一種人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)（crf）測試裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)(Contrast?response?function,CRF)測試裝置，由人眼波像差測量子系統(tǒng)、人眼波像差校正子系統(tǒng)和CRF測試子系統(tǒng)3部分組成。人眼波像差測量子系統(tǒng)實時測量人眼像差，人眼波像差校正子系統(tǒng)根據(jù)測量結(jié)果校正人眼像差，在校正穩(wěn)定后進(jìn)行CRF測試，從而消除在CRF測試時光學(xué)像差對測試視標(biāo)向眼底投射的影響，眼底視網(wǎng)膜可以獲得最清晰的視標(biāo)圖像，進(jìn)而提高通過CRF進(jìn)行視覺神經(jīng)系統(tǒng)功能評價的準(zhǔn)確性和可靠性，為視神經(jīng)功能評價和視覺科學(xué)研究提供新的有力工具。
【專利說明】—種人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)(CRF)測試裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種具有人眼像差校正的對比度響應(yīng)函數(shù)(Contrast responsefunct1n, CRF)測試裝置，該系統(tǒng)具有人眼像差測量、矯正、視功能測試多重功能，是一種通過自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)校正人眼像差獲得精細(xì)視覺刺激，在此基礎(chǔ)上對人眼進(jìn)行CRF測試，從而有效研究人眼視覺機制的光學(xué)儀器。

【背景技術(shù)】
[0002]CRF是contrast response funct1n的縮寫，意思是對比度響應(yīng)函數(shù),表達(dá)式為:R = RmaxCn/(Cn+Cn5(l)，其中R:神經(jīng)元的響應(yīng)；C:對比度；Rmax:最大可達(dá)到響應(yīng)；C5(1:響應(yīng)達(dá)到最大值一半時的對比度；n:CRF曲線斜率。
[0003]CRF最早是由Chandler于1965年提出，后來在1982年被Albrecht和Hamilton發(fā)現(xiàn)可以用于描述貓和猴子大腦條紋皮層上的大部分簡單細(xì)胞和復(fù)雜細(xì)胞的對比度響應(yīng)關(guān)系，即表示目標(biāo)刺激的對比度與動物初級視皮層上視覺神經(jīng)細(xì)胞突觸之間的一個非線性關(guān)系。CRF是視覺研究中的一個重要函數(shù)，反映了不同的視標(biāo)對比度下，初級視覺皮層接受視標(biāo)圖像、處理視覺信息的性能，是視功能的一個重要衡量指標(biāo)，被廣泛應(yīng)用于視覺不同狀態(tài)(如，注意(attent1n)或適應(yīng)(adapt1n))和視覺機制研究的相關(guān)領(lǐng)域。
[0004]目前國際上測試CRF函數(shù)主要有兩種方式:一種是運用神經(jīng)生理學(xué)方法[(Sclar，lennie，&Depriest，Contrast adaptat1n in striate cortex of macaque, Vis1nresearch, 1989) ； (Albrecht,Geislerj Frazorj &Crane,Visual cortex neurons ofmonkeys and cats: temporal dynamics of the contrast response funct1n, Journalof Neurophys1logy,2002) ； (Lu&Roe，Optical imaging of contrast response inmacaque monkey Vl and V2，Cerebral Cortex，2007)];另一種是通過心理物理學(xué)方法[(Langheinrich et al.，Visual contrast response funct1ns in Parkinson’ sdisease: evidence from electroretinograms，visually evoked potentials andpsychophysics, Clinical neurophys1logy, 2000) ； (Ling&Carrasco，Sustained andtransient covert attent1n enhance the signal via different contrast responsefunct1ns,Vis1n research,2006) ；(Buracas&Boynton,The effect of spatialattent1n on contrast response funct1ns in human visual visual cortex,TheJournal of neuroscience，2007)]。其中，神經(jīng)生理學(xué)主要是從生理細(xì)胞學(xué)角度，以經(jīng)過訓(xùn)練的貓或獼猴為研究對象，給予它們視網(wǎng)膜不同的視覺剌激，同時記錄視網(wǎng)膜上不同類型視覺細(xì)胞突觸的響應(yīng)，由此得到CRF函數(shù)變化曲線。而心理物理學(xué)方法的研究對象則是人類的視覺系統(tǒng)，通過給予被試不同形式的視標(biāo)，激發(fā)眼睛相應(yīng)的視覺狀態(tài)，如持久注意、瞬間注意、適應(yīng)等，根據(jù)被試的響應(yīng)正確率來研究CRF曲線。
[0005]迄今為止，所有國內(nèi)外研究都是以視標(biāo)剌激的對比度作為輸入，以被試的響應(yīng)為輸出，在默認(rèn)視覺系統(tǒng)為一個整體的前提下得到一系列結(jié)果及結(jié)論。實際上，整個視覺系統(tǒng)可劃分為眼光學(xué)系統(tǒng)和眼視覺神經(jīng)系統(tǒng)兩大部分:眼光學(xué)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對客觀目標(biāo)物體在眼底視網(wǎng)膜上成像；眼視覺神經(jīng)系統(tǒng)負(fù)責(zé)對視網(wǎng)膜上的成像進(jìn)行信息處理。而眼光學(xué)系統(tǒng)具有低階像差和高階像差，這些像差的存在會使視網(wǎng)膜接收到的圖像失真，進(jìn)而影響后續(xù)視覺神經(jīng)系統(tǒng)做出的反應(yīng)。如果不考慮眼像差的存在，而簡單地將眼光學(xué)系統(tǒng)和視覺神經(jīng)系統(tǒng)視作一個整體，那么這些光學(xué)像差因素會反映到CRF曲線變化中，不利于CRF實驗結(jié)果的分析。
[0006]本發(fā)明提出將自適應(yīng)光學(xué)像差矯正技術(shù)與CRF測試方法相結(jié)合，通過自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)矯正人眼像差后，可以大大提高視網(wǎng)膜成像質(zhì)量，在這種精細(xì)的視覺刺激下進(jìn)行CRF測試，進(jìn)而提高通過CRF進(jìn)行視覺神經(jīng)系統(tǒng)功能評價的準(zhǔn)確性和可靠性，為視神經(jīng)功能評價和視覺科學(xué)研究提供新的有力工具。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，在CRF測試研究中，根據(jù)人眼視覺系統(tǒng)的實際組成，在人眼與目標(biāo)刺激之間加入一個人眼像差校正裝置，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行CRF測試，消除測試時光學(xué)像差對測試視標(biāo)向眼底投射的影響，眼底視網(wǎng)膜可以獲得最清晰的視標(biāo)圖像，進(jìn)而提高通過CRF進(jìn)行視覺神經(jīng)系統(tǒng)功能評價的準(zhǔn)確性和可靠性，為視覺神經(jīng)功能評價和視覺科學(xué)研究提供新的有力工具。
[0008]本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)(Contrastresponse funct1n, CRF)測試裝置，其特征在于，包括:
[0009]人眼波像差測量子系統(tǒng)，利用近紅外信標(biāo)光源、波前矯正器和波前傳感器，測量得到被試者的人眼波像差；
[0010]人眼波像差校正子系統(tǒng)，根據(jù)測量得到被試者的人眼波像差，驅(qū)動控制波前矯正器，以校正被試者的人眼波像差；以及CRF測試子系統(tǒng)，將不同空間頻率、不同對比度的視標(biāo)經(jīng)視頻處理電路處理后顯示在視標(biāo)顯示裝置上，并通過被驅(qū)動控制的波前矯正器顯示給被試者，進(jìn)行人眼CRF測試。
[0011]其中，所述波前矯正器是從變形反射鏡、液晶波前矯正器、微加工薄膜變形鏡、微機電變形鏡、雙壓電陶瓷變形鏡、液體變形鏡中選擇的。
[0012]其中，所述波前傳感器是從基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器、基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器、曲率波前傳感器、角錐波前傳感器中選擇的。
[0013]其中，所述視標(biāo)顯示裝置是從CRT顯示器、商用投影儀、液晶顯示器、等離子體顯示器、場致發(fā)光顯示器、有機發(fā)光顯示器中選擇的。
[0014]其中，所述視頻處理電路對普通視頻輸出中的R通道和B通道進(jìn)行合并，并且實現(xiàn)14位及以上的灰階。
[0015]本發(fā)明的原理在于:
[0016]本發(fā)明提出具有人眼像差校正的對比度響應(yīng)函數(shù)(Contrast responsefunct1n, CRF)測試裝置，主要由以下部分組成:人眼波像差測量子系統(tǒng)，包括近紅外信標(biāo)光源、波前校正器和波前傳感器，用于測量得到被試者的人眼波前像差；人眼波像差校正子系統(tǒng)，包括控制裝置和所述波前校正器，用于根據(jù)測量得到被試者的人眼波前像差，驅(qū)動控制所述波前校正器，以校正被試者的人眼波前像差；CRF測試子系統(tǒng)，包括CRF視標(biāo)程序設(shè)計，視頻處理電路、視標(biāo)顯示裝置和所述波前校正器，用于經(jīng)所述視頻處理電路處理不同空間頻率、不同對比度的視標(biāo)，顯示在所述視標(biāo)顯示裝置上，并通過被驅(qū)動控制的所述波前校正器顯示給被試者。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0018]現(xiàn)有CRF研究方法，是在認(rèn)為人眼光學(xué)系統(tǒng)和視覺神經(jīng)系統(tǒng)為一整體的前提下得到的結(jié)果及結(jié)論。本方法的優(yōu)點是加入了人眼像差校正系統(tǒng)，使視網(wǎng)膜成像達(dá)到最清晰程度，有效排除了人眼光學(xué)系統(tǒng)中的像差因素在CRF實驗結(jié)果中的影響。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]結(jié)合下面【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的優(yōu)選實施例，將使本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)點更加清楚，其中:
[0020]圖1是本發(fā)明的工作原理圖；
[0021]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖；
[0022]圖3為本發(fā)明的CRF函數(shù)視標(biāo)示意圖。

【具體實施方式】
[0023]為了清楚詳細(xì)的闡述本發(fā)明的實現(xiàn)過程，下面將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行詳細(xì)說明，在描述過程中省略了對于本發(fā)明不必要的細(xì)節(jié)和功能，以防止對本發(fā)明的理解造成混淆。
[0024]圖1為本發(fā)明的工作原理圖。
[0025]如圖1所示，人眼通過光學(xué)像差矯正裝置看到不同對比度的視標(biāo)，光學(xué)像差矯正裝置實時檢測及矯正人眼高低階像差，使視網(wǎng)膜獲得不同對比度視標(biāo)的精細(xì)成像，視覺神經(jīng)系統(tǒng)感知到成像刺激后，做后續(xù)的視覺信息處理工作，最后以神經(jīng)響應(yīng)的方式輸出。
[0026]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理框圖。
[0027]如圖2所示，人眼像差校正的對比度響應(yīng)函數(shù)(CRF)測試裝置由近紅外信標(biāo)光源
1、準(zhǔn)直鏡2、瞳面光欄3、第一反射鏡4、第一匹配光學(xué)系統(tǒng)5和6、人眼7、第一分光鏡8、第一透鏡9、第二反射鏡10、第三反射鏡11、第四反射鏡12、第五反射鏡13、第一球面鏡14、波前校正器15、第二球面鏡16、第六反射鏡17、第七反射鏡18、第二透鏡19、第八反射鏡20、第二分光鏡21、第二匹配光學(xué)系統(tǒng)22和24、共焦濾波光欄23、波前傳感器25、第九反射鏡26、第三透鏡27、視標(biāo)顯示器28組成。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的人眼像差校正的對比度響應(yīng)函數(shù)(CRF)測試裝置包括三個子系統(tǒng):人眼波像差測量子系統(tǒng)、人眼波像差矯正子系統(tǒng)和CRF測試子系統(tǒng)。
[0029]在人眼波像差測量子系統(tǒng)中，近紅外信標(biāo)光源I發(fā)出的光，由準(zhǔn)直鏡2準(zhǔn)直，經(jīng)瞳面光欄3、第一反射鏡4、第一匹配光學(xué)系統(tǒng)5、6，及第一分光鏡8,進(jìn)入人眼7,經(jīng)人眼7會聚后在眼底形成一個光斑，此光斑可視為視網(wǎng)膜上的一個點光源，其后向散射光經(jīng)過眼睛的屈光系統(tǒng)后從瞳孔射出，經(jīng)第一分光鏡8,第一透鏡9、第三反射鏡11、第四反射鏡12、第五反射鏡13、第一球面鏡14使光路擴束至與波前校正器15匹配，再經(jīng)第二球面鏡16、第六反射鏡17、第七反射鏡18，第二透鏡19、第八反射鏡20使光路縮束，然后經(jīng)第二分光鏡21、第二匹配光學(xué)系統(tǒng)22和24、共焦濾波光欄23進(jìn)入波前傳感器25，波前傳感器25將測得的誤差信號送至計算機處理成人眼波像差。
[0030]之后，在人眼波像差校正子系統(tǒng)中，計算機根據(jù)測得的人眼波像差，經(jīng)計算機控制軟件處理，得到波前校正器15的控制電壓，經(jīng)放大后驅(qū)動波前校正器15產(chǎn)生相應(yīng)變化，以矯正人眼波像差。
[0031]在人眼波像差校正穩(wěn)定后，進(jìn)入CRF測試階段。安裝在計算機上的CRF測試軟件產(chǎn)生不同空間頻率、不同對比度的視標(biāo)，經(jīng)過視頻處理電路顯示在視標(biāo)顯示裝置28上，被試者通過第一分光鏡8,第一透鏡9,第三反射鏡11、第四反射鏡12、第五反射鏡13,球面反射鏡14，第二球面鏡16，波前校正器15，第六反射鏡17、第七反射鏡18，第八反射鏡20、第九反射鏡26，第二透鏡19、第三透鏡27，第二分光鏡21，看到顯示在視標(biāo)顯示器28上的視標(biāo)進(jìn)行CRF測試。
[0032]波前傳感器25可以從基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器(Hartmann wavefrontsensor)、基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器(參見中國發(fā)明專利ZL03126431.X)、曲率波前傳感器(Curvature wavefront sensor)、角維波前傳感器(Pyramid wavefrontsensor)中選擇。
[0033]波前校正器15可以從變形反射鏡(Deformable reflective mirror)、液晶波前矯正器(Liquid crystal wavefront corrector)、微加工薄膜變形鏡(Micromachinedmembrane deformable mirror)、微機電變形鏡(Microelectromechanical (MEMS)deformable mirror)、雙壓電陶瓷變形鏡(Bimorph deformable mirror)、液體變形鏡(Liquid deformable mirror)中選擇。
[0034]視頻處理電路可以合并普通視頻輸出中的R通道和B通道，能實現(xiàn)14位(16384階)及以上的灰階，以滿足人眼CRF測試的需要。例如，視頻處理電路可以采用中國實用新型專ZL02220968.9中所公開的具體電路。視標(biāo)顯示器28可以從OLED顯示器、或商用投影儀、或彩色液晶顯示器、或等離子體顯示器、或場致發(fā)光顯示器、或有機發(fā)光顯示器中選擇。
[0035]圖3為本發(fā)明的CRF測試視標(biāo)示意圖。
[0036]本發(fā)明中，選取任一空間頻率的正弦光柵作為視標(biāo)，所述正弦光柵的對比度范圍從O?I變化，所述每種對比度下正弦光柵出現(xiàn)次數(shù)相同，且隨機出現(xiàn)，被試按鍵完成CRF測試任務(wù)。
[0037]例如，如圖3所示，測試中屏幕中心會順次出現(xiàn)兩次十字符號，采用心理物理學(xué)測試方法，十字符號出現(xiàn)的同時伴隨聲音提示。兩次十字符號中間有可能出現(xiàn)空白圖形(灰屏)，另一種可能是出現(xiàn)待檢測的視標(biāo)(即，所述不同對比度下的正弦光柵)。當(dāng)光柵出現(xiàn)在第一個十字符號之后，要求被試按下方向鍵的左鍵報告。當(dāng)光柵出現(xiàn)在第二個十字符號之后，要求被試按方向鍵的右鍵報告。按鍵之后會激活下一個測試作業(yè)，重復(fù)上述過程直至測試結(jié)束。被試的行為數(shù)據(jù)被記錄和保存下來，作為CRF曲線中的響應(yīng)數(shù)據(jù)。經(jīng)數(shù)據(jù)處理和曲線擬合可得到所述正弦光柵的不同對比度與被試行為數(shù)據(jù)的正確率之間的非線性關(guān)系，即為CRF測試曲線。
[0038]至此已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種其它的改變、替換和添加。因此，本發(fā)明的范圍不局限于上述特定實施例，而應(yīng)由所附權(quán)利要求所限定。
【權(quán)利要求】
1.一種人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)(Contrast response funct1n, CRF)測試裝置，其特征在于，包括: 人眼波像差測量子系統(tǒng)，利用近紅外信標(biāo)光源、波前矯正器和波前傳感器，測量得到被試者的人眼波像差； 人眼波像差校正子系統(tǒng)，根據(jù)測量得到被試者的人眼波像差，驅(qū)動控制波前矯正器，以校正被試者的人眼波像差；以及CRF測試子系統(tǒng)，將不同空間頻率、不同對比度的視標(biāo)經(jīng)視頻處理電路處理后顯示在視標(biāo)顯示裝置上，并通過被驅(qū)動控制的波前矯正器顯示給被試者，進(jìn)行人眼CRF測試。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)測試裝置，其特征在于:所述波前矯正器是從變形反射鏡、液晶波前矯正器、微加工薄膜變形鏡、微機電變形鏡、雙壓電陶瓷變形鏡、液體變形鏡中選擇的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)測試裝置，其特征在于:所述波前傳感器是從基于微透鏡陣列的哈特曼波前傳感器、基于微棱鏡陣列的哈特曼波前傳感器、曲率波前傳感器、角錐波前傳感器中選擇的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)測試裝置，其特征在于:所述視標(biāo)顯示裝置是從CRT顯示器、商用投影儀、液晶顯示器、等離子體顯示器、場致發(fā)光顯示器、有機發(fā)光顯示器中選擇的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人眼像差校正對比度響應(yīng)函數(shù)測試裝置，其特征在于:所述視頻處理電路對普通視頻輸出中的R通道和B通道進(jìn)行合并，并且實現(xiàn)14位及以上的灰階。
【文檔編號】A61B3/15GK104127169SQ201410393547
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月11日
【發(fā)明者】戴云, 趙麗娜, 鄧楊春, 肖飛, 康健, 趙軍磊, 張雨東 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所, 成都信息工程學(xué)院