专利名称：一种利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法
技术领域：
本发明涉及一种眼动检查方法，特别是涉及一种利用虚拟视耙的视 - 眼 动反射检查方法。
背景技术：
视-眼动反射检查是神经科、眼科、耳科等评价眼动及相关神经调节功 能的重要手段。目前，眼动检测的方法主要是通过发光二极管矩阵形式或直接投影的方法来激发眼动，这些方法有如下缺点①需要配置庞大的外围视耙设备，比 如半径约1米的圆柱体测试间、反光镜、电动机等，通过这些辅助设备的相 互配合，产生诱发眼动的视觉刺激图像，才能测试前庭功能。但不管是利用 发光二极管矩阵形式还是直接投影，由于必须配备上述测试间等设备，而测 试间又不能进一步缩小，否则将影响检测结果，这样，必然导致利用现有方 法的装置的外围视靶设备体积庞大，不仅占用空间大，且需要专门人员进行 特殊安装，配备时需要占用一定的空间和进行一定的基建安装，安装后也无 法携带，不能随便移动，不适应户外及需要有移动性的测试场所，不但给推 广使用带来了很大的不便，而且不利于随时随地进行前庭功能的检测；②使 用现有方法的庞大的外围视靶设备在使用过程中，其各个部件必然产生机械 磨损，影响其使用寿命；③应用现有方法的检查设备多为国外进口，不仅维 修不便而且价格十分昂贵；④应用现有方法的检查设备在使用过程中，其机 械部件如电动机等会产生噪音，在一定程度上会对被检测人员产生影响，影 响检测精度。发明内容为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种使检测更加便捷的利用 虚拟视耙的视_眼动反射检查方法。为解决上述技术问题，本发明所提供的利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法，包括以下步骤① 由虚拟视靶光学显示系统显示用于视觉刺激的虚拟视靶图像；② 由眼球运动图像采集系统摄取被检测人员由所述虚拟视靶图像引起 的眼球运动图像；③ 由图像处理模块对所述眼球运动图像进行处理，形成瞳孔位置随时间 变化的曲线。所述虚拟视耙图像由虚拟视靶生成模块发出的刺激信号刺激产生。在所述步骤③之后还包括用图像信息分析模块，通过将所述瞳孔位置随 时间变化的曲线与预设阈值的比较分析，确定前庭功能状态的步骤。在所述步骤①之前还包括调节瞳距的步骤。在所述步骤①之前还包括调整所述眼球运动图像采集系统角度和位置 的步骤。所述虚拟视靶图像的运行模式为视动单速闪动、视动正弦闪动和视动交 替闪动之一；所述虚拟视靶图像的形状为点状或条紋状。所述点状虚拟-现耙图^^的移动频率范围是0. lHz-O. 5Hz;所述点状虚拟 视靶图像的移动速度范围是20。 /s-40° /s;所述条紋状虚拟视靶图像的图 形频率范围是0. 01Hz-0. 05Hz;所述条紋状虚拟视靶图像按正弦模式变化的 峰速范围是40。 /s-60° /s。所述虚拟视靶图像的视场角范围是45度-70度。与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点①本发明利用虚拟 视靶的视-眼动反射检查方法，采用虚拟视靶光学显示系统产生实现诱发眼 动的视觉刺激，所述视觉刺激是利用透射式虚拟成像技术产生的一个虚像， 该虚像看起来是位于被检测人员正前方，且在虚拟距离为1米处呈现，而且视觉刺激目标的显示和眼动图像的釆集能够集成在一个视频眼罩内，不需要传统的外围视耙设备；各种刺激模式、刺激参数的设置均可通过软件实现， 无需专门安装、调试，使检测更加便捷；②实现本发明方法所需的检查设备， 由于取消了庞大的外围设备，可以将视觉刺激目标的显示和眼动图像的采集 集成在一个视频眼罩内，减少了大量的机械部件，大大降低了机械磨损，保 证了整体设备的使用寿命；③实现本发明的方法所需的检查设备，将视觉刺 激目标的显示和眼动图像的采集集成在一个视频眼罩内，在检测过程中不会 产生机械噪音，从一定程度上保证了检测的精确性。④本发明采用的方法， 选择视场角为60°的虚拟视靶图像，在使虚拟视靶图像不发生变形的前提 下，保证检测精度。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施 例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中图1是本发明利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法的原理方框图；图2是本发明利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法的虚拟视靶光学 显示系统直视型光学系统示意图；图3是本发明利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法的虚拟视靶光学 显示系统屏幕距离示意图；图4是本发明利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法的图像处理模块 中测量瞳孔在不同时刻位置的示意图。图中附图标记表示为ll-微型液晶显示器，12-目镜光学系统，27-眼球，28-虛像，29-摄像机视窗，30-跟踪窗口， 31-瞳孔运动图像具体实施方式
本实施例的的利用虛拟视耙的视-眼动反射检查方法，如图l所示，包 括以下步骤①由虚拟视靶光学显示系统显示用于视觉刺激的虚拟视靶图像所述虚 拟视靶光学显示系统被设计为包括微型图像源单元和投影光学单元，在本实施例中，所述微型图像源单元采用用于显示所述虚拟视靶图像的微型液晶显 示器11，所述投影光学单元采用由多个透镜组成的目镜光学系统12。所述 虚拟视耙图像由虚拟视靶生成模块发出的刺激信号刺激产生。所述虚拟视靶 生成^f莫块产生刺激信号，并通过刺激信号发生器将所述刺激信号发送到所述 微型液晶显示器ll，由所述微型液晶显示器11显示所述虚拟视靶图像。在 本实施例中，所述虛拟视靶图像是利用透射式虚拟成像技术产生的一个虚像，所述虚像通过所述目镜光学系统12，在被检测人员正前方、虚拟距离为l米处呈现。被检测人员通过跟踪或注视所述虚拟视靶图像，便会诱发特 定形式的眼动反射。如图2所示，所述虚拟视靶光学显示系统采用虚拟光学技术将用于显示 所述虚拟视靶图像的所述微型液晶显示器11放在目镜焦点之内，生成一个 虚像，其像距和像的尺寸不受仪器尺寸的限制，利用物距变化或目镜焦距变 化可使虚像像距满足预定要求。物镜成像关系可按高斯公式计算1/1/- 1/L = 1/f '所述虚拟视靶光学显示系统的可采用如下设计相对孔径(1/3.4);视场角2co=54° (47° x 34° );焦距 f' =15mm;出瞳<!>p=4, 5mm;出瞳3巨Lp=25mm。本发明的光学系统为直视型，所采用的设计相对孔径大，出瞳长，视场 角偏大，结构比较复杂，需要仔细校正像差。再如图2所示，所述^鼓型液晶 显示器11通过所述目镜光学系统12在被检测人员眼球27前方，且虚拟距 离为lm远的地方形成一个虚像28，即为所述虚拟视靶图像。本实施例中，所述虚拟视靶光学显示系统采用的所述微型液晶显示器11为0.61〃高分辨率0LED彩色液晶显示器，像元数为800 x 600，采用透 射式虚拟成像，观察视场角为60。。本发明由所述虚拟视靶光学显示系统产生的所述虚拟视靶图像有以下 两种(1) 以O.lHz、 0.2Hz、 0.4Hz、 0.5Hz(误差范围±5%)不同频率 或随机模式移动的光点，移动模式为正弦或方波。产生的光点大小相当于在 1.0 m处，d>=5mm的园形亮斑。(2) 按20。 /s、 30。 /s、 40° /s恒速模式或按峰速为60。/s,频率为 0. 05Hz的正弦模式滚动的黑白条文，误差范围±5%。如图3所示，本实施例中视耙虚拟显示的视场角为60°,以黑白条文为 例，如果要求滚动速度为60°/s,也就是要任何一对黑白条文在1秒钟内从 视场的一头移到另一头。按标准视频图像的制式，就是每场移动60°/50 = 1.2。，或者说每场近似移动屏幕的1/50。显示屏幕是个平面，如果考虑圆柱 面的情况(如图中虚线所示)，相同的圓周角对应的屏幕上的距离能够准确 计算出来。同样e角度对应的屏幕上的距离D1和D2是不同的。D2 = R* tan 6, Dl+D2 = R' tan (2 6)，如果，6=15。， R=lm，贝'JD2 = R* tan6= 0. 268 (m)Dl = R* tan(2 6)- D2 = 0. 309 (m)以此类推，可以准确算出虚拟视靶图像线条在屏幕上的距离。同样，线 条的宽度也可以根据偏离屏幕中心的角度进行修正。②由眼球运动图像采集系统摄取被检测人员由所述虚拟视靶图像引起 的眼球运动图像。所述眼5求运动图像采集系统为双目系统，可以满足单目要 求也可以满足双目要求，用两个微型红外摄像机分别摄取两只眼睛由所述虚 拟视靶图像引起的眼球运动图像。本实施例中，所述微型红外摄像机采用黑白CMOS摄像机，其感光面积 4. 9隱x 3. 7mm,工作照度OLux,制式场频25Hz、行频15625 Hz，图像分辨率> 300TVL。而且本实施例中还进一步采用红外照明系统消除来自所述 微型液晶显示器11屏幕的杂光，同时在所述微型红外摄像机上加配红外滤 光片，以到达更好的滤光效果。所述眼球运动图像采集系统的双目系统设计可参照如下标准光轴平行度垂直方向<15' 水平方向会聚〈20'水平方向发散<60' 视放大率差<2% 左右光学系统相对像倾斜<30' 左右光学系统透过率差<15%。③由图像处理模块对所述眼球运动图像进行处理，形成瞳孔位置随时间 变化的曲线由所述眼球运动图像采集系统摄取的被检测人员的眼球运动图 像被传送到所述图像处理模块，利用瞳孔部分相对眼球其它部分对比度(灰 度)的不同，所述图像处理模块将瞳孔运动图像31分离出来，形成代表瞳 孔运动的视频信号，并自动对所述瞳孔运动图像31进行跟踪识别，如图4 所示，在摄像机视窗29内设有跟踪窗口 30，所述跟踪窗口 30中显示跟踪 识别出的所述瞳孔运动图像31。根据电视测量的原理计算出瞳孔在CMOS靶 面坐标系中不同时刻瞳孔运动的二维坐标，即瞳孔运动图像31在才聂像机靶 面坐标系中不同时刻的位置(AXt， AYt)。然后，根据按时间序列测量的瞳 孔位置数据(AXt, AYt),在靶面坐标系中分别逐点绘制成(X—t)和(Y— t)跟踪曲线，从中可以分析出瞳孔的运动状态，每只眼睛各需要绘出2条 曲线，分别是瞳孔水平位置随时间的变化曲线和瞳孔垂直位置随时间的变化 曲线。本发明的方法中，可将所述步骤①中的所述虚拟^L靶光学显示系统和所 述步骤②中的所述眼球运动图像采集系统集成在一个视频眼罩里，使携带非 常方便。而且本发明的方法还可增加一个指令接收系统比如耳机，用于被检测人员接收指令。本发明中，所述虚拟视靶图像的运行模式为视动单速闪动、视动正弦闪 动和视动交替闪动之一；所述虚拟视靶图像的形状为点状或条紋状。所述点状虚拟视靶图像的移动频率范围是0. 1Hz-0. 5Hz，可为0. lHz、 0. 15Hz、 0. 35Hz或0. 5Hz等值，误差范围是士 5%;所述所述点状虚拟视靶图像的移 动速度范围是20。 /s-40。 /s，可为20° /s、 26° /s或40° /s等值。所述 条紋状虛拟视靶图像的图形频率范围是0. 01Hz-0. 05Hz，可为0. OlHz、 0. 024Hz、 0. 05Hz等值，误差范围是±5%;所述条紋状虚拟视靶图像按正弦 模式变化的峰速范围是40。 /s-60° /s，可为40。 /s、 52° /s或60° /s等 值。上述虚拟视靶图像的频率和速度范围为最优选范围，如果频率和速度的 数值过小则无法检测人的眼动，如果频率和速度的数值过大则人眼无法分辨 图像，看到的将只是一条直线。总之，上述虛拟视靶图像的频率和速度的数 值无论是过大或过小都无法正常、准确地检查人的前庭功能。在其他实施例中，在所述步骤③之后还包括图像信息分析模块，通过将 所述瞳孔位置随时间变化的曲线与预设阈值的比较分析，确定前庭功能状态 的步骤根据不同刺激所产生的瞳孔位置随时间变化曲线的变化，设置一定 的阀值，对眼震的慢相、快相及其它形式眼动的各相关成分进行识别，通过 差分等方法计算分析以慢相速度等为主的各种参^:,最终分析、评定被;险测 人员的前庭功能状态。其他实施例中，在所述步骤①之前还包括调节瞳距的步骤，可采用瞳距 调节机构来调整所述虚拟视靶光学显示系统中所述目镜光学系统12的瞳 距。其他实施例中，在所述步骤①之前还包括调整所述眼球运动图像采集系 统中两个微型红外摄像机角度和位置的步骤，以更准确的获取眼球运动图 像。在其他实施例中，所述虚拟视靶光学显示系统显示的所述虚拟视靶图像 的视场角可为45。或70° ，所述虚拟视靶图像的视场角范围是45。 -70° 。 如果视场角小于45。不能保证检测的准确性，采用大于70。的视场角会使 所述虛拟视靶图像发生变形，同样影响检测精度。因此，本发明选择45°-70°范围的视场角，最优的是视场角为60。，能够达到良好的检测精度。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明而给出的实例，它们并非是对本 发明的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以 穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍应落入本发明的保护范围中。
权利要求
1、一种利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法，其特征在于，包括以下步骤①由虚拟视靶光学显示系统显示用于视觉刺激的虚拟视靶图像；②由眼球运动图像采集系统摄取被检测人员由所述虚拟视靶图像引起的眼球运动图像；③由图像处理模块对所述眼球运动图像进行处理，形成瞳孔位置随时间变化的曲线。
2、 根据权利要求1所述的利用虚拟视耙的视-眼动反射检查方法，其 特征在于所述虚拟视耙图像由虚拟视靶生成^t块发出的刺激信号刺激产 生。
3、 根据权利要求1所述的利用虛拟视靶的视-眼动反射检查方法，其 特征在于在所述步骤③之后还包括用图像信息分析模块，通过将所述瞳孔 位置随时间变化的曲线与预设阈值的比较分析，确定前庭功能状态的步骤。
4、 根据权利要求1所述的利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法，其 特征在于在所述步骤①之前还包括调节瞳距的步骤。
5、 根据权利要求1所述的利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法，其 特征在于在所述步骤①之前还包括调整所述眼球运动图像采集系统角度和 位置的步骤。
6、 才艮据权利要求1或2所述的利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法， 其特征在于所述虚拟视輩巴图像的运行模式为视动单速闪动、视动正弦闪动 和视动交替闪动之一；所述虚拟视靶图像的形状为点状或条紋状。
7、 根据权利要求6所述的利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法，其 特征在于所述点状虚拟视耙图像的移动频率范围是0. lHz-O. 5Hz;所述点状虚拟视耙图像的移动速度范围是20。 /s-40° /s;所述条紋状虚拟视靶图 像的图形频率范围是0. OlHz-O. 05Hz;所述条紋状虚拟视靶图像按正弦模式 变化的峰速范围是40。 /s-60° /s。
8、根据权利要求1或2所述的利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法， 其特征在于所述虛拟视靶图像的视场角范围是45度-70度。
全文摘要
一种利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法，包括以下步骤①由虚拟视靶光学显示系统显示用于视觉刺激的虚拟视靶图像；②由眼球运动图像采集系统摄取被检测人员由所述虚拟视靶图像引起的眼球运动图像；③由图像处理模块对所述眼球运动图像进行处理，形成瞳孔位置随时间变化的曲线，本发明的利用虚拟视靶的视-眼动反射检查方法，能够使前庭检测更加便捷。
文档编号A61B3/113GK101273880SQ20081009422
公开日2008年10月1日 申请日期2008年4月23日 优先权日2008年4月23日
发明者力 丁, 姜媛媛, 李更茹, 武留信, 毕红哲, 王致杰, 田大为, 谢溯江, 贾宏博, 陈勇胜, 韩学平 申请人:中国人民解放军空军航空医学研究所