一種基于智能終端的主觀視力自測裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于智能終端的主觀視力自測裝置。該裝置包括：視力等級選擇單元、視標顯示單元、響應信息接收單元；其中，視力等級選擇單元用于在自測過程中選擇視力等級；視標顯示單元用于生成與視力等級選擇單元當前所選擇測試視力等級相對應的視標，并通過所述智能終端的顯示裝置按照隨機方向顯示所述視標；響應信息接收單元，用于接收被測者對于當前所顯示視標的響應信息并將響應信息傳輸至視力等級選擇單元。本發(fā)明還公開了一種主觀視力自測系統(tǒng)。本發(fā)明可利用目前已廣泛使用的智能終端實現(xiàn)主觀視力自測，且檢測精度更高，檢測范圍更大，檢測時間更短。
【專利說明】
一種基于智能終端的主觀視力自測裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種視力測量裝置，尤其涉及一種基于智能終端的主觀視力自測裝 置。
【背景技術】
[0002] 視力檢測分為主觀視力檢測和客觀視力檢測，其中醫(yī)學驗光屬于客觀視力檢測， 而主觀視力檢測主要是通過視力表檢測視力，主觀視力也被稱為視力表視力。
[0003] 1862年，Snellen在巴黎舉行的第二屆國際眼科大會上首創(chuàng)視力表，提出由筆畫粗 細相似的字母組成測試視力的表格即字母視力表。此后各種各樣的視力表被提出。其中，人 們先前常使用的視力表是由孫濟中教授于1952年在周誠滸教授的指導下繪制而成的《國際 標準視力表》。后來，繆天榮又于1958年設計了《標準對數(shù)視力表》，該視力表一直沿用至今。 《標準對數(shù)視力表》之所以很受歡迎，是因為它可以直接用視力等級的差數(shù)來代表真實的視 力差，并且視力等級越高表示視力越好，視力等級越低表示視力越差，符合人們的測量習 慣。
[0004] 傳統(tǒng)的視力測量方式需要醫(yī)務人員的指導，從大的視標開始，要求被測者指出視 標方向，若正確，則指向更小的視標，直到達到能夠看清的最小視標。這樣的測量方法大大 增加了醫(yī)務人員的負擔，耗時且耗力；加之，視力表上視標固定，視標大的一行視標數(shù)量太 少，僅為1~3個視標，容易記憶，且對于患明顯影響視力的眼病患者的視力變動難以評估； 每行視標數(shù)量不同，影響測量結(jié)果的敏感性和特異性;此外，各行視標之間距離不定，擁擠 效應不一致，影響弱勢兒童診斷和療效觀察。
[0005] 為了克服傳統(tǒng)主觀視力測試方式的不足，一些研究者也提出了利用智能終端進行 主觀視力檢測的方案。然而這些現(xiàn)有方案普遍存在檢測精度較低、檢測時間偏長的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術不足，提供一種基于智能終端的主 觀視力自測裝置，可利用目前已廣泛使用的智能終端實現(xiàn)主觀視力自測，且檢測精度更高， 檢測范圍更大，檢測時間更短。
[0007] 本發(fā)明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：
[0008] 一種基于智能終端的主觀視力自測裝置，所述主觀視力自測裝置包括：
[0009] 視力等級選擇單元，用于選擇視力等級，所述視力等級采用五分記錄法劃分，相鄰 視力等級間的差值為0.01;視力等級選擇方法具體如下：以自測裝置測量范圍的上、下限分 別作為最大視力等級、最小視力等級，以最大視力等級與最小視力等級的中間視力等級作 為第一輪測試的測試視力等級，并根據(jù)被測者的響應信息判斷被測者是否可達到本輪的測 試視力等級，如是，則以本輪的測試視力等級作為下一輪測試的最小視力等級；如否，則以 本輪的測試視力等級作為下一輪測試的最大視力等級;第二輪測試以當前的最大視力等級 與最小視力等級的中間視力等級作為本輪的測試視力等級，根據(jù)被測者的響應信息判斷被 測者是否可達到本輪的測試視力等級，如是，則以本輪的測試視力等級作為下一輪測試的 最小視力等級；如否，則以本輪的測試視力等級作為下一輪測試的最大視力等級；依此類 推，直到某一輪檢測中，被測者可達到本輪的測試視力等級，且本輪的測試視力等級與當前 的最大視力等級相鄰，則以本輪的測試視力等級作為被測者最終的主觀視力自測結(jié)果輸 出；
[0010]視標顯示單元，用于生成與視力等級選擇單元當前所選擇測試視力等級相對應的 視標，并通過所述智能終端的顯示裝置按照隨機方向顯示所述視標；
[0011] 響應信息接收單元，用于接收被測者對于當前所顯示視標的響應信息并將響應信 息傳輸至視力等級選擇單元。
[0012] 為了避免測試時的空間限制對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，優(yōu)選地，所述視標顯示單元包 括：
[0013] 測試距離設置模塊，用于設置被測者與智能終端的顯示裝置之間的測試距離；
[0014] 視標生成模塊，根據(jù)所設置的測試距離實時計算與視力等級選擇單元當前所選擇 測試視力等級相對應的視標大小，并生成相應大小的視標。
[0015] 為了避免所使用智能終端顯示分辨率差異對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，進一步地，所述 視標顯示單元還包括：
[0016] 視標校正模塊，用于采集所述智能終端的顯示裝置的分辨率，并根據(jù)所采集的分 辨率對視標生成模塊所生成的視標尺寸進行校正。
[0017] 優(yōu)選地，所述響應信息接收單元通過所述智能終端的人機交互單元實現(xiàn)，或者通 過可與所述智能終端之間進行通信的輔助智能終端實現(xiàn)。
[0018] 相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下有益效果：
[0019] 本發(fā)明利用智能終端實現(xiàn)了自主地主觀視力檢測，不受時間地點的限制，使用方 便;本發(fā)明可有效評估弱視人群的勢力變動情況;且由于每次顯示屏上只出現(xiàn)一個視標，克 服了傳統(tǒng)視力表的視標擁擠效應不一致的缺陷;視標隨機生成，有效避免了傳統(tǒng)視力表中 部分視標朝向被提前記下而導致的測量不準確。
[0020] 本發(fā)明的視力測量范圍比傳統(tǒng)視力表大，檢測精度比傳統(tǒng)視力表高一個數(shù)量級， 同時由于采用了借鑒二分搜索算法的視力等級選擇方法，完成一次自測所用的時間大為降 低。
【附圖說明】
[0021]圖1為視標設計原理不意圖；
[0022]圖2為視力等級選擇的算法流程圖；
[0023]圖3為分別用本發(fā)明主觀視力自測裝置與傳統(tǒng)方法進行視力檢測的檢測效率對 比；
[0024]圖4為分別用本發(fā)明主觀視力自測裝置與傳統(tǒng)方法進行視力檢測的檢測結(jié)果對 比；
[0025]圖5為用本發(fā)明主觀視力自測裝置進行多次視力檢測的檢測結(jié)果。
【具體實施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明：
[0027] 本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術不足，利用目前已廣泛使用的智能終端，提出了一種基 于智能終端的主觀視力自測裝置，依托個人電腦、筆記本電腦、智能電視等智能終端的運算 能力、顯示能力及交互能力，結(jié)合本發(fā)明主觀視力自測裝置，可實現(xiàn)更高精度、更大范圍、更 高效率，且不需他人協(xié)助的主觀視力自測。
[0028]本發(fā)明的主觀視力自測裝置包括:視力等級選擇單元、視標顯示單元、響應信息接 收單元。
[0029]其中，視力等級選擇單元用于在自測過程中選擇視力等級;視標顯示單元用于生 成與視力等級選擇單元當前所選擇測試視力等級相對應的視標，并通過所述智能終端的顯 示裝置按照隨機方向顯示所述視標；響應信息接收單元，用于接收被測者對于當前所顯示 視標的響應信息并將響應信息傳輸至視力等級選擇單元。
[0030] 現(xiàn)有技術中的視力檢測范圍通常為4.0~5.2(五分記錄法），最小精度為0.1。一方 面測量結(jié)果不夠精確，另一方面，部分人的視力很可能會超過以上檢測范圍。為此，本發(fā)明 將可測量的范圍擴展至3.60~5.50(五分記錄法），檢測精度為0.01，即相鄰視力等級間的 差值為0.01。為此，需要重新設計相應的視標。本發(fā)明技術方案中，視標顯示單元根據(jù)視角 原理計算視標的大小并通過智能終端的顯示器進行顯示，每次只顯示一個視標。本發(fā)明可 采用各種現(xiàn)有視標，例如最常用的E字形視標、Landlot環(huán)形視標等。以我國常用的E字形視 標為例，整個E字形視標占據(jù)5*5的方格，其中缺口大小與一個筆畫粗相等，E字形視標的邊 長為缺口大小的5倍。如圖1所示，設視角大小為α(單位:分），檢測距離為D(單位:mm)，視力 值為V(小數(shù)記錄法），視標的缺口大小為Gap(單位:mm)，則根據(jù)視角原理可得出經(jīng)驗公式： Gap = D Xtan($Χ^)，其中視角a = 1/V。即可根據(jù)視力值V計算出相應視力等級的E字形 視標的大小。設五分記錄法下的視力值為k，五分記錄法與小數(shù)記錄法之間的轉(zhuǎn)換公式為： k_= 5. - l〇g:|，因此，Gap. = Dxtanfj^.x^y:= D Xtanp^-):。其他形狀視標的大小計算 與此類似。視標顯示單元可根據(jù)上述方法生成相應視標顯示于智能終端的顯示屏上。為了 進一步避免測試時的空間限制對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，以及避免所使用智能終端顯示分辨率 差異對測試結(jié)果產(chǎn)生影響，本發(fā)明還可設置測試距離并根據(jù)顯示器分辨率對視標的尺寸大 小進行修正，具體地，所述視標顯示單元包括：
[0031] 測試距離設置模塊，用于設置被測者與智能終端的顯示裝置之間的測試距離；
[0032] 視標生成模塊，根據(jù)所設置的測試距離實時計算與視力等級選擇單元當前所選擇 測試視力等級相對應的視標大小，并生成相應大小的視標；
[0033]視標校正模塊，用于采集所述智能終端的顯示裝置的分辨率，并根據(jù)所采集的分 辨率對視標生成模塊所生成的視標尺寸進行校正。
[0034]在視力值為1.0(即五分記錄法的5.0)，測量距離為5m的情況下，應用公式計算視 標的 E字形視標的缺口大小為：Gap = D X tan (士 X = SOOO X tan = l.454mrn，
[0035] 整個E字形視標的大小為：字體大小=5 X 1.454 = 7.270mm。在一個屏幕大小為17 英寸、分辨率為1024*768的標準計算機上每像素的物理長度為0.29mm，即E字形視標顯示在 該電腦屏幕上的缺口像素為：1.454/0.29 = 5.01像素，可以看出標準計算機的屏幕是可以 清晰顯示視標的。
[0036]本發(fā)明的視力測量范圍大于現(xiàn)有技術，測量精度也比現(xiàn)有技術高出一個數(shù)量級， 由此也導致了視力檢測所需的視標數(shù)量遠遠大于常規(guī)視力表，如按照現(xiàn)有技術中視力等級 逐級變化的檢測過程，則需要很多輪測量和很長時間才能確定被測者的真實視力。因此需 要重新設計自測過程中視力等級的變化過程?？蓪⒁暳z測過程中逐漸逼近真實視力值的 過程看作數(shù)據(jù)搜索中的有序搜索，可用的有序搜索法為:順序搜索法、二分搜索法、二叉排 序樹搜索法。其搜索次數(shù)如表1所示。
[0037]表1三種搜索算法查找次數(shù)比較
[0039]通過比較可用的搜索算法，發(fā)現(xiàn)二分搜索法最為適宜，因此本發(fā)明借鑒二分搜索 法來進行視力等級的選擇調(diào)整。視力等級選擇單元所采用的視力等級選擇方法具體如下： 以自測裝置測量范圍的上、下限分別作為最大視力等級、最小視力等級，以最大視力等級與 最小視力等級的中間視力等級作為第一輪測試的測試視力等級，并根據(jù)被測者的響應信息 判斷被測者是否可達到本輪的測試視力等級，如是，則以本輪的測試視力等級作為下一輪 測試的最小視力等級;如否，則以本輪的測試視力等級作為下一輪測試的最大視力等級;第 二輪測試以當前的最大視力等級與最小視力等級的中間視力等級作為本輪的測試視力等 級，根據(jù)被測者的響應信息判斷被測者是否可達到本輪的測試視力等級，如是，則以本輪的 測試視力等級作為下一輪測試的最小視力等級；如否，則以本輪的測試視力等級作為下一 輪測試的最大視力等級；依此類推，直到某一輪檢測中，被測者可達到本輪的測試視力等 級，且本輪的測試視力等級與當前的最大視力等級相鄰，則以本輪的測試視力等級作為被 測者最終的主觀視力自測結(jié)果輸出。
[0040] 響應信息接收單元的作用是接收被測者對于當前所顯示視標的響應信息并將響 應信息發(fā)送給視力等級選擇單元以進行被測者是否正確識別當前顯示視標的判斷。響應信 息接收單元的具體實現(xiàn)方式很多，例如可以通過智能終端的人機交互單元(鍵盤、遙控器、 觸摸板、聲音識別單元等)實現(xiàn);或者，通過可與所述智能終端之間進行通信的輔助智能終 端實現(xiàn)，例如最常見的智能手機。
[0041] 為了便于公眾理解，下面以一個具體實施例來對本發(fā)明技術方案進行進一步詳細 說明。
[0042] 本實施例中的主觀視力自測裝置基于個人電腦(作為智能終端)和智能手機(作為 輔助智能終端）。用戶需要在個人電腦上下載運行自測系統(tǒng)程序，在手機上安裝自測系統(tǒng) APP。首先，在用戶根據(jù)要求設置個人電腦后，個人電腦會綁定用戶輸入的端口號并新開一 個線程，該線程用來監(jiān)聽智能手機發(fā)送的消息，并將智能手機發(fā)送的消息解析成字符串；智 能手機可通過個人電腦的IP地址和端口號向個人電腦發(fā)送消息。用戶測量時根據(jù)電腦屏幕 上顯示的視標方向，在智能手機上按下相應的方向鍵(若不能分辨電腦屏幕上視標朝向可 按"跳過"按鈕），這時智能手機將帶有方向消息的數(shù)據(jù)包發(fā)送給個人電腦，個人電腦接收消 息后通過視力等級選擇單元及視標顯示單元決定下一個顯示在電腦屏幕上的視標。最后由 視力等級選擇單元計算出被測者的視力值并將視力值反饋給智能手機，顯示在手機屏幕 上，至此，被測者完成第一次視力檢測。個人電腦保持端口監(jiān)聽，準備用戶的下一次測量。
[0043] 本實施例中系統(tǒng)采用E字形視標，視力測量范圍為3.60~5.50(五分記錄法），檢測 精度為〇.〇1。視力等級選擇單元的視力等級選擇算法實現(xiàn)如圖2所示，從最小視力等級360 開始記為start，到最大視力等級550記為end，取位于兩者中間值的視力等級，即mid = (start+end)/2進行第一次測試。在該視力等級下，若5次中有3次答對（圖2中k為每個視力 等級所對應視標的顯示次數(shù)，i為每個視力等級檢測中答對視標方向的次數(shù)），則取start = mid進行第二次測量;若5次中答錯3次或者由于看不清而按下"跳過"按鈕，則取end=mid進 行第二次測量......以此類推，直到達到能看清的最小視標，或者視力等級到達550,或者視 標的邊長為5pixel為止，記下此時的mid值也為level，則level/100為最后測得視力值。視 力等級選擇單元以五分記錄法和小數(shù)記錄法兩種方式顯示視力測量結(jié)果并將視力測量結(jié) 果發(fā)送給智能手機。
[0044] 在智能手機上的自測系統(tǒng)APP界面中設定有四個方向按鍵，當被測者可完全辨認 視標的朝向時就會正確按下按鈕，當被測者不能辨認視標的朝向時就會隨機按下任意方向 鍵。而在檢測過程中，E字形視標一共有四個朝向，假設被測者在完全能看清視標的情況下 答對視標的朝向的概率為1〇〇%，被測者完全不能辨認視的標朝向而純屬"猜測"時，答對視 標的朝向的概率為25%，綜合以上兩種情況，認為被測者正常答對視標朝向的概率為這兩 種情況的平均概率：（1〇〇%+25% )/2 = 62.5%，即如果同一視力等級下測試中5次，那么只 要答對5 X 62.5%~3次，就認為被測者可以看清該等級的視標。
[0045] 本實施例中，個人電腦上的軟件使用Eclipse設計而成的圖形化界面。系統(tǒng)自動獲 取本機的IP地址并顯示在界面上，省去了用戶自己查找本機IP地址的步驟。此外，用戶需要 填入端口號，端口號為1~65535之間的任意整數(shù)，并且拖動屏幕上的滑塊，用直尺量取5cm 的物理距離，就可以保證在不同分辨率和尺寸的電腦上準確顯示對應大小的視標。因為電 腦上圖片顯示的物理尺寸與電腦屏幕分辨率和尺寸有關，而不同的電腦屏幕分辨率和尺寸 不同，為了方便獲取用戶電腦分辨率，本發(fā)明設計了這樣一個滑動條。整個滑動條長為 320pixel，系統(tǒng)可獲取滑塊所在位置占整個滑塊的百分比，記為X%，而利用直尺量得的這 段距離物理長度為5cm，可方便計算出電腦屏幕上顯示每厘米為：（3.2 X/5)pixel。用戶還可 根據(jù)自身條件選擇測量長度，設置完成后點擊"完成設置"按鈕。若用戶未填入端口號，或填 入非法端口號，或未拖動5cm距離，或未選擇測試距離，系統(tǒng)均會給出相應提示。
[0046] 為了證明本發(fā)明的可行性，利用上述主觀視力自測系統(tǒng)進行了多次試驗，最后選 取了測量的30個有效數(shù)據(jù)進行分析，如表2所示。實驗條件為:選擇測量距離為3米，測量過 程遵循先右眼再左眼的檢測順序，保證使用傳統(tǒng)視力檢測方法和使用自測系統(tǒng)檢測方法的 過程中環(huán)境光照度和內(nèi)部照度不變，以及每個志愿者檢測視力時保持檢測狀態(tài)一致。
[0047]表2使用傳統(tǒng)測試方法和主觀視力自測系統(tǒng)測試方法的視力值
[0049] 圖3顯示了30只眼分別使用傳統(tǒng)方法檢測和自測系統(tǒng)檢測方法在測試過程中的檢 測次數(shù)的折線對比圖。其中，使用傳統(tǒng)方法檢測，測量次數(shù)與最終視力值相關，視力越好，測 量次數(shù)越多，視力越差，測量次數(shù)越少，因此浮動區(qū)間大。當視力為正常眼視力時，即視力為 5.0時，測量次數(shù)為14次。而使用本發(fā)明所需的檢測次數(shù)恒定，不隨被測者視力的不同而改 變。計算30只眼使用傳統(tǒng)視力檢測方法測量的平均次數(shù)為:6.6次，而使用本發(fā)明自測系統(tǒng) 測量次數(shù)平均為7次，因使用"二分搜索法"查找次數(shù)固定，查找次數(shù)=Iog 2N = Iog2 (550-360)~7次。因傳統(tǒng)視力檢測方法每個視力等級僅相差0.1，而發(fā)明自測系統(tǒng)每個視力等級 相差0.01，它們的平均測量次數(shù)基本相等。若本發(fā)明自測系統(tǒng)也使用順序查找法進行檢測， 當被測者視力值為5.0時，檢測次數(shù)為：（5.00-3.60)*100= 140次。這樣的檢測次數(shù)嚴重影 響了檢測效率，因此，本發(fā)明設計的視力等級選擇方法一一二分搜索法使得搜索效率大大 提高，可將搜索次數(shù)從140次減少到7次，快速性好，檢測效率極高。
[0050] 圖4為30只眼分別使用傳統(tǒng)視力檢測方法和主觀視力自測系統(tǒng)測量的視力值對比 圖，從圖4中可以看出，這兩種檢測方案結(jié)果基本一致，但后者比前者有著更高的測量精度。 說明使用本系統(tǒng)測量視力在保證測量自主性和快速性的條件下可以得到非常準確的測量 結(jié)果，在臨床上也可以更加準確的監(jiān)測患者視力變化情況。
[0051] 圖5為選出4名志愿者使用本發(fā)明自測系統(tǒng)對其左右眼視力進行重復3次測量，記 錄三次的測量結(jié)果，柱狀圖中不同的條紋分別表示連續(xù)三次的測量結(jié)果。從圖中可以看出， 每只眼的3次測量結(jié)果基本一致，說明使用本發(fā)明自測系統(tǒng)得到的視力檢測結(jié)果具有很好 的穩(wěn)定性。
【主權項】
1. 一種基于智能終端的主觀視力自測裝置，其特征在于，所述主觀視力自測裝置包括： 視力等級選擇單元，用于選擇視力等級，所述視力等級采用五分記錄法劃分，相鄰視力 等級間的差值為0.01;視力等級選擇方法具體如下：以自測裝置測量范圍的上、下限分別作 為最大視力等級、最小視力等級，以最大視力等級與最小視力等級的中間視力等級作為第 一輪測試的測試視力等級，并根據(jù)被測者的響應信息判斷被測者是否可達到本輪的測試視 力等級，如是，則以本輪的測試視力等級作為下一輪測試的最小視力等級；如否，則以本輪 的測試視力等級作為下一輪測試的最大視力等級;第二輪測試以當前的最大視力等級與最 小視力等級的中間視力等級作為本輪的測試視力等級，根據(jù)被測者的響應信息判斷被測者 是否可達到本輪的測試視力等級，如是，則以本輪的測試視力等級作為下一輪測試的最小 視力等級；如否，則以本輪的測試視力等級作為下一輪測試的最大視力等級；依此類推，直 到某一輪檢測中，被測者可達到本輪的測試視力等級，且本輪的測試視力等級與當前的最 大視力等級相鄰，則以本輪的測試視力等級作為被測者最終的主觀視力自測結(jié)果輸出； 視標顯示單元，用于生成與視力等級選擇單元當前所選擇測試視力等級相對應的視 標，并通過所述智能終端的顯示裝置按照隨機方向顯示所述視標； 響應信息接收單元，用于接收被測者對于當前所顯示視標的響應信息并將響應信息傳 輸至視力等級選擇單元。2. 如權利要求1所述基于智能終端的主觀視力自測裝置，其特征在于，所述視標顯示單 元包括： 測試距離設置模塊，用于設置被測者與智能終端的顯示裝置之間的測試距離； 視標生成模塊，根據(jù)所設置的測試距離實時計算與視力等級選擇單元當前所選擇測試 視力等級相對應的視標大小，并生成相應大小的視標。3. 如權利要求2所述基于智能終端的主觀視力自測裝置，其特征在于，所述視標顯示單 元還包括： 視標校正模塊，用于采集所述智能終端的顯示裝置的分辨率，并根據(jù)所采集的分辨率 對視標生成模塊所生成的視標尺寸進行校正。4. 如權利要求1~3任一項所述基于智能終端的主觀視力自測裝置，其特征在于，所述 響應信息接收單元通過所述智能終端的人機交互單元實現(xiàn)，或者通過可與所述智能終端之 間進行通信的輔助智能終端實現(xiàn)。5. -種主觀視力自測系統(tǒng)，其特征在于，包括智能終端以及如權利要求1~3任一項所 述基于智能終端的主觀視力自測裝置。6. 如權利要求5所述主觀視力自測系統(tǒng)，其特征在于，還包括可與所述智能終端之間進 行通信的輔助智能終端;所述響應信息接收單元通過輔助智能終端實現(xiàn)。
【文檔編號】A61B3/00GK105942965SQ201610413982
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】朱利豐, 張淑慧
【申請人】東南大學