本發(fā)明屬于視功能檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于智能手機(jī)的視功能檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

眼睛健康對于人體健康有著至關(guān)重要的作用，近年來眼睛視功能問題日益突出，傳統(tǒng)的視功能檢測系統(tǒng)由于占用空間大、視標(biāo)固定及操作復(fù)雜等限制因素已經(jīng)難以滿足人們?nèi)找娑鄻踊男枨?，而智能手機(jī)由于小巧便攜、操作簡單、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)普及，為視功能檢測的發(fā)展提供了新的方向。

目前已有的基于智能手機(jī)的視功能檢測系統(tǒng)主要是對視力指標(biāo)進(jìn)行檢測，利用液晶屏幕顯示各種不同的視標(biāo)，通過軟件控制檢測中視標(biāo)顯示、變換、分析以及結(jié)果計算等過程，利用藍(lán)牙等無線通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，解決了傳統(tǒng)視功能檢測方法靈活性差、視標(biāo)易被記憶等問題。

然而現(xiàn)有的視功能檢測系統(tǒng)大多采用固定的測試距離，進(jìn)行遠(yuǎn)視力測試時測試距離為5m，對檢測環(huán)境空間有較大的要求，適應(yīng)性較差；而測試距離的確定主要在檢測前采用手動方式測定，結(jié)果誤差較大且在檢測過程中測試者難免會移動身體導(dǎo)致測試距離發(fā)生變化，還有部分利用附加的紅外、激光等外部測距設(shè)備進(jìn)行測距，但是增加了成本和操作的復(fù)雜度。在視標(biāo)變換方面，已有的檢測方法都采用視標(biāo)從大到小依次變換的方式，這種方式難以快速得到測試者的視力值結(jié)果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是提供一種基于智能手機(jī)的、手持式視功能檢測系統(tǒng)和方法，利用手機(jī)軟件控制視功能檢測時實(shí)時測距、視標(biāo)顯示、分析判斷和結(jié)果計算等過程，實(shí)現(xiàn)視功能視力指標(biāo)的準(zhǔn)確檢測，同時利用手機(jī)前置攝像頭實(shí)時監(jiān)測人眼到視標(biāo)的測試距離，并根據(jù)監(jiān)測所得距離計算當(dāng)前顯示視標(biāo)所對應(yīng)的視力值，實(shí)現(xiàn)了在任意測試距離下的視功能檢測，降低了系統(tǒng)對檢測環(huán)境的要求；設(shè)計了一種快速、合理的視標(biāo)變換和清晰度判斷方法，有效地提高了檢測速度，增強(qiáng)了視標(biāo)出現(xiàn)的隨機(jī)性，對視力保護(hù)以及視力疾病的預(yù)防有著重要意義。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：基于智能手機(jī)的視功能檢測系統(tǒng)，包括用于顯示不同大小視標(biāo)的視標(biāo)顯示單元、用于實(shí)現(xiàn)語音信號的接收和轉(zhuǎn)換的語音單元、用于對比所述語音單元輸出的可識別字符和當(dāng)前顯示視標(biāo)單元實(shí)際狀態(tài)對比分析的分析判斷單元、根據(jù)當(dāng)前顯示視標(biāo)的大小和實(shí)時距離檢測單元獲取的實(shí)時距離計算出當(dāng)前視標(biāo)對應(yīng)的視力值結(jié)果的實(shí)時計算單元、根據(jù)所述分析判斷單元的分析結(jié)果控制下一個顯示視標(biāo)的大小，并通過視標(biāo)顯示單元顯示的視標(biāo)變換控制單元、用于實(shí)時監(jiān)測測試者雙眼到手機(jī)屏幕中心距離的實(shí)時距離監(jiān)測單元、用于顯示檢測結(jié)果的結(jié)果顯示單元和根據(jù)檢測結(jié)果對測試者視力情況作出評價并提出相應(yīng)的保護(hù)視功能建議的綜合分析單元，所述視標(biāo)顯示單元、所述語音單元、所述分析判斷單元、所述實(shí)時計算單元、所述視標(biāo)變換單元、所述實(shí)時距離監(jiān)測單元、所述結(jié)果顯示單元和所述綜合分析單元均為設(shè)置在智能手機(jī)主機(jī)上的功能單元。

基于智能手機(jī)的視功能檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于：主要包括以下幾個步驟：

s1：所述視標(biāo)顯示單元根據(jù)智能手機(jī)的屏幕尺寸和分辨率計算得到屏幕單個像素點(diǎn)的大小，將需要顯示“e”視標(biāo)的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的像素點(diǎn)的個數(shù)，然后控制屏幕上像素點(diǎn)的顏色進(jìn)而顯示不同大小的視標(biāo)；

s2：所述語音單元接收測試者反饋的語音信號，包括“上”、“下”、“左”、“右”四個方向或者“看不清”，并將語音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軟件可識別字符；

s3：所述分析判斷單元將語音單元輸出的可識別字符和當(dāng)前顯示視標(biāo)的實(shí)際狀態(tài)對比分析，判斷測試者反饋的信息是否正確、測試者能否看清當(dāng)前大小的視標(biāo)；

s4：所述視標(biāo)變換單元根據(jù)所述分析判斷單元的分析結(jié)果控制下一個顯示視標(biāo)的大小，并通過所述視標(biāo)顯示單元顯示；

s5：所述實(shí)時距離監(jiān)測單元利用手機(jī)攝像頭在檢測過程中實(shí)時監(jiān)測測試者雙眼到手機(jī)屏幕中心的距離并顯示于屏幕左上角，同時由所述實(shí)時計算單元根據(jù)當(dāng)前顯示視標(biāo)的大小和所述實(shí)時距離監(jiān)測單元獲取的實(shí)時距離計算出當(dāng)前視標(biāo)對應(yīng)的視力值結(jié)果；

s6：檢測過程中循環(huán)執(zhí)行s1-s5各個步驟，當(dāng)測試結(jié)束時，由所述結(jié)果顯示單元在屏幕上顯示檢測結(jié)果，所述綜合分析單元根據(jù)檢測結(jié)果對測試者的視力情況做出評價并提出相應(yīng)的保護(hù)視功能的建議。

進(jìn)一步地，所述語音單元包括實(shí)現(xiàn)語音信號的接收和轉(zhuǎn)換，主要包括以下幾個步驟：

s21:啟動語音識別功能；

s22:智能手機(jī)發(fā)出提示音，等待接收測試者的語音反饋信號；

s23:系統(tǒng)判斷是否接收到語音反饋信號，如果已經(jīng)接收到信號，則關(guān)閉語音接收功能，將已收到信號轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可識別字符后輸入到分析判斷單元，之后返回步驟s2繼續(xù)執(zhí)行；

s24:如果一段時間內(nèi)未接收到語音反饋信號，則返回步驟s2繼續(xù)執(zhí)行；

s25:視功能檢測結(jié)束同時關(guān)閉語音識別功能。

進(jìn)一步地，所述分析判斷單元對一系列大小相同視標(biāo)的清晰度判斷步驟為：

s31:定義三個參考值；

s32:分析受試者對視標(biāo)的反饋結(jié)果；

s33:如果連續(xù)反饋n次依舊沒有連續(xù)正確或錯誤m次的情況，則將n次反饋中正確次數(shù)和總次數(shù)n做商，結(jié)果和閾值p比較，如果不小于p，則認(rèn)為測試者能看清當(dāng)前視標(biāo)，否則，認(rèn)為測試者看不清當(dāng)前視標(biāo)。

進(jìn)一步地，所述實(shí)時距離監(jiān)測單元中的基于手機(jī)前置攝像頭的實(shí)時測試距離監(jiān)測方法，主要包括以下步驟：

s51：測量測試者雙眼的實(shí)際距離；

s52：雙眼識別與定位；

s53：像素距離與物理距離的轉(zhuǎn)換；

s54：計算雙眼到視標(biāo)的距離。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是：

1.本發(fā)明提供了一種利用手機(jī)自帶的前置攝像頭在視功能檢測過程中實(shí)時、準(zhǔn)確測量人眼與視標(biāo)之間測試距離的方法，解決了以往檢測方法中測距過程復(fù)雜、結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，同時能夠在任意距離處進(jìn)行視功能檢測，解決了傳統(tǒng)檢測方法中固定的測試距離對使用場合的限制。

2.本發(fā)明根據(jù)測試距離與視標(biāo)大小、視力值三者之間的計算關(guān)系，能夠在檢測過程中依據(jù)實(shí)時得到的距離實(shí)時計算出當(dāng)前顯示視標(biāo)對應(yīng)的視力值，避免了因身體晃動等原因?qū)е碌臏y試距離改變對檢測結(jié)果的影響，提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.本發(fā)明提出了一種新的視標(biāo)變換方法，在檢測過程中能夠在較短的時間內(nèi)快速定位到測試者的視力值，相比于一般從大到小依次變換視標(biāo)的方法大大縮短了檢測時間。

4.本發(fā)明提出了一種判斷測試者對某一視力值對應(yīng)的一系列視標(biāo)是否能夠看清的方法，保證了判斷的準(zhǔn)確性，同時相關(guān)參數(shù)值可由使用者自行設(shè)定，有效增加了判斷方法使用的靈活性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖示意圖；

圖2是本發(fā)明的分析判斷單元視標(biāo)清晰度的流程圖；

圖3是本發(fā)明的人眼識別示意圖；

圖4-圖7是本發(fā)明的實(shí)時距離監(jiān)測單元基于人眼識別的實(shí)時測距方法圖；

圖中：

10、像中雙眼

11、實(shí)際雙眼

12、前置攝像頭

e、雙眼連線中心點(diǎn)

e：感光元件像中雙眼連線中心點(diǎn)

c、攝像頭

l0、實(shí)際雙目距離

l2、屏幕像中雙目距離(像素)

l3、感光元件像中雙目距離

β、感光元件像到屏幕像的放大倍數(shù)

d1、e到鏡頭光軸的垂直距離

d2、感光元件垂直長度的一半

θ1、ec與光軸的夾角

θ、攝像頭視角的一半

a、手機(jī)垂直長度

d1、屏幕上像雙眼連線中心點(diǎn)到屏幕中心垂直方向距離

d2、近似認(rèn)為屏幕高度的一半

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)例一種基于智能手機(jī)的視功能檢測系統(tǒng)和方法，主要包括視標(biāo)顯示單元、語音單元、分析判斷單元、實(shí)時計算單元、視標(biāo)變換單元、實(shí)時距離監(jiān)測單元、結(jié)果顯示單元和綜合分析單元，視標(biāo)顯示單元、語音單元、分析判斷單元、實(shí)時計算單元、視標(biāo)變換單元、實(shí)時距離監(jiān)測單元、結(jié)果顯示單元和綜合分析單元均為設(shè)置在智能手機(jī)上的功能單元。

視標(biāo)顯示單元根據(jù)智能手機(jī)的屏幕尺寸和屏幕分辨率計算得到屏幕上單個像素點(diǎn)的大小，將需要顯示視標(biāo)的大小轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的像素點(diǎn)個數(shù)，然后控制智能手機(jī)的屏幕上像素點(diǎn)的顏色進(jìn)而顯示不同大小的視標(biāo)；

語音單元接收測試者反饋的語音信號，包括“上”、“下”、“左”、“右”四個方向或者“看不清”，并將語音信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的軟件可識別字符；

分析判斷單元將語音單元輸出的可識別字符和當(dāng)前顯示視標(biāo)的實(shí)際狀態(tài)對比，判斷測試者反饋的信息是否正確、測試者能否看清當(dāng)前大小的視標(biāo)；

實(shí)時距離監(jiān)測單元利用智能手機(jī)攝像頭在檢測過程中實(shí)時監(jiān)測測試者雙眼到視標(biāo)的距離并顯示于屏幕左上角，由實(shí)時計算單元根據(jù)當(dāng)前顯示視標(biāo)的大小和實(shí)時距離監(jiān)測單元獲取的實(shí)時距離計算出視標(biāo)對應(yīng)的視力值結(jié)果；

視標(biāo)變換單元根據(jù)分析判斷單元的分析結(jié)果控制下一個顯示視標(biāo)的大小，并通過視標(biāo)顯示單元顯示。

檢測過程中循環(huán)執(zhí)行以上各個步驟，當(dāng)測試結(jié)束時，由結(jié)果顯示單元在屏幕上顯示檢測結(jié)果，綜合分析單元根據(jù)檢測結(jié)果對測試者的視力情況做出評價并提出相應(yīng)的保護(hù)視功能的建議。

其中，語音單元實(shí)現(xiàn)語音信號的接收和轉(zhuǎn)換，主要包括以下幾個步驟：s21：啟動語音識別功能；s22：智能手機(jī)發(fā)出提示音，等待接收測試者的語音反饋信號；s23：系統(tǒng)判斷是否接收到語音反饋信號，如果已經(jīng)接收到信號，則關(guān)閉語音接收功能，將已收到信號轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)可識別字符后輸入到分析判斷單元，之后返回步驟s22繼續(xù)執(zhí)行；s24：如果一段時間t內(nèi)未接收到語音反饋信號，則返回步驟s22繼續(xù)執(zhí)行；s25：視功能檢測結(jié)束同時關(guān)閉語音識別功能。

如圖2所示，分析判斷單元對一系列大小相同視標(biāo)的清晰度判斷步驟為：s31:定義三個參考值：最大測試次數(shù)n，次數(shù)閾值m和比例閾值p，其中，最大測試次數(shù)n指對一系列大小相同的視標(biāo)允許連續(xù)判斷的最大次數(shù)，次數(shù)閾值m表示對一系列大小相同的視標(biāo)測試時，反饋結(jié)果連續(xù)正確(錯誤)次數(shù)不小于m時，判定測試者看清(看不清)當(dāng)前視標(biāo)，閾值p(正確次數(shù)/n)指在對一系列大小相同的視標(biāo)測試時，反饋正確次數(shù)與最大測試次數(shù)n的比值；s32:當(dāng)受試者對一系列大小相同的視標(biāo)進(jìn)行反饋時，如果反饋結(jié)果連續(xù)正確m次，則說明測試者能看清當(dāng)前視標(biāo)，如果反饋結(jié)果連續(xù)錯誤m次，則說明測試者看不清當(dāng)前視標(biāo)；s33:如果連續(xù)反饋n次依舊沒有連續(xù)正確或錯誤m次的情況，則將n次反饋中正確次數(shù)和總次數(shù)n做商，結(jié)果和閾值p比較，如果不小于p，則認(rèn)為測試者能看清當(dāng)前視標(biāo)，否則，認(rèn)為測試者看不清當(dāng)前視標(biāo)。

其中，實(shí)時距離監(jiān)測單元的一種基于手機(jī)前置攝像頭的實(shí)時測試距離監(jiān)測方法，主要包括以下步驟：

s51：測量測試者雙眼的實(shí)際距離：利用測量工具手動測量出測試者雙眼的實(shí)際物理尺寸l0，精確到mm；

s52：雙眼識別與定位：如圖3所示，檢測時令測試者正對屏幕且屏幕上能顯示完整的測試者臉部，利用人臉識別方法獲取屏幕顯示圖像中測試者臉部對應(yīng)的區(qū)域，然后將該區(qū)域平均分割為左右兩個區(qū)域，使得兩個區(qū)域各有一只人眼，對兩個區(qū)域圖像分別進(jìn)行人眼識別，獲得圖像中雙眼對應(yīng)的區(qū)域及坐標(biāo)位置，計算左右眼之間的像素距離，以及左右眼連線中心點(diǎn)到屏幕中心的像素距離和屏幕中心到短邊的像素距離；

s53：像素距離與物理距離的轉(zhuǎn)換：根據(jù)所用智能手機(jī)屏幕尺寸和分辨率計算屏幕上每個像素點(diǎn)的物理大小，并將步驟2中得到的雙眼像素距離轉(zhuǎn)換為實(shí)際物理距離；

s54：雙眼到視標(biāo)距離的計算：如圖4-7所示，圖中：

e：雙眼連線中心點(diǎn)e：感光元件像中雙眼連線中心點(diǎn)

c：攝像頭l0：實(shí)際雙目距離

l1：屏幕像中雙目距離(像素)l3：感光元件像中雙目距離

β：感光元件像到屏幕像的放大倍數(shù)d1：e到鏡頭光軸的垂直距離

d2：感光元件垂直長度的一半θ1：ec與光軸的夾角

θ：攝像頭視角的一半α：手機(jī)垂直長度

d1：屏幕上像雙眼連線中心點(diǎn)到屏幕中心垂直方向距離

d2：近似認(rèn)為屏幕高度的一半

由智能手機(jī)的設(shè)備參數(shù)得到感光元件到屏幕圖像的放大倍數(shù)β，攝像頭的視角2θ，手機(jī)的長度a和寬度b，則有以下公式：

通過以上公式得到視功能檢測過程中人眼到屏幕中心的實(shí)時距離d。

其中，視標(biāo)變換單元中視標(biāo)變換的具體過程為：

(1)將視力值4.0對應(yīng)的視標(biāo)大小設(shè)定為視標(biāo)大小范圍的最大值，將視力值5.2對應(yīng)的視標(biāo)大小設(shè)定為視標(biāo)大小范圍的最小值；

(2)令i代表當(dāng)前顯示視標(biāo)的大小，i0代表已顯示過的所有視標(biāo)中比i小且相差最小的視標(biāo)的大小，初始化為5.2視力對應(yīng)視標(biāo)的大小，i1代表已顯示過的所有視標(biāo)中比i大且相差最小的視標(biāo)的大小，初始化為4.0視力對應(yīng)視標(biāo)的大??；

(3)顯示i大小的視標(biāo)，如果測試者能看得清，則令i1等于i，否則令i0等于i；

(4)系統(tǒng)判斷是否滿足i1比i0大5個像素，滿足則檢測結(jié)束，否則令然后繼續(xù)執(zhí)行步驟(3)(4)。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明提供了一種利用手機(jī)自帶的前置攝像頭在視功能檢測過程中實(shí)時、準(zhǔn)確測量人眼與視標(biāo)之間測試距離的方法，解決了以往檢測方法中測距過程復(fù)雜、結(jié)果不準(zhǔn)確的問題，同時能夠在任意距離處進(jìn)行視功能檢測，解決了傳統(tǒng)檢測方法中固定的測試距離對使用場合的限制。

2.本發(fā)明根據(jù)測試距離與視標(biāo)大小、視力值三者之間的計算關(guān)系，能夠在檢測過程中依據(jù)實(shí)時得到的距離實(shí)時計算出當(dāng)前顯示視標(biāo)對應(yīng)的視力值，避免了因身體晃動等原因?qū)е碌臏y試距離改變對檢測結(jié)果的影響，提高了檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.本發(fā)明提出了一種新的視標(biāo)變換方法，在檢測過程中能夠在較短的時間內(nèi)快速定位到測試者的視力值，相比于一般從大到小依次變換視標(biāo)的方法大大縮短了檢測時間。

4.本發(fā)明提出了一種判斷測試者對某一視力值對應(yīng)的一系列視標(biāo)是否能夠看清的方法，保證了判斷的準(zhǔn)確性，同時相關(guān)參數(shù)值可由使用者自行設(shè)定，有效增加了判斷方法使用的靈活性。

以上對本發(fā)明的一個實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進(jìn)等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。