈光状态预测模型，更个性化的优化分析预测模型，生成更精准的屈光状态预测结果。

进一步地，服务端进行屈光数据的存储管理的具体方式为：对采集的屈光数据以及屈光状态分析过程中产生的计算数据、模型进行存储以及管理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本申请通过通用的摄像技术实时屈光度检测，并且根据算法计算出眼轴、角膜曲率相关数据，并通过这些数据基于过往的研究成果实现对个人屈光状态的预测，通过本专利方法能够实现对自身视力状态较好的观察和预测，判断正在进行的视力干预措施是否有效，对于个人与医疗机构进行近视干预有重要的指导作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明角膜曲率和眼轴长度与屈光度之间关系示意图；

图2为本发明屈光度计算原理示意图；

图3为本发明系统的具体结构框图；

图4为本发明系统的具体工作流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

通常患者在眼科医院或视光中心等眼科相关医疗机构能够通过视力表获取裸眼视力、验光仪测量角膜屈光度、角膜地形图测量角膜曲率、生物测量仪测量眼轴长度。医疗机构通过裸眼视力、屈光度、角膜曲率、眼轴长度判断当前患者的屈光状态，进行纠治干预。但在治疗过程中因为个体因素、遗传因素、外部条件等原因，相同的干预措施在不同患者的治疗过程中起到的作用各不相同，无法对治疗效果起到客观评价的作用，影响了患者的依从性。

本发明利用手机或电脑自带的摄像装置或定制设备，通过摄像验光方法以及当前目前患者检测的裸眼视力、屈光度、角膜曲率、眼轴长数据、生理环境指标建立视力数据基准线，通过系统算法及累计大数据计算使用者的视力数据变化预测，使用者一段时间的定期使用摄像头检测屈光状态变化情况，通过系统算法对视力预测进行矫正，提升视力预测准确性，最终形成对使用者屈光状态未来2-5年的预测。使用者可以通过预测屈光状态数据结合自身实际屈光状态数据判断近视防控手段的有效性；

如图1-2所示，个体的屈光状态主要由以下几项参数决定：

屈光度：屈光度(D)，或称焦度，英语用“Diopter”表示，是量度透镜或曲面镜屈光能力的单位。焦距f的长短标志着折光能力的大小，焦距越短，其折光能力就越大，近视的原因就是眼睛折光能力太大，远视的人则折光能力太弱。焦距的倒数叫做透镜焦度，或屈光度。

角膜曲率：角膜曲率又称角膜曲率半径(R)，是指及人眼角膜表面的形态，是垂直角膜曲率(H)和水平角膜曲率(V)的平均值，即

眼轴长：眼轴是指由角膜正中到视神经与视网膜黄斑中心窝之间的一条假设线，这条线的长度称为眼轴长(L)；

可以认为人的屈光状态是由角膜曲率和眼轴长度共同组成的，即：

屈光度(D)≈角膜曲率(R)+眼轴长度(L)

从以上人眼成像原理可知，通过其中的任意两个数据可以预测出剩余数据；

基于上述陈述，通过摄像装置获取人眼屈光状态主要基于偏心摄影验光的原理为：以摄像装置的闪光灯为光源，如设备不具备闪光灯功能，可以使用光源在视网膜上的反射图像,并根据图像的亮暗区域,利用光线追踪方法推导出了计算屈光度，具体公式为：

式中，A为眼睛主面到摄像机镜头主面的距离；DF为瞳孔图像暗区高度与瞳孔直径之比；R为瞳孔半径；E为点光源中心到摄像机镜头中心的偏心距；D为人眼屈光度；

如图3-4所示，一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，包括通用客户端、辅助验光设备、服务端三部分组成；

通用客户端包括以下模块：

信息收集模块：收集受检者的基础生理数据和辅助环境数据，基础生理数据包括性别、身高，体重，出生日期、最新屈光数据、最新眼轴数据、最新角膜曲率数据及目前在使用的医疗干预措施；最新屈光数据即为最新的，屈光度，最新眼轴数据即为最新的眼轴长(L)，最新角膜曲率数据即为最新的角膜曲率半径(R)；

辅助环境数据为非必填项，如果填写能够提高预测准确率，包括性别、饮食习惯、种族、每日户外活动时间、生活区域；

图像采集模块：利用设备自带摄像头和闪光灯采集受检者双眼清晰图像并进行优化处理；

屈光数据计算模块：基于偏心摄像验光原理处理图像采集模块输出的图像，结合基础生理数据计算出受检者角膜屈光数据；

屈光状态预测报告模块：通过调取服务端数据展示屈光状态预测报告；

辅助屈光状态检测设备：当通用设备上原有摄像装置硬件条件无法满足验光条件时，此处的无法满足验光条件指代为清晰度太低，不含辅助光源或无法对焦清晰等情况；可以外接专用辅助屈光状态检测设备，通过设备的数字接口，将数据回传给通用客户端，提高屈光计算准确率，数字接口包括蓝牙和wifi；该辅助验光设备为系统可选组件非必选；辅助屈光状态检测设备组成如下：

专用红外光源：选用波长850nm左右红外光源作为辅助光源，可有效提高影像对比度，比普通白光光源提供更好的显像效果。

高清红外摄像头：能够同时拍摄普通白光彩色图像和红外光高对比黑白图像，成像分辨率高，与设备内置的红外光源配合能够获得受检者高清晰度的眼瞳图像

数字接口：摄像头获取的图像通过数字接口(wifi、蓝牙、usb)可与通用客户端交换数据，实现采集的数字图像传输至通用客户端中进行屈光数据计算处理。

服务端：服务端负责屈光数据的预测、校正及存储管理。

屈光状态预测模块：基于服务端屈光数据管理模块中历史数据，通过视力预测模型对通用客户端采集的基础生理信息、扩展辅助数据、屈光状态数据进行预测分析；

视力预测模型具体为：

获取到以下自变量：初始眼轴L，BMI标记为w、年龄a、读写姿势p、角膜曲率R、出生体重bw、家长近视程度pm、近距离用眼时间h、屈光修正系数c1，日常用眼习惯修正系数c2、生理条件修正系数c3、其他修正系数c4；

则X年后屈光状态预测模型具体为：

c1*L-c2*(h+p)-c3*(a+bw+pm)+c4*(R+w)；

此处的X为预测的年数值，且式中C2都具体数值根据用眼习惯管理人员预设录入，C3的具体数值为管理人员根据待测用户的生理数据评价后给出；读写姿势p的具体数值也为管理人员根据待测用户的读写姿势评价后给出；家长近视程度pm值为管理人员根据家长的视力评估后给出；这些数据均为现有技术中眼科测量的常见技术，故此不做具体赘述，c4为管理人员预设的修正系数；

屈光数据校正模块：要求用户在半年至一年内每月提交一次最新屈光状态，通过多远回归分析法及神经网络分析法，将本次屈光分析数据与过去产生的历史屈光数据进行分析处理，生成更具针对性的屈光状态预测模型，更个性化的优化分析预测模型，生成更精准的屈光状态预测结果。

屈光数据管理模块：对采集的屈光数据以及屈光状态分析过程中产生的计算数据、模型进行存储以及管理。

通常患者在眼科医院或视光中心等眼科相关医疗机构能够通过视力表获取裸眼视力、验光仪测量角膜屈光度、角膜地形图测量角膜曲率、生物测量仪测量眼轴长度。医疗机构通过裸眼视力、屈光度、角膜曲率、眼轴长度判断当前患者的屈光状态，进行纠治干预。但在治疗过程中因为个体因素、遗传因素、外部条件等原因，相同的干预措施在不同患者的治疗过程中起到的作用各不相同，无法对治疗效果起到客观评价的作用，影响了患者的依从性。

本发明利用手机或电脑自带的摄像装置或定制设备，通过摄像验光方法以及当前目前患者检测的裸眼视力、屈光度、角膜曲率、眼轴长数据、生理环境指标建立视力数据基准线，通过系统算法及累计大数据计算使用者的视力数据变化预测，使用者一段时间的定期使用摄像头检测屈光状态变化情况，通过系统算法对视力预测进行矫正，提升视力预测准确性，最终形成对使用者屈光状态未来2-5年的预测。使用者可以通过预测屈光状态数据结合自身实际屈光状态数据判断近视防控手段的有效性。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

包括通用客户端和服务端；

通用客户端用于收集受检者的基础生理数据和辅助环境数据，并利用设备自带摄像头和闪光灯采集受检者双眼清晰图像并进行优化处理；之后基于偏心摄像验光原理处理图像采集模块输出的图像，结合基础生理数据计算出受检者角膜屈光数据；

服务端用于负责屈光数据的预测、校正得到屈光状态预测报告，并对屈光状态预测报告进行存储管理。

2.根据权利要求1所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

还包括辅助验光设备，辅助验光设备用于在原有摄像装置硬件条件无法满足验光条件时，外接到服务端，通过设备的数字接口，采集到受检者高清晰度的眼瞳图像数据，并将眼瞳图像数据回传给通用客户端，提高屈光计算准确率。

3.根据权利要求1所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

客户端包括：

信息收集模块，用于收集受检者的基础生理数据和辅助环境数据，基础生理数据包括性别、身高，体重，出生日期、最新屈光数据、最新眼轴数据、最新角膜曲率数据及当前治疗信息，当前治疗信息指代为目前在使用的医疗干预措施；辅助环境数据包括饮食习惯、种族、每日户外活动时间、生活区域；

图像采集模块，包括自带摄像头和闪关灯，借助图像采集模块的闪光灯进行补光，同时借助自带摄像头采集受检者双眼的眼瞳图像数据；

屈光数据计算模块，用于基于偏心摄像验光原理处理图像采集模块输出的眼瞳图像数据，结合基础生理数据计算出受检者角膜屈光数据；

屈光状态预测报告模块，用于通过调取服务端数据展示屈光状态预测报告。

4.根据权利要求2所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

原有摄像装置硬件条件无法满足验光条件具体包括摄像清晰度太低、不含辅助光源或无法对焦清晰。

5.根据权利要求2所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

辅助验光设备具体包括：专用红外光源、高清红外摄像头以及数字接口；

数字接口，用于将数据回传给通用客户端，提高屈光计算准确率；

专用红外光源，用于提高影像对比度，进行显像；

高清红外摄像头，用于同时拍摄普通白光彩色图像和红外光高对比黑白图像，与专用红外光源配合获得受检者高清晰度的眼瞳图像数据。

6.根据权利要求5所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，数字接口包括蓝牙、USB接口和wifi，用于与通用客户端交换数据，实现采集的数字图像传输至通用客户端中进行屈光数据计算处理。

7.根据权利要求5所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

所述专用红外光源具体选用波长850nm左右红外光源作为辅助光源。

8.根据权利要求1所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

服务端进行屈光数据的预测，具体方式为：基于服务端屈光数据管理模块中历史数据，通过视力预测模型对通用客户端采集的基础生理信息、扩展辅助数据、屈光状态数据进行预测分析。

9.根据权利要求8所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，

服务端进行屈光数据的校正的具体方式为：用户在半年至一年内每月提交一次最新屈光状态，通过多元回归分析法及神经网络分析法，将本次屈光分析数据与过去产生的历史屈光数据进行分析处理，生成更具针对性的屈光状态预测模型。

10.根据权利要求9所述的一种基于摄像装置的儿童青少年屈光状态变化预测系统，其特征在于，服务端进行屈光数据的存储管理的具体方式为：对采集的屈光数据以及屈光状态分析过程中产生的计算数据、模型进行存储以及管理。

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