一种基于智能终端的主观视力自测装置的制造方法

一种基于智能终端的主观视力自测装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于智能终端的主观视力自测装置。该装置包括：视力等级选择单元、视标显示单元、响应信息接收单元；其中，视力等级选择单元用于在自测过程中选择视力等级；视标显示单元用于生成与视力等级选择单元当前所选择测试视力等级相对应的视标，并通过所述智能终端的显示装置按照随机方向显示所述视标；响应信息接收单元，用于接收被测者对于当前所显示视标的响应信息并将响应信息传输至视力等级选择单元。本发明还公开了一种主观视力自测系统。本发明可利用目前已广泛使用的智能终端实现主观视力自测，且检测精度更高，检测范围更大，检测时间更短。
【专利说明】
一种基于智能终端的主观视力自测装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种视力测量装置，尤其涉及一种基于智能终端的主观视力自测装 置。
【背景技术】
[0002] 视力检测分为主观视力检测和客观视力检测，其中医学验光属于客观视力检测， 而主观视力检测主要是通过视力表检测视力，主观视力也被称为视力表视力。
[0003] 1862年，Snellen在巴黎举行的第二届国际眼科大会上首创视力表，提出由笔画粗 细相似的字母组成测试视力的表格即字母视力表。此后各种各样的视力表被提出。其中，人 们先前常使用的视力表是由孙济中教授于1952年在周诚浒教授的指导下绘制而成的《国际 标准视力表》。后来，缪天荣又于1958年设计了《标准对数视力表》，该视力表一直沿用至今。 《标准对数视力表》之所以很受欢迎，是因为它可以直接用视力等级的差数来代表真实的视 力差，并且视力等级越高表示视力越好，视力等级越低表示视力越差，符合人们的测量习 惯。
[0004] 传统的视力测量方式需要医务人员的指导，从大的视标开始，要求被测者指出视 标方向，若正确，则指向更小的视标，直到达到能够看清的最小视标。这样的测量方法大大 增加了医务人员的负担，耗时且耗力；加之，视力表上视标固定，视标大的一行视标数量太 少，仅为1~3个视标，容易记忆，且对于患明显影响视力的眼病患者的视力变动难以评估； 每行视标数量不同，影响测量结果的敏感性和特异性;此外，各行视标之间距离不定，拥挤 效应不一致，影响弱势儿童诊断和疗效观察。
[0005] 为了克服传统主观视力测试方式的不足，一些研究者也提出了利用智能终端进行 主观视力检测的方案。然而这些现有方案普遍存在检测精度较低、检测时间偏长的问题。

【发明内容】

[0006] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种基于智能终端的主 观视力自测装置，可利用目前已广泛使用的智能终端实现主观视力自测，且检测精度更高， 检测范围更大，检测时间更短。
[0007] 本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0008] 一种基于智能终端的主观视力自测装置，所述主观视力自测装置包括：
[0009] 视力等级选择单元，用于选择视力等级，所述视力等级采用五分记录法划分，相邻 视力等级间的差值为0.01;视力等级选择方法具体如下：以自测装置测量范围的上、下限分 别作为最大视力等级、最小视力等级，以最大视力等级与最小视力等级的中间视力等级作 为第一轮测试的测试视力等级，并根据被测者的响应信息判断被测者是否可达到本轮的测 试视力等级，如是，则以本轮的测试视力等级作为下一轮测试的最小视力等级；如否，则以 本轮的测试视力等级作为下一轮测试的最大视力等级;第二轮测试以当前的最大视力等级 与最小视力等级的中间视力等级作为本轮的测试视力等级，根据被测者的响应信息判断被 测者是否可达到本轮的测试视力等级，如是，则以本轮的测试视力等级作为下一轮测试的 最小视力等级；如否，则以本轮的测试视力等级作为下一轮测试的最大视力等级；依此类 推，直到某一轮检测中，被测者可达到本轮的测试视力等级，且本轮的测试视力等级与当前 的最大视力等级相邻，则以本轮的测试视力等级作为被测者最终的主观视力自测结果输 出；
[0010]视标显示单元，用于生成与视力等级选择单元当前所选择测试视力等级相对应的 视标，并通过所述智能终端的显示装置按照随机方向显示所述视标；
[0011] 响应信息接收单元，用于接收被测者对于当前所显示视标的响应信息并将响应信 息传输至视力等级选择单元。
[0012] 为了避免测试时的空间限制对测试结果产生影响，优选地，所述视标显示单元包 括：
[0013] 测试距离设置模块，用于设置被测者与智能终端的显示装置之间的测试距离；
[0014] 视标生成模块，根据所设置的测试距离实时计算与视力等级选择单元当前所选择 测试视力等级相对应的视标大小，并生成相应大小的视标。
[0015] 为了避免所使用智能终端显示分辨率差异对测试结果产生影响，进一步地，所述 视标显示单元还包括：
[0016] 视标校正模块，用于采集所述智能终端的显示装置的分辨率，并根据所采集的分 辨率对视标生成模块所生成的视标尺寸进行校正。
[0017] 优选地，所述响应信息接收单元通过所述智能终端的人机交互单元实现，或者通 过可与所述智能终端之间进行通信的辅助智能终端实现。
[0018] 相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0019] 本发明利用智能终端实现了自主地主观视力检测，不受时间地点的限制，使用方 便;本发明可有效评估弱视人群的势力变动情况;且由于每次显示屏上只出现一个视标，克 服了传统视力表的视标拥挤效应不一致的缺陷;视标随机生成，有效避免了传统视力表中 部分视标朝向被提前记下而导致的测量不准确。
[0020] 本发明的视力测量范围比传统视力表大，检测精度比传统视力表高一个数量级， 同时由于采用了借鉴二分搜索算法的视力等级选择方法，完成一次自测所用的时间大为降 低。
【附图说明】
[0021]图1为视标设计原理不意图；
[0022]图2为视力等级选择的算法流程图；
[0023]图3为分别用本发明主观视力自测装置与传统方法进行视力检测的检测效率对 比；
[0024]图4为分别用本发明主观视力自测装置与传统方法进行视力检测的检测结果对 比；
[0025]图5为用本发明主观视力自测装置进行多次视力检测的检测结果。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
[0027] 本发明为了解决现有技术不足，利用目前已广泛使用的智能终端，提出了一种基 于智能终端的主观视力自测装置，依托个人电脑、笔记本电脑、智能电视等智能终端的运算 能力、显示能力及交互能力，结合本发明主观视力自测装置，可实现更高精度、更大范围、更 高效率，且不需他人协助的主观视力自测。
[0028]本发明的主观视力自测装置包括:视力等级选择单元、视标显示单元、响应信息接 收单元。
[0029]其中，视力等级选择单元用于在自测过程中选择视力等级;视标显示单元用于生 成与视力等级选择单元当前所选择测试视力等级相对应的视标，并通过所述智能终端的显 示装置按照随机方向显示所述视标；响应信息接收单元，用于接收被测者对于当前所显示 视标的响应信息并将响应信息传输至视力等级选择单元。
[0030] 现有技术中的视力检测范围通常为4.0~5.2(五分记录法），最小精度为0.1。一方 面测量结果不够精确，另一方面，部分人的视力很可能会超过以上检测范围。为此，本发明 将可测量的范围扩展至3.60~5.50(五分记录法），检测精度为0.01，即相邻视力等级间的 差值为0.01。为此，需要重新设计相应的视标。本发明技术方案中，视标显示单元根据视角 原理计算视标的大小并通过智能终端的显示器进行显示，每次只显示一个视标。本发明可 采用各种现有视标，例如最常用的E字形视标、Landlot环形视标等。以我国常用的E字形视 标为例，整个E字形视标占据5*5的方格，其中缺口大小与一个笔画粗相等，E字形视标的边 长为缺口大小的5倍。如图1所示，设视角大小为α(单位:分），检测距离为D(单位:mm)，视力 值为V(小数记录法），视标的缺口大小为Gap(单位:mm)，则根据视角原理可得出经验公式： Gap = D Xtan($Χ^)，其中视角a = 1/V。即可根据视力值V计算出相应视力等级的E字形 视标的大小。设五分记录法下的视力值为k，五分记录法与小数记录法之间的转换公式为： k_= 5. - l〇g:|，因此，Gap. = Dxtanfj^.x^y:= D Xtanp^-):。其他形状视标的大小计算 与此类似。视标显示单元可根据上述方法生成相应视标显示于智能终端的显示屏上。为了 进一步避免测试时的空间限制对测试结果产生影响，以及避免所使用智能终端显示分辨率 差异对测试结果产生影响，本发明还可设置测试距离并根据显示器分辨率对视标的尺寸大 小进行修正，具体地，所述视标显示单元包括：
[0031] 测试距离设置模块，用于设置被测者与智能终端的显示装置之间的测试距离；
[0032] 视标生成模块，根据所设置的测试距离实时计算与视力等级选择单元当前所选择 测试视力等级相对应的视标大小，并生成相应大小的视标；
[0033]视标校正模块，用于采集所述智能终端的显示装置的分辨率，并根据所采集的分 辨率对视标生成模块所生成的视标尺寸进行校正。
[0034]在视力值为1.0(即五分记录法的5.0)，测量距离为5m的情况下，应用公式计算视 标的 E字形视标的缺口大小为：Gap = D X tan (士 X = SOOO X tan = l.454mrn，
[0035] 整个E字形视标的大小为：字体大小=5 X 1.454 = 7.270mm。在一个屏幕大小为17 英寸、分辨率为1024*768的标准计算机上每像素的物理长度为0.29mm，即E字形视标显示在 该电脑屏幕上的缺口像素为：1.454/0.29 = 5.01像素，可以看出标准计算机的屏幕是可以 清晰显示视标的。
[0036]本发明的视力测量范围大于现有技术，测量精度也比现有技术高出一个数量级， 由此也导致了视力检测所需的视标数量远远大于常规视力表，如按照现有技术中视力等级 逐级变化的检测过程，则需要很多轮测量和很长时间才能确定被测者的真实视力。因此需 要重新设计自测过程中视力等级的变化过程。可将视力检测过程中逐渐逼近真实视力值的 过程看作数据搜索中的有序搜索，可用的有序搜索法为:顺序搜索法、二分搜索法、二叉排 序树搜索法。其搜索次数如表1所示。
[0037]表1三种搜索算法查找次数比较
[0039]通过比较可用的搜索算法，发现二分搜索法最为适宜，因此本发明借鉴二分搜索 法来进行视力等级的选择调整。视力等级选择单元所采用的视力等级选择方法具体如下： 以自测装置测量范围的上、下限分别作为最大视力等级、最小视力等级，以最大视力等级与 最小视力等级的中间视力等级作为第一轮测试的测试视力等级，并根据被测者的响应信息 判断被测者是否可达到本轮的测试视力等级，如是，则以本轮的测试视力等级作为下一轮 测试的最小视力等级;如否，则以本轮的测试视力等级作为下一轮测试的最大视力等级;第 二轮测试以当前的最大视力等级与最小视力等级的中间视力等级作为本轮的测试视力等 级，根据被测者的响应信息判断被测者是否可达到本轮的测试视力等级，如是，则以本轮的 测试视力等级作为下一轮测试的最小视力等级；如否，则以本轮的测试视力等级作为下一 轮测试的最大视力等级；依此类推，直到某一轮检测中，被测者可达到本轮的测试视力等 级，且本轮的测试视力等级与当前的最大视力等级相邻，则以本轮的测试视力等级作为被 测者最终的主观视力自测结果输出。
[0040] 响应信息接收单元的作用是接收被测者对于当前所显示视标的响应信息并将响 应信息发送给视力等级选择单元以进行被测者是否正确识别当前显示视标的判断。响应信 息接收单元的具体实现方式很多，例如可以通过智能终端的人机交互单元(键盘、遥控器、 触摸板、声音识别单元等)实现;或者，通过可与所述智能终端之间进行通信的辅助智能终 端实现，例如最常见的智能手机。
[0041] 为了便于公众理解，下面以一个具体实施例来对本发明技术方案进行进一步详细 说明。
[0042] 本实施例中的主观视力自测装置基于个人电脑(作为智能终端)和智能手机(作为 辅助智能终端）。用户需要在个人电脑上下载运行自测系统程序，在手机上安装自测系统 APP。首先，在用户根据要求设置个人电脑后，个人电脑会绑定用户输入的端口号并新开一 个线程，该线程用来监听智能手机发送的消息，并将智能手机发送的消息解析成字符串；智 能手机可通过个人电脑的IP地址和端口号向个人电脑发送消息。用户测量时根据电脑屏幕 上显示的视标方向，在智能手机上按下相应的方向键(若不能分辨电脑屏幕上视标朝向可 按"跳过"按钮），这时智能手机将带有方向消息的数据包发送给个人电脑，个人电脑接收消 息后通过视力等级选择单元及视标显示单元决定下一个显示在电脑屏幕上的视标。最后由 视力等级选择单元计算出被测者的视力值并将视力值反馈给智能手机，显示在手机屏幕 上，至此，被测者完成第一次视力检测。个人电脑保持端口监听，准备用户的下一次测量。
[0043] 本实施例中系统采用E字形视标，视力测量范围为3.60~5.50(五分记录法），检测 精度为〇.〇1。视力等级选择单元的视力等级选择算法实现如图2所示，从最小视力等级360 开始记为start，到最大视力等级550记为end，取位于两者中间值的视力等级，即mid = (start+end)/2进行第一次测试。在该视力等级下，若5次中有3次答对（图2中k为每个视力 等级所对应视标的显示次数，i为每个视力等级检测中答对视标方向的次数），则取start = mid进行第二次测量;若5次中答错3次或者由于看不清而按下"跳过"按钮，则取end=mid进 行第二次测量......以此类推，直到达到能看清的最小视标，或者视力等级到达550,或者视 标的边长为5pixel为止，记下此时的mid值也为level，则level/100为最后测得视力值。视 力等级选择单元以五分记录法和小数记录法两种方式显示视力测量结果并将视力测量结 果发送给智能手机。
[0044] 在智能手机上的自测系统APP界面中设定有四个方向按键，当被测者可完全辨认 视标的朝向时就会正确按下按钮，当被测者不能辨认视标的朝向时就会随机按下任意方向 键。而在检测过程中，E字形视标一共有四个朝向，假设被测者在完全能看清视标的情况下 答对视标的朝向的概率为1〇〇%，被测者完全不能辨认视的标朝向而纯属"猜测"时，答对视 标的朝向的概率为25%，综合以上两种情况，认为被测者正常答对视标朝向的概率为这两 种情况的平均概率：（1〇〇%+25% )/2 = 62.5%，即如果同一视力等级下测试中5次，那么只 要答对5 X 62.5%~3次，就认为被测者可以看清该等级的视标。
[0045] 本实施例中，个人电脑上的软件使用Eclipse设计而成的图形化界面。系统自动获 取本机的IP地址并显示在界面上，省去了用户自己查找本机IP地址的步骤。此外，用户需要 填入端口号，端口号为1~65535之间的任意整数，并且拖动屏幕上的滑块，用直尺量取5cm 的物理距离，就可以保证在不同分辨率和尺寸的电脑上准确显示对应大小的视标。因为电 脑上图片显示的物理尺寸与电脑屏幕分辨率和尺寸有关，而不同的电脑屏幕分辨率和尺寸 不同，为了方便获取用户电脑分辨率，本发明设计了这样一个滑动条。整个滑动条长为 320pixel，系统可获取滑块所在位置占整个滑块的百分比，记为X%，而利用直尺量得的这 段距离物理长度为5cm，可方便计算出电脑屏幕上显示每厘米为：（3.2 X/5)pixel。用户还可 根据自身条件选择测量长度，设置完成后点击"完成设置"按钮。若用户未填入端口号，或填 入非法端口号，或未拖动5cm距离，或未选择测试距离，系统均会给出相应提示。
[0046] 为了证明本发明的可行性，利用上述主观视力自测系统进行了多次试验，最后选 取了测量的30个有效数据进行分析，如表2所示。实验条件为:选择测量距离为3米，测量过 程遵循先右眼再左眼的检测顺序，保证使用传统视力检测方法和使用自测系统检测方法的 过程中环境光照度和内部照度不变，以及每个志愿者检测视力时保持检测状态一致。
[0047]表2使用传统测试方法和主观视力自测系统测试方法的视力值
[0049] 图3显示了30只眼分别使用传统方法检测和自测系统检测方法在测试过程中的检 测次数的折线对比图。其中，使用传统方法检测，测量次数与最终视力值相关，视力越好，测 量次数越多，视力越差，测量次数越少，因此浮动区间大。当视力为正常眼视力时，即视力为 5.0时，测量次数为14次。而使用本发明所需的检测次数恒定，不随被测者视力的不同而改 变。计算30只眼使用传统视力检测方法测量的平均次数为:6.6次，而使用本发明自测系统 测量次数平均为7次，因使用"二分搜索法"查找次数固定，查找次数=Iog 2N = Iog2 (550-360)~7次。因传统视力检测方法每个视力等级仅相差0.1，而发明自测系统每个视力等级 相差0.01，它们的平均测量次数基本相等。若本发明自测系统也使用顺序查找法进行检测， 当被测者视力值为5.0时，检测次数为：（5.00-3.60)*100= 140次。这样的检测次数严重影 响了检测效率，因此，本发明设计的视力等级选择方法一一二分搜索法使得搜索效率大大 提高，可将搜索次数从140次减少到7次，快速性好，检测效率极高。
[0050] 图4为30只眼分别使用传统视力检测方法和主观视力自测系统测量的视力值对比 图，从图4中可以看出，这两种检测方案结果基本一致，但后者比前者有着更高的测量精度。 说明使用本系统测量视力在保证测量自主性和快速性的条件下可以得到非常准确的测量 结果，在临床上也可以更加准确的监测患者视力变化情况。
[0051] 图5为选出4名志愿者使用本发明自测系统对其左右眼视力进行重复3次测量，记 录三次的测量结果，柱状图中不同的条纹分别表示连续三次的测量结果。从图中可以看出， 每只眼的3次测量结果基本一致，说明使用本发明自测系统得到的视力检测结果具有很好 的稳定性。
【主权项】
1. 一种基于智能终端的主观视力自测装置，其特征在于，所述主观视力自测装置包括： 视力等级选择单元，用于选择视力等级，所述视力等级采用五分记录法划分，相邻视力 等级间的差值为0.01;视力等级选择方法具体如下：以自测装置测量范围的上、下限分别作 为最大视力等级、最小视力等级，以最大视力等级与最小视力等级的中间视力等级作为第 一轮测试的测试视力等级，并根据被测者的响应信息判断被测者是否可达到本轮的测试视 力等级，如是，则以本轮的测试视力等级作为下一轮测试的最小视力等级；如否，则以本轮 的测试视力等级作为下一轮测试的最大视力等级;第二轮测试以当前的最大视力等级与最 小视力等级的中间视力等级作为本轮的测试视力等级，根据被测者的响应信息判断被测者 是否可达到本轮的测试视力等级，如是，则以本轮的测试视力等级作为下一轮测试的最小 视力等级；如否，则以本轮的测试视力等级作为下一轮测试的最大视力等级；依此类推，直 到某一轮检测中，被测者可达到本轮的测试视力等级，且本轮的测试视力等级与当前的最 大视力等级相邻，则以本轮的测试视力等级作为被测者最终的主观视力自测结果输出； 视标显示单元，用于生成与视力等级选择单元当前所选择测试视力等级相对应的视 标，并通过所述智能终端的显示装置按照随机方向显示所述视标； 响应信息接收单元，用于接收被测者对于当前所显示视标的响应信息并将响应信息传 输至视力等级选择单元。2. 如权利要求1所述基于智能终端的主观视力自测装置，其特征在于，所述视标显示单 元包括： 测试距离设置模块，用于设置被测者与智能终端的显示装置之间的测试距离； 视标生成模块，根据所设置的测试距离实时计算与视力等级选择单元当前所选择测试 视力等级相对应的视标大小，并生成相应大小的视标。3. 如权利要求2所述基于智能终端的主观视力自测装置，其特征在于，所述视标显示单 元还包括： 视标校正模块，用于采集所述智能终端的显示装置的分辨率，并根据所采集的分辨率 对视标生成模块所生成的视标尺寸进行校正。4. 如权利要求1~3任一项所述基于智能终端的主观视力自测装置，其特征在于，所述 响应信息接收单元通过所述智能终端的人机交互单元实现，或者通过可与所述智能终端之 间进行通信的辅助智能终端实现。5. -种主观视力自测系统，其特征在于，包括智能终端以及如权利要求1~3任一项所 述基于智能终端的主观视力自测装置。6. 如权利要求5所述主观视力自测系统，其特征在于，还包括可与所述智能终端之间进 行通信的辅助智能终端;所述响应信息接收单元通过辅助智能终端实现。
【文档编号】A61B3/00GK105942965SQ201610413982
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】朱利丰, 张淑慧
【申请人】东南大学