一种视觉训练的眼保健系统及训练方法与流程

本发明涉及一种视觉训练的眼保健系统及训练方法。

背景技术：

一些研究证实，近视眼患者比非近视眼者对近视眼标存在更多调节滞后，晶状体调节不足可能导致长时间注视近距物体时视网膜共轭焦点偏后，造成视网膜上不同程度的远视性离焦。这种远视性离焦使发育期的青少年眼球发生代偿性眼球增长，导致近视眼的发生和发展。近视患者存在对模糊物像敏感反应降低，调节不精确，更容易调节滞后。

在农牧业和野外环境，人们在活动时，频繁切换并调节眼睛观察远处目标，且眼睛调节比较到位，例如在狩猎或防范危险动物袭击时，眼睛会调节的非常精确。但是现在人们大部分时间在室内，长时间做视近活动，尤其是看电子产品时，眼睛内旋，晶状体屈光力大，肌肉处于持续紧张状态，造成眼睛疲劳。青少年在学习和生活中需要仔细辨识远方细节机会少，辨识远方细节能力下降,近视率高。

为改善眼睛调节能力，已有很多种视觉训练方法。例如cn101695463b就公开了一种具有视觉训练功能的镜架，该镜架包括镜框、鼻梁、桩头和眼镜腿，镜框、鼻梁和眼镜腿上均设有发光体，其中一镜腿设有调节开关，另一镜腿设有放置电池的容室和充电孔；鼻梁或镜腿上设有芯片，用于控制发光体按程序依次闪亮或熄灭；发光体、芯片、电池和调节开关之间通过柔性线路板相连；镜框与镜腿之间的角度可180°任意调节，当镜框与镜腿之间的角度呈180°时，镜腿和鼻梁上的发光体位于同一条直线上。具有视觉训练功能的镜架，以运动视觉为理论基础，通过眼球运动的训练，锻炼眼肌，保护眼调节，有效地预防和控制近视的发生和发展。

但是由于年纪小，自控力差，很多人不能认真完成视觉训练，现有方法不能检测到眼睛是否调节到位；还有些视力训练，如用走马灯为视标按照一定轨迹转动，引导训练人员眼睛做转动或做“∞”等运动，不需要看清远处细节。青少年对这种机械、重复的缺少互动的训练缺乏兴趣，影响训练效果。

技术实现要素：

本发明针对目前的视觉训练系统上述不足，本发明提供一种视觉训练的眼保健系统及训练方法，考虑到室内环境和青少年心理特点，采用一组显示屏由控制装置控制，并采用交互式设计，用游戏的方法，锻炼眼睛调节能力，视觉训练和眼保健的效果显著。

本发明为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种视觉训练的眼保健系统，包括控制装置和控制装置控制的一组显示屏；还包括与进行视觉训练的人员互动的互动系统，所述的互动系统包括由所述的控制装置指定的显示互动内容的目标显示屏、采集进行视觉训练的人员对互动显示内容的反馈信息的反馈接收装置、判断进行视觉训练的人员的反馈信息是否正确的判别装置。

本发明考虑到室内环境和青少年心理特点，采用多个显示屏并采用交互式设计，用游戏的方法，锻炼眼睛调节能力，视觉训练和眼保健的效果显著。

进一步的，上述的视觉训练的眼保健系统中：所述一组显示屏包含两个或两个以上显示屏，所述一组显示屏分散设置在训练人员的前方，设置在最左端的显示屏与最右端的显示屏之间的距离至少为显示屏显示区域宽度的五倍，设置在最左端的显示屏与最右端的显示屏的中心点与进行视觉训练的人员的眼睛水平方向夹角0～150度，最上端的显示屏与最下端的显示屏中心点与眼睛垂直方向夹角0～100度。

进一步的，所述的互动显示内容为由进行视觉训练的人员分辨细节的视标或图片或动画或视频，所述的视标为e字形或c字形视标。

进一步的，所述的反馈接收装置是控制装置的输入装置，所述输入装置为按键或者触摸屏或者游戏杆或者语音输入或者手势识别或者无线鼠标。

进一步的，在所述的互动系统中还包括在控制装置控制下指导和提示视觉训练的人员训练的声音模块。

本发明还提供一种根据上述的视觉训练的眼保健系统的视觉训练方法，让训练人员包括以下步骤：

s1：指定一块显示屏显示互动内容并定义为目标显示屏的步骤；

s2：在目标显示屏上显示训练内容的步骤；

s3：视觉训练的人员根据目标显示屏的显示训练内容进行反馈的步骤；

s4：接收视觉训练的人员反馈的步骤；

s5：判断视觉训练的人员反馈是否符合训练内容的步骤。

进一步的，所述的互动显示内容为由进行视觉训练的人员分辨细节的视标或图片或动画或视频，所述的视标为e字形或c字形视标。

进一步的，所述目标显示屏每分钟切换10次以上。

进一步的，在所述目标显示屏上显示训练内容的步骤中，按照分辨难度从难到易的顺序逐步显示互动内容。

进一步的，包括训练模式和互动游戏模式，所述的训练模式以固定顺序切换目标显示屏；所述的互动游戏模式随机切换目标显示屏、随机生成或选择显示的互动内容，视觉训练的人员按照游戏规则答题，获得包括声音、动画、得分、升级在内的奖励。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

附图说明

附图1为本发明系统框图。

附图2是本发明实施例1控制装置框。

附图3是本发明实施例1显示屏结构框图。

附图4a是本发明实施例1工作流程图(一)。

附图4b是本发明实施例1工作流程图(二)

附图5是本发明实施例1显示屏结构图。

附图6是本发明实施例1安装示意图(一)。

附图7是本发明实施例1安装示意图(二)。

附图8是本发明实施例1防止视近示意图。

附图9是本发明实施例2功能示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种视觉训练的眼保健系统，包括控制装置和在控制装置控制下一组显示屏，一组显示屏包括显示屏、1显示屏2和显示屏n；还包括与进行视觉训练的人员互动的互动系统，互动系统包括由控制装置指定的显示互动内容的目标显示屏、采集进行视觉训练的人员对互动显示内容的反馈信息的反馈接收装置、判断进行视觉训练的人员的反馈信息是否正确的判别装置，视觉训练的眼保健系统中；一组显示屏包含两个或两个以上显示屏，一组显示屏分散设置在训练人员的前方，设置在最左端的显示屏与最右端的显示屏之间的距离至少为显示屏显示区域宽度的五倍，设置在最左端的显示屏与最右端的显示屏的中心点与进行视觉训练的人员的眼睛水平方向夹角0～150度，最上端的显示屏与最下端的显示屏中心点与眼睛垂直方向夹角0～100度，互动显示内容为由进行视觉训练的人员分辨细节的视标或图片或动画或视频，视标为e字形或c字形视标，反馈接收装置是控制装置的输入装置，输入装置为按键或者触摸屏或者游戏杆或者语音输入或者手势识别或者无线鼠标，在互动系统中还包括在控制装置控制下指导和提示视觉训练的人员训练的声音模块。

视觉训练方法包括以下步骤：

s1：指定一块显示屏显示互动内容并定义为目标显示屏的步骤；

s2：在目标显示屏上显示训练内容的步骤；

s3：视觉训练的人员根据目标显示屏的显示训练内容进行反馈的步骤；

s4：接收视觉训练的人员反馈的步骤；

s5：判断视觉训练的人员反馈是否符合训练内容的步骤。

互动显示内容为由进行视觉训练的人员分辨细节的视标或图片或动画或视频，视标为e字形或c字形视标。目标显示屏每分钟切换10次以上。

在目标显示屏上显示训练内容的步骤中，按照分辨难度从难到易的顺序逐步显示互动内容。包括训练模式和互动游戏模式，训练模式以固定顺序切换目标显示屏；互动游戏模式随机切换目标显示屏、随机生成或选择显示的互动内容，视觉训练的人员按照游戏规则答题，获得包括声音、动画、得分、升级在内的奖励。

下面列举两个具体的实施例

实施例1

该实施例为学校、家庭等场所的优选实施方案。

如图2和图3所示：控制装置101中电源模块107由3节aaa电池提供；微处理器105选用单片机stm8s003。存储器108为stm8s003内部eeprom，保存得分，等级，训练时间，训练模式等数据。声音模块104由stm8s003输出的pwm声音调制信号和喇叭组成。通讯模块106选用xc4388，xc4388是一个高性能的ook/ask射频发射器，该芯片包括了一个功率放大器，单稳态电路和一个由内部电压控制振荡器和循环过滤的锁相环。单稳态电路用来控制锁相环和功率放大器，使其在操作时可以快速启动。本实例控制装置通讯模块106采用ook调制，向显示屏102和103发送命令。命令包含id、device、image、crc四个字节，id为固定数据，显示屏接收到数据第一个字节为id才认为后面命令有效；device为显示屏编码，等于255时为对所有显示屏有效，0～254时只对与device编码对应编号的显示屏有效。控制装置101最多可以同时控制255个显示屏，图3中只画了两个显示屏102和103，实际根据需要可增加显示屏，所有显示屏结构功能相同，只是显示屏编号不同。image指定显示屏的图形编码或控制状态，显示屏根据图形编码显示指定的图形，训练人员辨识图形开口方向按方向键答题，答对一题增加一分，以一百题为一轮，连续三轮得一百分，升级。升级后程序调整参数，根据参数调整显示图形大小、改变led亮度、颜色等，或者提高出题速度，使图形分辨难度逐渐匹配训练人员的视力水平，需要辨别的图形细节接近训练人员实际眼睛最小可分辨的视角。如图5中显示面板508所示，面板上有三组不同大小的e字图形，处理器根据训练人员答题情况选择，如果得分高，程序在下一轮选择一组更小e字供训练人员识别。训练人员答题时是通过控制装置101面板上的按键109作为反馈装置，处理器105通过口线接收按键109信号，判断哪个键被按下。反馈装置设置on/off，上、下、左、右、模式、确认等按键。

显示屏102的电源模块107由聚合物锂电池和锂电池充电保护电路组成。显示屏上微处理器111选用单片机pms152。图5所示为本实施例所使用的显示屏102的结构图，从图中可以看到，显示屏102由导光板507、led和面板508组成，led在导光板507下方,由微处理器io口以pwm方式控制，led点亮后导光板507均匀发光。每块导光板507下设有两只不同颜色led，点亮led可组合不同发光颜色。面板有透明和不透明部分，可以是透光和不透光的亚克力拼接而成，也可以是塑料薄膜上印制图案，还可以是镂空图案的铝箔纸。面板508透明部分图案可以为e字、c字或其他带有方向特征的图案，面板508上e字黑色部分为透明，其他部分不透明，点亮led导光板亮时看到透光部分的图案。通讯模块110选用kbd600，kbd600是一款高集成度、低功耗的单片ask/ook射频接收芯片，启动时间3ms。处理器111每2秒唤醒一次，控制kbd600的shut信号，使其每2秒钟工作10ms，如果没有收到控制装置通讯模块106发来的信号，处理器111和通讯模块110重新进入睡眠省电模式，否则通讯模块和处理器进入连续工作状态，点亮控制装置101命令指定的led，直到控制装置101发送关机命令或者10秒钟没有收到控制装置101的信号，重新进入睡眠状态。

控制装置101可以通过按键109设定不同工作模式，如训练模式和游戏模式，控制装置101在训练模式按照设定顺序轮流选择显示屏作为目标显示屏，如图6所示，训练模式时顺序让显示屏602、603、604轮流显示图像，可以引导训练人员眼球左右转动,又如图7所示，手持控制装置的训练人员701的前方台面705上摆放三个显示屏702、703、704,分别离训练人员200cm，100cm，50cm，训练模式时轮流切换这三个显示屏为目标显示屏，训练人员跟随目标显示屏看远看近，训练眼睛做辐辏运动。

游戏模式每次出题随机选择一个显示屏作为目标显示屏，每分钟切换目标显示屏10次以上，并且有不同玩法，如：

游戏1：

step1：进入游戏声音模块104提示“按e字开口方向对应的按键”。

step2:微处理器105程序随机选择一个显示屏为目标显示屏，在目标显示屏上显示微处理器105指定方向的e字。

step3：接收训练人员按键，微处理器105程序收到正确方向键，加分，播音效，并有可能升级，如果收到其他方向键播错误音效。

step4：如果还有题目，回到step2，否则显示得分后结束游戏。

游戏2：

step1：进入游戏声音模块104提示“按一组e字开口方向对应的按键”。

step2:微处理器105随机选择一组目标显示屏及其显示的图形方向，并逐个显示出来。

step3：训练人员记住step2所述的一组图形方向，根据图形方向按键，微处理器105程序收到与题目相同的一组方向的按键，加分，播音效，并有可能升级，如果其他键播错误音效；

step4：如果还有题目，回到step2，否则显示本轮得分。

例如step2中如三个方向一组，程序随机产生的方向是上、左、右，逐个显示对应方向的训练图形以后，step3中训练人员按上、左、右三个键，答题正确。这种游戏流程需要训练人员一次记住多个方向，也考验记忆能力。

本实施例中，为了提高锻炼眼睛的积极性，同一个答案，出题时按照分辨难度从难到易的顺序逐步显示互动内容，奖励辨识更小细节能力。具体方法是游戏出题时先显示最小的e字图形，等3秒钟显示中等大小e字图形，再等3秒钟显示最大的e字图形。

图4a和图4b为工作流程图，演示控制装置和显示屏之间工作原理。该流程图中控制装置发送401“device＝all,image＝on”命令使所有显示屏进入开机状态；发送402“device＝1,image＝down”命令,设置编号为1的显示屏为目标显示屏，目标显示屏显示朝下开口的图像，其他显示屏收到命令后关闭显示；发送403“device＝2,image＝right”命令,编号为2的显示屏收到后显示朝右开口的图像，其他显示屏收到命令后关闭显示；发送404“device＝all,image＝off”命令使所有显示屏进入关机状态，显示屏的微处理器进入睡眠模式。

图5为显示屏结构图，底板503和盖板501用螺丝509固定组成一个箱体。盖板501是由透明亚克力制成。pcb板502在箱体内，上面有usb接口506，usb接口506外接电源，给锂电池504充电。pcb上还有12块导光板507和处理器505，12块导光板与面板508上12个e字图形位置对应。每块导光板下设有两个led，当led亮时导光板均匀发光。图案面板508有透明或不透明两部分，黑色e字为透明，其他部分不透明。当导光板亮时，从前面看到面板透光部分发光，例如图中显示的e字。在盖板一侧设有挂钩510，可以悬挂固定在墙上。挂钩510可以翻转90度，放置在台面时起支撑作用。

图6为配四个显示屏时推荐显示屏与训练人员的相对位置，四块显示屏放在训练人员601前面不同方位，其中显示屏602、603、604固定在墙面上，显示屏605摆放在台面606上。优选训练人员到墙面距离of为3米，显示屏602和604之间距离ac为6米，另外ob、od和de都为1米。显示屏602与显示屏604的中心点与进行视觉训练的人员的眼睛水平方向夹角为90度。如果场地空间有限，可以按比例缩小间距。

图8所示当训练人员离一个显示屏过近时会看其他显示屏困难。正常使用如训练人员801和显示屏803、显示屏804所示，∠ebf为显示屏显示夹角，例如显示屏为tft屏时，其视角约为130度。如果训练人员为了看清楚显示屏803图像，移到802处，视线db已超出显示屏显示范围，当目标显示屏切换到显示屏804，训练人员802看不清楚显示屏804。频繁切换目标显示屏，训练人员离近一个显示屏会造成看远处显示屏不便。从机制上解决训练人员与显示屏距离过近问题。

实施例2

该实施例为商业场所的优选实施方案。

如图9所示，901为服务器，902为无线路由器，903、904、905为显示屏，这3个显示屏在服务器端设为一组显示屏，服务器端以一组为单位控制所有显示屏显示内容和显示状态。906为反馈装置，如手机。这一组所有显示屏的设置在训练人员前方。每个显示屏都通过wifi路由器902连到服务器901，查询并处理服务器端的命令。

显示屏包含微处理器、通讯模块、电源模块、显示模块。显示模块为分辨率640x480点阵tft屏，微处理器为意法半导体stm32f429，stm32f429集成armcortex-m4内核，内置tft显示控制器和图形加速器，可运行linux操作系统，显示图片和播放动画、视频。通讯模块为用乐鑫公司esp8266，esp8266是一个完整且自成体系的wi-fi网络方案。每个显示屏都设置一个id，服务器根据id管理和控制显示屏。

显示屏接收并处理服务器命令包含：

显示指定的图片、动画、播放视频；

显示指定的二维码图形；

设置屏幕亮度、睡眠或工作状态；

更新固件、下载游戏和图形数据；

操作装置906可选手机、平板电脑等移动电子设备或专用遥控器等，本方案考虑到在公共场所，如果提供单独的操作装置就涉及发放和管理的不便，优选利用训练人员手机作为控制装置，在手机上操作。下面用手机代指操作装置。

服务器端数据库记录显示屏id、显示屏所在场所。服务器端服务程序响应训练人员在手机上的操作，发送控制命令控制同一组显示屏显示图片、动画或视频，其中目标显示器显示的互动内容与其他显示器内容不同。

具体方法是：

在室内设置两个或以上显示屏，根据具体场地情况选择合适位置分散放置安装，如台面或者墙壁或者橱窗上。

显示屏上电开机后，通过wifi网络登录服务器，登录成功后服务器发送命令通知显示屏播放视频，介绍使用方法或产品展示；显示“安装二维码”和“连接二维码”。手机扫描“安装二维码”可以打开链接下载app或打开小程序，后面以打开app为例；第一次打开app会提示设置昵称和头像，连接服务器后会把手机昵称和头像上传到服务器。“连接二维码”包含显示屏id组信息,手机扫描连接二维码后，把显示屏id发送给服务器，服务器发送手机的昵称和头像数据送给这一组显示屏显示。服务器发送这组显示屏可以运行的游戏列表给手机，并通过app界面让训练人员选择。服务器运行训练人员选择的游戏程序时，显示屏根据服务器命令显示不同的画面或动画，让训练人员搜索与题目逻辑相符的目标显示器，并辨别显示细节。训练人员在手机上按照游戏指令要求答题，服务器收到手机端答题结果判别训练人员答题情况，并在显示屏和手机界面给出相应显示画面和声音提示，并计算得分，得分画面含有手机的昵称或头像。

手机和显示屏互动有很多种游戏形式，下面以“消杀细菌游戏”为例进一步说明。

1.用java编写消杀细菌游戏”游戏，游戏服务程序布置到云服务器上；显示屏所要的图片、动画、视频、声音等素材在客户端上传到服务器，通过服务器分发到各个显示屏。

2.显示屏连上服务器后，显示屏同步更新服务器上的素材和游戏程序。下载完成后服务器数据库添加这组显示屏组到可以玩“杀细菌游戏”的显示屏组列表。

3.显示屏开机没有连上服务器时处于低功耗模式，显示未连接界面，100秒后关闭显示。连上服务器而没有手机扫码时，服务器让显示屏播放功能介绍或产品展示视频和显示二维码。

4.手机小程序或者app程序扫码后，二维码信息上传到服务器。“连接二维码”包含显示模块id组信息，服务器传送游戏列表到手机，游戏列表包含“杀细菌游戏”，手机端选择“杀细菌游戏”。手机界面提示游戏规则后进入游戏。服务器发出指令让这一组显示屏显示指定的素材，如让目标显示屏显示含有细菌的图片或动画，其他显示屏显示没有细菌的图片或动画。

5.训练人员根据游戏规则执行相应的动作，如目标显示屏上显示三个斑点的卡通细菌，在手机界面有对应两个斑点细菌和三个斑点细菌的杀菌剂图片供训练人员选择。手机把训练人员输入结果传给服务器，服务器程序根据训练人员判断是否加分，并发送命令使显示屏播放成功或失败动画。

6.服务器收到手机端答题或超过设定时间会切换目标显示屏和目标图像，引导眼睛切换远处目标，重新辨识细节，每分钟切换目标显示屏10次以上。

7.一轮游戏时间为60秒，三轮结束后，服务器程序让显示屏和手机界面显示游戏得分情况并播放奖励动画、排名情况，以及决定是否升级。升级后提升分辨难度，如细菌尺寸缩小，细节更易混淆，细菌与背景颜色、形状更接近，细菌被遮盖一部分，或移动速度更快。奖励动画之后提示训练人员是否退出游戏，训练人员选择退出，则使通讯和显示屏继续显示视频和二维码，以便下一训练人员扫码玩游戏。如果训练人员继续玩，服务器发送命令在显示屏显示一个图形，图形可以是字母、数字、箭头等，训练人员在手机界面点击相同图形才能继续游戏，否则也认为退出，避免训练人员离开现场而占用显示屏。

本发明实施例具有如下有益效果：

1.显示屏分散放置，每个显示屏与人眼的方位和距离不同，控制装置切换目标显示屏，人眼要经过一段非显示区域寻找目标显示屏，找到目标显示屏后眼睛调节辨别出图像细节，游戏才能得分。把枯燥的视觉训练变成游戏，创造性的在游戏过程中锻炼眼、脑、手的反应能力。

2.显示屏与人眼夹角比较大，眼球转动角度大，可以锻炼眼外肌的调节功能，扩大视野范围，改善眼球血液循环，缓解眼睛疲劳。

3.搜索并辩别目标细节能锻炼睫状肌肌肉的力量、速度、幅度,有效地改善聚焦，提升眼睛调节能力，预防假性近视。

4.如果训练人员单眼弱视，可以遮罩健眼做脱抑制视觉训练。