KR102618952B1 - 스테레오 비전의 디지털 측정을 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
스테레오 비전 측정을 위한 시스템 및 방법이 제공된다. 3-차원적인 시각적 자극이 생성된다. 시각적 자극은, 스테레오 기능을 격리시키도록 구성된 복수의 공간적으로 필터링된 도트 요소로 구성된다. 이어서, 시각적 자극은 디스플레이 장치를 통해서 사용자에게 제시되고, 제시된 바와 같은 시각적 자극을 관찰하는 사용자에 응답하여 입력 데이터가 수신된다. 이어서, 사용자의 스테레오 능력이 입력 데이터로부터 결정된다.
Description
관련 출원
본원은, 2019년 1월 17일자로 출원된 미국 가특허출원 제62/793,632호의 대한 우선권을 주장하며, 명세서의 내용이 본원에 참조로서 포함된다.
기술분야
본 개시 내용은 비전의 분야, 보다 구체적으로는, 스테레오 비전 측정에 관한 것이다.
정상적인 양안 비전에서, 뇌는 2개의 눈으로부터의 입력을 함께 이용한다. 눈들 사이의 거리는, 하나의 눈의 망막에 투영되는 이미지가 다른 눈에서의 이미지와 상이하다는 것을 의미한다. 이러한 차이는 관찰자와 망막 이미지를 형성하는 특징부(예를 들어, 물체) 사이의 상대적인 거리에 따라 달라진다. 뇌는 해당 특징부까지의 거리를 판단하기 위해서 2개의 눈들에서 보이는 특징부들 사이의 수평적인 부동성(disparity)을 이용할 수 있다. 이러한 것을 실시할 수 있는 능력은 시각적 시스템의 건강을 모니터링하기 위해서 이용되는 일련의 테스트의 일부로서 종종 평가된다. 일부 용인되는 표준에 비해서 양호하지 못한 성능은: i) 하나의 눈 또는 양쪽 눈에서 캡쳐된 망막 이미지가 저하되는 것, ii) 2개의 눈으로부터의 이미지들을 조합하기 위해서 실시되는 프로세싱이 실패하는 것, 또는 iii) 부동성 정보의 추출이 실패하는 것을 나타낼 수 있다.
양안 비전의 질환을 앓는 일부 환자에서, 시각적 피질은 우세한 눈에 의해서 보이는 이미지보다 약한 눈의 이미지를 억제한다. 구체적인 약시의 경우에, 억제된 눈을 약시 눈으로 그리고 다른 눈을 우세한 눈으로 지칭한다. 약시 눈의 억제는, 수용 가능한 시력을 갖도록 (예를 들어, 교정 렌즈로) 눈의 광학 부분이 교정된 때에도 계속될 수 있다. 따라서, (예를 들어, 눈 패치로) 다른 눈을 덮었을 때, 다른 눈을 통해서 뿐만 아니라 약시 눈의 이미지를 이용하여 세계를 인식할 수 있다. 그러나, 패치가 제거되고 양쪽 눈이 비전을 위해서 사용되면, 억제가 전형적으로 복원된다. 이는 비전의 품질 손실뿐만 아니라 스테레오 비전의 손실을 초래한다.
스테레오 비전 테스트를 위해서 이용되는 이미지는 전형적으로, 대상이 응답에서 이용할 필요가 있는 정보를 제공하고, 응답의 측정에 의해서, 스테레오를 인식할 수 있는 대상의 능력을 결정할 수 있다. 예시적인 테스트 이미지는 많은 수의 상이한 물체들이 상이한 부동성들로 제시되는 이미지일 수 있고, 그리고 이어서 물체들 중 어느 것이 가장 가까이 보이는지를 대상에게 질문한다. 기능 장애적인 스테레오 비전을 갖는 대상의 경우에, 상이한 깊이들을 인식하지 못하는 것은 좌절이 될 수 있고, 의식적 또는 무의식적이든지 간에 대안적인 답을 결정하려는 것에 관한 유혹이 있다. 주의 깊게 설계하지 않으면, 비-스테레오 큐(non-stereo cue)가, 스테레오-시각 장애 환자가 수용 가능한 레벨의 성능을 달성할 수 있게 하는 스테레오 비전의 테스트에 도입될 수 있다. 부동성을 자극(stimulus) 내로 도입하는 것은, 깊이 내에 존재하는 특징부들이 2개의 눈들에 제시되는 이미지들 내에서 상이한 방향들로 이동되어야 할 것을 요구한다. 이러한 이동은, 조작이 실시되었던 디스플레이의 영역을 나타내는 특징부들의 국소적인 배열 또는 밀도의 변화를 초래할 수 있다. 적색/녹색 안경을 이용하여 제시되는 날카로운-연부의 자극(sharp-edge stimuli)에서, 부동성이 적용되는 특징부들의 해당 연부가 다양한 색채로 보일 수 있다. 또한, (2개의 픽셀들 사이에 위치되는) 정밀한 부동성의 날카로운-연부의 자극들을 제공하기 위한 시도가 있을 때, 이는 "흐릿한" 외관을 초래할 수 있고, 이는 조작된 특징부가 사라지게 한다. 최종 예로서: 약한 눈의 이미지가 다른 눈을 감는 것에 의해서 인식될 수 있기 때문에, 대상은 다른 눈을 깜박이는 것에 의해서 이미지 쌍 내의 물체들의 부동성의 변화를 효과적으로 볼 수 있다. 이는, 스테레오 비전을 기반으로 하지 않더라도, 대상이 어떠한 답을 해야 할 지를 알게 할 수 있다. 스테레오 비전의 견고한 테스트는, 스테레오스코픽 부동성으로부터의 깊이 인상(impression)을 기초로 작업을 수행하지 않는 임의의 환자의 능력을 최소화하여야 한다.
또한, 통상적인 스테레오 비전 테스트는, 하나의 또는 양쪽 눈에서 낮은 시력을 가지는 환자에서는 유용하지 않을 수 있다. 이는 특히, 약한 눈의 광학 부분이 교정될 수 있으나 비전이 여전히 양호하지 않은 약시 환자에서 문제가 된다. 스테레오 비전의 이전의 테스트에서 제시되는 이미지는 일반적으로 하드 연부(hard edge)를 가질 수 있다. 이러한 하드 연부는, 시력이 낮은 환자에 의해서 인식되지 않을 수 있는 미세한 상세 부분(큰 공간적 주파수)을 수반한다. 환자는, 대신, 이들을 흐릿한 것으로 인식할 것이다. 스테레오 테스트 자극으로부터의 정보의 결과적인 손실은, 이러한 대상들이, 적절히 교정된 시력을 갖는 사람에 비해서, 불리하게 만든다. 이는 이어서 측정의 혼동을 유발한다. 따라서, 스테레오 비전 테스트에서의 비교적 열등한 성능이 스테레오 비전의 문제로 인한 것인지, 또는 단순히 하나의 또는 양쪽 눈에서 열등한 시력을 가지는 대상의 결과인지의 여부가 명확하지 않을 수 있다.
스테레오 비전을 테스트하기 위한 현재-이용 가능한 기술은 측정된 민감도와 연관된 오류의 측정을 제공하지 않는다. 기존 기술에서는 또한 테스트될 수 있는 부동성의 범위가 제한된다. 그에 따라, 스테레오를 측정하기 위한 이러한 기술의 이용성은, 특히 스테레오 비전이 손상되는 경우에, 감소된다. 비교적 열등한 스테레오를 갖는 환자가 테스트 가능한 범위를 벗어날 수 있고, "스테레오-시각 장애"로 잘못 분류될 수 있다. 역으로, 환자가, 너무 양호하여 현재의 테스트에 의해서 정확하게 측정될 수 없는 스테레오 비전을 가질 수 있다. 이는, 가장 작은 부동성이 제시된 경우에도 환자들이 테스트를 여전히 수행할 수 있는 경우일 것이다. 또한, 제한된 테스팅 범위 및 임의의 오류 측정의 부재로 인해서, 기존 기술은, 치료의 성과로서 스테레오 비전을 개선하고자 하는 임상적인 시도에서 주요 성과 수단으로서 이용되지 못한다. 또한, 현재 기술은 제한된 부동성의 세트만을 포함하는 서적(book)으로부터의 자극을 대상에게 제시한다. 이는, 미리 결정된 레벨들 사이의 능력을 갖는 대상의 스테레오 비전을 정확하게 측정하지 못한다.
결과적으로, 연관된 오류 측정과 함께 넓은 범위의 부동성에 걸쳐 스테레오 시력을 정확하게 측정하는 스테레오 테스트는 현재 이용 가능하지 않다. 이는 특히 스테레오 시력이 낮아서 깊이를 보기 위하여 큰 부동성을 필요로 하는 대상을 측정하는데 있어서, 그리고 질병 또는 치료의 결과로서 스테레오 시력의 변화를 평가할 필요가 있는 조건에서 특히 문제가 된다. 그에 따라 개선의 여지가 있다.
제1의 넓은 양태에 따라, 스테레오 비전 측정을 위한 시스템이 제공된다. 시스템은 프로세싱 유닛 및 비-일시적 메모리를 포함하고, 비-일시적 메모리는 프로세싱 유닛에 통신 가능하게 커플링되고, 스테레오 기능을 격리시키도록 구성된 복수의 공간적으로 필터링된 도트 요소(dot element)로 구성된 3-차원적인 시각적 자극을 생성하기 위해서, 디스플레이 장치를 통해서 시각적 자극을 사용자에게 제시하기 위해서, 제시된 바와 같은 시각적 자극을 관찰하는 사용자에 응답하여 입력 데이터를 수신하기 위해서, 그리고 사용자의 스테레오 능력을 입력 데이터로부터 결정하기 위해서, 프로세싱 유닛에 의해서 실행 가능한 컴퓨터-판독 가능 프로그램 명령어를 포함한다.
제2의 넓은 양태에 따라, 스테레오 비전 측정을 위한 컴퓨터-구현 방법이 제공되고, 그러한 방법은, 컴퓨팅 장치에서 스테레오 기능을 격리시키도록 구성된 복수의 공간적으로 필터링된 도트 요소로 구성된 3-차원적인 시각적 자극을 생성하는 단계, 디스플레이 장치를 통해서 시각적 자극을 사용자에게 제시하는 단계, 제시된 바와 같은 시각적 자극을 관찰하는 사용자에 응답하여 입력 데이터를 수신하는 단계, 및 사용자의 스테레오 능력을 입력 데이터로부터 결정하는 단계를 포함한다.
제3의 넓은 양태에 따라, 스테레오 기능을 격리시키도록 구성된 복수의 공간적으로 필터링된 도트 요소로 구성된 3-차원적인 시각적 자극을 생성하기 위해서, 디스플레이 장치를 통해서 시각적 자극을 사용자에게 제시하기 위해서, 제시된 바와 같은 시각적 자극을 관찰하는 사용자에 응답하여 입력 데이터를 수신하기 위해서, 그리고 사용자의 스테레오 능력을 입력 데이터로부터 결정하기 위해서, 적어도 하나 프로세서에 의해서 실행될 수 있는 프로그램 코드가 저장된 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체가 제공된다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은, 예시적인 실시형태에 따른, 스테레오 비전의 디지털 측정 방법의 흐름도이다.
도 2는, 예시적인 실시형태에 따른, 3-차원적인 시각적 자극을 도시하는 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는, 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 등방성 로그-가보르 도트(isotropic log-Gabor dot) 및 해당 이미지를 통한 수평 횡단면의 상응 휘도 프로파일을 도시한다.
도 4a 내지 도 4f는, 예시적인 실시형태에 따른, 유사한 크기의 하드-연부형 도트에 비교되는, 도 3a 및 도 3b의 로그-가보르 도트 상의 흐림 효과를 도시한다.
도 5a 내지 도 5d는, 예시적인 실시형태에 따른, 자극 내의 잠재적인 표적 영역을 위한 제시된 설계를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 각각, 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 정신 측정 함수(psychometric function)의 플롯(plot), 예시적인 외삽 방법의 플롯, 및 예시적인 복합 함수의 플롯이다.
도 7은, 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 방법을 구현하기 위한 예시적인 컴퓨팅 시스템의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 개시 내용에 따른 등방성 로그-가보르 도트이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 개시 내용에 따른 가우시안 차이 도트(Difference of Gaussians dots)이다.
도 10은 본 개시 내용에 따른 가우시안 차이의 구성에 관한 개략도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시 내용에 따른 대역통과 링(bandpass ring)이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시 내용에 따른 대역통과 형상이다.
도 13a 및 도 13b는 공간적으로 대역통과 필터링된 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 본 개시 내용에 따른 시각적 자극을 위한 제시된 설계이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 개시 내용에 따른 시각적 자극을 도시한다.
첨부 도면 전체를 통해서, 유사한 특징부들이 유사한 참조 번호에 의해서 식별된다는 것에 주목하여야 한다.
도 1은, 예시적인 실시형태에 따른, 스테레오 비전의 디지털 측정 방법의 흐름도이다.
도 2는, 예시적인 실시형태에 따른, 3-차원적인 시각적 자극을 도시하는 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는, 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 등방성 로그-가보르 도트(isotropic log-Gabor dot) 및 해당 이미지를 통한 수평 횡단면의 상응 휘도 프로파일을 도시한다.
도 4a 내지 도 4f는, 예시적인 실시형태에 따른, 유사한 크기의 하드-연부형 도트에 비교되는, 도 3a 및 도 3b의 로그-가보르 도트 상의 흐림 효과를 도시한다.
도 5a 내지 도 5d는, 예시적인 실시형태에 따른, 자극 내의 잠재적인 표적 영역을 위한 제시된 설계를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 각각, 예시적인 실시형태에 따른, 예시적인 정신 측정 함수(psychometric function)의 플롯(plot), 예시적인 외삽 방법의 플롯, 및 예시적인 복합 함수의 플롯이다.
도 7은, 예시적인 실시형태에 따른, 도 1의 방법을 구현하기 위한 예시적인 컴퓨팅 시스템의 개략도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 개시 내용에 따른 등방성 로그-가보르 도트이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 개시 내용에 따른 가우시안 차이 도트(Difference of Gaussians dots)이다.
도 10은 본 개시 내용에 따른 가우시안 차이의 구성에 관한 개략도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 개시 내용에 따른 대역통과 링(bandpass ring)이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시 내용에 따른 대역통과 형상이다.
도 13a 및 도 13b는 공간적으로 대역통과 필터링된 구성을 도시하는 도면이다.
도 14는 본 개시 내용에 따른 시각적 자극을 위한 제시된 설계이다.
도 15a 내지 도 15d는 본 개시 내용에 따른 시각적 자극을 도시한다.
첨부 도면 전체를 통해서, 유사한 특징부들이 유사한 참조 번호에 의해서 식별된다는 것에 주목하여야 한다.
스테레오 비전의 디지털 측정을 위한 시스템 및 방법이 본원에서 설명된다. 본원에서 설명된 시스템 및 방법을 이용하여, 스테레오 시력의 측정이 종료점 측정으로서 이용될 수 있고, 그에 따라 양안 기능이 목표인 임상적인 시도를 가능하게 한다. 본원에서 설명된 시스템 및 방법은 또한 스테레오 시력 문턱값에 대한 신뢰도의 측정(오류 측정)을 제공할 수 있다. 사실상, 설명된 시스템 및 방법은 연속적인 큰 범위의 부동성이 테스트되게 할 수 있다. 시각적 자극은 부동성의 범위 내의 임의의 부동성에서 생성될 수 있고, 스테레오 문턱값을 정확하게 측정하게 할 수 있다.
그에 따라, 본원에서 설명된 시스템 및 방법은 환자의 스테레오 비전을 평가하기 위해서 건강 관리 전문가(예를 들어, 병원에서 안과의사 및 검안사)에 의해서 이용될 수 있다. 본원에서 설명된 시스템 및 방법은 또한, 비정상적인 양안 기능을 치료하기 위한 임상적 시도에서 성과에 대한 일차적인 종료점 측정으로서 이용될 수 있다. 또한, 본원에서 설명된 시스템 및 방법은 또한 (스테레오 비전을 방해할 수 있는 하나의 또는 양쪽 눈의 시각적 문제의 존재를 검출하도록 설계된) 학교 선별검사에서 및/또는 시각적 능력에 의존하는 과제(예를 들어, 운전, 비행)를 실시할 수 있는 능력을 테스트하기 위한 직업적 평가에서 이용될 수 있다.
도 1을 참조하여, 일 실시형태에 따른, 스테레오 비전의 디지털 측정을 위한 방법(100)을 이제 설명할 것이다. 단계(102)에서, 공간적으로 필터링된 도트 요소로 구성된 3-차원적인(3D) 시각적 자극이 생성된다. 이어서, 시각적 자극이 단계(104)에서 적합한 3D 디스플레이 장치 및/또는 시스템을 이용하여 (본원에서 사용자로서 또한 지칭되는) 대상에 제시되고, 상이한 이미지들이 대상의 2개의 눈에 보여진다. 이어서, 대상과 관련된 데이터가 단계(106)에서 수집되고 분석되어, 대상에 대한 스테레오 비전 측정을 달성한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 자극(200)은, 흐림 효과에 대해서 내성을 가지는 공간적-대역통과 원형 파형(wavelet)인 복수의 도트(202)를 포함한다. 도트의 배열이 "퓨전 록(fusion lock)" 프레임(204) 내에서 제시된다. 이러한 프레임의 목적은 스크린의 평면에서 눈의 적절한 수렴을 촉진하는 것이다. 큰-콘트라스트의 패터닝된 경계가 2개의 눈들 사이에서 용이하게 융합될 것이다. 프레임(204)은 양쪽 눈에 동일하게 제시될 수 있다. 따라서, 이는 눈이 이미지에 적절히 수렴하는데 도움을 줄 수 있다. 프레임(204)이 큰-콘트라스트의 패터닝된 경계로서 도시되어 있으나, 중실형 경계(solid border), 쇄선형 경계, 지그-재그형 경계, 또는 곡선형 경계와 같은, 다른 형태를 가질 수 있다. 또한, 프레임(204)은 빈 공간에 의해서 도트(202)로부터 분리될 수 있다. 이러한 공간은, 환자가 표적의 부동성을 보다 용이하게 발견하기 위해서 (도트(202)와 같은) 특징부를 프레임(204)에 비교하는 것을 방지할 수 있다. 그렇지 않은 경우에, 환자는 의식적으로 또는 무의식적으로 프레임 및 도트 내의 부동성을 비교할 수 있거나, 시각적 자극 내의 단안적으로 볼 수 있는 특징부의 부분들을 비교할 수 있다. 환자의 스테레옵시스 능력(stereopsis ability)이 격리되도록, 시각적 자극(200)이 생성된다. 이러한 자극은, 주어진 스테레오 과제를 실시하기 위해서 대상이 이용할 수 있는 임의의 다른 큐를 최소화하도록 설계된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 스테레오 과제라는 용어는, 이하에서 더 설명되는 바와 같이, 대상에게 자극(200)이 제시되고 그에 응답하도록 프롬프팅되는(prompted) 스테레오 비전 테스트를 지칭한다.
특히, 자극(200)은, 도트들(202) 사이에서 규정된 평균 간격(미도시)을 갖는 정사각형 그리드로 도트(202)를 배치하는 것에 의해서 단계(102)에서 생성된다. 각각의 도트(202)는, 그리드 상에 배치되기 전에 검은색 또는 백색 도트로 무작위적으로 할당된다. 각각의 도트(202)의 배치를 제어하는 x 및 y 좌표가 무작위적인 샘플에 의해서 균일한 분포로부터 변동되고(jittered), 그에 의해서 도트(202)를 주어진 원래 위치의 도트 변위 범위 내에 배치한다. 이는, 규칙적인 그리드 구조의 인상을 파괴할 수 있게 한다. 변위 범위가 도트-대-도트 간격의 절반 미만이 되도록 보장하는 것에 의해서, 적어도 부동성이 도입되기 전에, 인접 도트들(202)이 중첩되는 것을 방지할 수 있게 된다.
당업자는, 비록 도 2가 "검은색" 및 "백색" 외관 모두를 갖는 도트들을 포함하는 도트들의 혼합체를 도시하지만, 일부 실시형태에서 본 개시 내용에 따른 자극(200)이 하나의 도트 음영(shade)만을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 착색된 안경(예를 들어, 적색/녹색 안경)을 통해서 도트를 보는 것이 그 외관에 영향을 미치도록, 도트(202)가 착색될 수 있다. 상이한 색채들(애너글리프(anaglyph))을 이용하여 좌측 눈 및 우측 눈에 이미지를 제시하는 것에 의해서, 스테레오스코픽 프레젠테이션이 달성될 수 있다. 이어서, 착색된 필터를 각각의 눈의 전방에 배치하는 것은 각각의 눈이 적합한 이미지 만을 보게 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 도트(202)의 색채는, 육안으로 볼 때, 용이하게 눈에 띄지 않을 수 있다.
전술한 바와 같이, 시각적 자극은 공간적으로 필터링된 도트 요소로 구성될 수 있다. 일반적으로, 공간적으로 필터링된 도트 요소는 공간 필터를 이용하여 생성된 하나 이상의 도트로 구성된 임의의 요소일 수 있다. 공간적으로 필터링된 도트 요소는 중심 및 하나 이상의 연부를 갖는 픽셀의 변조(modulation)를 포함할 수 있다. 대역통과 진폭 스펙트럼은 도트 내의 상이한 영역들에 대한 흐릿한 외관을 초래할 수 있다. 공간적으로 필터링된 요소는, 그 중심이, 디스플레이되는 디스플레이 장치의 픽셀들 사이의 위치에 위치될 수 있도록, 구성될 수 있다. 당업자는, 공간적으로 필터링된 요소가 다양한 형태를 취할 수 있다는 것을 인식할 것이고; 그 몇몇 예시적인 형태가 이하에서 설명된다: 도 3a 및 도 3b 그리고 도 8a 내지 도 8c는 로그-가보르 도트를 도시하고, 도 9a 내지 도 9c 및 도 10은 가우시안 차이(DoG 도트)를 도시하고, 도 11a 내지 도 11c는 링 도트를 도시하고, 도 12a 내지 도 12c 및 도 13은 임의의 형상의 공간적으로 필터링된 도트 요소를 도시한다. 그러나, 임의의 유형의 공간적으로 필터링된 요소가 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고도 이용될 수 있다.
일 실시형태에서, 도트(202)는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 각각의 배향 및 대역통과 공간적 주파수 스펙트럼에서 동일한 에너지를 갖도록 푸리에-도메인(Fourier-domain)에서 규정되는 등방성 로그-가보르 도트이다. 공간적 주파수 스펙트럼은 로그-주파수 축 상의 가우시안이다. 하드-연부형 정사각형 또는 원형 도트의 이용과 비교하면, 로그-가보르 도트의 이용이 몇몇 장점을 갖는다. 첫 번째로, 스텝-연부 휘도 경계(step-edge luminance boundary)를 갖는 자극은 표준-이하의 시력을 갖는 대상의 시각적 시스템에 의해서 도입되는 임의의 흐릿함에 영향을 받기 쉽다. 이는, 상단 행(row)이 대역통과 로그-가보르 도트로 구성된 제시된 자극(도 4a)을 보여주고 하단 행이 하드-연부형 원형 도트로 구성된 동등한 자극(도 4d)을 보여주는 도 4a 내지 도 4f에 도시되어 있다. 제2 열(column)(도 4b 및 도 4e)은 제1 열에서 제시된 자극을 흐릿하게 하는 효과를 보여준다. 제3 행은 흐릿해지는 것이 자극의 진폭 스펙트럼(도 4c 및 도 4f)에 어떻게 영향을 미치는지를 보여준다. 스펙트럼으로부터, 로그-가보르 자극이 흐릿함의 영향에 대해서 더 저항적이라는 것을 확인할 수 있다. 본원에서 개시된 대역통과 로그-가보르 도트를 이용한 파일롯 테스트는, 4 c/log를 초과하는 모든 공간적 주파수 정보를 제거하는 것에 의해서 스테레오 문턱값이 영향을 받지 않았다는 것을 더 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 로그-가보르 도트의 쌍을 도시한다. 도 8a 내지 도 8c는 단일 로그-가보르 도트를 도시한다. 도트는 공간적으로 대역-통과일 수 있고, 이는, 도트 내에 존재하는, 공간적 주파수 또는 공간에 걸친 휘도의 변동을 지칭한다.
도 3a는 공간적 도메인 내의 2개의 로그-가보르 도트를 도시한다. 왼쪽 도트는 낮은 휘도에 대해서 음의 피크를 가질 수 있고 그 중심에서 검은색으로 보일 수 있고, 오른쪽 도트는 높은 휘도에 대해서 양의 피크를 가질 수 있고 그 중심에서 백색으로 보일 수 있다. 이러한 도트들은 구체적으로, 각각의 배향 및 대역통과 공간적 주파수 스펙트럼에서 동일한 에너지를 갖도록 푸리에-도메인 내에서 규정되는 등방성 로그-가보르 도트일 수 있다.
도 3b는 주파수 도메인 내의 동일 도트들을 도시한다. 푸리에 변환을 이용하여 도트들을 공간적 도메인과 주파수 도메인 사이에서 변환할 수 있다. 대역통과 공간적 주파수 스펙트럼이 도 3b에서 명확하게 확인될 수 있다. 고역 통과 필터가 낮은 주파수를 제거할 수 있고, 저역 통과 필터가 높은 주파수를 제거할 수 있으며, 대역통과 필터는 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터 모두를 포함할 수 있다. 도 3b에서 확인될 수 있는 바와 같이, 대역통과 필터가 이러한 경우에 적용될 수 있다. 1 초과 및 -1 미만의 휘도가 필터링되어 제거될 수 있다. 당업자는, 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고도 상이한 높은 값 및 낮은 값들을 이용하는 대역통과 필터가 또한 이용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
공간적 도메인에서, 저역-통과 필터링된 이미지가 흐릿하게 보일 수 있고, 고역-통과 필터링된 이미지가 연부와 같은 더 작은 상세 부분만을 포함할 수 있다. 대역통과 필터링된 이미지가 이러한 2개의 효과 모두와 조합될 수 있다. 이러한 효과들이 도 8c에서 확인될 수 있고, 여기에서, 로그-가보르의 진폭 스펙트럼이 피크를 가지고, 진폭은 고주파수 및 저주파수 모두에서 상기 피크보다 작다.
다시 말해서, 상이한 공간적 주파수가 도트의 구성에 기여하는 것에 대해서 일부 제어가 이루어지기 때문에, 도트들이 공간적으로 필터링된다. 공간적인 대역통과의 특정한 경우에, 도트를 형성하는 공간적 주파수의 특정 범위가 있다. 그러한 도트는 또한 로그-가보르 도트일 수 있다. 이는, 진폭 스펙트럼의 형상 또는 각각의 공간적 주파수에서의 진폭에 대해서 특정한 의미를 갖는다. 로그-변환이 주파수 축에서 실행될 수 있고, 진폭 스펙트럼이 해당 로그-주파수 축 상에서 가우시안으로서 규정될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는, 각각 도 8b의 중심으로부터 연부까지의 반경방향 슬라이스로서 취해진, 공간적 도메인, 푸리에 도메인 내의, 그리고 진폭 스펙트럼으로서의 단일 로그-가보르 도트를 도시한다. 도 8a에 도시된 공간적 도메인은, 로그-가보르 도트를 이용하여 구성된 시각적 자극에서 볼 수 있는 것일 수 있다.
로그-가보르 도트는, 도 8b에 도시된 바와 같이, 푸리에 도메인 내에 구성될 수 있다. 여기에서 도시된 푸리에 변환의 각각의 지점에서의 값은 공간적 주파수(f)의 기여 및 이미지에 대한 배향(θ)을 나타낼 수 있다. 푸리에 변환(F)은 이하의 수학식에 의해서 표시될 수 있다.
[수학식 1]
수학식 (1)에서, f0는 피크 공간적 주파수일 수 있고, b는 대역폭을 제어할 수 있다. 도 8b에 도시된 푸리에 도메인으로부터 도 8a에 도시된 공간적 도메인으로의 변환은, 시각적 자극을 구성하기 위해서 이용될 수 있는 로그-가보르 도트 요소를 제공할 수 있다.
수학식 (1)로부터, f = 0일 때 진폭이 무한소로 작아야 한다는 것에 주목하여야 한다. 실용적 목적을 위해서, 진폭은 0으로 간주될 수 있다. 이러한 것이 중요한데, 이는, 로그-가보르 도트에서, 디스플레이에 도트를 부가하는 것의 결과로서 스크린 휘도의 전체적인 변화가 절대로 없어야 한다는 것을 의미하기 때문이다. 휘도가 증가된 지역이 휘도가 감소된 지역과 균형을 이룰 것이다. 이는, 시각적 디스플레이에서 특히 유리할 수 있다. 이는, 스크린 상의 공간적 대역통과 도트의 배열이 어떠하든 간에, 전체적인 휘도가 영향을 받지 않을 것임을 의미한다. 예를 들어, 이미지 내에서 부동성을 생성하기 위해서 도트 위치를 이동시키는 것이 도트의 밀도의 국소적인 증가 또는 감소를 초래할 수 있다. 도트가 자극의 국소적인 휘도를 변경한 경우, 이러한 밀도 변화는 또한, 나머지보다 상당히 더 밝거나 어두운 자극의 영역이 존재하게 할 수 있다. 그러한 것은, 부동성이 조작되는 디스플레이 내의 영역을 환자가 위치결정할(locate) 수 있게 하는 비-스테레오 큐를 제공할 수 있다.
전술한 로그-가보르 도트에 더하여, 다른 공간적으로 필터링된 도트를 이용하여 시각적 자극을 구성할 수 있다. 사실상, 로그-가보르 도트는 공간적으로 필터링된 도트에 대한 많은 수의 옵션 중 단지 하나일 수 있다. 진폭 스펙트럼에 걸쳐 제어되는, 본원에서 사용되는 시각적 자극을 개발하는데 특히 관심이 있을 수 있다. 이는, 개발자가, 희망 특성을 갖는 시각적 자극을 설계하게 할 수 있다. 예를 들어, 시력이 나쁜 환자에게 유용하지 않을 수 있는, 높은 공간적 주파수의 정보가 제거될 수 있다. 그러한 자극을 푸리에 도메인 내에서 또는 공간적 도메인 내에서 개발할 수 있다.
공간적으로 필터링된 도트의 다른 예가 가우시안 차이(DoG) 도트일 수 있다. 도 9a 내지 도 9c는, 각각 도 9b의 중심으로부터 연부까지의 반경방향 슬라이스로서 취해진, 공간적 도메인, 푸리에 도메인 내의, 그리고 진폭 스펙트럼으로서의 DoG 도트를 도시한다. 도 9b에 도시된 바와 같이, DoG 요소는 중심 부분 및 주변 부분을 포함할 수 있다.
DoG은, 이미지 상에서 공간적 필터링을 수행하기 위한 사용 이력(history of use)을 갖는 널리 사용되는 함수이다. 앞서서 제시된 로그-가보르에서와 같이, DoG 요소는 시각적 자극에서 도트를 직접적으로 대체하기 위해서 사용될 수 있다. 대안적으로, 자극은, 델타 함수에 근접할 수 있는 도트로 생성될 수 있고, 이어서 그러한 도트가 DoG 함수로 필터링될 수 있다.
DoG 요소는 하나의 가우시안을 다른 가우시안으로부터 빼는 것에 의해서 생성될 수 있다. 2개의 가우시안이 동일한 의미를, 그러나 상이한 표준 편차를 가질 수 있다. 도 10은, 중심 가우시안(center Gaussian)(회색 선)으로부터 주변 가우시안(surround Gaussian)(쇄선)을 빼는 것에 의해서 생성된 가우시안 차이(실선)를 도시한다.
생성되는 도트의 중심으로부터의 각각의 픽셀의 반경방향 거리가 이하에서 수학식(2)에 의해서 주어질 수 있다. 도트의 중심이 rx,y=0에서 설정될 수 있다.
[수학식 2]
중심 가우시안은 수학식 (3)에 의해서 규정될 수 있고, 주변 가우시안은 이하의 수학식 (4)에 의해서 규정될 수 있다.
[수학식 3]
[수학식 4]
σsurround는 σcenter 보다 클 수 있고, 2개의 시그마가 DoG의 형상을 제어할 수 있다. DoG은 수학식 (5)를 이용하여 중심 가우시안과 주변 가우시안의 차이를 획득하는 것에 의해서 생성될 수 있다.
[수학식 5]
수학식 (5)에서, a가 주변 가우시안의 상대적인 기여를 제어할 수 있다. a의 값은, f = 0에서 최소 진폭을 초래하는 값을 선택하는 것에 의해서 전반적인 휘도 변화를 가지지 않는 DoG을 초래하도록 설정될 수 있다. 이러한 것이 도 9a 내지 도 9c에 도시되어 있다. 따라서, 로그-가보르 도트에서와 같이, DoG 도트를 이용하여 유사한 진폭 스펙트럼(도 9c 참조)을 달성할 수 있다.
이전의 예가 그리드 배열의 격리된 공간적으로 필터링된 도트만을 보여주지만, 이러한 도트가 또한 다른 형태로 배열될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 이어서, 이들은 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 공간적 대역통과 형상을 생성하기 위해서 이용될 수 있다. 공간적 대역통과 형상은 공간적으로 필터링된 도트 요소로 간주될 수 있다. i) 특정 형상을 형성하도록, 공간적으로 필터링된 도트를 배열하는 것(도 13b), 또는 ii) 희망하는 형상의 날카로운 라인의 이미지로 시작하고 이어서 그러한 이미지를 하나의 공간적으로 필터링된 도트로 (도 13a) 콘볼브(convolve)하는 것은 수학적으로 동일하다. 공간적-대역통과 형상을 생성하기 위한 추가적인 방법은, 형상 윤곽선을 수학적으로 규정하고 이어서 횡단면이 특정 형태를 갖도록 그러한 윤곽선을 렌더링하는 것이다. 그러한 횡단면을 위한 2개의 가능한 형태가 도 8b에 도시된 로그-가보르 횡단면 또는 도 9b에 도시된 DOG 횡단면을 이용할 수 있다. 이하에서 설명된 다른 함수가 또한 이용될 수 있다.
본 개시 내용에 따른 공간적 대역통과 형상을 갖는 자극 요소가, 가우시안 함수의 4차 미분을 적용하는 것에 의해서 생성될 수 있다. 그러한 함수의 공간적 주파수는, 이하의 수학식 (6)에 의해서 주어진 바와 같이, σ에 의해서 설정될 수 있다.
[수학식 6]
수학식 (6)에서, f0는 진폭 스펙트럼의 피크 공간적 주파수를 제어할 수 있다. 이어서, 각각의 위치(x)에서, 횡단면의 중심(x0)에 대한, 횡단면에 걸친 거리의 제곱(Dsq)이 수학식 (7)에 의해서 규정될 수 있다.
[수학식 7]
거리의 제곱(Dsq)은 횡단면(C) 내의 각각의 위치에서의 휘도를 규정하기 위해서 이용될 수 있다. C는 수학식 (8)에 의해서 규정될 수 있다.
[수학식 8]
도 11a 내지 도 11d는, 수학식 (8)에 의해서 규정된 횡단면을 이용하여 만들어진 링 형상을 갖는 공간적으로 필터링된 도트 요소의 예를 도시한다. 도 11a는 공간적 도메인 내의 링 도트를 도시한다. 이는, 그러한 링 도트를 이용하여 만들어진 자극에서 보일 수 있는 것이다. 링 도트는, 더 넓은 밝은 링을 사이에 개재한, 2개의 좁고 어두운 링들의 외관을 갖는다. 이는 또한, 도 11a의 중심을 통해서 취해진 수평 횡단면을 제공하는 도 11c에서 확인될 수 있다. 중앙의 밝은 링의 양의 휘도 편차가 인접한 어두운 링의 음의 편차에 의해서 균형을 이루게 된다. 이는, 이러한 자극이 디스플레이에 부가될 때 휘도의 전체적인 오프셋이 없게 하는 결과를 초래한다. 밝은 영역과 어두운 영역 사이의 전이는 매끄럽게 나타나는데, 이는, 날카로운 연부의 인상을 제공하는 큰 공간적 주파수가 존재하지 않기 때문이다.
도 11b는 도 11a의 푸리에 변환을 도시한다. 공간적으로 필터링된 도트와 유사하게, 자극 에너지가 원점 주위의 원형 밴드 내에 위치된다. 진폭 스펙트럼이 도 11d에 제시되어 있다. 이는, 로그-가보르 및 가우시안 차이 자극에 대해서 이전에 도시된 것과 유사한 대역통과 형태를 갖는다. 따라서, 링 도트는 전술한 다른 도트와 동일한 장점을 제공할 수 있다.
일부 실시형태에서, 링 도트는, 링 도트의 중심에 대한 각각의 픽셀의 좌표를 획득하는 것에 의해서 생성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 각각의 픽셀의 좌표는 데카르트 좌표로 주어질 수 있고, 링 도트의 중심은 (0,0)일 수 있다. 이러한 좌표를 이용하면, 도트의 중심으로부터의 반경방향 거리가 수학식 (9)을 이용하여 각각의 픽셀에 대해서 계산될 수 있고, 각각의 반경방향 위치에서의 휘도는 수학식 (10)에 의해서 상응 데카르트 위치에서의 휘도와 관련될 수 있다.
[수학식 9]
[수학식 10]
링 도트를 생성하기 위한 전술한 방법이 임의의 형상의 도트 요소를 생성하도록 확장될 수 있다. 예를 들어, 도 12a 내지 도 12c는 링 도트, 둥근 정사각형 요소, 및 둥근 십자가 요소를 도시한다. 둥근 도트의 윤곽선이 수학적으로, 예를 들어 반경방향 주파수 패턴 성분의 푸리에-유사 급수(series)로서 규정될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.
도 12b에 도시된 둥근 정사각형은 수학식 (9) 및 (10)을 이용하여 앞서서 개략적으로 설명된 링 함수와 동일한 방식으로 생성될 수 있다. 반경 수학식은 수학식 (9)에서 주어진 것으로부터 약간 수정될 수 있고, 그 대신 이하의 수학식 (11)이 이용될 수 있다.
[수학식 11]
도 12c에 도시된 둥근 십자가는, 반경방향 주파수 패턴 성분으로 성취될 수 있는 예이다. 주어진 픽셀에서의 그 반경이 이미지의 중심 주위의 해당 픽셀의 각도 위치에 따라 달라지기 때문에, 각도는 이하의 수학식 (12)에 기재된 바와 같이 데카르트 x 및 y 좌표로부터 계산되어야 한다.
[수학식 12]
따라서, 형상은, 수학식 (10)에서의 링과 유사하게, 그 반경에 의해서 규정된다. 그러나, 반경은 이미지 내의 θx,y의 각각의 값에 대해서 결정된다. 둥근 십자가는 이하의 수학식 (13)에 의해서 생성된다.
[수학식 13]
당업자는, 이러한 예를 따르는 사인파형 성분으로부터 다양한 형상을 생성할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
수학식 (13)에 나타난 바와 같이, 둥근 성분의 합을 이용하여 표시될 수 없는 형상에서도, 공간적으로 필터링된 요소를 생성할 수 있다. 도 13a는 그러한 도트가 어떻게 생성될 수 있는지를 도시한다. 희망 윤곽선이 생성될 수 있고; 이러한 예에서, 윤곽선은 삼각형이다. 윤곽선은 소스 이미지(source image)로서의 역할을 할 수 있다. 이어서, 윤곽선이 공간적-대역통과 필터 커널(spatially-bandpass filter kernel)로 필터링될 수 있다. 전술한 로그-가보르 또는 DoG 함수가 필터 커널로서 이용될 수 있다. 필터 커널을 이용한 소스 이미지의 콘볼루션(convolution)은 주어진 윤곽선을 갖는 공간적-대역통과 둥근 형상을 초래할 수 있다. 당업자는, 매우 다양한 도트가 이러한 방식으로 생성될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 일부 실시형태에서, 도트가 특별한 기능을 위해서 설계될 수 있다.
전술한 도트 요소의 유형들 중 임의의 유형을 이용하여, 예를 들어 도 2에 도시된, 시각적 자극(200)을 생성할 수 있다. 본 개시 내용에 따른 시각적 자극을 이하에서 더 구체적으로 설명할 것이다.
일부 실시형태에서, 시각적 자극(200)은 플레이스홀더 도트(placeholder dot)로 채워진 이미지를 먼저 렌더링하는 것에 의해서 생성될 수 있다. 플레이스홀더 도트는 델타 함수에 근접할 수 있다. 이어서, 이미지가 전술한 함수들 중 하나로, 예를 들어 로그-가보르 함수로 콘볼브될 수 있다. 이러한 콘볼루션은 모든 플레이스홀더 도트를 그 위치에 있는 공간적으로 필터링된 도트 요소(202)로 대체할 수 있다. 이러한 방법은 특히 효율적일 수 있다. 대안적으로, 복수의 공간적으로 필터링된 도트 요소(202)가 먼저 렌더링될 수 있고 이어서 무작위적인 위치에 배치될 수 있다. 이러한 단계는 무작위적으로 배치된 공간적으로 필터링된 도트 요소(202)를 갖는 시각적 자극(200)을 생성할 수 있다.
이어서, 시각적 자극(200)을 관찰할 때 좌측 눈에 제시되는 것과 우측 눈에 제시되는 것 사이에서 부동성의 인상을 생성할 필요가 있을 수 있다. 시각적 자극(200)은 그러한 인상을 생성하기 위해서 이하의 단계를 이용하여 수정될 수 있다.
부동성의 인상을 제공하기 위해서, 그리드(204) 내의 도트(202)의 최종 x 좌표가 도트(202)의 희망 부동성(또는 깊이)에 따라, 본원에서 고정 평면으로도 지칭되는, 자극이 제시되는 스크린의 표면에 대해서 더 조정될 수 있다. 좌측 및 우측 눈 도트를 내측으로 이동시키는 것(즉, 좌측 눈 도트를 우측으로 그리고 우측 눈 도트를 좌측으로 이동시키는 것)은 교차되는 부동성의(즉, 고정 평면보다 더 가까운 도트의) 인상을 제공한다. 도트(202)를 외측으로 이동시키는 것은 비-교차(uncrossed) 부동성의(즉, 고정 평면보다 더 먼 도트의) 인상을 제공한다. 도 5a는 자극 내의 4개의 잠재적인 표적 영역의 설계를 도시하고, 도트(202)의 부동성이 쐐기 형성의 경계 내에서 조작될 수 있다는 것을 보여준다. 이는 떠 있는 쐐기의 인상을 제공한다. 시각적 자극을 관찰하는 환자에게 할당되는 과제는, 자극 내에서, 자극의 나머지와 다른 깊이에 있는 것으로 보이는 쐐기를 식별하는 것을 포함할 수 있다. 그러한 과제는 부동성을 더 크게 만드는 것 그리고 그에 따라 깊이 차이를 더 크게 하는 것에 의해서 더 쉬워질 수 있고, 깊이의 차이를 더 작게 만드는 것에 의해서 더 어려워질 수 있다.
당업자는, 도 5a가 단지 도트 부동성에 대한 제어 패턴의 예시적인 실시형태를 도시한다는 것을 인식할 것이다. 도 5a에 도시된 쐐기(502)에 대해서 전술한 바와 같이, 그리드(204) 내의 도트(202)를 이동시켜 당업계에 알려진 임의의 형상을 생성할 수 있다.
도 5b 내지 도 5d는 표적 영역의 다른 실시형태를 도시한다. 도 5b는 4개의 심볼: 오각형, 별모양, 삼각형, 및 정사각형을 도시한다. 일부 실시형태에서, 표적 영역에는 이러한 심볼 중 하나의 형상 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 심볼이 주어질 수 있다. 환자는 심볼을 식별하도록, 심볼의 위치를 제공하도록, 또는 심볼이 시각적 자극의 나머지의 전방 또는 후방에서 떠 있는 것으로 보이는지의 여부를 결정하도록 요청받을 수 있다. 도 5c는 4개의 상이한 배향으로 문자 E를 도시한다. 일부 실시형태에서, 표적 영역에는, 배향이 명확하게 인식될 수 있는 문자 또는 다른 심볼의 형상이 주어질 수 있다. 환자는, 심볼의 위치 및/또는 배향을 식별하도록 또는 심볼이 시각적 자극의 나머지의 전방 또는 후방에서 떠 있는 것으로 보이는지의 여부를 결정하도록 요청받을 수 있다. 도 5d는 4개의 상이한 문자를 도시한다. 일부 실시형태에서, 표적 영역에 문자 또는 숫자의 형상이 주어질 수 있고, 환자는 문자 또는 숫자를 식별 및/또는 위치결정하도록 또는 문자나 숫자가 시각적 자극의 나머지의 전방 또는 후방에서 떠 있는 것으로 보이는지의 여부를 결정하도록 요청받을 수 있다.
도 15a 내지 도 15d는 본 개시 내용에 따른 예시적인 시각적 디스플레이를 도시한다. 이러한 도면들에 도시된 디스플레이는 도 2에 도시된 것과 유사할 수 있다. 구체적으로, 시각적 디스플레이는 복수의 도트 요소를 포함할 수 있고, 복수의 도트 요소는 먼저 그리드 상에 배열되고, 이어서 무작위적인 양만큼 오프셋되고, 최종적으로 각각의 눈에 보이는 것들 사이에서 부동성을 생성하도록 서브세트 오프셋(subset offset)을 갖는다. 도 15c는 디스플레이 장치 상에서 환자에게 보여질 수 있는 바와 같은 시각적 디스플레이를 도시한다. 환자는, 좌측 눈 위에 적색 렌즈를 그리고 우측 눈 위에 녹색 또는 청색 렌즈를 가지는 안경을 착용하고, 시각적 디스플레이를 관찰할 수 있다. 일부 실시형태에서, 상이한 안경들, 예를 들어 상이하게 착색된 렌즈들을 갖는 안경들이 이용될 수 있다. 도 15a 및 도 15b는 좌측 및 우측 눈이 개별적으로 볼 수 있는 것을 각각 도시한다. 도 15d는, 환자가 안경을 이용하여 도 15c를 관찰할 때, 스테레오스코픽 비전을 갖는 환자에 의해서 보일 수 있는 것을 도시한다. 즉, 환자는, 디스플레이 장치의 프레임의 전방에서 오프셋된 시각적 디스플레이의 쐐기 형상의 부분을 볼 수 있다.
도 15a 내지 도 15d로부터, 그러한 테스트에서 부정행위를 하는 것이 어렵다는 것에 주목하여야 한다. 도 15a 내지 도 15c를 관찰할 때, 착색된 안경을 착용한 스테레오스코픽 비전을 갖는 환자에 의해서 관찰될 때 지면(page)으로부터 연장되는 쐐기 형상의 영역은 어떠한 다른 수단을 통해서도 식별될 수 없다. 그 대신, 시각적 자극의 모든 영역이 무작위적으로 배치된 도트 요소를 포함하는 것으로 보이고, 도 15a에 도시된 좌측 눈 자극과 도 15b에 도시된 우측 눈 자극 사이에서 차이가 용이하게 검출될 수 없다.
디지털 디스플레이 상에서 제시되는 일부 이전의 스테레오비전 테스트는 픽셀의 정수만큼 자극 특징부를 이동시키는 것에 의해서 달성될 수 있는 부동성에서의 자극을 제시하는 것만으로 스스로 제한된다(예를 들어, Hess, To, Zhou, Wang & Cooperstock, 2015. Stereo vision: the haves and have-nots. i-Perception 6, 1-5; Rodriguez-Vallejo, Llorens-Quintana, Montagud, Furlan & Monsoriu, 2016. Fast and reliable stereopsis measurement at multiple distances with iPad. arXiv 1609.06669). 이는, 테스트될 수 있는 부동성의 범위 및 수를 상당히 제한한다. 이는 또한, 테스트될 수 있는 부동성이 사용 장치의 특성에 따라 달라진다는 것을 의미하고, 이는 다수의 장치에서 작동될 수 있는 테스트를 생성하는데 있어서 불리하다. 더 정확한 부동성을 생성하기 위해서, 픽셀의 정수가 아닌 양만큼 도트(202)를 이동시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 매우 작은 부동성은 도트(202)가 1 픽셀 미만만큼 이동될 것을 요구할 수 있다. 이를 달성하기 위해서, 서브-픽셀 내삽이 이용될 수 있다. 그러나, 이전의 테스트에서 이용되는 하드-연부형 자극에서, 이는, 깊이에서 제시되는 도트들을 흐리게 하는 부작용을 갖는다. 이러한 비-스테레오 큐는 환자가 부정행위를 할 수 있게 한다. 본원에서 제시된 설계는 이러한 문제를 2가지 방식으로 방지한다. 첫 번째로, 공간적으로 필터링된 도트(202)의 본질적인 "퍼지(fuzzy)" 외관은, 서브-픽셀 내삽에 의해서 도입된 임의의 약간의 흐릿함을 훨씬 더 알아차리기 어렵게 만든다. 두 번째로, 표적 쐐기(502)를 전방으로(교차되는 부동성) 그리고 배경을 동일한 양만큼 후방으로(비-교차 부동성) 이동시키는 것 모두에 의해서, 깊이가 제시 자극 내로 포함될 수 있다. 이는, 동일한 정도의 내삽이 자극 내의 모든 도트(202)에 적용된다는 것을 의미한다.
자극이 (도 1의 단계(104)에서) 대상에 제시될 때, 대상의 눈을 통과하는 이미지는, 이미지가 대상의 망막에 도달하기 전에, 대상의 눈의 광학적 전달 함수에 의해서 필터링된다. 이는 임의의 입력을 흐릿하게 하는 효과를 갖는다. 서브-픽셀 내삽은, (광학적 흐려짐 이후에) 스크린 상의 2개의 픽셀들 사이에 배치된 것으로 보이는 자극을 제시하는 것에 의해서, 이러한 장점을 취한다. 광학적 흐려짐이 디스플레이 상의 픽셀-대-픽셀 간격에 비해서 상대적으로 넓은 경우에, 이는 스크린의 해상도 한계 미만의 부동성의 제시를 가능하게 한다. 하드-연부형 픽셀 도트에 적용될 때보다 제시된 로그-가보르 도트(202)에 적용될 때, 내삽이 (서브-픽셀 내삽이 모방하는) 희망 부동성 내에서 제시되는 이미지에 대한 보다 양호한 근사치를 제공한다는 것을 발견하였다.
당업자는, 흐려진 연부를 가지는 전술한 공간적으로 필터링된 도트 요소의 유형이 서브-픽셀 내삽을 달성하는 데에 특히 유리할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 서브-픽셀 내삽은, 하드-연부형 시각적 자극을 이용하여 만들어질 수 있는 것보다, 더 작은 도트(202)의 이동이 만들어지게 할 수 있다. 특히, 공간적으로 필터링된 도트 요소의 중심은 서브-픽셀 증분으로 이동될 수 있다. 그러한 장점은 임의의 유형의 공간적으로 필터링된 도트 요소를 이용하여 성취될 수 있다. 대조적으로, 하드-연부형 요소는 픽셀의 증분으로만 이동될 수 있고, 그에 의해서 그러한 요소를 보여주는 디스플레이의 해상도에 의해서 제한될 수 있다.
도 1을 다시 참조하여, 시각적 자극을 대상에게 제시하는 단계(104)를 이제 더 설명할 것이다. 시각적 자극은, 상이한 이미지들이 대상의 2개의 눈에 보여질 수 있게 하는 임의의 적합한 양안(dichoptic) 관찰 배열로 렌더링될 수 있다. 특히, 시각적 자극은 대상에게 제공되는 디스플레이 시스템을 이용하여 제시될 수 있다. 예를 들어, 시각적 자극은 전자 장치 상에서(예를 들어, 데스크탑 컴퓨터, 포터블 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터의 스크린 상에서, 헤드-장착형 디스플레이 상에서, 렌티큘러 디스플레이(lenticular display) 상에서, 또는 기타에서) 렌더링될 수 있다. 일부 실시형태에서, 시각적 자극은 특수 안경을 이용하여 관찰될 수 있다. 전자 장치가 예시적으로 자극의 제시를 제어하고, 보다 특히 대상의 스테레오 문턱값을 위치결정하기 위해서 적응 절차를 이용하여 대상에 제시되는 부동성을 제어한다. 특히, 장치는, 획득된 스테레오 문턱값에 미치는 시력의 영향을 감소시키기 위해서, 공간적으로 필터링된 도트 요소로 구성된 자극을 제시한다. 이어서, 장치는, 대상의 데이터로부터 계산된 문턱값의 신뢰도의 측정(오류 측정)을 또한 획득하는 최대-가능성 기반의 피팅 절차(maximum-likelihood based fitting procedure)를 이용하여, 자극의 제시 후에 대상으로부터 획득된 데카르트 좌표를 분석한다(도 1의 단계(106)).
깊이의 인상을 스테레오스코픽 부동성으로부터 생성하는데 있어서, 적합한 3D 디스플레이 장치 및/또는 시스템을 이용하여, 상이한 이미지들이 단계(104)에서 대상의 2개의 눈에 보여진다. 일 실시형태에서, 이는, 전술한 바와 같이, 단계(104)에서 자극을 컴퓨터와 연관된 스크린 상에서 제시하는 것에 의해서 달성될 수 있다. 예를 들어, 주사율이 120 Hz인 액정 디스플레이(LCD) 컴퓨터 모니터가 이용될 수 있다. 스크린은 NVIDIA 3D Vision® 2 시스템과 같은 임의의 적합한 시스템을 통해서, 제시되는 시각적 자극을 관찰하기 위해서 대상이 이용하는 특수 안경에 대해서 동기화될 수 있다. 일 실시형태에서, 무선 셔터 안경이 이용된다. 그러나, 다른 적합한 안경(예를 들어, 강유전체 액정 안경)이 적용될 수 있다는 것 그리고 이러한 안경이 무선으로 스크린에 연결될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 안경의 좌측 눈과 우측 눈을 "개방" 및 "폐쇄"하면서 스크린 상에서 좌측 눈 이미지와 우측 눈 이미지 사이에서 적시에 교번화(alternating)하는 것에 의해서, 동일 스크린 상에서 보여지는 자극으로 대상의 눈들을 별도로 자극할 수 있다. 그러한 스테레오 비전 테스트가 임의의 적합한 프로그래밍 언어(예를 들어, Matlab/Octave, Python 또는 기타)를 이용하여 작성될 수 있고, 스크린 상의 자극의 제시는 임의의 적합한 툴박스(예를 들어, Matlab/Octave를 위한 Psychtoolbox)을 이용하여 또는 비스포크 소프트웨어에 의해서 제어될 수 있다.
다른 실시형태에서, 스테레오 비전 테스트가 핸드헬드 또는 포터블 컴퓨팅 장치(예를 들어, 태블릿 컴퓨터) 상에서 제시될 수 있고 자극 제시가 적색/녹색 애너글리프를 이용하여 달성될 수 있다. 자극은, 정보를 적색 또는 녹색 채널로부터 제거하는 것에 의해서 좌측 및 우측 눈 버전들로 생성될 수 있다. 이어서, 2개의 결과적인 이미지가 적합한 컴퓨터 소프트웨어를 이용하여 오버레이될 수 있다. 이어서, 대상이 착용한 적색/녹색 필터 3D 안경을 이용하여 관찰하는 것은 별도의 이미지들이 (약간의 크로스토크를 가지고) 대상의 2개의 눈에 의해서 관찰될 수 있게 한다. 다른 실시형태가 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 스테레오 비전 테스트가 렌티큘러, 편광 또는 2색성 태블릿 상에서 또는 2색성 투영 시스템을 이용하여 제시될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 스테레오 비전 테스트가 헤드-장착형 디스플레이 상에서 제시될 수 있다. 예를 들어, Oculus Rift 가상 현실 헤드셋을 이용하여 단계(104)에서 자극을 대상의 2개의 눈에 제시할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 제시된 바와 같은 시각적 자극을 관찰하는데 있어서 특수 안경이 필요하지 않을 수 있다.
본원에서 설명된 스테레오 비전 테스트가 (전술한 바와 같은) 정적 자극 또는 동적 자극을 이용하여 개발될 수 있다는 것을 이해하여야 한다. 동적 자극의 경우에, 도트(도 2에서 참조번호(202))는 사라질 때까지 무작위적인 수명(예를 들어, 100 내지 300 밀리초) 동안 (예를 들어, 장치의 스크린 상에서) 제시될 수 있다. 도트(202)가 사라질 때마다, 이는 (자극 내의 그 위치에 대해서 적절한 부동성을 갖는) 다른 위치에서 나타나는 새로운 도트(202)로 대체될 것이다. 이러한 동적 자극은 정적 자극보다 더 많은 정보를 포함할 수 있고, 그에 따라 대상이 주어진 스테레오 과제를 수행하는데 도움을 줄 수 있다. 또한, 동적 자극은 표적 위치의 식별에 도움을 주는 임의의 비-스테레오 큐에 대한 자극을 조사할 수 있는 대상의 능력을 감소시킬 수 있다. 이는, 측정된 문턱값이 스테레오스코픽 부동성에 대한 대상의 민감도만을 반영하도록 추가적으로 보장할 것이다.
일 실시형태에서, 대상에 의해서 수행되는 스테레오 과제가 부가적인 비-스테레오 큐와 함께 도입되어, 열등한 스테레오를 갖는 대상이 과제 시작 전에 과제가 어떻게 작용하는지를 학습할 수 있게 한다. 예를 들어, 열등한 스테레오 비전을 갖는 어린이가 과제 수행을 계속 시도하도록 동기를 부여하는, 비-스테레오 큐를 이용한 부가적인 시도(trial)가 테스팅 중에 무작위적으로 도입될 수 있다. 또한, 자극을 등록하는 것과 관련하여 눈들이 잘못 정렬된 대상을 위한 내장된 조정 기능이 있을 수 있다.
본원에서 설명된 스테레오 비전 테스트는, 4개의 위치 중 하나에서 표적을 포함하는 자극이 대상에게 제시되는 일련의 시도로 구성될 수 있다. 각각의 시도에서, 도트(도 2의 참조번호(202))의 부동성의 변조에 의해서 형성된, 표적을 포함한 위치를 선택하도록 대상이 프롬프트될 수 있다. 대상이 표적의 위치를 확신하지 못하는 시도에서, 대상은 추측하도록 지시받을 수 있다. (전술한) 테스트의 데스크탑 컴퓨터 버전에서, 대상은 키패드 상의 버튼을 누르는 것에 의해서 응답할 수 있다. (전술한) 테스트의 태블릿 컴퓨터 버전에서, 대상은 표적 위치에서 스크린을 탭핑할 수 있다 테스트가 또한 대상으로부터 구두의 응답(예를 들어, "상단부", "하단부", "좌측" 및 "우측"을 수신하는 것으로 확장될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
응답 후에, 대상에게 다음 자극이 제시된다. 자극의 부동성은, 대상의 성공에 응답하여 스테레오 과제를 더 어렵게(더 작은 부동성) 만들고 실패에 응답하여 스테레오 과제를 더 쉽게(더 큰 부동성) 만드는, 계단형 루틴의 쌍에 의해서 제어될 수 있다. 각각의 시도 후에, 자극의 부동성은, 표적 위치가 성공적으로 식별되었는지의 여부와 함께 기록된다. 이러한 것을 추후에 이용하여, 대상이 표적을 신뢰 가능하게 식별할 수 있는 부동성을 계산한다. (대상이 부정확한 응답으로부터 정확한 응답으로(또는 그 반대로) 전환되는 부동성) 계단 반전으로부터 계산된 스테레오 문턱값에 관한 온라인의 대략적 추정이 또한 얻어질 수 있다.
각각의 테스팅 기간의 처음 몇 번의 시도에서, 자극은 표적의 위치에 대한 부가적인 큐를 특징으로 할 수 있다. 비-표적 영역 내의 도트(202)의 대조적인 진폭이 감소되고, 그에 따라 스테레오에 대한 어떠한 민감도가 없는 경우에도, 표적은 여전히 명확하다. 이는, 실험에서 대상에게 요구될 과제를 어떻게 수행할 지에 대해서 대상을 훈련시키는데 도움을 주기 위해서 실시될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스테레오-시각 장애 대상을 계속적으로 동기부여하기 위해서, 테스팅 중에 부가적인 큐가 또한 그러한 시도에 무작위적으로 도입될 수 있다. 이러한 시도로부터의 데이터는, 스테레오 기능의 임의의 분석을 수행하기 전에, 폐기될 수 있다.
각각의 계단은, 대상이 응답한 시도의 횟수 및 (과제가 더 용이한 것으로부터 더 어려운 것으로 또는 그 반대로 스위칭되는) 반전의 수를 추적한다. 최대의 시도 횟수 또는 최대의 반전의 수에 도달할 때, 계단이 종료된다. 양 계단이 종료될 때, 데이터 수집의 주요 부분이 완료된다.
또한, 문턱값 초과의 일부 인자(예를 들어, 문턱값의 3배)에서, 교차 부동성과 비-교차 부동성을 구별할 수 있는 대상의 능력에 관한 추가적인 테스트를 실시할 수 있다. 이러한 경우에, 부동성 내의 쐐기가 (도 5에 도시된 바와 같이) 4개의 표적 위치 모두에서 제시되고, 배경 도트는 0의 부동성이다. 쐐기 중 3개는 하나의 방향의 (교차 또는 비-교차) 부동성이고, 나머지는 다른 방향의 겉도는 쐐기(odd-one-out wedge)이다. 이어서, 대상은 겉도는 것을 식별한다. 이는, 대상이 특정 수의 응답(예를 들어, 12번) 또는 더 적은 수의 정확한 응답(예를 들어, 6번)에 도달할 때까지 테스트할 것이다. 이어서, 이러한 교차/비교차 부동성 구별 과제에서의 능력의 측정으로, 대상의 거동이 전환될 수 있다.
이어서, (도 1의 단계(106)에서의) 실험 중에 수집된 데이터가 임의의 적합한 방식으로 제시될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c는 수집된 데이터를 제시 및 분석하는 하나의 방법을 도시한다. 일 실시형태에서, 수집된 데이터는 3개의 열을 갖는 표를 형성한다: 제1 열 내의 (아크 초(arc second)의) 자극 부동성, 제2 열 내의 각각의 부동성에서 테스트된 시도의 횟수, 및 제3 열 내에서 각각의 부동성에서의 정확한 응답의 수. 이어서, 데이터는, 전술한 바와 같은 임의의 적합한 피팅 루틴을 이용하여, 도 6a에 도시된 바와 같이, 적합한 정신 측정 함수(예를 들어, 로지스틱 함수(logistic function))(602)로 피팅될 수 있다. 정신 측정 함수(602) 피팅은 대상의 부동성 문턱값의 추정을 출력한다. 부트스트랩핑(bootstrapping)을 또한 이용하여 문턱값 추정의 표준 오류 및 신뢰도 간격을 계산할 수 있다.
또한, 그러한 문턱값 및 오류는, 일상적인 분석이 실패하였을 때 그리고 그 대신 보다 견고한 이차적인 분석으로부터의 척도를 이용하여야 할 때, 평가를 위해서 이용될 수 있다. 이러한 이차적인 분석은 각각의 부동성에서 환자에 의해서 달성된 퍼센트-정확도 점수에서 계산을 실시할 수 있고, 그에 따라 정신 측정 함수 피팅으로부터 획득될 수 있는 문턱값의 범위를 갖는 복합 스케일을 형성하는 능력의 측정을 제공할 수 있다. 능력 개선에 따라, 환자는 스케일의 그러한 부분으로부터, 그들의 능력이 정신 측정 함수에 의해서 특성화될 수 있는 부분으로 전환될 수 있다.
다시 말해서, 일부 대상들에서, 602에서와 같은 정신 측정 함수의 피팅을 성공적으로 억제하지 못할 수 있다. 이러한 경우에, 문턱값의 추정과 연관된 오류가 커질 것이다. 그러나, 이러한 경우에도, 대상의 능력의 일부 측정을 제공할 수 있는 것이 유용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 견고한 분석이 각각의 경우에 요구될 수 있다. 일부 실시형태에서, 적절히 견고한 측정이, (다각형을 수평으로 일부 임의의 큰 x-값까지 연장시키는 부가적인 최우측 지점을 갖는) 대상의 퍼센트-정확도 데이터와 (본원에서 25% "추정" 라인으로도 지칭되는) 우연한 능력(chance performance)을 나타내는 라인 사이의 면적을 계산하는 것에 의해서 도출될 수 있다. 이러한 면적은 사다리꼴 적분을 이용하여 계산될 수 있다. 도 6b는 견고한 면적-기반의 측정 방법을 도시한다. 도 6b에서, x-축은 면적 계산 전에 log2 변환될 수 있다. 면적 계산에 과도한 영향을 미치는 이상점(outlier point)을 방지하기 위해서, 비모수 부트스트랩핑(nonparametric bootstrapping)이 원래의 시도별 데이터(raw trial-by-trial data)로부터 실시될 수 있고, 그러한 재샘플링된 부트스트랩 데이터 세트로부터 계산된 중간값 면적이 사용될 수 있다. 계산된 면적이, 피팅된 정신 측정 함수 문턱값과 매우 상호 관련된다는 것을 발견하였다. 정신 측정 함수 피팅으로부터의 문턱값 및 오류는, 일반적인 분석(예를 들어, 로지스틱 함수 피팅)이 실패하고 더 견고한 분석으로부터의 측정이 대신 이용되어야 하는 때를 평가하기 위해서 이용될 수 있다. 당업자는, 도 6b에 도시된 사다리꼴 적분 방법이 단지 예시적인 외삽 방법이라는 것을 인식할 것이다. 본 개시 내용의 범위로부터 벗어나지 않고도, 다른 방법을 이용하여, 함수가 피팅될 수 없는 데이터를 분석할 수 있다.
또한, 이러한 이차적인 측정은 복합 능력 스케일(또는 복합 능력 축)을 생성하기 위해서 이용될 수 있다. 그러한 스케일은 (주어진 최대치까지) 602에서와 같은 정신 측정 함수로부터 추정된 문턱값에 상응하는 제1 부분, 및 더 견고한 분석으로부터의 값을 포함하도록 스케일이 확장되는 제2 부분을 가질 수 있다. 도 6c는 이러한 복합 스케일을 도시하고, 여기에서 제1 부분은, 정신 측정 함수의 피팅을 통해서 측정될 수 있는 능력의 레벨을 제공한다. 스케일의 제2 부분은 문턱값을 외삽하고, 스케일의 해당 부분 상의 대상의 위치는 경계 면적 방법(bounded area method)을 이용하여 결정된다. 능력 개선에 따라, 환자는 스케일의 그러한 부분으로부터, 그들의 능력이 정신 측정 함수에 의해서 특성화될 수 있는 부분으로 전환될 수 있다.
일 실시형태에서, 그에 따라, (도 1의 단계(106)에서 실시된 그리고 전술된 바와 같은) 대상 데이터의 분석의 전체적인 결과가 이하로 구성될 수 있다: (1) 테스트를 관리하는 사람이 대상의 능력의 개괄(view)을 파악할 수 있게 하는, 602에서와 같은 정신 측정 함수의 그래프; (2) 연관된 표준 오류 및 신뢰도 간격을 갖는, 스테레오스코픽 부동성을 검출하기 위한 문턱값의 추정; (3) 데이터가 피팅될 수 없는 대상의 스테레오 능력의 백업 표시자로서 이용되는, 대상의 데이터 지점과 25% 추정 라인 사이의 면적으로부터 도출된 측정; 및 (4) 6/6(즉, 완벽한 점수)과 0/12(즉, 3/12일 수 있는, 우연성 미만의 점수) 사이인, 깊이-방향 구별 과제에 관한 점수.
당업자는, 도 6a 내지 도 6c에 도시되고 전술된 방법이 스테레오 비전을 위한 임의의 유형의 테스트와 함께 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 즉, 데이터가 상이한 부동성 레벨들에서 수집될 수 있고, 그에 따라 각각의 레벨에서의 환자의 능력을 나타낼 수 있다. 이어서, 데이터는, 전술한 바와 같은 임의의 적합한 피팅 루틴을 이용하여, 도 6a에 도시된 바와 같이, 로지스틱 정신 측정 함수(602)로 피팅될 수 있다. 수집된 데이터는 본원에서 설명된 스테레오 비전 테스트로부터 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 유형의 스테레오 비전 테스트로부터의 것일 수 있다. 그러한 분석은 새로운 그리고 통상적인 테스팅 방법을 이용하여 더 정확한 데이터가 환자로부터 수집되게 할 수 있다.
본원에서 설명된 시스템 및 방법은 시각적 필드 내의 상이한 위치들에서 스테레오 능력을 측정할 수 있도록 더 확장될 수 있다. 이는, 부동성에 대한 민감도의 국소적인 손실을 유발하는 질병을 위한 진단 툴로서의 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 하나의 눈의 망막에 영향을 미치는 질환이, 대상이 영향을 받는 위치에서 부동성 정보를 이용하는 것을 방지할 수 있다. 이는, 달리 가능한 것보다, 더 이른 스테이지에서 망막의 변형이 식별되게 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시 내용은 이미지 내의 부동성의 깊이를 검출할 수 있는 환자의 능력을 측정한다. 부동성으로부터의 깊이의 인식은 2개의 눈 내의 망막의 상응 영역으로부터의 양립 가능한 입력(compatible input)을 필요로 한다. 망막의 질병이 하나의 눈의 출력의 품질을 저하시키는 경우에(또는 그러한 출력이 달리 다른 눈의 출력에 더 이상 상응하지 않게 하는 경우에), 이는 저하 위치에서 스테레오 시력을 손상시킬 것이다. 이러한 방식으로 망막을 변성시킬 수 있는 질병의 예는 황반 변성, 녹내장, 및 당뇨병성 망막병증을 포함한다. 이러한 질병의 적절한 치료는, 조기의 검출 및 질병 진행을 모니터링할 수 있는 능력 모두에 의해서 도움을 받을 수 있다. 현재의 임상적 실무에서, 시각적 필드의 상이한 영역들의 건강이 다양한 방식으로 평가될 수 있다. 이는 Amsler 그리드를 포함하고, 여기에서 정사각형 그리드가 환자에게 제시되고 환자는 외관에서의 임의의 이상을 보고하도록 요청받는다. 우선 과민성 주변법(Preferential Hyperacuity Perimetry)이 유사한 원리로 작용하고; 환자에게 도트의 행이 제시되고 직선과의 임의의 편차를 나타내도록 요청된다. 이러한 양 테스트는 환자의 시각적 인식에 관한 환자의 주관적인 보고에 의존한다. 또한, 환자에게 시각적 필드 내의 상이한 위치들에서 표적(점멸하는 조명 또는 다른 휘도-콘트라스트 자극)이 제시되고 각각의 위치에서 표적을 검출할 수 있는 환자의 능력이 점수화되는, 시각적 필드 테스트가 있다. 이러한 테스트는, 인식 대상이 가시적이지만 왜곡되는 경우 또는 추후에 뇌 영역이 왜곡되거나 응답이 없는 영역을 "인식적으로 채우는(perceptually fills-in)" 경우를 식별하지 못할 것이다. 또한, 각각의 눈이 별도로 테스트되어야 한다.
본 개시 내용에 따른 방법은, 스테레오 시력이 일반적인 건강한 양안 비전에서 예상되는 것보다 상당히 나쁜 시각적 필드의 영역들을 식별하기 위해서 양안 부동성에 대한 민감도를 이용한다. 이는, 하나의 또는 양쪽 눈의 망막 이상이 해당 위치에서의 비전에 영향을 미친다는 것을 나타낼 수 있다. 깊이의 인식을 초래하는 위치적 이동이 매우 작을 수 있기 때문에, 본원의 테스트는, 이러한 이동과 간섭하는 비교적 사소한 망막 변화에 대해서도 민감하여야 한다. 본 방법은, 짧은 시간에 시각적 필드 내의 관심 지역을 테스트하기 위한 최적의 알고리즘을 기초로 한다. 테스트는 또한, 양쪽 눈이 동시에 테스트될 수 있고, 그에 따라 환자가 추가적인 스크리닝을 필요로 하는 지의 여부를 식별하는데 필요한 시간을 더욱 단축할 수 있다는 장점을 갖는다. 시각적 필드에 걸친 민감도에서 획득된 맵은, 비정상적 인식 대상을 본 환자의 보고에 의존하지 않는다. 그 대신, 이는 각각의 위치에서 스테레오스코픽 부동성을 볼 수 있는 대상의 능력에 관한 더 객관적인 테스트이다.
시각적 필드에 걸친 스테레오 능력의 테스팅은, 대상이 원래의 테스트에서 해당 부동성을 신뢰 가능하게 검출할 수 있다는 것을 확인한 후에, 단일 부동성에서 실행될 수 있다. 일 실시형태에서, 표적은, 고정 지점 주위의 10개의 위치에 제시된 디스크일 수 있다. 각각의 시도에서, 대상에게 하나의 디스크 내지 4개의 디스크가 보여질 수 있다. 대상은, 그들이 볼 수 있는 디스크의 개수로 응답한다. 이어서, 엔트로피-최소화 알고리즘이, 대상이 시도들에서 계속적으로 카운트하지 못한 디스크를 알아낼 수 있다. 이는, 프로그램이 추가적인 테스트를 위해서 이러한 위치(즉, 결함이 의심되는 위치)에 집중할 수 있게 한다.
일부 실시형태에서, 상이한 위치들에서 스테레오 능력을 측정하는 시스템 및 방법을 이용하여, 황반 변성, 당뇨병성 망막병증, 또는 눈의 비대칭적인 변성을 유발하는 다른 질환을 측정할 수 있다.
일부 실시형태에서, 시각적 필드에 걸친 테스팅이 다수의 부동성에서 실행될 수 있다. 예를 들어, 전술한 디스크를 이용하는 전체 테스팅 방법이 다수의 부동성에서 실시될 수 있다. 그러한 테스팅은, 환자가 시각적 필드 내의 각각의 위치에서 인식할 수 있는 부동성을 결정할 수 있다. 따라서, 눈의 스테레오 능력의 맵이 만들어지게 할 수 있다. 이러한 맵은, 변성이 발생되었을 수 있는 취약 지역이 식별되게 할 수 있다. 일부 실시형태에서, 시각적 필드에 걸친 테스팅이 단일 부동성에서 실행될 수 있다. 그러한 테스팅은, 예를 들어 표적의 크기 또는 표적이 디스플레이되는 지속시간이 다른 변형예를 포함할 수 있다. 이러한 테스트는 또한 상이한 영역들에서의 능력의 문턱값이 확립되게 할 수 있다. 따라서, 본 시스템 및 방법은 취약한/강한 지역이 식별되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 눈의 시각적 필드에 걸친 상이한 지역들에 대해서 취약성/강건성이 측정되게 할 수 있다.
일부 실시형태에서, 테스트는, 눈이 상이한 강건성들을 가지는 지역을 식별할 수 있다. 이는, 하나의 눈이 해당 위치에서 손상/부상/변성된 것을 나타낼 수 있다. 테스트는 어느 눈이 변성되었는지를 나타낼 수 있거나, 다른 이미징 또는 테스팅 절차를 이용하여 어느 눈이 변성되었는지를 결정할 수 있다.
도 7은 도 1을 참조하여 전술한 방법(100)을 구현하기 위한 컴퓨팅 장치(700)의 예시적인 실시형태이다. 컴퓨팅 장치(700)는 프로세싱 유닛(702), 및 컴퓨터-실행 가능 명령어(706)를 저장한 메모리(704)를 포함한다. 프로세싱 유닛(702)은, 컴퓨팅 장치(700) 또는 다른 프로그래밍 가능 기구에 의해서 실행될 때, 명령어(706)가 본원에서 설명된 방법에서 특정된 기능/작용/단계를 실행하도록 일련의 단계가 실시되게 하는 임의의 적합한 장치를 포함할 수 있다. 프로세싱 유닛(702)은, 예를 들어, 임의의 유형의 범용 마이크로프로세서 또는 마이크로제어기, 디지털 신호 프로세싱(DSP) 프로세서, CPU, 집적 회로, 필드 프로그래머블 게이트 어레이(FPGA), 재구성 가능 프로세서, 다른 적합한 프로그래밍된 또는 프로그래밍 가능 로직 회로, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
메모리(704)는 임의의 적합한 알려진 또는 다른 기계-판독 가능 저장 매체를 포함할 수 있다. 메모리(704)는 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체, 예를 들어, 그러나 비제한적으로, 전자, 자기, 광학, 전자기, 적외선, 또는 반도체 시스템, 기구 또는 장치, 또는 전술한 것의 임의의 적합한 조합을 포함할 수 있다. 메모리(704)는 장치의 내부 또는 외부에 위치되는 임의의 유형의 컴퓨터 메모리의 적합한 조합, 예를 들어 랜덤-엑세스 메모리(RAM), 리드-온리 메모리(ROM), 전기-광학 메모리, 마그네토-광학 메모리, 소거 가능 프로그래머블 리드-온리 메모리(EPROM), 및 전기-소거 가능 프로그래머블 리드-온리 메모리(EEPROM), 강유전체 RAM(FRAM) 또는 기타를 포함할 수 있다. 메모리(704)는, 프로세싱 유닛(702)에 의해서 실행될 수 있는 기계-판독 가능 명령어(706)를 검색 가능하게 저장하는데 적합한 임의의 저장 수단(예를 들어, 장치)를 포함할 수 있다.
구분된 데이터 신호 연결부를 통해서 서로 통신하는 구분된 구성요소들의 그룹으로 블록도로 도시되었지만, 당업자는, 본 실시형태가 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소의 조합에 의해서 제공되고, 일부 구성요소가 하드웨어 또는 소프트웨어 시스템의 주어진 기능 또는 동작에 의해서 구현되며, 도시된 많은 데이터 경로가 컴퓨터 애플리케이션 또는 운영 시스템 내의 데이터 통신에 의해서 구현된다는 것을 이해할 것이다. 그에 따라, 도시된 구조는 본 실시형태의 효율적인 교시를 위해서 제공된 것이다.
도 14는, 전술한 형상 중 임의의 형상을 이용할 수 있는 시각적 자극의 대안적인 실시형태를 도시한다. 특히, 이러한 시각적 자극은, 도 11 및 도 12에 도시된 것과 같은, 링 도트 또는 임의의 형상의 도트를 이용할 수 있다.
도 11a 및 도 11b에서 설명된 것과 같은 링 도트가 스테레오 테스트의 변형예에서 이용될 수 있다. 변형 자극 테스트에서, 도 14에 도시된 양안 표상을 이용하여 4개의 링이 대상에게 제시될 수 있다. "좌측 눈 이미지"가 좌측 눈에 제시될 수 있고, "우측 눈 이미지"가 우측 눈에 제시될 수 있다. 이는 2개의 스크린의 이용에 의해서, 전술한 바와 같은 특수 안경의 이용에 의해서, 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 수단의 이용에 의해서 이루어질 수 있다. 스테레오스코픽 부동성으로 제시하기 위해서, 링의 위치가 이동될 수 있다. 양 이미지들이, 0의 부동성에서 설정될 수 있는, 자극 링을 둘러싸는 패터닝된 링을 포함할 수 있다. 패터닝된 링은 기준 평면을 형성할 수 있다. 링을 관찰하는 환자는, 어떠한 링이 다른 링과 다른 깊이 평면에 있는지를 검출하는 과제를 가질 수 있다. 도 14에 도시된 예시적인 실시형태에서, 최좌측의 링이 표적일 수 있다. 도 12a 내지 도 12c에 도시된 것과 같은 임의의 형상의 도트가 또한 이러한 스테레오 테스트와 함께 이용될 수 있다.
이러한 스테레오 테스트를 이용하여, 전술한 도트를 이용하여 조사하기 어려운 문제를 조사할 수 있다. 예를 들어, 링 도트는, 무작위적인 도트 스테레오 테스트에서 필요한 것보다 작은 스크린 상에서 생성될 수 있다. 또한, 2개의 눈에 의해서 보이는 링들 사이의 일치가 무작위적인 도트 자극의 경우보다 덜 모호할 수 있다. 계단 루틴과 같은 측정 절차 그리고 신뢰도 간격을 획득하기 위한 피팅 및 부트스트랩과 같은 분석은 무작위적인 도트를 갖는 버전에서 사용된 것과 유사할 수 있다.
전술한 방법 및 시스템은 많은 장점을 제공할 수 있다. 특히, 이들은 스테레오 비전 테스트에서 부정행위를 방지할 수 있다. 전술한 바와 같이, 무작위적 도트 테스트는, 2개의 눈들 사이에서 대략적으로 동일하나 이동된 작은 퍼센티지의 도트를 포함하는 복수의 도트를 포함할 수 있다. 또한, 도트가 흐릿해진 연부를 가질 수 있다. 유사하게, 전술한 링은 퍼지 연부 및 평균이 0인 휘도를 가질 수 있다. 따라서, 무작위적 도트 테스트 및 링 테스트 모두에서, 환자는 스테레오 비전 이외의 수단을 통해서 표적 답변을 인식하기 어려울 수 있다. 그에 따라, 스테레오 비전을 가지지 않는 환자는 부정확하게 답변할 것인 반면, 스테레오 비전을 갖는 환자는 정확하게 답변할 것이다. 이는 테스트의 위음성 또는 위양성 답변을 방지할 수 있고, 테스트를 더 정확하게 만들 수 있다. 또한, 의료 전문가 또는 다른 운영자가 테스팅을 감독하지 않는 원격 의료 또는 스크리닝 적용예에서, 테스트가 더 유용해질 수 있다. 이는, 테스트가 이용될 수 있는 환자의 범위(pool)를 확대할 수 있다.
또한, 본원에서 개시된 방법 및 시스템은, 통상적인 시스템 및 방법보다, 나쁜 시력을 갖는 환자에게 더 적합할 수 있다. 도 4a 내지 도 4f에 도시된 바와 같이, 시력이 나쁜 환자는, 하드-연부형 도트의 이미지를 볼 때 보다, 공간적으로 필터링된 도트의 이미지를 볼 때 결함을 덜 느낀다. 공간적으로 필터링된 도트의 연부들이 이미 흐릿하기 때문에, 환자는 고주파수 정보의 손실에 의해서 불리해지지 않는다. 이는, 이들이, 나쁜 시력을 교정하거나 보상할 필요가 없이, 시력이 나쁜 환자와 함께 사용될 수 있게 한다. 이는, 시스템 및 방법이 이용될 수 있는 잠재적인 환자를 확대할 수 있고 및/또는 시력을 교정하기 위한 부가적인 단계가 없이도 이용될 수 있게 한다. 도트의 대역통과 성질은, 상이한 공간적 스케일들에서 스테레오 비전을 평가하기 위한 "피크" 공간적 주파수의 범위에서의 테스팅 가능성을 추가적으로 연다.
또한, 본원에서 개시된 방법 및 시스템은 시각적 자극의 요소가 서브-픽셀 증분만큼 이동되게 할 수 있다. 이는, 스테레오 기능의 더 정확한 측정이 이루어지게 할 수 있다. 특히, 환자가 스테레오스코픽적으로 볼 수 있는 것으로부터 스테레오스코픽적으로 볼 수 없는 것으로 전이되는 지점이 식별되게 할 수 있다. 본원에서 개시된 분석 방법은 또한, 다양한 테스트를 이용하여, 그러한 정확한 측정이 다양한 상황에서 이루어지게 할 수 있다.
본 발명이 방법으로서 실행될 수 있고, 시스템에서 및/또는 컴퓨터 판독 가능 매체 상에서 구현될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 전술한 방법의 실시형태는 단지 예시를 위한 것이다. 그에 따라, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한되도록 의도된다.
Claims (35)
- 스테레오 비전 측정을 위한 컴퓨터-구현 방법으로서, 프로세싱 유닛, 디스플레이 장치, 및 상기 프로세싱 유닛에 통신 가능하게 커플링된 메모리를 포함하는 컴퓨팅 장치에서:
스테레오 기능을 격리시키도록 구성된 둘 이상의 공간적으로 필터링된 요소로 이루어진, 3-차원적인 시각적 자극을 제공하는 단계 - 상기 3-차원적인 시각적 자극은 색채 애너글리프 이미지임 -;
상기 디스플레이 장치를 통해서, 상기 3-차원적인 시각적 자극을 사용자에게 디스플레이하는 단계;
상기 3-차원적인 시각적 자극을 상기 사용자에게 디스플레이하는 동안:
상기 디스플레이 장치를 통해서, 상기 3-차원적인 시각적 자극에 대응하는 과제를 디스플레이하는 단계; 및
상기 3-차원적인 시각적 자극에 대응하는 상기 디스플레이된 과제를 수행하기 위해 하나 이상의 입력의 세트를 수신하는 단계;
상기 3-차원적인 시각적 자극에 대응하는 상기 디스플레이된 과제를 수행하기 위해 상기 하나 이상의 입력의 세트를 수신하는 것에 응답하여, 상기 디스플레이된 과제를 수행하기 위한 상기 하나 이상의 입력의 세트와 연관된 데이터를 저장하는 단계; 및
상기 디스플레이된 과제를 수행하기 위한 상기 하나 이상의 입력의 세트와 연관된 데이터를 저장한 후:
상기 저장된 데이터에 기초하여 상기 사용자의 스테레오 능력을 결정하는 단계 - 상기 사용자의 상기 스테레오 능력을 결정하는 단계는 미리 결정된 함수에 기초하여 상기 사용자가 스테레오스코픽 비전을 수행할 수 있는 문턱값을 결정하는 단계 및 상기 결정된 문턱값에 대한 연관된 오류를 결정하는 단계를 포함함 -; 및
상기 사용자의 상기 스테레오 능력의 결정 결과를 출력하는 단계;
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 3-차원적인 시각적 자극을 제공하는 단계는,
상기 3-차원적인 시각적 자극을 생성하는 단계; 및
상기 3-차원적인 시각적 자극을 상기 메모리로부터 검색하는 단계 중 하나 이상을 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 공간적으로 필터링된 요소는 공간적으로 필터링된 도트 요소인, 방법. - 제3항에 있어서,
상기 공간적으로 필터링된 도트 요소는, 등방성 로그-가보르 도트 요소, 가우시안 차이 도트 요소, 링 도트 요소, 공간 필터 및 이미지 물체의 콘볼루션, 및 적어도 2개의 음영의 요소로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 요소를 포함하는, 방법. - 제3항에 있어서,
상기 3-차원적인 시각적 자극을 제공하는 단계는, 상기 공간적으로 필터링된 도트 요소를 그리드 상에 배치하는 것 그리고 이어서 상기 공간적으로 필터링된 도트 요소의 각각을 무작위적인 양만큼 오프셋시키는 것에 의해서 상기 3-차원적인 시각적 자극을 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제5항에 있어서,
상기 공간적으로 필터링된 도트 요소 중 하나 이상은, 상기 요소를 서브 픽셀 부동성에서 제시하기 위해서, 상기 디스플레이 장치의 픽셀로부터 오프셋된 중심을 가지는, 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 둘 이상의 공간적으로 필터링된 요소의 일부는 제1 눈을 위한 제1 위치에서 그리고 제2 눈을 위한 제2 위치에서 나타나고, 상기 일부는 상기 3-차원적인 시각적 자극의 단일 영역 내에 위치되는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 둘 이상의 공간적으로 필터링된 요소 중 하나 이상이 상기 둘 이상의 공간적으로 필터링된 요소 중 둘 이상으로부터 오프셋되어 나타나는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 3-차원적인 시각적 자극을 제공하는 단계는,
둘 이상의 플레이스홀더 도트를 그리드 상에 배치하는 것;
상기 둘 이상의 플레이스홀더 도트의 각각을 무작위적인 양만큼 이동시키는 것; 그리고
상기 플레이스홀더 도트를 상기 둘 이상의 공간적으로 필터링된 요소를 생성하기 위한 함수로 콘볼브하는 것에 의해서 생성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
3-차원적인 시각적 자극을 제공하는 단계로서, 상기 3-차원적인 시각적 자극의 모두가 제1 부동성을 가지는, 단계; 상기 3-차원적인 시각적 자극을 상기 사용자에게 디스플레이하는 단계; 생성된 상기 3-차원적인 시각적 자극에 대응하는 상기 과제를 디스플레이하는 단계; 생성된 상기 3-차원적인 시각적 자극에 대응하는 상기 디스플레이된 과제를 수행하기 위해 상기 하나 이상의 입력의 세트를 수신하는 단계; 상기 디스플레이된 과제를 수행하기 위한 상기 하나 이상의 입력의 세트와 연관된 상기 데이터를 저장하는 단계; 및 상기 저장된 데이터에 기초하여 상기 사용자의 스테레오 능력을 결정하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 함수는 로지스틱 정신 측정 함수이고,
각각의 부동성에서 상기 사용자의 스테레오 능력을 저장하는 단계, 및 상기 로지스틱 정신 측정 함수를 부동성 대 각각의 부동성에서의 능력의 플롯에 피팅시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 미리 결정된 함수는 로지스틱 정신 측정 함수이고,
상기 연관된 오류는 부트스트랩핑을 통해서 결정되는, 방법. - 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제11항, 및 제13항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 적어도 하나의 프로세서에 의해서 실행될 수 있는 프로그램 코드가 저장되어 있는 컴퓨터 판독 가능 매체.
- 스테레오 비전 측정을 위한 시스템으로서,
프로세싱 유닛; 및
상기 프로세싱 유닛에 통신 가능하게 커플링되고, 제1항 내지 제6항, 제8항 내지 제11항, 및 제13항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 상기 프로세싱 유닛에 의해서 실행될 수 있는 컴퓨터-판독 가능 프로그램 명령어를 포함하는 메모리를 포함하는, 시스템. - 삭제
- 삭제
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