CN115153416A - 一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，包括：场景仿真模块，用于对真实的眼科检查室的检查环境进行仿真；校准模块，包括亮度校准模块和尺寸校准模块，尺寸校准模块用于视标的直径进行，亮度校准模块对仿真的检查环境的显示亮度进行调整；视标渲染模块，结合校准获取的视标的直径绘制视标；交互控制模块，用于通过交互事件实现被检查者与系统进行沟通；自动导航模块，采用仿真语音和/或文字对整个检查过程进行指导，指导检查者按照预定的步骤进行检查，该模块在系统启动时同步启动；数据记录与分析模块。该系统对真实的对比敏感度检查环境进行仿真。
Description
技术领域
本发明涉及人眼对比敏感度检查技术，尤其涉及一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统。
背景技术
目前普遍使用的对比敏感度检测方式，多采用背光灯箱作为视标呈现硬件，常规检查步骤为：1.检查者对被检者进行应答教育；2.分别对4或5个空间频率（SpatialFrequency）进行检测；3. 每行（空间频率）视标从左至右，依次询问被检者，光栅目标在上还是在下，直至被检者回答错误或报告无法看清时，记录该行数据；4.依次重复上述步骤，直至完成所有空间频率的测试，并分别对双眼执行同样的步骤。
传统检查方法存在许多问题，会影响检查结果准确性和重复性。如：
1.检查视标为固定答案。视标无法调整，此方法会可能会由于被检者主动或被动记忆，导致结果误差增大；特别在连续进行左右眼检测时，容易出现后检眼优于先检眼的情况。
2.检查环境准备较为困难。检查环境多在全暗室下进行，此条件大大增加了检查难度，且难以做到检查条件的统一标准化，导致影响检查结果的可重复性。
3.检查的学习曲线长。对于检察者或被检者，都需要付出比常规检查项目更长时间（数倍）学习，才能保证检查过程尽可能流畅，且做到准确记录检查结果。
4. 传统检查结果容易受到外界客观因素影响，例如检查医师话术差异，检查策略，检查环境不一致，检查距离等。
基于上述现有检查技术存在的不足，本发明提出一种基于计算机虚拟现实仿真技术的对比敏感度检测系统，以弥补上述缺点，并填补此领域的空白。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，通过真实的检查环境在虚拟设备上显示，能够方便将检查环境调整更加理想的状态，减小了外界环境对检查结果的影响，同时降低了使用成本。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，包括：
场景仿真模块，用于对真实的眼科检查室的检查环境进行仿真；
校准模块，包括亮度校准模块和尺寸校准模块，尺寸校准模块用于对视标的直径进行校准，亮度校准模块对仿真的检查环境的显示亮度进行调整；
视标渲染模块，结合校准获取的视标的直径绘制视标；
交互控制模块，用于通过交互事件实现被检查者与系统进行沟通，交互事件包括语音交互、手势交互、按键交互、鼠标交互中的一种或几种；
自动导航模块，采用仿真语音和/或文字对整个检查过程进行指导，指导被检查者按照预定的步骤进行检查，该自动导航模块在系统启动时同步启动；
数据记录与分析模块，实时采集检查过程中的所有交互事件、交互间隔、应答结果，并在完成检查后生成检查报告，所述检查报告包括根据应答结果生成的检查结果以及根据交互间隔生成的结果可信度，交互间隔指的是从视标显示到完成应答所需的时间。
优选地，尺寸校准模块通过以下公式计算视标的直径d：
当系统集成在显示屏幕上时：
d = tan((5/120)* π/ 180)*D*2，
dp=PPI/30.48*d，
其中D为被检测者与屏幕的距离；dp为在视标的直径为d的长度上的像素个数，PPI为显示屏幕的单位英寸像素密度；
当系统集成在虚拟显示设备时，
dp= PPD，
所述PPD为虚拟显示设备的单位角度像素密度，dp为圆形视标的直径上的像素个数。
优选地，所述交互事件包括语音交互、手势交互、按键交互、鼠标交互中的一种或几种；语音交互模式下，通过麦克风获取被检查者发出的声音信号，对“上”、“下”的语音指令识别；手势交互模式下，通过摄像机采集实时图像， 对图像中“上”、“下”的手势指令识别；按键交互模式下，受检者直接通过显示终端上的提示，按动键盘或控制器上的方向键，进行检查交互；鼠标交互模式下，屏幕上显示相应的虚拟按钮，受检者可通过鼠标指针点击相应的虚拟按钮，进行交互。
优选地，数据记录与分析模块根据被检查者每一次的应答结果和交互间隔自动分析下一次将要呈现的视标的视标难度，所述视标渲染模块根据所述视标难度显示视标；和/或，所述视标难度通过以下方式确定：若应答结果判断为错误，则降低视标难度；若应答结果判断为正确，但交互间隔超过预定的时间，则降低视标难度；若应答结果判断为正确且交互间隔不超过预定的时间，则提升视标难度，所述视标难度的变化指的是视标对比度的变化。
优选地，所述视标渲染模块每次显示多个视标，多个视标中的其中一个视标为正弦标准视标，其它视标为对比视标，对比视标采用与正弦标准视标同样的大小和同样的背景，被检查者从多个视标中识别出正弦标准视标，在每一次的显示中多个视标的相对位置随机确定。
优选地，所述检测结果为所述被检查者的对比敏感度，所述被检查者的对比敏感度为检查过程中所能识别的对比度最低的视标所对应的对比敏感度；和/或，所述结果可信度通过以下方式确定：在被检查者的判断结果正确的情况下，若每次的交互间隔超过预定时间，则可信因子权重减1，在检查结束时，若可信因子为不大于0，则判定检查报告不可信，若可信因子为大于0且小于等于3，则判定为检查报告可疑，若可信因子大于3且小于等于8，则判定为较可信，其余则为可信，所述可信因子最大为10。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
采用虚拟仿真技术，实现真实场景的还原，能够解决采用真实场景的一些弊端，例如视标显示的顺序可以随意更换，避免出现视标被记忆的情况出现，还可以根据不同的需要调整场景或者相应的参数，并且通过计算机控制，能够使每次检查环境受外界的影响更小，使检查环境更加标准化，让结果可重复性更佳；该系统能够用在VR眼镜等虚拟显示设备上，也可以用在电视或者电脑等显示屏幕上。
附图说明
图1是根据本发明的一个优选实施例的框架图；
图2是本发明在使用时的一个示例；
图3是视标显示逻辑；
图4是正弦标准视标；
图5是灰阶标准图；
图6是dp在视标中的标注。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例一
一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，包括：
场景仿真模块，用于对真实的检查环境进行仿真，仿真模型采用UNITY引擎以及Blender建模对眼科检查室的真实检查环境进行仿真搭建；
校准模块，包括亮度校准模块，用于调整虚拟检查环境的显示亮度，在系统启动后，系统进行校准提示并显示一张按照原比例显示一张灰阶校准图，被检查者或者其它人员手动调整系统显示亮度，直至灰阶校准图上所有图案均可看清；尺寸校准模块，用于调整虚拟检查环境中视标的直径d。
优选地，尺寸校准模块通过以下公式计算视标的直径d：
当系统集成在显示屏幕上时：
d = tan((5/120)* π/ 180)*D*2，
dp=PPI/30.48*d，
其中D为被检测者与屏幕的距离，单位cm;dp为视标的直径d上的像素点的个数，PPI为显示屏幕的单位英寸像素密度。
当系统集成在虚拟显示设备时，
dp= PPD，
所述PPD为虚拟显示设备的单位角度像素密度，dp圆形视标的直径所占用的像素点的个数。从上面公式可以看出，当将系统在显示屏幕上显示时，视标的尺寸与检查者与屏幕的距离成正比，与显示屏幕的大小没有关系，因此，在实际使用中，选择显示屏幕时不能太小。当将系统集成在VR眼镜等虚拟设备上时，在进入检测时，人眼与VR眼镜虚拟出来的视标的距离是不变的，因此，视标的大小仅仅与VR眼镜的自身参数有关。
视标渲染模块，用于绘制视标，在一次显示中，显示多个视标，其中一个视标为正弦标准视标，采用所述显示参数进行绘制，其它几个视标为对比视标，对比视标采用与正弦标准视标同样的大小和同样的背景，被检查者从多个视标中辨别出正弦标准视标。优选地，视标具有两个，上下布置。
交互控制模块，用于通过交互事件实现被检查者与系统进行沟通，交互事件包括语音交互、手势交互、按键交互、鼠标交互等；语音交互模式下，通过麦克风获取受检者头部附近的声音信号，对“上”、“下”的语音指令识别。手势模式下，通过摄像机采集实时图像，对图像中“上”、“下”的手势指令识别。按键交互下，受检者可直接通过显示终端上的提示，按动键盘或控制器上的方向键，进行检查交互。鼠标交互下，屏幕上显示相应的虚拟按钮，受检者可通过鼠标指针点击相应按钮，进行应答。在使用时，这些模式可以同时开启，系统可以同时对语音、手势的识别以及接收按键和鼠标的信息，当然也可以只采用其中一个模式。
自动导航模块，采用仿真语音和文字对整个检查过程进行指导，指导检查者按照预定的步骤进行检查，高度还原真实检查场景，该自动导航模块在系统启动时同步启动。
数据记录与分析模块，将实时采集检查过程中的所有交互事件、交互间隔、应答对错，并在完成检查后，通过记录受检者每一个空间频率下所能应答正确的最难一组视标（对比度最低），为该空间频率下的检查结果。同时，检查过程中，系统会记录受检者应答耗时，若单组应答耗时超过5s，则在可信因子权重减1，若最终可信因子（满分为10）为0，则判为结果不可信，若可信因子为＞0且≤3，则判为结果可疑，若可信因子＞3且≤8，则判为结果较可信，其余则为可信。当结果可疑或者不可信时，可以重新检查。交互间隔指的是从视标显示到完成应答所需的时间。在检查结束时，数据记录与分析模块将检查结果和可信度生成检查报告。
实施例二
该实施例为实施例一中的系统的使用方法，具体包括如下步骤：
步骤一：启动系统，自动导航模块启动，自动导航模块按照预定的顺序通过语音和/或文字指导被检查者进行操作，校准模块对视标尺寸以及显示亮度进行校准；
步骤二：视标渲染模块根据校准模块计算的视标尺寸显示视标；
步骤三：自动或者手动屏蔽非被检眼（左眼或者右眼中的一个），被检眼观察视标；
步骤四：自动导航模块自动询问被检者观察到的视标位置；
步骤五：被检查者根据询问的内容通过按键/鼠标/手势/语音的方式进行应答；
步骤六：数据记录与分析模块记录应答的内容以及应答时间并根据应答的内容和应答时间自动分析下一组将要呈现的视标；
步骤七：视标渲染模块绘制新的视标，执行上述步骤四-步骤六，直到该被检眼完成检查；
步骤八：将非被检眼和被检验切换，执行步骤四-步骤六，直到切换后的被检眼也完成检查，并且执行步骤四-步骤六时，在对不同眼进行检查时，同一组的正弦标准视标显示的位置与前一次不同，例如在同一对比度对应的同一组的两个正弦视标，前一个眼检查时，正弦标准视标在上方，后一个眼检查时，正弦标准视标的位置随机确定，也可以在上方，也可以在下方，也就是说正弦标准视标的显示是没有规律的；同样，在对同一个眼进行检查时，如果需要对同一对比度需要检查多次，不同次之间，正弦标准视标的显示也是没有规律的；
步骤九：根据记录的数据，生成检查报告。
在步骤六中，如果应答的内容判断为错误，则降低视标难度；如果应答的内容判断为正确，但应答时间超过25s，则降低视标难度；如果应答的内容判断为正确且应答时间不超过25s，则提升视标难度。所述视标难度的变化指的是视标对比度的变化。
实施例三
该实施例为一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查的方法，采用实施例二中的使用方法。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (6)
1.一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，其特征在于，包括：
场景仿真模块，用于对真实的眼科检查室的检查环境进行仿真；
校准模块，包括亮度校准模块和尺寸校准模块，尺寸校准模块用于对视标的直径进行校准，亮度校准模块对仿真的检查环境的显示亮度进行调整；
视标渲染模块，结合校准获取的视标的直径绘制视标；
交互控制模块，用于通过交互事件实现被检查者与系统进行沟通，交互事件包括语音交互、手势交互、按键交互、鼠标交互中的一种或几种；
自动导航模块，采用仿真语音和/或文字对整个检查过程进行指导，指导被检查者按照预定的步骤进行检查，该自动导航模块在系统启动时同步启动；
数据记录与分析模块，实时采集检查过程中的所有交互事件、交互间隔、应答结果，并在完成检查后生成检查报告，所述检查报告包括根据应答结果生成的检查结果以及根据交互间隔生成的结果可信度，交互间隔指的是从视标显示到完成应答所需的时间。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，其特征在于，尺寸校准模块通过以下公式计算视标的直径d：
当系统集成在显示屏幕上时：
d = tan((5/120)* π/ 180)*D*2，
dp=PPI/30.48*d，
其中D为被检测者与屏幕的距离；dp为在视标的直径为d的长度上的像素个数，PPI为显示屏幕的单位英寸像素密度；
当系统集成在虚拟显示设备时，
dp= PPD，
所述PPD为虚拟显示设备的单位角度像素密度，dp为圆形视标的直径上的像素个数。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，其特征在于，所述交互事件包括语音交互、手势交互、按键交互、鼠标交互中的一种或几种；语音交互模式下，通过麦克风获取被检查者发出的声音信号，对“上”、“下”的语音指令识别；手势交互模式下，通过摄像机采集实时图像， 对图像中“上”、“下”的手势指令识别；按键交互模式下，受检者直接通过显示终端上的提示，按动键盘或控制器上的方向键，进行检查交互；鼠标交互模式下，屏幕上显示相应的虚拟按钮，受检者可通过鼠标指针点击相应的虚拟按钮，进行交互。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，其特征在于，数据记录与分析模块根据被检查者每一次的应答结果和交互间隔自动分析下一次将要呈现的视标的视标难度，所述视标渲染模块根据所述视标难度显示视标；和/或，所述视标难度通过以下方式确定：若应答结果判断为错误，则降低视标难度；若应答结果判断为正确，但交互间隔超过预定的时间，则降低视标难度；若应答结果判断为正确且交互间隔不超过预定的时间，则提升视标难度，所述视标难度的变化指的是视标对比度的变化。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，其特征在于，所述视标渲染模块每次显示多个视标，多个视标中的其中一个视标为正弦标准视标，其它视标为对比视标，对比视标采用与正弦标准视标同样的大小和同样的背景，被检查者从多个视标中识别出正弦标准视标，在每一次的显示中多个视标的相对位置随机确定。
6.根据权利要求4所述的一种基于虚拟现实场景的人眼对比敏感度检查系统，其特征在于，所述检查结果为所述被检查者的对比敏感度，所述被检查者的对比敏感度为检查过程中所能识别的对比度最低的视标所对应的对比敏感度；和/或，所述结果可信度通过以下方式确定：在被检查者的判断结果正确的情况下，若每次的交互间隔超过预定时间，则可信因子权重减1，在检查结束时，若可信因子为不大于0，则判定检查报告不可信，若可信因子为大于0且小于等于3，则判定为检查报告可疑，若可信因子大于3且小于等于8，则判定为较可信，其余则为可信，所述可信因子最大为10。
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| CN113951810A (zh) * | 2021-10-31 | 2022-01-21 | 广西秒看科技有限公司 | 一种终端屏幕显示视标的校准方法与视力检测系统 |
| US20220160223A1 (en) * | 2020-11-25 | 2022-05-26 | Irisvision, Inc. | Methods and Systems for Evaluating Vision Acuity and/or Conducting Visual Field Tests in a Head-Mounted Vision Device |
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