CN107198505A - 基于智能手机的视功能检测***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于智能手机的视功能检测***及方法，包括视标显示单元、语音单元、分析判断单元、实时计算单元、视标变换单元、实时距离监测单元、结果显示单元和综合分析单元，利用手机软件控制视功能检测和分析判断等过程，同时利用手机前置摄像头实时监测人眼到视标的测试距离，并根据监测所得距离计算当前显示视标所对应的视力值。本发明的有益效果是提供一种快速、合理的视标变换和清晰度判断方法，实现在任意测试距离下的视功能检测，实时移动检测视力功能而并不影响检测的准确性，降低了***对检测环境的要求，有效地提高了检测速度，增强了视标出现的随机性，对视力保护以及视力疾病的预防有着重要意义。

Description

基于智能手机的视功能检测***及方法

技术领域

本发明属于视功能检测技术领域，尤其是涉及一种基于智能手机的视功能检测***及方法。

背景技术

眼睛健康对于人体健康有着至关重要的作用，近年来眼睛视功能问题日益突出，传统的视功能检测***由于占用空间大、视标固定及操作复杂等限制因素已经难以满足人们日益多样化的需求，而智能手机由于小巧便携、操作简单、价格便宜等优点已经普及，为视功能检测的发展提供了新的方向。

目前已有的基于智能手机的视功能检测***主要是对视力指标进行检测，利用液晶屏幕显示各种不同的视标，通过软件控制检测中视标显示、变换、分析以及结果计算等过程，利用蓝牙等无线通讯技术实现数据的传输，解决了传统视功能检测方法灵活性差、视标易被记忆等问题。

然而现有的视功能检测***大多采用固定的测试距离，进行远视力测试时测试距离为5m，对检测环境空间有较大的要求，适应性较差；而测试距离的确定主要在检测前采用手动方式测定，结果误差较大且在检测过程中测试者难免会移动身体导致测试距离发生变化，还有部分利用附加的红外、激光等外部测距设备进行测距，但是增加了成本和操作的复杂度。在视标变换方面，已有的检测方法都采用视标从大到小依次变换的方式，这种方式难以快速得到测试者的视力值结果。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种基于智能手机的、手持式视功能检测***和方法，利用手机软件控制视功能检测时实时测距、视标显示、分析判断和结果计算等过程，实现视功能视力指标的准确检测，同时利用手机前置摄像头实时监测人眼到视标的测试距离，并根据监测所得距离计算当前显示视标所对应的视力值，实现了在任意测试距离下的视功能检测，降低了***对检测环境的要求；设计了一种快速、合理的视标变换和清晰度判断方法，有效地提高了检测速度，增强了视标出现的随机性，对视力保护以及视力疾病的预防有着重要意义。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于智能手机的视功能检测***，包括用于显示不同大小视标的视标显示单元、用于实现语音信号的接收和转换的语音单元、用于对比所述语音单元输出的可识别字符和当前显示视标单元实际状态对比分析的分析判断单元、根据当前显示视标的大小和实时距离检测单元获取的实时距离计算出当前视标对应的视力值结果的实时计算单元、根据所述分析判断单元的分析结果控制下一个显示视标的大小，并通过视标显示单元显示的视标变换控制单元、用于实时监测测试者双眼到手机屏幕中心距离的实时距离监测单元、用于显示检测结果的结果显示单元和根据检测结果对测试者视力情况作出评价并提出相应的保护视功能建议的综合分析单元，所述视标显示单元、所述语音单元、所述分析判断单元、所述实时计算单元、所述视标变换单元、所述实时距离监测单元、所述结果显示单元和所述综合分析单元均为设置在智能手机主机上的功能单元。

基于智能手机的视功能检测***的检测方法，其特征在于：主要包括以下几个步骤：

S1：所述视标显示单元根据智能手机的屏幕尺寸和分辨率计算得到屏幕单个像素点的大小，将需要显示“E”视标的大小转换为相应的像素点的个数，然后控制屏幕上像素点的颜色进而显示不同大小的视标；

S2：所述语音单元接收测试者反馈的语音信号，包括“上”、“下”、“左”、“右”四个方向或者“看不清”，并将语音信号转换为相应的软件可识别字符；

S3：所述分析判断单元将语音单元输出的可识别字符和当前显示视标的实际状态对比分析，判断测试者反馈的信息是否正确、测试者能否看清当前大小的视标；

S4：所述视标变换单元根据所述分析判断单元的分析结果控制下一个显示视标的大小，并通过所述视标显示单元显示；

S5：所述实时距离监测单元利用手机摄像头在检测过程中实时监测测试者双眼到手机屏幕中心的距离并显示于屏幕左上角，同时由所述实时计算单元根据当前显示视标的大小和所述实时距离监测单元获取的实时距离计算出当前视标对应的视力值结果；

S6：检测过程中循环执行S1-S5各个步骤，当测试结束时，由所述结果显示单元在屏幕上显示检测结果，所述综合分析单元根据检测结果对测试者的视力情况做出评价并提出相应的保护视功能的建议。

进一步地，所述语音单元包括实现语音信号的接收和转换，主要包括以下几个步骤：

S21:启动语音识别功能；

S22:智能手机发出提示音，等待接收测试者的语音反馈信号；

S23:***判断是否接收到语音反馈信号，如果已经接收到信号，则关闭语音接收功能，将已收到信号转换为***可识别字符后输入到分析判断单元，之后返回步骤S2继续执行；

S24:如果一段时间内未接收到语音反馈信号，则返回步骤S2继续执行；

S25:视功能检测结束同时关闭语音识别功能。

进一步地，所述分析判断单元对一系列大小相同视标的清晰度判断步骤为：

S31:定义三个参考值；

S32:分析受试者对视标的反馈结果；

S33:如果连续反馈N次依旧没有连续正确或错误M次的情况，则将N次反馈中正确次数和总次数N做商，结果和阈值P比较，如果不小于P，则认为测试者能看清当前视标，否则，认为测试者看不清当前视标。

进一步地，所述实时距离监测单元中的基于手机前置摄像头的实时测试距离监测方法，主要包括以下步骤：

S51：测量测试者双眼的实际距离；

S52：双眼识别与定位；

S53：像素距离与物理距离的转换；

S54：计算双眼到视标的距离。

本发明具有的优点和积极效果是：

1.本发明提供了一种利用手机自带的前置摄像头在视功能检测过程中实时、准确测量人眼与视标之间测试距离的方法，解决了以往检测方法中测距过程复杂、结果不准确的问题，同时能够在任意距离处进行视功能检测，解决了传统检测方法中固定的测试距离对使用场合的限制。

2.本发明根据测试距离与视标大小、视力值三者之间的计算关系，能够在检测过程中依据实时得到的距离实时计算出当前显示视标对应的视力值，避免了因身体晃动等原因导致的测试距离改变对检测结果的影响，提高了检测结果的准确性。

3.本发明提出了一种新的视标变换方法，在检测过程中能够在较短的时间内快速定位到测试者的视力值，相比于一般从大到小依次变换视标的方法大大缩短了检测时间。

4.本发明提出了一种判断测试者对某一视力值对应的一系列视标是否能够看清的方法，保证了判断的准确性，同时相关参数值可由使用者自行设定，有效增加了判断方法使用的灵活性。

附图说明

图1是本发明的***结构框图示意图；

图2是本发明的分析判断单元视标清晰度的流程图；

图3是本发明的人眼识别示意图；

图4-图7是本发明的实时距离监测单元基于人眼识别的实时测距方法图；

图中：

10、像中双眼

11、实际双眼

12、前置摄像头

E、双眼连线中心点

e：感光元件像中双眼连线中心点

C、摄像头

L₀、实际双目距离

L₂、屏幕像中双目距离(像素)

L₃、感光元件像中双目距离

β、感光元件像到屏幕像的放大倍数

d₁、e到镜头光轴的垂直距离

d₂、感光元件垂直长度的一半

θ₁、EC与光轴的夹角

θ、摄像头视角的一半

a、手机垂直长度

D₁、屏幕上像双眼连线中心点到屏幕中心垂直方向距离

D₂、近似认为屏幕高度的一半

具体实施方式

如图1所示，本实例一种基于智能手机的视功能检测***和方法，主要包括视标显示单元、语音单元、分析判断单元、实时计算单元、视标变换单元、实时距离监测单元、结果显示单元和综合分析单元，视标显示单元、语音单元、分析判断单元、实时计算单元、视标变换单元、实时距离监测单元、结果显示单元和综合分析单元均为设置在智能手机上的功能单元。

视标显示单元根据智能手机的屏幕尺寸和屏幕分辨率计算得到屏幕上单个像素点的大小，将需要显示视标的大小转换为相应的像素点个数，然后控制智能手机的屏幕上像素点的颜色进而显示不同大小的视标；

语音单元接收测试者反馈的语音信号，包括“上”、“下”、“左”、“右”四个方向或者“看不清”，并将语音信号转换为相应的软件可识别字符；

分析判断单元将语音单元输出的可识别字符和当前显示视标的实际状态对比，判断测试者反馈的信息是否正确、测试者能否看清当前大小的视标；

实时距离监测单元利用智能手机摄像头在检测过程中实时监测测试者双眼到视标的距离并显示于屏幕左上角，由实时计算单元根据当前显示视标的大小和实时距离监测单元获取的实时距离计算出视标对应的视力值结果；

视标变换单元根据分析判断单元的分析结果控制下一个显示视标的大小，并通过视标显示单元显示。

检测过程中循环执行以上各个步骤，当测试结束时，由结果显示单元在屏幕上显示检测结果，综合分析单元根据检测结果对测试者的视力情况做出评价并提出相应的保护视功能的建议。

其中，语音单元实现语音信号的接收和转换，主要包括以下几个步骤：S21：启动语音识别功能；S22：智能手机发出提示音，等待接收测试者的语音反馈信号；S23：***判断是否接收到语音反馈信号，如果已经接收到信号，则关闭语音接收功能，将已收到信号转换为***可识别字符后输入到分析判断单元，之后返回步骤S22继续执行；S24：如果一段时间t内未接收到语音反馈信号，则返回步骤S22继续执行；S25：视功能检测结束同时关闭语音识别功能。

如图2所示，分析判断单元对一系列大小相同视标的清晰度判断步骤为：S31:定义三个参考值：最大测试次数N，次数阈值M和比例阈值P，其中，最大测试次数N指对一系列大小相同的视标允许连续判断的最大次数，次数阈值M表示对一系列大小相同的视标测试时，反馈结果连续正确(错误)次数不小于M时，判定测试者看清(看不清)当前视标，阈值P(正确次数/N)指在对一系列大小相同的视标测试时，反馈正确次数与最大测试次数N的比值；S32:当受试者对一系列大小相同的视标进行反馈时，如果反馈结果连续正确M次，则说明测试者能看清当前视标，如果反馈结果连续错误M次，则说明测试者看不清当前视标；S33:如果连续反馈N次依旧没有连续正确或错误M次的情况，则将N次反馈中正确次数和总次数N做商，结果和阈值P比较，如果不小于P，则认为测试者能看清当前视标，否则，认为测试者看不清当前视标。

其中，实时距离监测单元的一种基于手机前置摄像头的实时测试距离监测方法，主要包括以下步骤：

S51：测量测试者双眼的实际距离：利用测量工具手动测量出测试者双眼的实际物理尺寸L₀，精确到mm；

S52：双眼识别与定位：如图3所示，检测时令测试者正对屏幕且屏幕上能显示完整的测试者脸部，利用人脸识别方法获取屏幕显示图像中测试者脸部对应的区域，然后将该区域平均分割为左右两个区域，使得两个区域各有一只人眼，对两个区域图像分别进行人眼识别，获得图像中双眼对应的区域及坐标位置，计算左右眼之间的像素距离，以及左右眼连线中心点到屏幕中心的像素距离和屏幕中心到短边的像素距离；

S53：像素距离与物理距离的转换：根据所用智能手机屏幕尺寸和分辨率计算屏幕上每个像素点的物理大小，并将步骤2中得到的双眼像素距离转换为实际物理距离；

S54：双眼到视标距离的计算：如图4-7所示，图中：

E：双眼连线中心点 e：感光元件像中双眼连线中心点

C：摄像头 L₀：实际双目距离

L₁：屏幕像中双目距离(像素) L₃：感光元件像中双目距离

β：感光元件像到屏幕像的放大倍数 d₁：e到镜头光轴的垂直距离

d₂：感光元件垂直长度的一半 θ₁：EC与光轴的夹角

θ：摄像头视角的一半 α：手机垂直长度

D₁：屏幕上像双眼连线中心点到屏幕中心垂直方向距离

D₂：近似认为屏幕高度的一半

由智能手机的设备参数得到感光元件到屏幕图像的放大倍数β，摄像头的视角2θ，手机的长度a和宽度b，则有以下公式：

通过以上公式得到视功能检测过程中人眼到屏幕中心的实时距离D。

其中，视标变换单元中视标变换的具体过程为：

(1)将视力值4.0对应的视标大小设定为视标大小范围的最大值，将视力值5.2对应的视标大小设定为视标大小范围的最小值；

(2)令I代表当前显示视标的大小，I₀代表已显示过的所有视标中比I小且相差最小的视标的大小，初始化为5.2视力对应视标的大小，I₁代表已显示过的所有视标中比I大且相差最小的视标的大小，初始化为4.0视力对应视标的大小；

(3)显示I大小的视标，如果测试者能看得清，则令I₁等于I，否则令I₀等于I；

(4)***判断是否满足I₁比I₀大5个像素，满足则检测结束，否则令然后继续执行步骤(3)(4)。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供了一种利用手机自带的前置摄像头在视功能检测过程中实时、准确测量人眼与视标之间测试距离的方法，解决了以往检测方法中测距过程复杂、结果不准确的问题，同时能够在任意距离处进行视功能检测，解决了传统检测方法中固定的测试距离对使用场合的限制。

2.本发明根据测试距离与视标大小、视力值三者之间的计算关系，能够在检测过程中依据实时得到的距离实时计算出当前显示视标对应的视力值，避免了因身体晃动等原因导致的测试距离改变对检测结果的影响，提高了检测结果的准确性。

3.本发明提出了一种新的视标变换方法，在检测过程中能够在较短的时间内快速定位到测试者的视力值，相比于一般从大到小依次变换视标的方法大大缩短了检测时间。

4.本发明提出了一种判断测试者对某一视力值对应的一系列视标是否能够看清的方法，保证了判断的准确性，同时相关参数值可由使用者自行设定，有效增加了判断方法使用的灵活性。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.一种基于智能手机的视功能检测***，其特征在于：包括用于显示不同大小视标的视标显示单元、用于实现语音信号的接收和转换的语音单元、用于对比所述语音单元输出的可识别字符和当前显示视标单元实际状态对比分析的分析判断单元、根据当前显示视标的大小和实时距离检测单元获取的实时距离计算出当前视标对应的视力值结果的实时计算单元、根据所述分析判断单元的分析结果控制下一个显示视标的大小，并通过视标显示单元显示的视标变换控制单元、用于实时监测测试者双眼到手机屏幕中心距离的实时距离监测单元、用于显示检测结果的结果显示单元和根据检测结果对测试者视力情况作出评价并提出相应的保护视功能建议的综合分析单元，所述视标显示单元、所述语音单元、所述分析判断单元、所述实时计算单元、所述视标变换单元、所述实时距离监测单元、所述结果显示单元和所述综合分析单元均为设置在智能手机主机上的功能单元。

2.一种利用权利要求1所述的基于智能手机的视功能检测***的检测方法，其特征在于：主要包括以下几个步骤：

S1：所述视标显示单元根据智能手机的屏幕尺寸和分辨率计算得到屏幕单个像素点的大小，将需要显示“E”视标的大小转换为相应的像素点的个数，然后控制屏幕上像素点的颜色进而显示不同大小的视标；

S2：所述语音单元接收测试者反馈的语音信号，包括“上”、“下”、“左”、“右”四个方向或者“看不清”，并将语音信号转换为相应的软件可识别字符；

S3：所述分析判断单元将语音单元输出的可识别字符和当前显示视标的实际状态对比分析，判断测试者反馈的信息是否正确、测试者能否看清当前大小的视标；

S4：所述视标变换单元根据所述分析判断单元的分析结果控制下一个显示视标的大小，并通过所述视标显示单元显示；

S5：所述实时距离监测单元利用手机摄像头在检测过程中实时监测测试者双眼到手机屏幕中心的距离并显示于屏幕左上角，同时由所述实时计算单元根据当前显示视标的大小和所述实时距离监测单元获取的实时距离计算出当前视标对应的视力值结果；

S6：检测过程中循环执行S1-S5各个步骤，当测试结束时，由所述结果显示单元在屏幕上显示检测结果，所述综合分析单元根据检测结果对测试者的视力情况做出评价并提出相应的保护视功能的建议。

3.根据权利要求2所述检测方法，其特征在于：所述语音单元包括实现语音信号的接收和转换，主要包括以下几个步骤：

S21:启动语音识别功能；

S22:手机发出提示音，等待接收测试者的语音反馈信号；

S23:***判断是否接收到语音反馈信号，如果已经接收到信号，则关闭语音接收功能，将已收到信号转换为***可识别字符后输入到分析判断单元，之后返回步骤2继续执行；

S24:如果一段时间内未接收到语音反馈信号，则返回步骤2继续执行；

S25:视功能检测结束同时关闭语音识别功能。

4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述分析判断单元对一系列大小相同视标的清晰度判断步骤为：

S31:定义三个参考值；

S32:分析受试者对视标的反馈结果；

S33:如果连续反馈N次依旧没有连续正确或错误M次的情况，则将N次反馈中正确次数和总次数N做商，结果和阈值P比较，如果不小于P，则认为测试者能看清当前视标，否则，认为测试者看不清当前视标。

5.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述实时距离监测单元中的基于手机前置摄像头的实时测试距离监测方法，主要包括以下步骤：

S51：测量测试者双眼的实际距离；

S52：双眼识别与定位；

S53：像素距离与物理距离的转换；

S54：计算双眼到视标的距离。