基于虚拟现实的视力检查及训练系统的制作方法

本发明属于视力保健技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实的视力保健系统。

背景技术：

近年来，青少年患近视的人数一直居高不下，且有逐年增加的趋势，这个问题严重影响了广大青少年的健康成长，同时也引起了社会各界人士的广泛关注。

当前的视力检测手段主要是通过视力表指认或电脑检测，视力表指认方式因其对灯光、距离要求高，一般仅适合在医院、体检中心、配镜中心等地由专业人员主导进行，不适合在家中检查；电脑检测方式则因设备昂贵，也不适于家庭购买。由于这两种方式都不能给人们提供一种简单便捷、随时随地的检查视力的方式，因此许多青少年无法得到及时的检测，从而，错失干预治疗近视的最佳时机。

此外，近视的康复治疗方法有很多种，主要分为手术治疗和物理治疗，手术的康复治疗方法存在比较大的风险，并且会对青少年留下后遗症。目前市场上的物理康复治疗方法有很多种，如：推广多年的眼保健操，其有一定的保健作用，但很少有康复作用；中医理疗按摩推拉法，其需要专业人士的专门护理，不便于大量推广；视觉肌能训练法结合养睛增视操法，目前证明这是效果比较好的一种方法。

如中国专利公开第CN101849881A号提供的一种近视康复诱导方法及装置，其提出了一种针对近视康复保健的诱导方法，称之为“靓眼瑜珈”，并提出一种针对这种诱导方法实施的含有立体的音、视频媒体软件的装置“一种近视康复的装置”，这种装置包括播放器、立体成像的光学器件两个部分，播放器能够播放上述立体成像的软件或碟片，输出 立体图像信号到光学器件，光学器件能够显示出立体的影像。本发明中光学器件是一种虚拟大视场的、近目的、立体成像的视频眼镜装置，通过这样一套系统的康复装置，从而实现对使用者的康复诱导，达到眼保健、近视治疗康复的目的。但是该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、该发明仅能对近视进行矫正康复的训练，而不能对近视进行检测；(2)、当眼睛连续做极限运动时会很累进而产生眼部疲劳；(3)、该发明的原理是在眼睛做极限运动的同时配合相应的呼吸运动，即从肌能运动开始要求吸气直至屏住呼吸，当回复到正常位置时才能呼气，该发明对人的协调能力、身体素质(特别是肺活量)要求比较高；(4)、视频眼镜显示屏幕和眼睛的距离很短，这会使眼睛可以清楚地看到屏幕上的“颗粒”，视觉体验较差；(5)、该装置不能根据使用者的头部运动来调节图像的显示，可能引起视觉延迟进而导致使用者出现恶心头晕等各种不适。

又如中国专利公开第CN102895097A号提供的一种网络眼睛保健仪，其包括支架及显示治疗体，支架上设有驱动装置；驱动装置与显示治疗体的输出端相连，且显示治疗体与云端服务器相连；显示治疗体根据输入近视分段信号下载并显示云端服务器内相应的3D视觉生理学图像，且控制驱动装置驱动显示3D视觉生理学图像的显示治疗体在支架上进行所需的往复运动。此发明驱动装置驱动显示3D视觉生理学图像的显示治疗体在支架上进行所需的往复运动，以使得使用者眼睛的晶状体做规律的调焦运动，让眼睫状肌一直处于收缩-放松-收缩-放松的状态当中，通过一段时间的锻炼治疗，就可以让眼睫状肌恢复弹性，晶状体恢复原位，使眼屈光系统的屈光力与眼轴长度相匹配，使物像准确落在视网膜上。但是该发明依然存在以下缺点或不足：(1)、该发明仅能对近视进行矫正康复的训练，而不能对近视进行检测；(2)、该设备结构复杂，体积庞大，制造、使用、维护成本较高，不利于推广至普通家庭使用；(3)、使用者不能像使用便携式装置那样随时随地自由使用该保健仪，因此其不利于向所有近视使用者推广。

综上所述，提供一种便捷、能随时随地实现视力检测和提供视力保健的视力检查及训练系统及方法是业内急需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于虚拟现实的视力检查及训练系统，其能随时随地为使用者实现视力检测并根据使用者视力检测数据为其提供视力保健的方案。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于虚拟现实的视力检查及训练系统，包括：头戴设备、与头戴设备通信连接的图像处理设备、与头戴设备及图像处理设备通信连接的智能控制设备、以及与智能控制设备通信连接的防眩晕设备；其中，头戴设备包括：图像显示装置，其用于接收经图像处理设备处理后的视力检测图像或视力保健图像，并向使用者显示视力检测图像或视力保健图像；音频播放装置，其用于播放与图像显示装置显示的视力检测图像或视力保健图像同步的声音文件；以及运动传感装置，其用于追踪使用者的头部位置及角度的偏移运动，并将使用者的头部位置及角度的偏移运动状态传送至智能控制设备；其中，图像处理设备用于接收智能控制设备传送的视力检测图像或视力保健图像，并将视力检测图像或视力保健图像进行分屏处理后发送至图像显示装置；智能控制设备用于为使用者提供选择进行检测或保健的模式，并根据使用者选择的模式，向图像处理设备发送视力检测图像或视力保健图像，并向音频播放装置发送与视力检测图像或视力保健图像同步的声音，及用于接收运动传感装置传送的使用者的头部位置及角度的偏移运动状态以控制图像处理设备及防眩晕设备进行协调配合；并且防眩晕设备用于接收智能控制设备的控制以确保使用者接收到的视力检测图像或视力保健图像的变换角度及相应的声音与使用者的头部位置及角度的偏移运动状态保持同步。

可选择地，还包括与智能控制设备通信连接的远程终端设备，远程终端设备包括若干个干预模块，远程终端设备用于根据智能控制设备接收的所述使用者对所述视力检测图像的检测反馈以启动相应的干预模块。

可选择地，图像显示装置包括LED显示屏及分别对应于使用者的左眼及右眼的凸透镜，其中，LED显示屏用于将经图像处理设备进行分屏处理后的图像分屏显示在使用者的左眼及右眼对应的LED显示屏 的不同区域内；凸透镜用于将LED显示屏分屏显示出来的图像分别投射到使用者的左眼及右眼中。

优选地，LED显示屏选用分辨率为1920×1080的显示屏，对应于使用者的左眼或右眼的LED显示屏的像素画面设定为960×1080，LED显示屏播放的视频质量设定为1080p。

可选择地，凸透镜的视角为110°。

可选择地，图像处理设备将接收到的视力检测图像或视力保健图像进行预处理反向扭曲后，再将经反向扭曲后的视力检测图像或视力保健图像的画面边缘进行压缩，对其进行弯曲变形，以中和凸透镜的放大效果。

可选择地，头戴设备还包括声音收集装置，其用于接收使用者对于视力检测图像或视力保健图像的语音反馈，并将语音反馈传送至智能控制设备。

可选择地，干预模块包括提高眼球灵敏度模块、眼部疲劳缓解训练模块、配镜模块、以及眼科疾病控制模块。

可选择地，防眩晕设备包括安装于头戴设备上且内置有头部未来位置预测单元的转动控制器，转动控制器用于根据即将播放的视力检测图像或视力保健图像的画面角度变化情况，由头部未来位置预测单元计算出即将显示的视力检测图像或视力保健图像的对应的旋转角度。

可选择地，视力检测图像或视力保健图像设定为各构成画面之间具有固定时序关系的图像以预先确定即将播放的图像画面角度变化情况。

可选择地，防眩晕设备还包括防眩晕转椅，防眩晕转椅包括转椅本体、支承于转椅本体底部的旋转底座、以及设置于转椅本体的椅背顶部用于固定使用者的头部的旋转头托，其中，旋转底座及旋转头托与转动控制器通讯连接，旋转底座及旋转头托用于接收转动控制器计算出的即将显示的视力检测图像或视力保健图像的对应的旋转角度并以旋转角度进行转动，使得使用者的身体转动范围及头部转动范围与旋转角度一致。

可选择地，旋转底座的转动范围为360度。

可选择地，旋转底座中内置有惯性式传感器及重力式传感器，旋转 头托中内置有惯性式传感器或电磁式传感器。

可选择地，旋转底座及旋转头托中内置的传感器设定为分别将感应到的身体动作参数及头部运动参数发送至转动控制器以校正头部未来位置预测单元。

可选择地，视力检测图像设定为虚拟现实标准测试符号。

可选择地，视力保健图像设定为通过光线、亮度以及景深的变化引导以恢复使用者的眼部疲劳。

可选择地，光线、亮度以及景深的变化包括模拟调焦、自动移焦、自动变焦以及自动远视雾化。

优选地，运动传感装置为以下类型传感器中的至少一种或二种以上的组合：机械式传感器、电磁式传感器、光学式传感器、超音波式传感器、惯性式传感器或重力式传感器。

优选地，智能控制设备包括笔记本电脑、平板电脑或智能手机。

可选择地，本发明中各部件之间的通信连接可以选择有线连接和/或无线连接。

本发明的有益效果是：(1)使用者可随时随地对自己进行视力检查，不需要医护人员的协助，不受医生资源的限制，实现自助式视力检测；(2)根据使用者的视力检测数据提供的与之匹配的视力保健图像，引导使用者的眼球运动缓解视力疲劳并对其视力进行针对性的干预，实现对使用者视力的矫正康复；(3)防眩晕设备可确保使用者接收到的视力检测图像或视力保健图像的画面的变换角度及相应的声音与使用者的身体动作同步，有效避免产生晕眩、恶心或其他不适的感觉；(4)经图像处理设备处理后的视力检测图像或视力保健图像的画面可使得使用者产生真正的临场感和真实感；(5)该基于虚拟现实的视力检查及训练系统中的各个设备通过无线通信网络连接，可远程使用，不受使用时间和地点的限制。

附图说明

图1是本发明的基于虚拟现实的视力检查及训练系统的构造示意图。

图2是本发明的头戴设备的结构示意图。

图3是本发明的防眩晕转椅的结构示意图。

具体实施方式

下面通过参考附图和实施例对本发明作进一步详细阐述，但这些阐述并不对本发明做任何形式的限定。除非另有说明，否则本文所用的所有科学和技术术语具有本发明所属和相关技术领域的一般技术人员通常理解的含义。

如图1所示，作为一种非限制性示例，本发明提供的基于虚拟现实的视力检查及训练系统包括：头戴设备100、图像处理设备200、智能控制设备300、防眩晕设备400及远程终端设备500。

其中，头戴设备100包括图像显示装置101、音频播放装置102、运动传感装置103。图像显示装置101包括LED显示屏(图未示)及分别对应于使用者的左眼及右眼的凸透镜(图未示)，LED显示屏可将经图像处理设备200进行分屏处理后的图像分屏显示在使用者的左眼及右眼对应的LED显示屏的不同区域内，虽然LED显示屏距离使用者的眼睛距离很近，但在凸透镜的作用下，近距离的图像也可以看清楚。又由于是使用者的左右两眼看到的画面角度不同，两个凸透镜的设置则将LED显示屏分屏显示出来的图像分别投射到使用者的左眼及右眼中，使人所看到的东西呈现出立体感，营造出类似于真实的视物感觉，模拟出物体在视野范围内可以远近变换，产生虚拟现实的效果。此外，视力检测图像或视力保健图像的画面对角线的视角可达到110°，而且输出图像无明显畸变。使用者在观看视力检测图像或视力保健图像的同时，音频播放装置102便可以播放与图像显示装置101显示的视力检测图像或视力保健图像同步的声音文件并播放智能控制设备300对于使用者的指令。而当使用者发生移动时，运动传感装置103则可以追踪到使用者的头部位置及角度的偏移运动，并将使用者的头部位置及角度的偏移运动状态传送至智能控制设备300，智能控制设备300便可以控制图像处理设备200进行协调配合，对用户的动作进行实时反馈，让用户和虚拟的世界互动，使用户真正感觉到身处在虚拟世界中。与此同时，智能控制设备300又会根据运动传感装置103提供的信息控制防晕眩设备400， 确保使用者接收到的画面的变换角度及相应的声音与使用者的身体动作同步，这样使用户不至于产生晕眩、恶心的感觉。

由于在图像显示装置101中使用凸透镜让使用者拥有更大的视角，但凸透镜同时会使画面扭曲，为了抵消这些扭曲，图像处理设备200在对智能控制设备300传送的视力检测图像或视力保健图像进行分屏处理后，会先预处理一个反向扭曲，把画面边缘进行压缩，对图像进行弯曲变形，通过这些对画面做的预变形处理，与凸透镜镜头的放大效果刚好中和，让最终的显示效果更准确，获得的效果就是完全浸入式的体验。

当使用者在佩戴好头戴设备100后，智能控制设备300便可以为使用者提供选择进行检测或保健的模式，使用者选择检测模式时，智能控制设备300通过图像处理设备200向图像显示装置101发送经过处理的视力检测图像，并向音频播放装置102发送指令以引导使用者的眼球进行运动，在检测过程中，智能控制设备300还可接收运动传感装置103传送的使用者的头部位置及角度的偏移运动状态，从而控制图像处理设备200及防眩晕设备400进行协调配合，当检测完毕后，智能控制设备300还接收使用者对视力检测图像的检测反馈并将检测反馈发送至远程终端设备500。

作为一种可选择实施方式，头戴设备100还包括声音收集装置104，其可以接收使用者对于视力检测图像或视力保健图像的语音反馈，并将语音反馈传送至智能控制设备300，智能控制设备300可将该语音反馈与使用者对视力检测图像的检测反馈结合发送至远程终端设备500。

当人们在现实世界中转动头部的时候，眼前的画面会随视角发生改变，头部向前时看见的前面的画面，向左时看见的是左边的画面，向右时会看到右边的画面，因此当使用者转动头部的时候，大脑会通过看到的连续画面脑补出一个完整的三维空间的形象。但是当使用者戴上头戴设备100观看图像显示装置101显示的图像时，当使用者转动视角或是移动身体的时候，图像画面呈现的速度跟不上使用者的转动或移动速度，这样的延迟则会使使用者产生眩晕的不适感觉。

为了防止使用者产生眩晕的不适感觉，本发明对使用者的头部运动，尤其是针对需要在视力检测和眼睛疲劳恢复时的头部运动进行了模拟，使用统计学模型建立了随机过程，设计了基于滤波和测量数据预处理技 术的头部未来位置预测单元。同时，如图2所示，防眩晕设备400包括内置有头部未来位置预测单元的转动控制器(图未示)和防眩晕转椅402，其中，防眩晕转椅402包括转椅本体4021、支承于转椅本体4021底部的旋转底座4022、以及设置于转椅本体4021的椅背顶部用于固定使用者的头部的旋转头托4023。由于本发明中的视力检测图像或视力保健图像的视频的各构成画面之间一般是具有固定时序关系的，充分利用这一特点可以提前知道即将播放的图像画面角度变化情况,根据即将播放的图像画面变化情况，转动控制器中内置的头部未来位置预测单元预判出旋转角度，然后转动控制器将预判出的未来时刻对应的旋转角度发送给防眩晕转椅402，防眩晕转椅402中的旋转头托4023会根据转动控制器发送的未来时刻对应的旋转角度进行转动，从而确保使用者的头部转动范围内的画面一致性，同时，可360度旋转的旋转底座4022也会根据转动控制器发送的未来时刻对应的旋转角度进行转动，从而确保使用者的身体转动范围内的画面一致性。

由于难以保证使用者的身体和头部绝对保持不动，因此还需要调整由于使用者的身体挪动带来的偏差。在旋转头托4023中内置惯性式传感器或电磁式传感器，在旋转底座4022中内置惯性式传感器及重力式传感器，利用这两个传感器，将感知到的动作参数再发送给转动控制器，反馈到头部未来位置预测单元用于校正该算法，从而又构成了旋转-视频同步算法校正系统。

在视力检测完毕后，智能控制设备300接收使用者对视力检测图像的检测反馈并将检测反馈发送至远程终端设备500，远程终端设备500根据智能控制设备发送的检测反馈相应地启动提高眼球灵敏度模块、眼部疲劳缓解训练模块、配镜模块或眼科疾病控制模块，来给使用者提供相应的视力保健服务。例如，在根据视物的清晰度度量使用者的视力情况，或通过视物的反应速度度量使用者的眼睛疲劳度之后，启动眼部疲劳缓解训练模块，在图像显示装置101上播放视力保健图像供使用者观看，通过光线，亮度以及景深的变化引导来做到全方位的眼部疲劳恢复，诸如利用模拟调焦手段来抵消使用者的视力缺陷，并提供视网膜前远视化离焦，或者利用自动移焦手段将看近的焦点移到远方，拉远视线，缓解疲劳，或者利用自动变焦手段增加眼调焦灵敏度，或者通过自动远视雾化手段来降低混合性近视度数。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。