一种基于双眼视野的智能化个性化调节功能训练装置

1.本发明涉及计算机显示、机械自动化控制、绘图技术与眼视光学技术领域，具体涉及一种基于双眼视野的智能化个性化调节功能训练装置。


背景技术：

2.调节功能是人眼在使用过程中最常用的功能，人在注视不同距离时，需要动用不同的调节。当调节功能出现问题时，人们会出现很多不适的症状，例如视物疲劳，嗜睡，头晕，恶心等。现有的训练设备进行弱眼调节训练时，大部分都是在遮盖另一只眼(好眼)视野下进行训练。由于人们在使用调节时都是在双眼视野下的，单眼视野下训练所得的功能是否能在双眼视野中得到有效利用不得而知，另外，也不利于评估双眼共同使用调节的能力。
3.尽管现有大量调节训练的设备，小到反转拍，大到自动训练设备，都难以真实监控双眼训练的情况。例如，训练过程中若出现了单眼抑制。从而出现了大量无效的双眼训练，导致对双眼调节训练的介入时机难以准确把握。
4.传统方法中，基于双眼视野的调节功能训练通过三棱镜或红绿 (偏振)眼镜进行双眼分视。具有明显的缺陷，例如，三棱镜虽然分离双眼，但图像是相同的，弱眼不需要努力也能凭借好眼看清图像，且训练过程中会导致上下复视，易导致疲劳；红绿(偏振)分视是通过简单的红绿(偏振)条配合相应的眼镜进行训练，训练时的目标单一，且由于光线的过滤，大大增加了训练的难度。而且，以上的方法都不能智能化、个性化地变换视标和训练镜片的难度，对于配合度一般的儿童(主要的训练群体)，较难监控训练效率。现有部分智能化、个性化的训练设备和方法，或可以改变视标大小，或可以改变镜片难度，或可以监控训练的准确度，但都无法真正做到双眼视野下的调节功能训练。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术存在的技术缺陷与不足，本发明提供了一种基于双眼视野的智能化个性化调节功能训练装置,通过快门3d设备进行左右眼分视，能智能化(人机互动)、个性化呈现任意眼睛的视标，镜片控制模组能根据训练者的反应高效变化镜片，能做到在双眼视野下同时进行左右眼的训练或双眼共同的训练，将能大幅减少训练时长，提高调节训练的效率。
6.本发明采用的技术解决方案是：一种基于双眼视野的智能化个性化调节功能训练装置,包括输出检测视标的显示模块，左右眼镜片切换模块，反馈训练者判断结果的输入模块，输出定量化图像和结果的输出模块，所述的训练装置还包括有控制左右眼镜头切换和视标大小切换的控制模块以及自动定量化图像和结果的运算模块；
7.输出检测视标的显示模块：通过偏振技术分别显示左右眼各自可见的视标；
8.左右眼镜头切换模块：包括若干不同度数的镜片及切换镜片的驱动结构；
9.输入模块：训练者根据看到的视标方向，按键输入看到的视标图像方向；
10.控制模块：根据控制训练者按键输入的结果调节视标大小以及切换左右眼不同度
数的镜片；
11.运算模块：根据记录的训练者训练时的正确率和平均反应时间输出训练结果统计并绘制定量化训练结果图像；
12.输出模块：输出运算模块计算得到的结果统计和图像。
13.所述的显示模块中的左右眼视标按上下结构分布显示。
14.所述的显示模块为快门式3d眼镜、普通偏振、红绿眼镜、红蓝眼镜、垂直棱镜中的一种。
15.所述的左右眼镜片切换模块包括左右眼基座，所述的左右眼基座上均设有目镜孔，沿左右眼基座的周向方向上设置有若干个镜片座，所述的镜片座与左右眼基座之间沿左右眼基座的中心周向转动配合，所述的镜片座上沿周向设置有由若干的镜片组成的镜片组，所述的镜片与镜片座之间沿镜片座的中心周向转动配合，所述的任意一片镜片通过转动可与目镜孔对齐。
16.所述的左右眼基座上还设有大步进电机和小步进电机，所述的大步进电机驱动镜片座沿左右眼基座的中心周向转动，所述的小步进电机驱动由若干的镜片组成的镜片组沿镜片座的中心周向转动。
17.所述的镜片座上的若干的镜片沿镜片设置方向按度数依次等额变化，所述的左右眼基座上的镜片座上的镜片组的度数沿镜片座设置方向按度数依次等额变化。
18.所述的输入模块包括上、下、左、右四个按键，通过四个按键来判断正确出现的图像，并将输入的按键信息传输至控制模块。
19.所述的控制模块包括训练功能控制模块和个性化训练模式控制模块，所述的训练功能控制模块具有控制双眼视野下的左眼调节功能训练模式，双眼视野下的右眼调节功能训练模式，双眼分别训练模式和双眼共同训练模式，所述的左眼调节功能训练模式控制左右眼镜片切换模块上的左眼的部分的镜片切换以及显示模块上的左眼视标变化；所述的右眼调节功能训练模式控制左右眼镜片切换模块上的右眼的部分的镜片切换以及显示模块上的右眼视标变化；所述的双眼分别训练模式控制左右眼镜片切换模块上的左右眼两部分的镜片各自独立切换以及显示模块上的左右眼视标各自独立变化；所述的双眼共同训练模式控制左右眼镜片切换模块上的左右眼两部分的镜片同步切换以及显示模块上的左右眼视标同步变化。
20.所述的个性化训练模式控制模块具有视力优先模式和调节优先模式，所述的视力优先模式中在训练者于特定视标大小的情况下连续 5次判断正确，设备才会切换镜片，连续2次判断错误，或某次按键时间大于6秒，将使用更大的视标，直至训练至特定视标大小情况下，连续正确5次，再切换镜片；所述的调节优先模式中在训练者于某一个视标大小的情况下连续正确5次，设备就会切换镜片，连续2次判断错误，或某次按键时间大于6秒，将使用更大的视标。
21.所述的运算模块中包括每个镜片完成的正确率(r)，以及该过程中每次判断所需时间(ti)的平均值(tm)和标准差(s)；将所有自动获得的时间，都以图表的形式呈现出来。当判断正确，xi记录为1，判断错误时，xi记录为0，正确率的计算算法为 n为按键次数，r的值为0～100％之间的百分比，并将正确率以曲
线的形式呈现；每次按键所需的平均反应时间按键时间的标准差
22.本发明的有益效果是：本发明提供了一种基于双眼视野的智能化个性化调节功能训练装置,能实现双眼视野下，左右眼同时或分别进行精准的调节功能训练，在训练过程中时时监控双眼协同的功能，使训练与日常用眼功能相近。定量化、图像化数据输出和总分计算，能可视化训练结果。本发明使训练更智能，数据更可读，更易理解，方便之后的对比和训练方案改进，将能大幅提高训练效果。
附图说明
23.图1为本发明的总览图。
24.图2为本发明训练总流程图。
25.图3为四种不同双眼分视方式。
26.图4为本发明镜片模组的设计图。
27.图5为本发明智能化、个性化调节训练方法流程图。
28.图6为训练结束后的结果图(某一组镜片)。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获的的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.一种基于双眼视野的智能化个性化调节功能训练装置,设备外观总览图和操作的总流程图见图1和图2，包括输出检测视标的显示模块，左右眼镜片切换模块，反馈训练者判断结果的输入模块，输出定量化图像和结果的输出模块，所述的训练装置还包括有控制左右眼镜头切换和视标大小切换的控制模块以及自动定量化图像和结果的运算模块；
31.输出检测视标的显示模块：采用快门式3d设备进行双眼分视，在呈现双眼分视的状态时，相较于被动式偏振技术，本设备不会大幅降低分辨率和亮度；相较于红绿分视，本设备避免红绿(红蓝)分视导致的视物疲劳；相较于棱镜分离法，本设备能实现双眼视标的独立控制，且不会因为产生垂直复视而产生不适。但以上几种分视方法，也是基于双眼视野的训练范畴，应当在本专利的保护范畴中。分别显示左右眼各自可见的视标，训练过程中的视标刺激是不同大小的“e”视标，训练医生可根据患者情况选择初始训练视标大小；
32.左右眼镜头切换模块：包括若干不同度数的镜片及切换镜片的驱动结构，外接的镜片机械组根据训练者的反应情况进行变化。本发明提出多轴步进电机控制的镜片组设计，将功能特性相近的镜片放置在一起，极大提高了用步进电机切换镜片的效率。一方面减少因电机速率不稳导致的误差，另一方面，大幅提高了单位面积内，可切换镜片的数量，本设备在半径约为110毫米的区域，可驱动最多24枚直径25毫米的镜片。以上特点是传统单个步进电机驱动下的调节训练设备所难以具备的，同时，也说明本设备需要的承重钢板，以及电机驱动程序相较原先的设备更复杂，更具创新性。为了提高训练组切换的效率，我们将+
2.50d～-6.00d的镜片进行合理分布，分为4大类，按类别组成4 个镜片组，一方面可以提高镜片切换效率，另一方面避免由于某个镜片的损坏，需要更换整个镜片组。机械控制部分(镜片组)的排列如图4所示，剩余两组镜片组用于其他拓展训练项目；
33.输入模块：训练者根据看到的视标方向，按键输入看到的视标图像方向，训练过程中，训练者需要根据看到的视标方向，按键判断，系统会根据训练者的反馈增大或减小视标的难度；
34.控制模块：根据控制训练者按键输入的结果调节视标大小以及切换左右眼不同度数的镜片；
35.运算模块：根据记录的训练者训练时的正确率和平均反应时间输出训练结果统计并绘制定量化训练结果图像，所述的运算模块为台式计算机；
36.输出模块：输出运算模块计算得到的结果统计和图像。
37.所述的显示模块中的左右眼视标按上下结构分布显示。
38.所述的显示模块呈现方式为快门式3d眼镜、普通偏振、红绿眼镜、红蓝眼镜、垂直棱镜中的一种。
39.所述的左右眼镜片切换模块包括左右眼基座，所述的左右眼基座上均设有目镜孔，沿左右眼基座的周向方向上设置有若干个镜片座，所述的镜片座与左右眼基座之间沿左右眼基座的中心周向转动配合，所述的镜片座上沿周向设置有由若干的镜片组成的镜片组，所述的镜片与镜片座之间沿镜片座的中心周向转动配合，所述的任意一片镜片通过转动可与目镜孔对齐。
40.所述的左右眼基座上还设有大步进电机和小步进电机，所述的大步进电机驱动镜片座沿左右眼基座的中心周向转动，所述的小步进电机驱动由若干的镜片组成的镜片组沿镜片座的中心周向转动。
41.所述的镜片座上的若干的镜片沿镜片设置方向按度数依次等额变化，所述的左右眼基座上的镜片座上的镜片组的度数沿镜片座设置方向按度数依次等额变化。
42.所述的输入模块包括上、下、左、右四个按键，通过四个按键来判断正确出现的图像，并将输入的按键信息传输至控制模块。
43.所述的控制模块包括训练功能控制模块和个性化训练模式控制模块，所述的训练功能控制模块具有控制双眼视野下的左眼调节功能训练模式，双眼视野下的右眼调节功能训练模式，双眼分别训练模式和双眼共同训练模式，所述的左眼调节功能训练模式控制左右眼镜片切换模块上的左眼的部分的镜片切换以及显示模块上的左眼视标变化；所述的右眼调节功能训练模式控制左右眼镜片切换模块上的右眼的部分的镜片切换以及显示模块上的右眼视标变化；所述的双眼分别训练模式控制左右眼镜片切换模块上的左右眼两部分的镜片各自独立切换以及显示模块上的左右眼视标各自独立变化；所述的双眼共同训练模式控制左右眼镜片切换模块上的左右眼两部分的镜片同步切换以及显示模块上的左右眼视标同步变化，训练设备训练时的四种不同双眼分视方式见图3。训练医生可根据训练者的情况，设置训练方案，例如，双眼视野下的右眼训练，双眼视野下的左眼训练，双眼视野下的左右眼分别训练或双眼视野下的共同训练，见图3。本设备可实现训练过程中的双眼分别控制，右眼仅看到上方的视标，左眼仅看到下方的视标。训练过程中，进行双眼视野下的右眼训练时，左眼视野开放，但无法看到右眼的视标。左眼前无镜片的变化，但右眼会有镜片的
变动，从初始的视标开始，训练者需要连续5次正确判断某一只眼“e”视标的方向，则右眼的镜片组发生改变，改变顺序为正、负球镜之间的来回摆动。摆动范围为+2.00d～-6.00d，训练过程中为了提高摆动效率，将这些镜片分为4组。当训练者完成当下视标大小的训练，即进入更小的视标的训练。同理，双眼视野下的左眼训练是在右眼视野开放(但无法看到左眼视标，且眼前无镜片变化)，仅左眼前镜片发生变化。双眼视野下的左右眼分别训练是指在训练过程中，右眼仅可以看到上面的视标，左眼仅可以看到下面的视标。训练过程中，训练者需要从上至下分别按键判断“e”视标的方向。可以根据左右眼视力的差异更换不同的视标。训练中，若左眼的反应强于右眼，左眼的镜片切换和视标难度增加将快于右眼。因此，此训练过程中，左右眼分别是两套分别独立的控制系统。最后，双眼视野下的共同训练是指双眼视野共同开放，且使用的镜片是一致的。此时使用的视标是经过特殊处理的，左右眼的视标都位于屏幕正中央，且两眼的视标大部分相同，仅有一小部分是仅为单眼所见(即为融像控制点，若训练过程中，任意某一个控制点消失，说明某一只眼睛被抑制。)训练过程中，训练者需要按键判断“e”视标(包括双眼共有的，或单眼独有的视标)的方向，连续正确5次记为成功完成，将缩小视标或切换镜片；连续错误2次或反应时间大于6秒记为失败，将增大视标。单次训练时长为5分钟。
44.所述的性化训练模式控制模块具有视力优先模式和调节优先模式，所述的视力优先模式中在训练者于特定视标大小的情况下连续5 次判断正确，设备才会切换镜片，连续2次判断错误，或某次按键时间大于6秒，将使用更大的视标，直至训练至特定视标大小情况下，连续正确5次，再切换镜片；所述的调节优先模式中在训练者于某一个视标大小的情况下连续正确5次，设备就会切换镜片，连续2次判断错误，或某次按键时间大于6秒，将使用更大的视标。
45.两组训练模式的流程图见图5。两种不同模式的训练着重点不同，对功能提高的方式和作用也不同。即使在同一种模式下，不同训练者的反应不同，训练的进程也各不相同。
46.所述的运算模块中包括每个镜片完成的正确率(r)，以及该过程中每次判断所需时间(ti)的平均值(tm)和标准差(s)；将所有自动获得的时间，都以图表的形式呈现出来。图像是训练完成后，自动产生的，且能与之后的训练进行对比。当判断正确，xi记录为1，判断错误时，xi记录为0，正确率的计算算法为n为按键次数，r的值为0～100％之间的百分比，并将正确率以曲线的形式呈现；每次按键所需的平均反应时间按键时间的标准差其中，训练总分也是10 分钟训练完成时，通过镜片的个数，视标大小，调节反应速度等功能的量化指标。
47.自动定量化图像和结果输出：
48.a、图像化训练细节图：以每个镜片组作为一幅图，其中x轴为不同镜片的度数，y轴显示左右眼或双眼在不同调节刺激下(不同正负镜片)训练时的正确率(设备自动判断)，平均反应时间(设备自动记录反映时间)。训练结束后，自动提取各组各个镜片反映的准确率和平均反应时间和标准差，并自动绘画出如图6所示的结果图。
49.b、训练过程中会产生每个镜片完成的正确率(r)，以及该过程中每次判断所需时
间(ti)的平均值(tm)和标准差(s)。将所有自动获得的时间，都以图表的形式呈现出来。训练中，当判断正确，xi记录为1，判断错误时，xi记录为0，正确率的计算算法为 n为按键次数，r的值为0～100％之间的百分比，在图5中不同的镜片下的正确率以曲线的形式呈现。每次按键所需的平均反应时间在图5中以
‘
*’表示，按键时间的标准差在图6中以误差线表示。
50.c、计算训练总分：以20/30视标为最佳训练视标，总分为120分(四组)。完成一组镜片训练可得到30分，若难以完成，则以更大视标与 20/30视标的比值加权后计分，5分钟内，完成的速度越快，准确率越高，得分将越高。
51.d、本发明将训练结果进行可视化、量化处理。前次训练的结果能帮助训练者选择最佳的起始训练视力和镜片，在更好的基础上提高调节功能。