本發(fā)明屬于眼鏡視野檢測技術領域，涉及一種防護眼鏡視野檢測系統(tǒng)，本發(fā)明還涉及一種防護眼鏡視野檢測方法。

背景技術：

我國1982年頒布了視野檢測的標準《過濾式防毒面具視野的試驗方法》，其中采用醫(yī)用視野計對戴在標準頭型上防毒面具的視野保存率和各方位視野進行檢測。將標準頭型的眼球位置安裝低壓燈泡，使其光線外射的立體角，等于中國成年人平均視野的立體角。將眼鏡戴到標準頭型上以后，此外射光錐受到眼鏡框的限制而縮小，用視野計從垂直或水平的任一方位開始每15-30°之間測量一點，直至全方位都測到，得到戴上眼鏡后的視野圖，然后用求積儀量出兩眼共同的視野面積，求出它們占未戴防護眼鏡時相應的百分比，用校正系數(shù)改正即可得到雙目視野保存率。但此方法逐步對不同方位處的眼鏡視野進行檢測，整個過程手動式過于繁瑣與機械化，容易引入誤操作，并且量取面積時讀數(shù)容易有誤差，因而得到的結果不準確。

隨著科技的發(fā)展，目前公開發(fā)明專利的視野檢測裝置都與微處理系統(tǒng)相結合，實現(xiàn)高精度的智能檢測。名稱為《四點視野檢測裝置及檢測方法》的發(fā)明專利、公開號為cn101342072a、公開日為2009.01.14，公開了一種便攜式、可對人群進行青光眼快速篩查的四點視野檢測裝置及檢測方法，選取青光眼性視野缺損最易出現(xiàn)異常的四個點進行光敏感度檢測。名稱為《單眼視力障礙患者水平150度視野檢測裝置和檢測的視標位點的設置方法》的發(fā)明專利、公開號為cn106264440a、公開日為2016.08.18，公開了利用程序構建視標位點，可以準確地確定單眼視力障礙患者在全程注視正前方固定視標的情況下，優(yōu)眼所能看到的水平視野范圍，特別是評估視野的水平范圍以及視野范圍內有無缺損。名稱為《一種頭戴式視野檢查儀》的發(fā)明專利、公開號為cn106037626a、公開日為2016.07.12，公開了在儀器內部提供不同方位、不同光亮度的刺激點，在檢測者將其帶到頭上后通過監(jiān)測眼球運動實現(xiàn)快速的監(jiān)測受檢者的視野。

上述的三個專利文件提供的裝置，都是以人為檢測對象，而且都只是針對某一特定情況下的視野進行檢測，將這幾個裝置用于檢測防護眼鏡視野時，無法實現(xiàn)對眼鏡視野性能的全面檢測，而且會因受測者自身眼睛健康狀況而影響對眼鏡視野性能的測定。因此，如何對防護眼鏡的視野范圍進行全面性的檢測，并且實現(xiàn)準確化、智能化測定防護眼鏡視野性能是迫切要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種防護眼鏡視野檢測系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有檢測系統(tǒng)檢測過程中人為干擾的影響，以及系統(tǒng)檢測不全面的問題。

本發(fā)明的另一目的是提供一種防護眼鏡視野檢測方法，解決了現(xiàn)有技術檢測防護眼鏡過程中檢測結果不準確的問題。

本發(fā)明所采用的技術方案是，一種防護眼鏡視野檢測系統(tǒng)，在暗室中進行搭建，包括標準頭模，標準頭模的兩個眼睛位置分別設置有水平向前的照射口，試驗時將待測眼鏡配戴在標準頭模兩個照射口位置，兩個照射口與光纖光源連接，標準頭模的兩個眼睛目視前方依次設置有導光屏和ccd相機，即導光屏豎直放在ccd相機與標準頭模之間；ccd相機安裝在磁座上，ccd相機通過數(shù)據(jù)線與計算機連接。

本發(fā)明所采用的另一技術方案是，一種防護眼鏡視野檢測方法，按照以下步驟實施：

步驟1、在暗室中，依次設置標準頭模、導光屏及ccd相機，并使三者軸心線在一條水平線上，標準頭模與導光屏之間相距250mm，導光屏與ccd相機之間相距650mm，然后將ccd相機與計算機相連，將標準頭模兩個眼睛位置的照射口與光纖光源相連；

步驟2、打開光纖光源的開關，調整標準頭模的位置使兩個眼睛處照射出的光線投到導光屏上顯示為部分重疊的兩個橢圓，每個橢圓的長軸為320mm，短軸為250mm，兩個橢圓的中心距離為264mm，橢圓的平面平行于標準頭模后面的平坦部分；

然后將待測眼鏡配戴到標準頭模上，觀察導光屏上視野區(qū)域的遮擋情況；若雙橢圓光斑區(qū)域未出現(xiàn)遮擋，則眼鏡合格；若雙橢圓光斑區(qū)域出現(xiàn)遮擋，則眼鏡不合格，進行下一步；

步驟3、利用計算機中預置的圖像處理模塊對導光屏上的圖像進行采集與數(shù)據(jù)處理，精確計算眼鏡視野保存率；

步驟4、將待測眼鏡從標準頭模上取下，放到標準頭模的兩個眼睛前方200毫米處對其投影，調整待測眼鏡位置及角度，直到在導光屏上呈現(xiàn)清晰的待測眼鏡整體輪廓圖，通過步驟3采集此時導光屏上的待測眼鏡投影圖像和光源背景圖像，再通過圖像處理模塊進行處理，得到待測眼鏡的水平視野與垂直視野。

本發(fā)明的有益效果是，該種防護眼鏡視野檢測系統(tǒng)，標準頭模與光纖光源相連，在導光屏上顯示雙橢圓光斑；ccd相機采集導光屏上的投影圖像，計算機上獨創(chuàng)的圖像處理模塊對投影圖像進行處理。眼鏡帶到頭模上，判斷防護眼鏡視野是否合格，通過計算機內置雙橢圓精確計算眼鏡視野保存率；眼鏡放到光源前方，在導光屏上清晰投影，通過空間變換確定水平視角與垂直視角。該檢測系統(tǒng)不僅能方便的測量出防護眼鏡的視野范圍，而且能準確檢測出防護眼鏡視野的保存率，使用過程方便快捷。具體分為幾個方面：：

1)在暗室搭建的物理環(huán)境中，通過投影方法直觀觀察到眼鏡對視野的遮擋情況，以投影圖像為處理目標，實現(xiàn)了與計算機相結合達到智能化檢測的目的。

2)本發(fā)明方法對系統(tǒng)參數(shù)進行標定，實現(xiàn)了屏上投影圖像與計算機上圖像的實時交互，標定參數(shù)可較長時間使用。減少了系統(tǒng)檢測過程中機械化操作與人為經(jīng)驗判斷的參與，使檢測結果準確性更高。

3)通過標準頭模的眼睛光源模擬出人的視野區(qū)域，減小了在人佩戴待測眼鏡情況下由于每個人視力、眼睛健康情況等不同而造成的視野誤差。通過圖像轉換構建計算機內置雙橢圓，通過軟件算法降低對光源的要求并保證檢測準確性。

4)針對性的設計圖像處理算法，通過差分方法消除背景灰度干擾達到對視野區(qū)域遮擋物的提取；通過聚類方法，區(qū)分光源背景、眼鏡片及眼鏡邊框投影。

5)針對不同的檢測需求設計不同的檢測方法，將待測眼鏡帶到標準頭模上，判斷防護眼鏡視野是否合格，通過計算機內置雙橢圓精確計算眼鏡視野保存率；將待測眼鏡放到光源前方，在導光屏上清晰投影，通過空間變換確定水平視角與垂直視角。

附圖說明

圖1是本發(fā)明防護眼鏡視野檢測系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明方法從標準頭模眼睛發(fā)出的光源投影到導光屏上的視野區(qū)域；

圖3是本發(fā)明方法涉及的成像關系圖。

圖中，1.標準頭模，2.待測眼鏡，3.導光屏，4.ccd相機，5.磁座，6.計算機，7.光纖光源。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

參照圖1，本發(fā)明防護眼鏡視野檢測系統(tǒng)的結構是，在暗室中進行搭建，

包括標準頭模1，標準頭模1的兩個眼睛位置分別設置有水平向前的照射口，試驗時將待測眼鏡2配戴在標準頭模1兩個照射口位置，兩個照射口與光纖光源7連接，標準頭模1的兩個眼睛目視前方依次設置有導光屏3和ccd相機4，即導光屏3豎直放在ccd相機4與標準頭模1之間；ccd相機4安裝在磁座5上，ccd相機4通過數(shù)據(jù)線與計算機6連接；

標準頭模1、導光屏3、ccd相機4三者的軸線一致，保證檢測準確性；導光屏3與標準頭模1之間的距離為250mm，相當于人眼的明視距離；導光屏3與ccd相機4之間的距離為650mm；導光屏3作為圖像顯示屏可以勻化光源，同時投影到導光屏3上的圖像，ccd相機4在另一端能夠清晰捕獲；標準頭模1裸眼情況下，光纖光源7照射在導光屏3上成像為雙橢圓光斑。

參照圖2，標準頭模1的眼睛處作為兩個光源照射出口，當打開光纖光源7的光源開關后，從兩個眼睛處照出的光源就會照射到導光屏3上，呈現(xiàn)一個雙橢圓光斑區(qū)域，即代表了人眼的視野區(qū)域。將待測眼鏡2戴到標準頭模1上，若導光屏3上的雙橢圓光斑區(qū)域未出現(xiàn)任何遮擋物，說明該待測眼鏡2合格；若導光屏3上的雙橢圓光斑區(qū)域出現(xiàn)遮擋物，說明該待測眼鏡2不合格，則需要用計算機6中的圖像處理集成模塊計算待測眼鏡2的視野保存率及水平視野與垂直視野。

參照圖3，將已知長度的標準尺貼在導光屏3的中心處，在計算機6中預置有集成的圖像處理模塊，控制ccd相機4采集導光屏3上的標準尺圖像并對其進行數(shù)據(jù)處理，得到物像比的關系系數(shù)，完成對系統(tǒng)參數(shù)的標定。根據(jù)對待測眼鏡2投影時放置的位置和導光屏3放置的位置，然后由距離比得到投影大小與原物大小比例關系系數(shù)。通過確定這兩個系數(shù)，完成導光屏3上投影圖像和待測眼鏡2與計算機6上圖像的實時交互。

計算機6中預置有獨創(chuàng)的圖像處理模塊，對ccd相機4采集的圖像進行數(shù)據(jù)處理，圖像處理模塊包括圖像觀察模塊、參數(shù)標定模塊、視野合格率檢測模塊和視角測量模塊。

圖像觀察模塊：用于實時觀察導光屏3上投影圖像，以便調整系統(tǒng)狀態(tài)；圖像觀察模塊還可以給出圖像縱橫向中心線以及雙橢圓圖形區(qū)域，方便調整照射光源和ccd相機4的相對位置。

參數(shù)標定模塊：用于計算ccd相機4采集的標準尺圖像的像素與實際尺寸比例關系，完成對物像比例關系的標定并保存，為后面兩個模塊完成計算機6上的圖像與導光屏3上投影圖像的交互做準備，具體標定方法如下：

將已知長度的標準尺貼在導光屏3的中心處，通過ccd相機4獲取此時導光屏3上的圖像并用圖像處理模塊統(tǒng)計尺長的像素，利用式(1)得到每個像素代表的實際物理尺寸，完成系統(tǒng)參數(shù)的標定：

在式(1)中，l0為標準尺長度，m為尺長像素，k1為物像比的關系系數(shù)；在本系統(tǒng)中k1是定值，在圖像處理算法中多次被使用，使得導光屏3上的圖像與計算機6上的圖像實時交互。

視野合格率檢測模塊：利用標定的參數(shù)，將導光屏3上投影得到的視野區(qū)域轉換成計算機6上相對應的雙橢圓視野圖形，分別采集光源背景圖像與戴上待測眼鏡2后的圖像；然后將這兩幅圖像中各點對應的像素值相減，并通過圖像分割算法，消除背景灰度干擾達到對視野區(qū)域遮擋物的提取；最后統(tǒng)計遮擋物內像素點數(shù)和以及雙橢圓內像素點數(shù)，計算遮擋物內存留的視野區(qū)域占據(jù)雙橢圓視野區(qū)域的比率，即可得到眼鏡視野保存率。

假設理想的投影圖像，單個橢圓長軸為2a、短軸為2b、兩橢圓中心相距2c；假設計算機6中圖像顯示界面寬為w、高為h，原始坐標系是以顯示界面最左上角作為初始原點坐標，x軸向右，y軸向下；在圖像坐標系下，橢圓中心坐標為(-c/k1+w/2,h/2)，(c/k1+w/2,h/2)，通過公式構造出計算機6中對應的像素圖像，計算公式如下：

然后計算雙橢圓視野區(qū)域像素以及標準頭模1戴上待測眼鏡2后的視野區(qū)域像素，根據(jù)式(2)得到視野保存率：

si表示佩戴眼鏡后視野區(qū)域面積，s表示構建的理想橢圓視野區(qū)域面積。

視角測量模塊：為保證待測眼鏡2邊緣投影清晰，將待測眼鏡2放到兩個眼睛前方200毫米投影，提取待測眼鏡2的整體特征輪廓，進一步計算出圖像中待測眼鏡2的水平寬度與豎直寬度，然后根據(jù)事先標定的物像比例關系，轉換得到實際待測眼鏡2的寬度大小，由視角計算公式得到待測眼鏡2的水平視角和豎直視角，

已知物體所在平面距光源距離l1，投影平面距光源距離l2，根據(jù)物體距離比，投影大小與原物大小比例關系系數(shù)k2計算式如下：

設圖像處理后眼鏡邊框水平間距為x像素，豎直間距為y像素，將像素數(shù)轉化為實際物理尺寸：

x0＝k1k2x，y0＝k1k2y，(4)

則眼鏡豎直視角和水平視角計算公式如下：

在(5)式與(6)式中，眼睛中心水平向下或向上7mm處，待測眼鏡距人眼的距離為d，眼睛瞳距為64mm。

本發(fā)明的防護眼鏡視野檢測方法，基于上述的系統(tǒng)結構及工作原理，按照以下步驟實施：

步驟1、在暗室中，如圖1所示，依次設置標準頭模1、導光屏3及ccd相機4，并使三者軸心線在一條水平線上，標準頭模1與導光屏3之間相距250mm，導光屏3與ccd相機4之間相距650mm，然后將ccd相機4與計算機6相連，將標準頭模1兩個眼睛位置的照射口與光纖光源7相連。

步驟2、打開光纖光源7的開關，調整標準頭模1的位置使兩個眼睛處照射出的光線投到導光屏3上顯示為部分重疊的兩個橢圓，見圖2所示，每個橢圓的長軸2a為320mm，短軸2b為250mm，兩個橢圓的中心距離2c為264mm，橢圓的平面應當平行于標準頭模1后面的平坦部分；

然后將待測眼鏡2按照圖1配戴到標準頭模1上，觀察導光屏3上視野區(qū)域的遮擋情況；若雙橢圓光斑區(qū)域未出現(xiàn)遮擋，則眼鏡合格；若雙橢圓光斑區(qū)域出現(xiàn)遮擋，則眼鏡不合格，進行下一步。

步驟3、利用計算機6中預置集成的圖像處理模塊對導光屏3上的圖像進行采集與數(shù)據(jù)處理，具體步驟如下：

3.1)啟動ccd相機4將導光屏3上的成像情況實時傳輸?shù)接嬎銠C6上，對成像進行觀察與保存；

3.2)如圖3，通過步驟3.1)采集標準尺放置在導光屏3上的圖像，用集成的圖像處理模塊對該標準尺圖像進行數(shù)據(jù)處理，標定系統(tǒng)參數(shù)，計算過程如下：

對采集的標準尺圖像進行尺長像素統(tǒng)計，由于該標準尺長度已知，利用式(1)計算得到每個像素代表的實際物理尺寸，完成對系統(tǒng)參數(shù)的標定，

其中涉及的算法如下：

式(1)中，l0為標準尺長度，m為尺長像素，k1為物像比的關系系數(shù)。

3.3)在計算機6的圖像顯示界面內顯示雙橢圓視野圖像，通過步驟3.1)分別采集光源背景圖像和標準頭模1戴上待測眼鏡2后的圖像，然后對圖像進行數(shù)據(jù)處理，最終得到待測眼鏡2的視野保存率，計算過程如下：

利用橢圓數(shù)學公式及步驟3標定的參數(shù)，將導光屏3上的雙橢圓光斑圖像轉換成計算機上的雙橢圓圖像，再計算雙橢圓區(qū)域像素；對得到的光源背景圖像與戴上待測眼鏡2后的圖像進行對應位置像素值相減運算，提取視野區(qū)域遮擋物，然后再計算遮擋物內的視野區(qū)域像素；最后根據(jù)式(2)計算得到視野保存率，

其中涉及的式(2)如下：

其中si表示佩戴眼鏡后視野區(qū)域面積，s表示構建的理想橢圓視野區(qū)域面積。

步驟4、將待測眼鏡2從標準頭模1上取下，放到標準頭模1的兩個眼睛前方200毫米處對其投影，調整待測眼鏡2位置及角度，直到在導光屏3上呈現(xiàn)清晰的待測眼鏡2整體輪廓圖，通過步驟3.1)采集此時導光屏3上的待測眼鏡2投影圖像和光源背景圖像，再通過圖像處理模塊進行處理，得到待測眼鏡2的水平視野與垂直視野，具體過程如下：

對采集的光源背景圖像與得到的待測眼鏡2投影圖像進行對應位置像素值相減，提取待測眼鏡2邊框形狀，再計算待測眼鏡2邊框水平間距與豎直間距的像素，然后利用式(1)和式(3)將像素轉化為待測眼鏡2實際物理尺寸，最后利用式(4)和式(5)得到眼鏡水平視野與垂直視野，

涉及的具體算法公式如下：

x0＝k1k2x，y0＝k1k2y，(4)

如圖3，在式(3)中，k2為投影大小與原物大小比例關系系數(shù)，l1為物體所在平面距光源的距離，l2為投影平面距光源的距離；在式(5)與式(6)中，眼睛中心水平向下或向上7mm處，待測眼鏡距人眼的距離為d，眼睛瞳距為64mm。

本發(fā)明的方法，在光源條件欠佳的情況下，通過圖像轉換構建計算機內置雙橢圓，實現(xiàn)視野遮蓋率的精確計算，通過軟件算法降低對光源的要求并保證檢測準確性。