專利名稱：一種漢字視力表視標(biāo)的選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及漢字視力表視標(biāo)的選擇方法。

背景技術(shù)：
視力表是眼科診斷中最重要的工具之一。通過視力的測量一方面可以了解眼部的健康狀況，另一方面可以了解被檢者對日常閱讀文字的分辨能力。目前，在眼科臨床的視力檢查中，作為視力表的視標(biāo)有文盲E、字母及數(shù)字等。在許多以英語為第一語言的國家，英國標(biāo)準(zhǔn)字母和Sloan字母及數(shù)字較為通用。在國內(nèi)則以文盲E為視標(biāo)的視力表在臨床的視力測試中應(yīng)用最為廣泛。這些視標(biāo)設(shè)計(jì)的基本原理一致每一個筆畫占整個視標(biāo)高度的1/5，在設(shè)計(jì)距離，每個筆畫所對應(yīng)的視角為1弧分；視標(biāo)的增率采用幾何級數(shù)。由于人們獲取信息的最重要方式，是通過閱讀來實(shí)現(xiàn)的，用被檢者熟悉的文字來評估視力，則可以直接而充分地了解被檢者閱讀該種文字字體大小的閾值。因而，要獲得被檢者辨認(rèn)漢字的真正閾值，應(yīng)該選用漢字作為視標(biāo)。在以往設(shè)計(jì)的漢字視力表中，有以下兩類一類漢字視力表的特點(diǎn)是將漢字的筆畫加粗，使每一筆畫占據(jù)1/5漢字高度。由于該視標(biāo)采用了漢字，且包含了撇和捺結(jié)構(gòu)，比文盲E多了斜向筆畫，在一定程度上提高了國內(nèi)檢測被檢者閱讀漢字字體大小的閾值的精確度。但是，這種經(jīng)過加工后的漢字視標(biāo)完全不同于日常讀物中的漢字，所以其檢測結(jié)果與實(shí)際視力之間不可避免地存在著偏差。另一類是以筆畫數(shù)、字頻、字形等因素作為可視性的主要參考因素，但是，據(jù)有關(guān)研究可知，即使是具有相同筆畫數(shù)的漢字，對視覺系統(tǒng)并不一定具有相同的視覺刺激。由于視標(biāo)之間具有均一的可視性是視力表設(shè)計(jì)中的重要原則，因此，有必要選擇具有均一可視性的漢字作為同一張漢字視力表的視標(biāo)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種漢字視力表視標(biāo)的選擇方法，通過該方法選擇的漢字視標(biāo)具有更均一的可視性，使用該方法選擇的漢字視標(biāo)制作的漢字視力表能夠更加準(zhǔn)確地檢測被檢者閱讀漢字字體大小的閾值。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種漢字視力表視標(biāo)的選擇方法，其特征在于包含以下步驟 1)從常用的、筆畫數(shù)段最集中漢字中選取足夠個數(shù)的漢字； 2)將所選漢字用圖像處理軟件保存為統(tǒng)一的圖片格式； 3)分析每個漢字的空間頻率成分，并將其結(jié)果表示為不同空間頻率成分的二維分布，即頻譜能量分布圖； 4)對所有被上述初選漢字的各空間頻率的頻譜能量求均值，以此作為參照值，采用聚類分析將漢字圖像進(jìn)行聚類，從中選取與頻譜能量均值相似的一組漢字； 5)從上一步驟選出的漢字中選取同時具備橫向、垂直、斜向和弧形的筆畫的漢字作為漢字視力表視標(biāo)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果是由于漢字屬于表意文字，具有文字和圖像雙重特性，因而，漢字識別服從圖形辨認(rèn)的一般規(guī)律。現(xiàn)代視覺研究表明，人眼視覺系統(tǒng)對視覺圖形信息的處理具有空間頻率(即視標(biāo)粗密程度)通道分析特征，這些“通道”具有帶通濾波特性，即每個通道只對空間頻率中某一特定頻段有最佳反應(yīng)。而通道的選擇是自下而上地由圖像的信號來決定，并非由觀察者自上而下地進(jìn)行選擇。也就是說，圖形的空間頻率是決定視覺信息處理的重要變量。在應(yīng)用光學(xué)中，空間頻率是指每毫米所具有的光柵數(shù)，單位為線/毫米。在視覺研究領(lǐng)域中，它是指單位視角內(nèi)明暗條紋重復(fù)出現(xiàn)的周期數(shù)，或正弦狀濃淡變化的重復(fù)次數(shù)，單位周/度(cyclesper degree of visual angle，cpd)。一般而言，漢字字體大小相同時，筆畫數(shù)越多，其空間頻率越高；而筆畫數(shù)相同時，字體大小越小，其空間頻率越高，即使是字體大小相同，具有相同筆畫數(shù)的漢字，其空間頻率特性未必相同，因此，具有相同筆畫數(shù)的漢字對視覺系統(tǒng)并不一定具有相同的視覺刺激，而在本發(fā)明的漢字視力表視標(biāo)的選擇方法中，除了考慮筆畫數(shù)、字頻、字形等因素外，還通過對漢字圖像進(jìn)行空間頻率成分分析，從中選擇出各空間頻率的頻譜能量均值相似的漢字作為視標(biāo)，更符合人眼視覺系統(tǒng)對漢字識別、辨認(rèn)的一般規(guī)律，因此較以往漢字視標(biāo)選擇的方法更客觀、科學(xué)，通過該方法選擇漢字字標(biāo)的漢字視力表能夠更加準(zhǔn)確地檢測被檢者辨認(rèn)漢字大小的閾值。
下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。



圖1(a)是八畫漢字中“杯”字的BMP圖片； 圖1(b)是“杯”字的頻譜能量分布圖； 圖1(c)是“杯”字的各空間頻率成分的一維分布圖； 圖2是所選的40個中筆畫漢字的各空間頻率的頻譜能量均值圖； 圖3是漢字圖像的相似性及相互關(guān)系圖(注歐式距離＝圖中的數(shù)字*1013)； 圖4為4張漢字圖像的各空間頻率成分的一維分布圖； 圖5為A組10個漢字視標(biāo)的字體大小-辨認(rèn)準(zhǔn)確率擬合曲線； 圖6為A組頻譜能量均值圖，誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)差； 圖7為B組10個漢字視標(biāo)的頻譜能量均值圖，誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)差； 圖8為A、B兩組漢字閾值大小的均值圖，誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)差。
圖9為兩對比度漢字近視力表(少筆畫)； 圖10為兩對比度漢字近視力表(中筆畫)；
具體實(shí)施例方式 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，常用漢字中筆畫數(shù)絕大部分集中在7-9畫，即集中在中筆畫范圍，本實(shí)施例中從2500個常用漢字中選出該筆畫數(shù)段中所有的漢字共計(jì)172個。鑒于每個漢字視標(biāo)的選擇過程相同，在本具體實(shí)施例中僅以8畫中筆畫數(shù)漢字“杯”為例。如圖1所示，首先將“杯”字保存為統(tǒng)一的圖片格式，即同樣大小的圖片，字面在圖片中所占面積的大小相同，可以通過Adobe Photoshop7.1或其他圖像處理軟件將漢字保存為BMP或其他格式，如jpg格式等，(字的大小為300×300pixels，圖片大小為900X900 pixels)(圖1a)，然后，導(dǎo)入圖像，用二維矩陣z＝f(x，y)表示圖像的灰度，再采用快速傅立葉變換算法對圖像進(jìn)行傅立葉變換，使圖像從灰度分布空間變換到頻率分布空間，輸出圖像的頻率分布圖及數(shù)據(jù)，并將其結(jié)果表示為不同空間頻率成分的二維分布，即頻譜能量分布圖(1b)，所謂的“頻譜能量”是指在不同空間頻率下所含成分強(qiáng)度的相對分布，頻譜能量分布圖上我們看到的明暗不一的亮點(diǎn)，實(shí)際上圖像上某一點(diǎn)與鄰域點(diǎn)差異的強(qiáng)弱，即梯度的大小，也即該點(diǎn)的頻率的大小，可以這么理解，圖像中的低頻部分指低梯度的點(diǎn)，高頻部分相反。圖中白色程度代表能量分布，即越白表示能量越強(qiáng)，表明了該漢字在該區(qū)空間頻率下的成分越多，圖1b則表示在水平方向有更多的空間頻率成分。上述空間頻率成分分析過程可以采用利用傅里葉頻譜分析原理開發(fā)的MATLAB程序在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行；接著對所有具有相同空間頻率不同方位的成分取均值，并得到各空間頻率成分的一維分布圖1(c)。圖中表示在1.65和1.98cpl頻率段具有較高的能量分布。按上述過程和方式對其余的初選漢字進(jìn)行空間頻率成分分析，然后分別對所有的初選漢字的各空間頻率的頻譜能量求均值，如圖2所示，以此作為參照值，采用聚類分析將漢字圖像進(jìn)行聚類。在聚類分析中，最常用的就是距離的相似性，其中，比較常用的是歐式距離平方和歐式距離(Euclidean distance)。因?yàn)闅W氏距離可以比較好地描述知覺過程中的心理相似性，因此我們把漢字圖像灰度矩陣間的歐氏距離作為度量相似性的指標(biāo)。兩個圖像灰度矩陣間的歐式距離定義如下 如果xi和yi數(shù)值接近，相似程度高，歐氏距離就比較小；如果它們數(shù)值相差大，相似程度低，則歐氏距離會比較大。以圖3中的4幅漢字圖像為例，各圖像間的歐式距離如圖4所示，“府”、“揮”和“禿”三者之間的歐式距離小，它們各自和“順”之間的歐式距離大。通過聚類分析后，從中選取與各空間頻率的頻譜能量均值相似的一組漢字40個。由于理想的視標(biāo)應(yīng)該同時具備橫向、垂直、斜向和弧形的筆畫，因此，在上漢字中選擇出盡可能同時包含橫、豎、撇、捺和弧形結(jié)構(gòu)(至少包含橫、豎、撇和弧形結(jié)構(gòu)或包含橫、豎、捺和弧形結(jié)構(gòu))的漢字作為漢字視力表的備選視標(biāo)，共20個，即覺、孩、鄭、怪、秀、際、構(gòu)、擾、怎、轉(zhuǎn)、腎、炊、擇、染、秋、賀、軟、祝、項(xiàng)、保。圖10為選用其中十個漢字視標(biāo)制作的兩對比度漢字近視力表(中筆畫)。
為了適合少年兒童使用，適應(yīng)他們的識字水平，可以選用筆畫數(shù)較少(少筆畫)的漢字作為漢字視標(biāo)，如筆畫數(shù)段集中在2-4畫的漢字，通過上述相同的方法和步驟，最后選出“文、毛、又、五、尺、才、天、長、木、片、衛(wèi)、不、斤、欠、萬、勻、友、刀、父、月”等20個漢字作為漢字視力表的備選視標(biāo)。圖9為選用其中十個漢字視標(biāo)制作的兩對比度漢字近視力表(少筆畫)。
下面將用經(jīng)過本方法選出的漢字視力表視標(biāo)與現(xiàn)有的漢字閱讀視力表視標(biāo)做比較，對比兩組各自視標(biāo)之間的可視性。其中A組視標(biāo)是通過經(jīng)過本方法選出的各空間頻率所對應(yīng)的頻譜能量相似的10個漢字(孩、鄭、怪、構(gòu)、腎、擇、染、秋、軟、祝)；B組是從現(xiàn)有的漢字閱讀視力表中隨機(jī)取得的10個漢字(四、九、老、年、你、走、把、我、請、因)。通過比較每組漢字的頻譜能量和閾值大小驗(yàn)證組內(nèi)漢字圖像各空間頻率所對應(yīng)的頻譜能量的差異對漢字間閾值大小的影響，說明作為同一張漢字視力表的視標(biāo)具有相似空間頻率特性的重要性。
比較方法 分別將A組和B組的10個視標(biāo)進(jìn)行傅里葉頻譜分析，獲取每組漢字各空間頻率所對應(yīng)的頻譜能量均值和標(biāo)準(zhǔn)差。
分別以所選的A組和B組的10個漢字視標(biāo)的平均視敏度閾值為參考值，將每個漢字制作6種字體大小的漢字圖片。呈現(xiàn)順序?yàn)閺淖煮w小到大呈現(xiàn)，每種字體大小中每個字分別呈現(xiàn)10次。被試者坐在距離顯示器3m處，讓其盡量辨認(rèn)屏幕上出現(xiàn)的每個漢字，待被試說出所看到的漢字后即切換到下一張漢字圖片，實(shí)驗(yàn)中予適當(dāng)休息。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后統(tǒng)計(jì)每個漢字圖片在不同字體大小時的辨認(rèn)準(zhǔn)確率，每個漢字辨認(rèn)準(zhǔn)確率＝說對的個數(shù)×100％/10。
選28名被試者對每個字不同字體大小時的辨認(rèn)準(zhǔn)確率的平均值，并用心理物理學(xué)研究常用的韋伯函數(shù)(Weibull function)進(jìn)行擬合，得到字體大小——辨認(rèn)正確率曲線。其擬合方程為P＝1-(1-γ)e-(x/tb)β，P指的是辨認(rèn)正確率，γ是猜測可能率(因?yàn)楸辉囌呶幢桓嬷粶y的字是哪些字，且漢字總體數(shù)目龐大，故其猜測可能性近似于0)，x代表的是視標(biāo)的大小(以其整體高度所對應(yīng)的視角來表示，單位分)，β是擬合后所得心理物理學(xué)曲線的斜率，tb是指在曲線上臨界正確率63.2％(當(dāng)x＝tb時所得的P值)所對應(yīng)的視標(biāo)大小。漢字?jǐn)M合曲線見圖5。從tb值的含義可知tb值越大，則欲達(dá)到相同的辨認(rèn)準(zhǔn)確率所需要的視標(biāo)越大，即該字的易讀性越小，反之亦然。通過上述擬合函數(shù)獲取A組和B組的每個漢字的閾值大小，閾值大小定義為每個漢字被辨認(rèn)的正確率為63.2％時所對應(yīng)的視標(biāo)大小，字體大小以point(pt)表示。
A、B兩組各空間頻率所對應(yīng)的頻譜能量的標(biāo)準(zhǔn)差采用配對t檢驗(yàn)。
比較結(jié)果如下 1、A組10個漢字各空間頻率的頻譜能量的標(biāo)準(zhǔn)差見表1和圖6； 表1.A組10個漢字的頻譜能量均值和標(biāo)準(zhǔn)差
B組10個漢字各空間頻率的頻譜能量的標(biāo)準(zhǔn)差表見表2和圖7。
表2B組10個漢字各空間頻率成分所對應(yīng)的頻譜能量均值和標(biāo)準(zhǔn)差
由上兩表數(shù)據(jù)可知，A組的標(biāo)準(zhǔn)差比B組的小，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t(13)＝3.194，p＜0.01)。
2、A組和B組漢字的閾值大小和標(biāo)準(zhǔn)差見表3； 表3.A組和B組漢字的閾值大小
A、B兩組均值和標(biāo)準(zhǔn)差見圖8。
由以上圖表可知，A組10個漢字間的各空間頻率的頻譜能量分布相似，說明A組所有漢字對視覺系統(tǒng)具有相似的視覺刺激；而B組10個漢字各空間頻率的頻譜能量標(biāo)準(zhǔn)差大，說明B組10個漢字對視覺系統(tǒng)具有不同的刺激。通過漢字認(rèn)知的心理物理學(xué)測試發(fā)現(xiàn)A組漢字間具有非常相似可視性；而B組漢字間可視性的相似性低。這說明漢字視標(biāo)間具有相似空間頻率特性是保證視標(biāo)之間具有相似可視性的重要因素。因此，通過漢字圖像的傅里葉頻譜分析，以漢字圖像的各空間頻率的頻譜能量相似作為篩選視標(biāo)的主要原則，不僅反映了視覺的生理特點(diǎn)，而且符合了視覺系統(tǒng)具有的傅里葉頻譜分析特性。因此，這個方法應(yīng)用于漢字視標(biāo)的篩選具有重要的意義。
權(quán)利要求
1、一種漢字視力表視標(biāo)的選擇方法，其特征在于包含以下步驟
1)從常用的、筆畫數(shù)段最集中漢字中選取足夠個數(shù)的漢字；
2)將所選漢字用圖像處理軟件保存為統(tǒng)一的圖片格式；
3)分析每個漢字的空間頻率成分，并將其結(jié)果表示為不同空間頻率成分的二維分布，即頻譜能量分布4)對所有被上述初選漢字的各空間頻率的頻譜能量求均值，以此作為參照值，采用聚類分析將漢字圖像進(jìn)行聚類，從中選取與頻譜能量均值相似的一組漢字；
5)從上一步驟選出的漢字中選取同時具備橫向、垂直、斜向和弧形的筆畫的漢字作為漢字視力表視標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及漢字視力表視標(biāo)的選擇方法。本方法通過先將漢字轉(zhuǎn)化為圖片格式后進(jìn)行空間頻率成分分析，然后對各空間頻率的頻譜能量求均值，并采用聚類分析將漢字圖像進(jìn)行聚類，選取與頻譜能量均值相似的一組漢字，從中選取同時具備橫向、垂直、斜向和弧形的筆畫的漢字作為漢字視力表視標(biāo)。在本發(fā)明的漢字視力表視標(biāo)的選擇方法中，除了考慮筆畫數(shù)、字頻、字形等因素外，還通過對漢字圖像進(jìn)行空間頻率成分分析，從中選擇出各空間頻率的頻譜能量均值相似的漢字作為視標(biāo)，更符合人眼視覺系統(tǒng)對漢字識別、辨認(rèn)的一般規(guī)律，使用該方法選擇的漢字視標(biāo)制作的漢字視力表能夠更加準(zhǔn)確地檢測被檢者閱讀漢字字體大小的閾值。
文檔編號A61B3/02GK101313843SQ20081006312
公開日2008年12月3日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者王晨曉, 賀極蒼, 帆 呂, 佳 瞿 申請人:溫州醫(yī)學(xué)院眼視光研究院