本實用新型涉及一種視力檢查裝置，尤其是一種嬰幼兒全自動視力檢查的裝置。

背景技術(shù)：

視力即視銳度，主要反映黃斑區(qū)的視功能。視力檢查對于眼科疾病的早期發(fā)現(xiàn)，早期治療有非常重要的意義。人類視覺的發(fā)育過程為：(1)懷孕期第4周，胎兒視覺形成；(2)新生兒：出生到1周內(nèi)視力為0.01～0.02，一個月大的嬰兒視力為0.05～0.1，出生到3個月之間，眼球并不會固視，而會被臉孔、明亮或運動的物體所吸引；(3)3個月：大多數(shù)幼兒的視覺可以很平穩(wěn)的“跟隨”運動的物體，也能將視線固定在物體上。色彩、運動的物體都能吸引幼兒；(4)3～6個月：視網(wǎng)膜已有很好的發(fā)育，幼兒能由近看遠，再由遠看近，物體的細微部位也能看清楚；(5)6個月：眼睛已有成年人的2/3大，看物體是雙眼同時看，從而獲得正常的“雙眼視覺”；(6)1歲：視力大概0.1～0.3；(7)3歲的正常視力約為0.6～0.8；(8)4歲的正常視力約為0.8～1.0.3歲時；(9)5～7歲：正常視力為1.0.若無法達到正常視力，則需查出原因，若發(fā)現(xiàn)有弱視，通過積極的治療，尚會取得好的結(jié)果；(10)8～9歲：視力發(fā)育已基本完成，若此時才發(fā)現(xiàn)有弱視或沒有立體視覺，則矯正的機會就不樂觀了。

但對于年齡較小的嬰幼兒，尤其是3歲以內(nèi)的嬰幼兒，由于受年齡、智力、理解能力、表達能力、心理狀態(tài)及環(huán)境條件等多種因素的影響，視力的檢查是相當困難的。根據(jù)嬰幼兒的發(fā)育情況，現(xiàn)有的用于嬰幼兒視力檢查方法有：(1)眼與頭的跟隨運動(新生兒)：觀察嬰兒固視和追隨目標的能力；(2)嫌惡反射(3個月)：判斷大月齡嬰幼兒有無弱視或雙眼不同視；(3)視動性眼球震顫(OKN，6個月)：即將一個不同寬窄的黑白光柵條紋可轉(zhuǎn)動的試鼓，在嬰幼兒眼前重復(fù)的順向和逆向轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生OKN，逐漸將測試鼓條柵變窄，直至被檢嬰兒不產(chǎn)生OKN之前的最窄條柵即為嬰兒的視力；(4)選擇性觀看檢查法(1歲)：即利用嬰兒對黑白條紋圖形比均勻灰色圖形更感興趣的原理，同時顯示兩種圖形讓嬰 幼兒觀看，更換條紋寬窄直至嬰兒不愿繼續(xù)觀察為止，條紋的寬窄代表嬰兒的PL視力；(5)兒童視力表檢查法(2～3歲)：使用兒童熟悉和喜歡的圖形，按視角大小設(shè)計而成；(6)視覺誘發(fā)電位檢查法，即在嬰幼兒頭部貼上電極，用方格或條柵圖形重復(fù)翻轉(zhuǎn)讓嬰幼兒觀看，通過上百次的疊加平均后得到腦電波的視覺誘發(fā)電位波形。

但是以上方法存在的問題是：方法(1)～(5)都需要專門的受過訓(xùn)練的醫(yī)務(wù)人員進行人工操作，而且檢查的成功與否需要被測試者的配合，與幼兒的效果欠佳，其檢查結(jié)果高度依賴檢查者的技巧和經(jīng)驗，需要主觀判斷嬰幼兒的眼睛運動方向和位置，操作復(fù)雜，所需時間長，而且得不到精確的結(jié)果；方法(6)的缺點是測試儀器貼電極需要和嬰兒進行皮膚接觸，貼電極及上百次的重復(fù)刺激也耗時較長，很難在臨床上推廣。

而嬰幼兒期又是視覺成熟的關(guān)鍵期，也是產(chǎn)生發(fā)育性視覺問題最敏感的時期，如果能提供一種全自動檢查嬰幼兒視力的方法或裝置，可用于臨床衡量嬰兒的視力，這對于視力檢查和治療領(lǐng)域也有著重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種可以在臨床中實際應(yīng)用，便于操作的全自動的嬰幼兒視力檢查裝置，可以全自動檢查嬰幼兒或是認知能力不夠的受試者視力的方法，在視覺成熟的早期或是關(guān)鍵期衡量其視力發(fā)育狀況。

本實用新型提供了一種嬰幼兒全自動視力檢查裝置，可自動顯示刺激圖形、自動記錄并計算嬰幼兒眼睛所看位置、方向和時間，并可自動分析得到測試結(jié)果，且不需要和嬰幼兒發(fā)生身體接觸，有效地解決了目前傳統(tǒng)嬰幼兒視力檢查方法存在的費時費力且結(jié)果不夠精確的問題。

本實用新型所述的嬰幼兒全自動視力檢查裝置的組成結(jié)構(gòu)為：由眼球追蹤模塊(100)、控制模塊(200)、顯示模塊(300)和視力檢查儀主機(400)組成；所述眼球追蹤模塊、顯示模塊分別與視力檢查儀主機相連；所述眼球追蹤模塊用于定位人眼所看位置；所述顯示模塊用于顯示檢查用圖案；所述控制模塊實現(xiàn)視力檢查儀主機、顯示模塊和眼球追蹤模塊之間的數(shù)據(jù)通信。

所述眼球追蹤模塊包括紅外攝像機(102)、信號處理單元(103)和紅外點光源 (101)，所述光源數(shù)量至少為一個，所述紅外攝像機連續(xù)拍攝包含受試者眼部的圖像，并將圖像信息傳遞給控制模塊。

所述控制模塊對所述眼球追蹤模塊采集的圖像進行自動識別，提取眼部圖像，并根據(jù)瞳孔中心及角膜反光點的中心的相互位置關(guān)系判斷眼睛注視的顯示模塊中的位置坐標，并將所述眼球追蹤模塊捕捉到的位置坐標與所述顯示模塊上的位置坐標相比較，根據(jù)坐標對比結(jié)果將檢查結(jié)果發(fā)送給所述視力檢查儀主機。

本實用新型涉及的嬰幼兒全自動視力檢查裝置所采用的檢查方法的為：

(1)顯示模塊中顯示測試用圖案，受試者在顯示器前方觀看這些圖案；

(2)眼球追蹤模塊連續(xù)拍攝包含受試者眼部的圖像，并將圖像信息傳遞給控制模塊；

(3)控制模塊對拍攝到的圖像自動識別，根據(jù)瞳孔中心及角膜反光點的中心的相互位置關(guān)系自動記錄并計算受試者眼睛所看的位置、方向和時間；

(4)將圖像處理自動識別的眼睛所看位置與顯示模塊中實際顯示的圖像位置進行比對，判斷看的位置是否正確；

(5)對同一圖案，重復(fù)執(zhí)行步驟(1)～(4)多次，圖像隨機出現(xiàn)；

(6)統(tǒng)計該圖像下眼睛所看位置的正確率，與設(shè)定的正確率的閾值進行比較，當所述圖像的正確率低于閾值時，調(diào)低圖像難度，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(1)～(5)，直到該圖案的正確率達到設(shè)定閾值，此時確定該受試者的視力；當所述圖案下所述圖像的正確率高于或等于閾值時，則提高圖像難度，并繼續(xù)執(zhí)行步驟(1)～(5)，直到確定該受試者的視力所能達到的最高值為止；

(7)根據(jù)步驟(6)中的結(jié)果確定受試者的視力。

上述步驟(3)中根據(jù)瞳孔中心及角膜反光點的中心的相互位置關(guān)系判斷眼睛所看的位置，具體方法是：

a)設(shè)置一個高于瞳孔的平均灰度而低于周圍虹膜、皮膚區(qū)域的平均灰度的灰度閾值，低于所述灰度閾值的區(qū)域標記為可能的眼睛區(qū)域；

b)設(shè)置一個排除掉頭發(fā)及眉毛、眼睫毛等黑色物體的干擾的面積閾值，從而提取到眼睛瞳孔所在的區(qū)域，如果是單眼視力測試則得到單眼瞳孔的圖像，如果是雙眼視力測試則得到雙眼瞳孔的圖像；

c)受試者至少觀看顯示模塊右側(cè)圖形中點、顯示模塊中央、顯示模塊左側(cè)圖形中點，記錄不同位置的瞳孔及瞳孔周邊區(qū)域的圖像；

d)利用瞳孔區(qū)域比周圍區(qū)域灰度值顯著低的特點提取到瞳孔區(qū)域的邊緣，并計算其中心位置A；

e)利用角膜反光區(qū)域明顯比周圍區(qū)域灰度值高的特點提取到N個角膜反光點的邊緣，并分別計算每個角膜反光點的中心位置B1到BN，角膜反光點N的數(shù)量為大于等于一的整數(shù)；

f)計算B1到BN的連線所形成圖形的中心位置C，當眼睛去看顯示模塊的不同位置時，瞳孔中心的位置A和每個角膜反光點的中心位置B1到BN連線所形成圖形的中心位置C的相對位置發(fā)生改變；

g)將C點作為坐標系原點，以像素為單位，分別計算每幅圖像中瞳孔中心點A相對于C的坐標，將眼睛所看位置與眼睛在近紅外攝像機中成像的瞳孔角膜相對坐標建立對應(yīng)關(guān)系。

由上述本實用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實用新型是一種嬰幼兒全自動視力檢查裝置，可自動顯示刺激圖像、自動記錄并計算嬰幼兒眼睛所看位置、方向和時間，并可自動分析得到測試結(jié)果，在不需要和嬰幼兒發(fā)生身體接觸的情況下以圖像吸引嬰幼兒主動觀看，有效地解決了目前傳統(tǒng)嬰幼兒視力檢查方法存在的費時費力且結(jié)果不夠精確的問題，使用客觀的數(shù)據(jù)得到全面的檢驗結(jié)果，提高了檢驗的準確率，而且本實用新型所提供的嬰幼兒全自動視力檢查裝置經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可使用，對操作人員要求不高。

本實用新型所提供的嬰幼兒全自動視力檢查裝置不僅的典型地應(yīng)用于嬰幼兒的視力檢查，而且也可用于其他人，比如低智商人群或是聾啞人的視力檢查。

附圖說明

通過閱讀下文優(yōu)選實施方式的詳細描述，各種其他的優(yōu)點和益處對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的，而并不認為是對本實用新型的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1嬰幼兒全自動視力檢查裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示模塊顯示的一組選擇性觀看圖，一側(cè)是黑白條紋柵格圖，另一側(cè)是均勻灰度圖。

圖3顯示模塊右側(cè)圖形中點時的瞳孔及瞳孔周邊區(qū)域的圖像。

圖4顯示模塊中央圖形中點時的瞳孔及瞳孔周邊區(qū)域的圖像。

圖5顯示模塊左側(cè)圖形中點時的瞳孔及瞳孔周邊區(qū)域的圖像。

圖6-1顯示模塊右邊圖形時瞳孔中心和角膜反光點中心的相對位置示意圖。

圖6-2顯示模塊中間圖形時瞳孔中心和角膜反光點中心的相對位置示意圖。

圖6-3顯示模塊左邊圖形時瞳孔中心和角膜反光點中心的相對位置示意圖。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應(yīng)當理解，可以以各種形式實現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

本實用新型所述的嬰幼兒全自動視力檢查裝置的組成結(jié)構(gòu)為：由眼球追蹤模塊(100)、控制模塊(200)、顯示模塊(300)和視力檢查儀主機(400)組成；所述眼球追蹤模塊(100)、顯示模塊(200)分別與視力檢查儀主機(400)相連；所述眼球追蹤模塊(100)用于定位人眼所看位置；所述顯示模塊(200)用于顯示檢查用圖案；所述控制模塊(200)實現(xiàn)視力檢查儀主機(400)、顯示模塊(300)和眼球追蹤模塊(100)之間的數(shù)據(jù)通信。

所述眼球追蹤模塊包括紅外攝像機(102)、信號處理單元(103)和紅外點光源(101)，所述紅外點光源為兩個波長為850nm的近紅外LED光源，所述紅外攝像機連續(xù)拍攝包含受試者眼部的圖像，并將圖像信息傳遞給控制模塊。

所述控制模塊對所述眼球追蹤模塊采集的圖像進行自動識別，提取眼部圖像，并根據(jù)瞳孔中心及角膜反光點的中心的相互位置關(guān)系判斷眼睛注視的顯示模塊中的位置坐標，并將所述眼球追蹤模塊捕捉到的位置坐標與所述顯示模塊 上的位置坐標相比較，根據(jù)坐標對比結(jié)果將檢查結(jié)果發(fā)送給所述視力檢查儀主機。

本實用新型所涉及的嬰幼兒全自動視力檢查裝置的使用步驟：

(1)計算機在顯示器上顯示一組選擇性觀看圖案如附圖2，圖的一側(cè)是黑白條紋柵格圖，另一側(cè)是均勻灰度圖，嬰幼兒能分辨柵格圖的條紋密度反映了其視力。柵格圖與灰度圖的相對位置隨機出現(xiàn)。讓嬰幼兒在顯示器前方觀看這些圖案。

(2)位于顯示器下方的近紅外攝像頭，兩側(cè)距離15厘米處各放置一個850nm的近紅外LED光源。在顯示視力檢查圖形的同時，攝像機連續(xù)拍攝包含嬰幼兒眼部的圖像，并將圖像通過數(shù)據(jù)線由計算機進行采集。

(3)計算機將攝像頭拍攝到的圖像進行自動識別，提取眼睛部位的圖像，并根據(jù)瞳孔中心及角膜反光點的中心的相互位置關(guān)系判斷眼睛所看的位置，具體過程是：

a)在850nm近紅外光成像時，瞳孔灰度值顯著比周圍虹膜、皮膚區(qū)域低，設(shè)置一個灰度判斷閾值，這個灰度閾值要高于瞳孔的平均灰度而低于周圍虹膜、皮膚區(qū)域的平均灰度。低于這個灰度閾值的區(qū)域標記為可能的眼睛區(qū)域。

b)設(shè)置一個面積閾值排除掉頭發(fā)及眉毛、眼睫毛等黑色物體的干擾，從而提取到眼睛瞳孔所在的區(qū)域。如果是單眼視力測試得到單眼瞳孔的圖像，如果是雙眼視力測試得到雙眼瞳孔的圖像。

c)以單眼左眼視力測試為例，附圖3～5分別是眼睛看顯示器右側(cè)圖形中點、顯示器中央、顯示器左側(cè)圖形中點時的瞳孔及瞳孔周邊區(qū)域的圖像。

d)利用瞳孔區(qū)域比周圍區(qū)域灰度值顯著低的特點提取到瞳孔區(qū)域的邊緣，并計算其中心位置A。

e)利用角膜反光區(qū)域明顯比周圍區(qū)域灰度值高的特點提取到兩個角膜反光點的邊緣，并分別計算其中心位置B1和B2。

f)計算B1和B2的連線中點位置C。眼睛角膜表面是個球面，當眼睛移動時，角膜反光點的移動速度比瞳孔中心的移動速度慢。因此當眼睛去看顯示屏上的不同位置時，瞳孔中心的位置A和角膜反光點連線的中點C的相對位置將發(fā)生改變。

g)將C點作為坐標系原點，記為(0,0)，以像素為單位，分別計算每幅圖像中瞳孔中心點A相對于C的坐標。以附圖6為例，設(shè)看屏幕中點時(如附圖6-2所示)，瞳孔中心A點相對C點的坐標是(X0，Y0)，那么在看屏幕左邊時(如附圖6-3所示)，A點的X坐標會大于X0；在看屏幕右邊時(如附圖6-1所示)，A點的X坐標會小于X0；在看屏幕上方時,A點的Y坐標會大于Y0,在看屏幕下方時,A點的Y坐標會小于Y0。根據(jù)這一規(guī)律，可將眼睛所看位置與眼睛在近紅外攝像機中成像的瞳孔角膜相對坐標建立對應(yīng)關(guān)系。

(4)將圖像處理自動識別的眼睛所看位置與計算機實際顯示的圖形位置進行比對，判斷看的位置是否正確。

(5)同一柵格密度圖案進行多次測試，柵格圖形左右位置隨機出現(xiàn)，另一側(cè)是灰度圖。

(6)統(tǒng)計該柵格密度圖眼睛所看位置的正確率，如達到一定的正確率閾值，例如70％以上，則認為該柵格密度視力正常。下一輪可隨機顯示更高密度柵格圖形，對應(yīng)更高的視力。如達不到正確率閾值，則認為該柵格密度視力不正常，可隨機顯示更低密度柵格圖形，對應(yīng)更低的視力。

(7)根據(jù)嬰幼兒能正確區(qū)分的最高密度柵格，則認為是這個嬰幼兒的視力值。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護范圍為準。