头戴式视觉检测与视觉训练设备的制作方法

1.本发明涉及一种眼科医疗器械设备，尤其涉及一种可实时拍摄眼部图像的头戴式视觉检测与视觉训练设备


背景技术：

2.斜视检查、弱视训练、同时视、融合视、立体视等双眼视觉检查与训练等是眼科常见的视觉检查与训练内容。目前，临床上进行这些检查与训练时，主要靠医生手动操作，并凭主观经验判断受检者的眼部状态。
3.例如，在斜视检查时，目前常用的方法是“遮盖
‑
去遮盖法”，医生手持遮眼板依次遮盖单眼，遮盖时医生肉眼观察对侧眼是否有眼球移动；然后移去遮眼板，医生肉眼观察去除遮眼板后被遮眼是否有眼球移动，从而判断有无显斜视或隐斜视。
4.在弱视训练时，目前常用的方法是用眼罩遮盖患者的优势眼，只用弱视眼看图片、视频进行训练。因为不同患者弱视程度有所不同，需要选择不同难度的训练内容让患者进行训练，为了判断患者的弱视眼能否看清训练内容并注视相应的位置，医生目前只能通过肉眼观察患者的注视方向进行主观判断。
5.在进行双眼视觉检查与训练时，训练者双眼的注视位置和双眼视线聚焦的深度是有用的信息，而仅凭医生肉眼观察，很难准确判断注视位置及双眼视线聚焦的深度，因此对训练效果不易客观定量的评估。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是：目前进行视觉检查与训练时，判断受检者眼球运动的状态主要靠医生的肉眼观察和主观经验的判断，耗费时间长且不易客观准确评估。
7.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种头戴式视觉检测与视觉训练设备，其特征在于，包括，
8.显示模块；
9.控制模块；
10.机壳，为头戴式，通过固定装置保持和头部的相对位置固定；
11.左镜框，为圆环形，左镜框面向眼睛的一侧分布有n个左近红外点光源，左镜框上的左近红外点光源可发出近红外光照射在左眼上，n≥8，n个左近红外点光源的间距相等；左镜框与机壳相连接，且左镜框和机壳的相对位置可调节；
12.左半透半反镜片，为平面镜片，和左镜框的相对位置固定，与左镜框所在平面的夹角为θ，其中0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光；
13.左近红外摄像头，和左镜框的相对位置固定，可通过左半透半反镜片的反射拍摄左眼图像；左近红外摄像头的中轴线与左镜框所在平面的夹角为90
°‑
2θ；设左近红外摄像头的中轴线与左半透半反镜片的交点为o1，经过o1且垂直于左镜框所在平面的直线经过左镜框所在圆的圆心；
14.右镜框，为圆环形，右镜框面向眼睛的一侧分布有n个右近红外点光源，右镜框上的右近红外点光源可发出近红外光照射在右眼上，n≥8，n个右近红外点光源的间距相等；右镜框与机壳相连接，且右镜框和机壳的相对位置可调节；
15.右半透半反镜片，为平面镜片，和右镜框的相对位置固定，与右镜框所在平面的夹角为θ，其中0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光；
16.右近红外摄像头，和右镜框的相对位置固定，可通过右半透半反镜片的反射拍摄右眼图像；右近红外摄像头的中轴线与右镜框所在平面的夹角为90
°‑
2θ；设右近红外摄像头的中轴线与右半透半反镜片的交点为o2，经过o2且垂直于右镜框所在平面的直线经过右镜框所在圆的圆心；
17.可控遮盖模块，和机壳相连接，分为左遮盖模块和右遮盖模块，左遮盖模块位于左半透半反镜片的外侧，右遮盖模块位于右半透半反镜片的外侧；通过控制模块对左遮盖模块或显示模块的控制，实现左眼对显示模块所显示内容的可见或不可见；通过控制模块对右遮盖模块或显示模块的控制，实现右眼对显示模块所显示内容的可见或不可见；在任一时刻，左眼和右眼至少有一眼可见显示模块显示的内容。
18.优选的，左镜框面向眼睛的一侧分布有8个左近红外点光源，8个左近红外点光源沿圆形排列且间距相等，排列方式为正上方有一个左近红外点光源，每间隔45
°
有一个左近红外点光源；
19.右镜框面向眼睛的一侧分布有8个右近红外点光源，8个右近红外点光源沿圆形排列且间距相等，排列方式为正上方有一个右近红外点光源，每间隔45
°
有一个右近红外点光源。
20.优选的，左镜框上可安装圆形视力矫正镜片；右镜框上可安装圆形视力矫正镜片。
21.优选的，采用以下方法调节左镜框和左眼的相对位置：
22.以左近红外摄像头所拍摄图像的水平方向为x轴，上下方向为y轴；左眼正视前方时，通过调节左镜框的左右位置，使左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左眼角膜反射点中心坐标的x坐标重合，通过调节左镜框的上下位置，使左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的y坐标和左眼角膜反射点中心坐标的y坐标重合；
23.采用以下方法调节右镜框和右眼的相对位置：
24.以右近红外摄像头所拍摄图像的水平方向为x轴，上下方向为y轴；右眼正视前方时，通过调节右镜框的左右位置，使右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标的x坐标和右眼角膜反射点中心坐标的x坐标重合，通过调节右镜框的上下位置，使右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标的y坐标和右眼角膜反射点中心坐标的y坐标重合。
25.优选的，还包括微型电机，则瞳距调节的方式为自动调节，具体包括以下步骤：
26.左眼正视前方时，如果左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源平均坐标的鼻侧，则通过微型电机驱动左镜框相对机壳向鼻侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源平均坐标的颞侧，则通过微型电机驱动左镜框相对机壳向颞侧移动，直至左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左眼角膜反射点中心坐标的x坐标重合；如果左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源平均坐标的上侧，则通过微型电机驱动左镜框相对左眼向上侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左眼角膜反射点中心坐标的下侧，则通过微型电机驱动左镜框相对左眼向下侧移动，直至左眼瞳孔中心坐标的y坐标和左
眼角膜反射点中心坐标的y坐标重合；
27.右眼正视前方时，如果右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标在右近红外点光源平均坐标的鼻侧，则通过微型电机驱动右镜框相对机壳向鼻侧移动，如果右眼瞳孔中心坐标在右眼角膜反射点中心坐标的颞侧，则通过微型电机驱动右镜框相对机壳向颞侧移动，直至右眼瞳孔中心坐标的x坐标和右眼角膜反射点中心坐标的x坐标重合；如果右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标在右眼角膜反射点中心坐标的上侧，则通过微型电机驱动右镜框相对右眼向上侧移动，如果右眼瞳孔中心坐标在右眼角膜反射点中心坐标的下侧，则通过微型电机驱动右镜框相对右眼向下侧移动，直至右眼瞳孔中心坐标的y坐标和右眼角膜反射点中心坐标的y坐标重合。
28.优选的，可控遮盖模块中的左遮盖模块为液晶快门装置，控制模块对其是否通电进行控制，通电时透明，不通电时不透明；或者通电时不透明，不通电时透明；可控遮盖模块中的右遮盖模块为液晶快门装置，控制模块对其是否通电进行控制，通电时透明，不通电时不透明；或者通电时不透明，不通电时透明；
29.或者：可控遮盖模块中的左遮盖模块为只能透过p1型偏振光的偏振片；可控遮盖模块中的右遮盖模块为只能透过p2型偏振光的偏振片；当控制模块控制显示模块，使其显示只含p1型偏振光的图像时，只有左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示只含p2型偏振光的图像时，只有右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示同时含p1型和p2型偏振光的图像时，左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像，同时右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像；
30.或者：可控遮盖模块中的左遮盖模块为只能透过波长为λ1的可见光的带通滤光片，可控遮盖模块中的右遮盖模块为只能透过波长为λ2的可见光的带通滤光片，λ1不等于λ2；当控制模块控制显示模块，使其显示只含发光波长为λ1的图像时，只有左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示只含发光波长为λ2的图像时，只有右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示同时含发光波长为λ1和发光波长为λ2的图像时，左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像，同时右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像。
31.优选的，机壳由侧面材料和正面材料组成；机壳的侧面材料不透可见光，不透近红外光；机壳的正面材料透可见光；机壳从外部覆盖了左镜框、左半透半反镜片、左近红外摄像头、右镜框、右半透半反镜片、右近红外摄像头、可控遮盖模块；机壳不遮挡人眼前方视野，同时使外部可见光及近红外光不能通过左眼和左镜框之间的缝隙或右眼和右镜框之间的缝隙照射进来。
32.优选的，机壳上设有投影装置，通过投影装置在前方的平面上投射图案。
33.优选的，还包括免标定的眼球运动方向判断模块：
34.当左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源平均坐标不重合时，免标定的眼球运动方向判断模块选取离左眼瞳孔中心坐标最近的三个左近红外点光源角膜反射点，根据三个角膜反射点构成的三角形的钝角的指向判断左眼眼球运动的方向；
35.当右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源平均坐标不重合时，免标定的眼球运动方向判断模块选取离右眼瞳孔中心坐标最近的三个右近红外点光源角膜反射点，根据三个角
膜反射点构成的三角形的钝角的指向判断右眼眼球运动的方向。
36.优选的，还包括单眼标定模块及眼动点计算模块：
37.左眼单眼标定时，单眼标定模块使左眼可见标定视标且右眼不可见标定视标，单眼标定模块可通过显示2点至9点进行左眼单眼标定，计算得到左眼标定函数；眼动点计算模块根据左眼标定函数和左眼的图像定量计算左眼的眼动点；
38.右眼单眼标定时，单眼标定模块使右眼可见标定视标且左眼不可见标定视标，单眼标定模块可通过显示2点至9点进行右眼单眼标定，计算得到右眼标定函数；眼动点计算模块根据右眼标定函数和右眼的图像定量计算右眼的眼动点。
39.优选的，还包括免标定的斜视检查模块：
40.在受检者正前方显示视标，通过控制可控遮盖模块切换双眼可见视标、仅左眼可见视标、仅右眼可见视标三种模式；如果仅左眼可见视标时左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标重合，而且仅右眼可见视标时右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标重合，但是双眼可见视标时有一只眼的瞳孔中心坐标和此眼的角膜反射点中心坐标不重合，则判断有显斜视；如果双眼可见视标时左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标重合，而且右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标重合，但仅左眼可见视标时右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标不重合，或者仅右眼可见视标时左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标不重合，则判断有隐斜视。
41.优选的，还包括斜视检查模块：
42.在左眼单眼标定完成且右眼单眼标定完成后，在受检者前方显示视标，视标可以只在单个位置显示，也可以在多个位置显示；通过控制可控遮盖模块切换双眼可见视标、仅左眼可见视标、仅右眼可见视标三种模式；如果仅左眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且仅右眼可见视标时右眼眼动点和视标位置重合，但是双眼可见视标时有一只眼的眼动点和视标位置不重合，则判断有显斜视；如果双眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且右眼眼动点和视标位置重合，但仅左眼可见视标时右眼眼动点和视标位置不重合，或者仅右眼可见视标时左眼眼动点和视标位置不重合，则判断有隐斜视。
43.优选的，还包括弱视训练模块：显示模块所显示的弱视训练图像含可以交互的内容，由训练者通过弱视眼的眼动点进行交互。
44.优选的，还包括双眼视觉训练模块，该双眼视觉训练模块包含同时视、融合视、立体视训练内容，其中：通过分时交替显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像训练同时视，并通过左眼眼动点、右眼眼动点和训练内容图像是否重合判断同时视训练效果；通过显示双眼同时可见的图像训练融合视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点是否重合判断融合视训练效果；通过显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像有一定视差的立体图形训练立体视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点重合的距离判断立体视训练效果。
45.本发明的另一个技术方案是提供了一种头戴式视觉检测与视觉训练设备，其特征在于，包括：
46.显示模块；
47.控制模块；
48.机壳，为头戴式，通过固定装置保持和头部的相对位置固定；
49.左镜框，与机壳相连接，且左镜框和机壳的相对位置可调节；左镜框为中心对称图
形；
50.左半透半反镜片，为平面镜片，和左镜框的相对位置固定，与左镜框所在平面的夹角为θ，0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光；
51.左近红外点光源，数量为一个，和左镜框的相对位置固定，所发出的近红外光通过左半透半反镜片的反射照射左眼，并在左眼角膜形成反射点；设左近红外点光源在左半透半反镜片的虚像与左镜框对称中心的连线为l1，l1垂直于左镜框所在平面；设l1与左半透半反镜片的交点为o3，左近红外点光源与o3的连线和左镜框所在平面的夹角为90
°‑
2θ；
52.左近红外摄像头，位于左近红外点光源侧面，和左近红外点光源的距离≤2.5cm；可通过左半透半反镜片的反射拍摄左眼图像，左近红外摄像头的中轴线与左镜框所在平面的夹角为90
°‑
2θ；
53.右镜框，与机壳相连接，且右镜框和机壳的相对位置可调节；右镜框为中心对称图形；
54.右半透半反镜片，为平面镜片，和右镜框的相对位置固定，与右镜框所在平面的夹角为θ，0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光；
55.右近红外点光源，数量为一个，和右镜框的相对位置固定，所发出的近红外光通过右半透半反镜片的反射照射右眼，并在右眼角膜形成反射点；设右近红外点光源在右半透半反镜片的虚像与右镜框对称中心的连线为l2，l2垂直于右镜框所在平面；设l2与右半透半反镜片的交点为o4，右近红外点光源与o4的连线与右镜框所在平面的夹角为90
°‑
2θ；
56.右近红外摄像头，位于右近红外点光源侧面，和右近红外点光源的距离≤2.5cm；可通过右半透半反镜片的反射拍摄右眼图像，右近红外摄像头的中轴线和右镜框所在平面的夹角为90
°‑
2θ；
57.可控遮盖模块，和机壳相连接，分为左遮盖模块和右遮盖模块，左遮盖模块位于左半透半反镜片的外侧，右遮盖模块位于右半透半反镜片的外侧；通过控制模块对左遮盖模块或显示模块的控制，实现左眼对显示模块所显示内容的可见或不可见；通过控制模块对右遮盖模块或显示模块的控制，实现右眼对显示模块所显示内容的可见或不可见；在任一时刻，左眼和右眼至少有一眼可见显示模块显示的内容。
58.优选的，左镜框上可安装视力矫正镜片；右镜框上可安装视力矫正镜片。
59.优选的，采用以下方法调节左镜框和左眼的相对位置：
60.以左近红外摄像头所拍摄图像的水平方向为x轴，上下方向为y轴；左眼正视前方时，通过调节左镜框的左右位置，使左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标的x坐标重合，通过调节左镜框的上下位置，使左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的y坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标的y坐标重合；
61.采用以下方法调节右镜框和右眼的相对位置：
62.以右近红外摄像头所拍摄图像的水平方向为x轴，上下方向为y轴；右眼正视前方时，通过调节右镜框的左右位置，使右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标的x坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标的x坐标重合，通过调节右镜框的上下位置，使右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标的y坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标的y坐标重合。
63.优选的，还包括微型电机，则瞳距调节的方式为自动调节，包括以下步骤：
64.左眼正视前方时，如果左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点
光源角膜反射点坐标的鼻侧，则通过微型电机驱动左镜框相对机壳向鼻侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源角膜反射点坐标的颞侧，则通过微型电机驱动左镜框相对机壳向颞侧移动，直至左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标的x坐标重合；如果左近红外摄像头所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源角膜反射点坐标的上侧，则通过微型电机驱动左镜框相对左眼向上侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源角膜反射点坐标的下侧，则通过微型电机驱动左镜框相对左眼向下侧移动，直至左眼瞳孔中心坐标的y坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标的y坐标重合；
65.右眼正视前方时，如果右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标在右近红外点光源角膜反射点坐标的鼻侧，则通过微型电机驱动右镜框相对机壳向鼻侧移动，如果右眼瞳孔中心坐标在右近红外点光源角膜反射点坐标的颞侧，则通过微型电机驱动右镜框相对机壳向颞侧移动，直至右眼瞳孔中心坐标的x坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标的x坐标重合；如果右近红外摄像头所拍摄的右眼瞳孔中心坐标在右近红外点光源角膜反射点坐标的上侧，则通过微型电机驱动右镜框相对右眼向上侧移动，如果右眼瞳孔中心坐标在右近红外点光源角膜反射点坐标的下侧，则通过微型电机驱动右镜框相对右眼向下侧移动，直至右眼瞳孔中心坐标的y坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标的y坐标重合。
66.优选的，可控遮盖模块中的左遮盖模块为液晶快门装置，控制模块对其是否通电进行控制，通电时透明，不通电时不透明；或者通电时不透明，不通电时透明；可控遮盖模块中的右遮盖模块为液晶快门装置，控制模块对其是否通电进行控制，通电时透明，不通电时不透明；或者通电时不透明，不通电时透明；
67.或者：可控遮盖模块中的左遮盖模块为只能透过p1型偏振光的偏振片；可控遮盖模块中的右遮盖模块为只能透过p2型偏振光的偏振片；当控制模块控制显示模块，使其显示只含p1型偏振光的图像时，只有左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示只含p2型偏振光的图像时，只有右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示同时含p1型和p2型偏振光的图像时，左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像，同时右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像；
68.或者：可控遮盖模块中的左遮盖模块为只能透过波长为λ1的可见光的带通滤光片，可控遮盖模块中的右遮盖模块为只能透过波长为λ2的可见光的带通滤光片，λ1不等于λ2；当控制模块控制显示模块，使其显示只含发光波长为λ1的图像时，只有左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示只含发光波长为λ2的图像时，只有右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像；当控制模块控制显示模块，使其显示同时含发光波长为λ1和发光波长为λ2的图像时，左眼能通过左遮盖模块看到显示模块所显示的图像，同时右眼能通过右遮盖模块看到显示模块所显示的图像。
69.优选的，机壳由侧面材料和正面材料组成，机壳的侧面材料不透可见光，不透近红外光；机壳的正面材料透可见光；从外部覆盖了左镜框、左半透半反镜片、左近红外摄像头、左近红外点光源、右镜框、右半透半反镜片、右近红外摄像头、右近红外点光源、可控遮盖模块；不遮挡人眼前方视野，同时使外部可见光及近红外光不能通过左眼和左镜框之间的缝隙或右眼和右镜框之间的缝隙照射进来。
70.优选的，机壳上设有投影装置，通过投影装置在前方的平面上投射图案。
71.优选的，还包括免标定的眼球运动方向判断模块：
72.当左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标不重合时，免标定的眼球运动方向判断模块根据左近红外点光源角膜反射点坐标指向左眼瞳孔中心坐标的方向判断左眼眼球运动的方向；当右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标不重合时，免标定的眼球运动方向判断模块根据右近红外点光源角膜反射点坐标指向右眼瞳孔中心坐标的方向判断右眼眼球运动的方向。
73.优选的，还包括单眼标定模块及眼动点计算模块：
74.左眼单眼标定时，单眼标定模块使左眼可见标定视标且右眼不可见标定视标，单眼标定模块可通过显示2点至9点进行左眼单眼标定，计算得到左眼标定函数；眼动点计算模块根据左眼标定函数和左眼的图像定量计算左眼的眼动点；
75.右眼单眼标定时，单眼标定模块使右眼可见标定视标且左眼不可见标定视标，单眼标定模块可通过显示2点至9点进行右眼单眼标定，计算得到右眼标定函数；眼动点计算模块根据右眼标定函数和右眼的图像定量计算右眼的眼动点。
76.优选的，还包括免标定的斜视检查模块：
77.在受检者正前方显示视标，通过控制可控遮盖模块切换双眼可见视标、仅左眼可见视标、仅右眼可见视标三种模式；如果仅左眼可见视标时左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标重合，而且仅右眼可见视标时右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标重合，但是双眼可见视标时有一只眼的瞳孔中心坐标和此眼的近红外点光源角膜反射点坐标不重合，则判断有显斜视；如果双眼可见视标时左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标重合，而且右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标重合，但仅左眼可见视标时右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标不重合，或者仅右眼可见视标时左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源角膜反射点坐标不重合，则判断有隐斜视。
78.优选的，还包括斜视检查模块：
79.在左眼单眼标定完成且右眼单眼标定完成后，在受检者前方显示视标，视标可以只在单个位置显示，也可以在多个位置显示；通过控制可控遮盖模块切换双眼可见视标、仅左眼可见视标、仅右眼可见视标三种模式；如果仅左眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且仅右眼可见视标时右眼眼动点和视标位置重合，但是双眼可见视标时有一只眼的眼动点和视标位置不重合，则判断有显斜视；如果双眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且右眼眼动点和视标位置重合，但仅左眼可见视标时右眼眼动点和视标位置不重合，或者仅右眼可见视标时左眼眼动点和视标位置不重合，则判断有隐斜视。
80.优选的，还包括弱视训练模块：显示模块所显示的弱视训练图像含可以交互的内容，由训练者通过弱视眼的眼动点进行交互。
81.优选的，还包括双眼视觉训练模块，该双眼视觉训练模块包含同时视、融合视、立体视训练内容，其中：通过分时交替显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像训练同时视，并通过左眼眼动点、右眼眼动点和训练内容图像是否重合判断同时视训练效果；通过显示双眼同时可见的图像训练融合视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点是否重合判断融合视训练效果；通过显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像有一定视差的立体图形训练立体视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点重合的距离判断立体视训练效果。
82.本发明具有的有益效果是：进行视觉检查与训练时，通过头戴式光学装置和图像处理技术自动判断受检者眼球运动的状态，并可得到客观定量的结果，节约了医生和受检者的时间，且操作方便。
附图说明
83.图1(a)是实施例一中设备结构示意图的俯视图；图1(b)是实施例一中设备结构示意图的正视图；
84.图2是受检者佩戴实施例一中的设备观看显示模块的示意图；
85.图3是实施例一中左眼正视前方时左近红外摄像头所拍摄的左眼图像；
86.图4是实施例一中左眼看9个方位时左近红外摄像头所拍摄的左眼图像；
87.图5(a)实施例二中设备结构示意图的俯视图；图5(b)是实施例二中设备结构示意图的正视图；
88.图6是实施例二中左眼正视前方时左近红外摄像头所拍摄的左眼图像；
89.图7是实施例二中左眼看9个方位时左近红外摄像头所拍摄的左眼图像。
具体实施方式
90.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
91.实施例一
92.本实施例公开的一种头戴式视觉检测与视觉训练设备，包括机壳1、左镜框2、左半透半反镜片3、左近红外摄像头4、右镜框5、右半透半反镜片6、右近红外摄像头7、可控遮盖模块、控制模块(图中未示意)、显示模块9。图1(a)为设备结构示意图的俯视图。图1(b)为设备结构示意图的正视图。
93.机壳1为头戴式，通过固定装置10保持和头部的相对位置固定，固定装置10可以是环状或t字型的头带，也可以使用头盔式的固定装置。
94.左镜框2为圆环形，左镜框2面向眼睛的一侧均匀分布n个左近红外点光源201，左近红外点光源201可发出近红外光照射在左眼上，n≥8，n个左近红外点光源201的间距相等。左镜框2与机壳1相连接，并且左镜框2和机壳1的相对位置可调节。左镜框2上有卡槽，可安装各类圆形视力矫正镜片，例如近视镜片、远视镜片、或斜视矫正的镜片，或者也可以不安装任何镜片。左镜框2上n个左近红外点光源201的作用是为了提供左近红外摄像头4拍摄左眼的近红外光照明，并且左近红外点光源201在左眼角膜上的反射点可以作为计算左眼眼球运动的参考点。通过实验发现，当n大于等于8时，照明比较均匀，而且左眼看各个方位时都能有至少3个清晰的角膜反射点，便于眼球运动的计算。在本实施例中，左镜框2上左近红外点光源201的个数为8个，8个左近红外点光源201沿圆形排列，排列方式为正上方放置一个左近红外点光源201，每间隔45
°
放置一个左近红外点光源201。本实施例中左近红外点光源201为led灯，发光波长为940nm。
95.左半透半反镜片3为平面镜片，和左镜框2相连接且相对位置固定，与左镜框2所在
平面的夹角为θ，0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光。左近红外摄像头4和左镜框2相连接且相对位置固定，可通过左半透半反镜片3的反射拍摄左眼图像。左近红外摄像头4的中轴线与左镜框2所在平面的夹角为90
°‑
2θ，设左近红外摄像头4的中轴线与左半透半反镜片3的交点为o1，经过o1且垂直于左镜框2所在平面的直线经过左镜框3所在圆的圆心，左近红外摄像头4可通过左半透半反镜片3反射的红外光拍摄左眼图像。在本实施例中，θ＝30
°
。
96.右镜框5为圆环形，右镜框5面向眼睛的一侧均匀分布n个右近红外点光源501，右近红外点光源501可发出近红外光照射在右眼上，n≥8，n个右近红外点光源501的间距相等。右镜框5与机壳1相连接，并且右镜框5和机壳1的相对位置可调节。右镜框5上有卡槽，可安装各类圆形视力矫正镜片，例如近视镜片、远视镜片、或斜视矫正的镜片，或者也可以不安装任何镜片。右镜框5上n个右近红外点光源501的作用与左镜框2上n个左近红外点光源201的作用类似。在本实施例中，右镜框5上右近红外点光源501的个数为8个，8个右近红外点光源501沿圆形排列，排列方式为正上方放置一个右近红外点光源501，每间隔45
°
放置一个右近红外点光源501。本实施例中右近红外点光源501为led灯，发光波长为940nm。
97.右半透半反镜片6为平面镜片，和右镜框5相连接且相对位置固定，与右镜框5所在平面的夹角为θ，0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光。右近红外摄像头7和右镜框5相连接且相对位置固定，可通过右半透半反镜片6的反射拍摄右眼图像。右近红外摄像头7的中轴线与右镜框5所在平面的夹角为90
°‑
2θ。设右近红外摄像头7的中轴线与右半透半反镜片6的交点为o2，经过o2且垂直于右镜框5所在平面的直线经过右镜框5所在圆的圆心，右近红外摄像头7可通过右半透半反镜片6反射的红外光拍摄右眼图像。在本实施例中，θ＝30
°
。
98.显示模块9可以显示视觉检测或视觉训练的内容，可以是显示器、电视、投影等显示装置，还可以是机壳1上设置的投影装置。显示器、电视、投影等可以是普通的平面显示装置，也可以是偏振式或快门式的立体显示装置。机壳1上设置的投影装置可以是基于doe衍射光学器件的激光投影装置，可以在距离30cm至6m的幕布或墙面等平面上投射出一个或多个光点，或其他特定形状的图案。
99.可控遮盖模块和机壳1相连接，分为左遮盖模块801和右遮盖模块802，左遮盖模块801位于左半透半反镜片3的外侧，右遮盖模块802位于右半透半反镜片6的外侧。通过控制模块对左遮盖模块801或显示模块9的控制，实现左眼对显示模块9所显示内容的可见或不可见；通过控制模块对右遮盖模块802或显示模块9的控制，实现右眼对显示模块9所显示内容的可见或不可见。在任一时刻，左眼和右眼至少有一眼可见显示模块9显示的内容。
100.可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802可以是两个液晶快门装置，可以通电时透明、不通电时不透明；或者通电时不透明、不通电时透明。左遮盖模块801和右遮盖模块802可通过控制模块对其是否通电进行控制，分别控制其透明或不透明，从而实现仅左眼可见显示模块9显示的图像，或者仅右眼可见显示模块9显示的图像，或者双眼都可见显示模块9显示的图像。
101.可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802还可以是两个可透过不同类型偏振光的偏振片。例如左遮盖模块801为水平方向的线偏振镜片，右遮盖模块802为垂直方向的线偏振镜片。当控制模块控制显示模块9，使其显示的图像为水平方向的线偏振光时，只有左眼能看见显示模块9显示的图像；当控制模块控制显示模块9，使其显示的图像为垂直方向的线偏振光时，只有右眼能看见显示模块9显示的图像；当控制模块控制显示模块
9，使其显示的图像同时包含水平方向的线偏振光和垂直方向的线偏振光时，双眼都可见显示模块9显示的图像。
102.可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802还可以是两个可透过不同波长可见光的带通滤光片。例如，左遮盖模块801为只能透过中心波长为λ1的绿光，右遮盖模块802为只能透过中心波长为λ2的红光。当控制模块控制显示模块9，使其显示绿光图像时，只有左眼能看见；当控制模块控制显示模块9，使其显示红光图像时，只有右眼能看见；当控制模块控制显示模块9，使其显示红光和绿光混合构成的图像时，左右眼都能看见。
103.机壳1的作用是对左镜框2、左半透半反镜片3、左近红外摄像头4、右镜框5、右半透半反镜片6、右近红外摄像头7、可控遮盖模块等部件连接或固定。机壳1可以是开放式的结构，仅用支架连接或固定各个部件。也可以是封闭式的结构，可以对侧面的光线进行遮挡，并且起到防尘的作用。本实施例的机壳1为封闭式结构，由侧面材料和正面材料组成，其侧面材料不透可见光，不透近红外光；其正面材料透可见光。机壳1从外部覆盖了左镜框2、左半透半反镜片3、左近红外摄像头4、右镜框5、右半透半反镜片6、右近红外摄像头7、可控遮盖模块等部件。因为机壳1正面材料透明，所以机壳1不遮挡人眼前方视野。同时，因为机壳1侧面材料不透明，所以外部可见光及近红外光不能通过左眼和左镜框2之间的缝隙或右眼和右镜框5之间的缝隙照射进来，可以避免外界近红外光对左近红外摄像头4或右1近红外摄像头7成像的干扰。机壳1使设备整体更美观，而且可以减少灰尘对内部较精密的光学器件和电子器件造成的影响。图2是一名受检者佩戴本设备观看正前方显示模块9的示意图，机壳1为封闭式结构，使用t字型的头带固定于受检者头部。
104.本实施例中，设备还包含一台电子计算机，控制模块运行所需的程序运行在电子计算机上。另外，为了医生可以实时观察到受检者的眼部图像，左近红外摄像头4和右近红外摄像头7所拍摄的眼部图像可通过usb线实时传输到计算机上，通过显示器进行实时显示，图像和数据还可保存到计算机的数据库中。电子计算机还可通过usb线对设备近红外光源等器件进行供电。
105.在电子计算机上包含图像处理算法模块，为计算机程序，可以实时计算眼睛的瞳孔中心位置和角膜反射点中心位置。以左近红外摄像头4所拍摄的左眼图像为例，如图3所示，当左眼正视前方时，可以拍摄到瞳孔及8个角膜反射点。因为瞳孔的灰度较低，灰度低于50；而角膜反射点灰度较高，灰度高于200。根据此特性，图像处理算法模块从图像中找到灰度低于50且为接近圆形的连通区域作为瞳孔区域，从图像中找到灰度高于200且位置接近瞳孔区域的连通区域作为角膜反射点。根据左眼瞳孔区域的连通区域，计算其平均坐标值可得到“左眼瞳孔中心坐标”。根据左眼8个角膜反射点的连通区域，分别计算这8个连通区域的中心，将8个角膜反射点中心坐标的平均值称为“左眼角膜反射点中心坐标”。同样的方法，可以通过右近红外摄像头7所拍摄的右眼图像，得到右眼的“右眼瞳孔中心坐标”和“右眼角膜反射点中心坐标”。
106.以左眼的眼球运动方向及眼动点计算为例。在左眼看正前方时，8个角膜反射点都可检测到，通过调节左镜框2和左眼的相对位置，可以使左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标重合。将左眼看中点时瞳孔正上方的的角膜反射点作为反射点一，并按顺时针方向将其他七个反射点依次编号为反射点二、反射点三、反射点四、反射点五、反射点六、反射点七、反射点八。当左眼看除正前方之外的其他位置时，左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反
射点中心坐标不能重合，在视角较大时，如看四边及四个角时，8个角膜反射点可能不能全部检测到，但可以检测到至少3个角膜反射点。如图4所示，9张图像为某受检者在看左上角、正上、右上角、正左、正中、正右、左下角、正下、右下角9个方位点时，左近红外摄像头所拍摄的左眼图像。在左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标不重合时，将离瞳孔中心最近的3个连续的反射点设置为选定反射点。可以根据三个选定反射点形成的三角形的钝角的指向判定选定反射点的编号。具体方法为：如果钝角的指向近似正上方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点八、反射点一、反射点二；如果钝角指向近似右上方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点一、反射点二、反射点三；如果钝角指向近似水平正右方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点二、反射点三、反射点四；如果钝角指向近似右下方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点三、反射点四、反射点五；如果钝角指向近似正下方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点四、反射点五、反射点六；如果钝角指向近似左下方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点五、反射点六、反射点七；如果钝角指向近似水平正左方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点六、反射点七、反射点八；如果钝角指向近似左上方，则三个选定反射点的编号顺时针依次为反射点七、反射点八、反射点一。其中钝角指向是钝角中线从底部指向顶部的方向。
107.设备还包含免标定的眼球运动方向判断模块，是运行在计算机上的程序，其算法原理是：当左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源201平均坐标不重合时(如果视角太大导致不能检测到8个角膜反射点，也认为是坐标不重合)，根据3个左眼选定反射点构成的三角形的钝角的指向判断左眼眼球运动的方向；当右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源501平均坐标不重合时，根据3个右眼选定反射点构成的三角形的钝角的指向判断右眼眼球运动的方向。
108.设备还包含可定量计算眼动点位置的单眼标定模块和眼动点计算模块，是运行在计算机上的程序，其算法原理是：左眼单眼标定时，仅左眼可见标定视标，可通过2点至9点的左眼单眼标定，定量计算左眼的眼动点；右眼单眼标定时，仅右眼可见标定视标，可通过2点至9点的右眼单眼标定，定量计算右眼的眼动点。
109.定义“标定矢量”为眼睛看中点时，8个角膜反光点和瞳孔中心的相对位置。定义“眼动矢量”为3个选定反光点和“标定矢量”中所对应的3个反光点的坐标差值的平均值。“眼动矢量”表示了用户眼睛在显示屏上注视点移动时，左近红外摄像头4或右近红外摄像头7拍摄到的眼睛图像中瞳孔和反光点的相对位移。为了精确计算眼动矢量和眼动点位置的一一对应关系，可以采用数据拟合的方式进行标定，标定点的数量一般为2至9个点。以左眼的9点单眼标定及左眼眼动点计算为例：
110.让左眼看左上角、正上、右上角、正左、正中、正右、左下角、正下、右下角的9个位置的标定点，标定点在显示模块9平面上的坐标是已知的。设x
s
为眼动点在显示平面上的横坐标，y
s
为眼动点在显示平面上的纵坐标；x
e
为眼动矢量的横坐标，y
e
为眼动矢量的纵坐标。
111.使用如下标定函数：
[0112][0113]
a0、a1、a2、a3、a4、a5、b0、b1、b2、b3、b4、b5这12个值在标定前是未知的。标定是求解这
12个未知数的过程。
[0114]
因为9个标定点在显示平面上的坐标(x
s1
,y
s1
)、(x
s2
,y
s2
)、(x
s3
,y
s3
)、(x
s4
,y
s4
)、(x
s5
,y
s5
)、(x
s6
,y
s6
)、(x
s7
,y
s7
)、(x
s8
,y
s8
)、(x
s9
，y
s9
)是已知的。通过左近红外摄像头4拍摄的左眼图像可计算出，看这9个标定视标时左眼的眼动矢量分别为(x
e1
,y
e1
)、(x
e2
,y
e2
)、(x
e3
,y
e3
)、(x
e4
,y
e4
)、(x
e5
,y
e5
)、(x
e6
,y
e6
)、(x
e7
,y
e7
)、(x
e8
,y
e8
)、(x
e9
,y
e9
)。代入标定函数，可得到以下18个方程组成的方程组：
[0115][0116][0117]
因为此时方程数大于未知变量的个数，需按最小二乘法解超定方程组，求得最小二乘解a0、a1、a2、a3、a4、a5、b0、b1、b2、b3、b4、b5。
[0118]
左眼单眼标定结束后，因为a0、a1、a2、a3、a4、a5、b0、b1、b2、b3、b4、b5都已求解为已知的值，受检者看显示模块的任意位置时，眼动点计算模块可以实时计算左眼眼动矢量(x
e
,y
e
)，代入标定函数，就可实时计算受检者在显示模块左眼所看位置的坐标(x
s
,y
s
)，即左眼眼动点坐标。类似的方法可进行右眼单眼标定并计算右眼眼动点坐标。
[0119]
以一名受检者通过本设备进行斜视检查的过程为例，具体步骤是：
[0120]
(1)医生给受检者佩戴本设备。本实施例中，可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802为液晶快门装置，斜视检查视标是通过头戴式投影装置投射到前方幕布上。受检者面向幕布，距离为5米。
[0121]
(2)调节左镜框2和左眼相对位置，使左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标重合。具体方法为：使左遮盖模块801透明，右遮盖模块802不透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，让受检者左眼注视视标；以左近红外摄像头4和所拍摄图像的水平方向为x轴，上下方向为y轴；通过调节左镜框2的左右位置，使左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左眼角膜反射点中心坐标的x坐标重合，通过调节左镜框2的上下位置，使左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的y坐标和左眼角膜反射点中心坐标的y坐标重合。调节的方式可以是通过旋钮等方式手动调节，也可以通过微型电机进行自动调节。当自动调节时，如果左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源201平均坐标的鼻侧，则通过微型电机驱动左镜框2相对机壳1向鼻侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源201平均坐标的颞侧，则通过微型电机驱动左镜框2相对机壳1向颞侧移动，直至左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左眼角膜反射点中心坐标的x坐标重合；如果左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源201平均坐标的上侧，则通过微型电机驱动左镜框2相对左眼向上侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左眼角膜反射点中心坐标的下侧，则通过微型电机驱动左镜
框2相对左向下侧移动，直至左眼瞳孔中心坐标的y坐标和左眼角膜反射点中心坐标的y坐标重合。
[0122]
(3)按照和上一步骤类似的方法，使右遮盖模块802透明，左遮盖模块801不透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，让受检者右眼注视视标，调节右镜框5和右眼相对位置，使右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标重合。
[0123]
(4)显斜视的检查。控制模块使可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802都变得透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，双眼都能看到前方的视标，如果有一只眼的瞳孔中心坐标和此眼的角膜反射点中心坐标不重合，则免标定的斜视检查模块判断有显斜视。如果左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标重合，且右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标重合，则免标定的斜视检查模块判断无显斜视。
[0124]
(5)隐斜视的检查。在上一步骤中，如果免标定的斜视检查模块判断无显斜视，控制模块使可控遮盖模块中的左遮盖模块801保持透明，右遮盖模块802变得不透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，只有左眼能看到视标。如果此时右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标不重合，则免标定的斜视检查模块判断有隐斜视。或者控制模块使可控遮盖模块中的右遮盖模块802保持透明，左遮盖模块801变得不透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，只有右眼能看到视标。如果此时左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标不重合，则免标定的斜视检查模块判断有隐斜视。
[0125]
在上述步骤(4)和步骤(5)中，通过免标定的眼球运动方向判断模块和免标定的斜视检查模块，可以不需要标定，定性地判断有无显斜视和隐斜视。
[0126]
如果需要定量地测量斜视度，可以通过单眼标定模块和眼动点计算模块，分别对左眼和右眼进行单眼标定后，在受检者前方不同方位显示视标，通过控制可控遮盖模块切换双眼可见视标、仅左眼可见视标、仅右眼可见视标三种模式。如果仅左眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且仅右眼可见视标时右眼眼动点和视标位置重合，但是双眼可见视标时有一只眼的眼动点和视标位置不重合，则判断有显斜视，显斜视的斜视度为眼动点和视标位置的视角差值。如果双眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且右眼眼动点和视标位置重合，但仅左眼可见视标时，右眼眼动点和视标位置不重合，或者仅右眼可见视标时，左眼眼动点和视标位置不重合，则判断有隐斜视，隐斜视的斜视度为眼动点和视标位置的视角差值。在进行隐斜视检查时，虽然被遮盖的眼睛不能看见视标，但眼动点计算模块仍可计算被遮盖眼睛的眼动点，从而判断眼动点和视标位置是否重合，及计算视角差值。
[0127]
除斜视外，本设备还可用于弱视训练、双眼视觉训练等与眼球运动相关的其他视觉检测与训练。
[0128]
以弱视训练为例，设备包含弱视训练模块，是运行在计算机上的程序，其工作原理是：弱视训练模块在显示模块9上显示弱视训练图像，例如是偏振显示器上播放的动态游戏图像，训练者的左眼为弱视眼，右眼视力正常，动态游戏图像中包含可以交互的内容。例如是一个开枪射击飘动的气球的游戏，左眼通过左遮盖模块801偏振片可以看见枪，而且左眼的眼动点是枪上用于瞄准的准心，右眼通过右遮盖模块802偏振片可以看见气球。当左眼的
眼动点落在气球上超过2秒后，就可以打爆气球。游戏可以根据打爆气球的数量显示游戏得分，并设置不同难度的关卡，以增加训练者的兴趣，起到更好的训练效果。
[0129]
以双眼视觉训练为例，设备包含双眼视觉训练模块，是运行在计算机上的程序，其工作原理是：双眼视觉训练模块通过分时交替显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像训练同时视，并通过左眼眼动点、右眼眼动点和训练内容图像是否重合判断同时视训练效果。双眼视觉训练模块通过显示双眼同时可见的图像训练融合视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点是否重合判断融合视训练效果。双眼视觉训练模块通过显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像有一定视差的立体图形训练立体视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点重合的距离判断立体视训练效果。例如，立体视训练内容是打乒乓球，乒乓球和球拍都是有一定左右眼视差的立体图形，乒乓球会从对面从远到近飞过来，当训练者判断乒乓球和球拍的距离接近时，通过按手柄的键可以击球。左眼眼动点和右眼眼动点重合的距离是左眼视线和右眼视线的交点，双眼视觉训练模块通过计算左眼视线和右眼视线的交点和人眼的距离和虚拟的三维球的显示距离偏差的大小来判断立体视训练的效果。如果距离偏差很小说明立体视觉训练效果较好，可以适当增加训练游戏的难度，例如使球速更快；如果距离偏差较大，可以适当降低训练游戏的难度，例如使球速更慢，从而保障有效的立体视觉训练效果。
[0130]
实施例二
[0131]
本实施例公开的一种头戴式视觉检测与视觉训练设备，包括机壳1、左镜框2、左半透半反镜片3、左近红外摄像头4、左近红外点光源11、右镜框5、左半透半反镜片6、右近红外摄像头7、右近红外点光源12、可控遮盖模块、控制模块、显示模块。图5(a)为设备结构示意图的俯视图，图5(b)为设备结构示意图的正视图。
[0132]
机壳1为头戴式，通过固定装置保持和头部的相对位置固定，固定装置可以是环状或t字型的头带，也可以是头盔式的固定装置。
[0133]
左镜框2与机壳1相连接，并且左镜框2和机壳1的相对位置可调节。左镜框1为中心对称图形，本实施例为圆形。左镜框1上有卡槽，可安装各视力矫正镜片，例如近视镜片、远视镜片、或斜视矫正的镜片，或者也可以不安装任何镜片。
[0134]
左半透半反镜片3为平面镜片，和左镜框2相连接且相对位置固定，与左镜框2所在平面的夹角为θ，0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光。
[0135]
左近红外点光源左半透半反镜片11，数量为一个，和左镜框2的相对位置固定，所发出的近红外光通过左半透半反镜片3的反射照射左眼，并在左眼角膜形成反射点。设左近红外点光源11在左半透半反镜片3的虚像与左镜框2对称中心的连线为l1，l1垂直于左镜框2所在平面；设l1与左半透半反镜片3的交点为o3，左近红外点光源11与o3的连线和左镜框2所在平面的夹角为90
°‑
2θ。左近红外点光源11的作用是为左近红外摄像头4拍摄左眼图像提供照明，另外左近红外点光源11在左眼角膜上的反射点可以作为计算左眼眼球运动的参考点。本实施例中左近红外点光源11为一个led灯，发光波长为940nm。
[0136]
左近红外摄像头4，位于左近红外点光源11侧面，和左近红外点光源11的距离≤2.5cm。左近红外摄像头4可通过左半透半反镜片3的反射拍摄左眼图像，左近红外摄像头4的中轴线与左镜框2所在平面的夹角为90
°‑
2θ。
[0137]
右镜框5与机壳1相连接，并且右镜框5和机壳1的相对位置可调节。右镜框5为中心
对称图形，本实施例为圆形。右镜框5上有卡槽，可安装各视力矫正镜片，例如近视镜片、远视镜片、或斜视矫正的镜片，或者也可以不安装任何镜片。
[0138]
右半透半反镜片6为平面镜片，和右镜框5相连接且相对位置固定，与右镜框5所在平面的夹角为θ，0
°
＜θ≤45
°
，可透过可见光，反射近红外光。
[0139]
右近红外点光源12，数量为一个，和右镜框5的相对位置固定，所发出的近红外光通过右半透半反镜片6的反射照射右眼，并在右眼角膜形成反射点。设右近红外点光源12在右半透半反镜片6的虚像与右镜框5对称中心的连线为l2，l2垂直于右镜框5所在平面；设l2与右半透半反镜片6的交点为o4，右近红外点光源12与o4的连线和右镜框5所在平面的夹角为90
°‑
2θ。右近红外点光源12的作用是为右近红外摄像头7拍摄右眼图像提供照明，另外右近红外点光源12在右眼角膜上的反射点可以作为计算右眼眼球运动的参考点。本实施例中右近红外点光源12为一个led灯，发光波长为940nm。
[0140]
右近红外摄像头7，位于右近红外点光源12侧面，和右近红外点光源12的距离≤2.5cm；可通过右半透半反镜片6的反射拍摄右眼图像，右近红外摄像头7的中轴线与右镜框5所在平面的夹角为90
°‑
2θ。
[0141]
显示模块可以显示视觉检测或视觉训练的内容，可以是显示器、电视、投影等显示装置，还可以是机壳1上设置的投影装置。其中显示器、电视、投影等可以是普通的平面显示装置，也可以是偏振式或快门式的立体显示装置。其中机壳1上设置的投影装置可以是基于doe衍射光学器件的激光投影装置，可以在距离30cm至6m的幕布或墙面等平面上投射出一个或多个光点，或其他特定形状的图案。
[0142]
可控遮盖模块和机壳相连接，分为左遮盖模块801和右遮盖模块802，左遮盖模块801位于左半透半反镜片3的外侧，右遮盖模块802位于右半透半反镜片6的外侧。通过控制模块对左遮盖模块801或显示模块的控制，实现左眼对显示模块所显示内容的可见或不可见；通过控制模块对右遮盖模块802或显示模块的控制，实现右眼对显示模块所显示内容的可见或不可见。在任一时刻，左眼和右眼至少有一眼可见显示模块显示的内容。可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802可以是两个液晶快门装置，还可以是两个可透过不同类型偏振光的偏振片，还可以是两个可透过不同波长可见光的带通滤光片。
[0143]
机壳1连接或固定了左镜框2、左半透半反镜片3、左近红外摄像头4、左近红外点光源11、右镜框5、右半透半反镜片6、右近红外摄像头7、右近红外点光源12、可控遮盖模块等部件，可以佩戴在头上。
[0144]
本实施例中，设备还包含一台电子计算机，控制模块运行所需的程序运行在电子计算机上。另外，为了医生可以实时观察到受检者的眼部图像，左近红外摄像头4和右近红外摄像头7所拍摄的眼部图像可通过usb线实时传输到计算机上，通过显示器进行实时显示，图像和数据还可保存到计算机的数据库中。电子计算机还可通过usb线对设备近红外点光源等器件进行供电。
[0145]
在电子计算机上包含图像处理算法模块，为计算机程序，可以实时计算眼睛的瞳孔中心坐标和近红外点光源角膜反射点坐标。以左近红外摄像头4所拍摄的左眼图像为例，如图6所示，当左眼正视前方时，可以拍摄到瞳孔及左近红外点光源在角膜上的反射点。因为瞳孔的灰度较低，灰度低于50；而角膜反射点灰度较高，灰度高于200。根据此特性，图像处理算法模块从图像中找到灰度低于50且为接近圆形的连通区域作为瞳孔区域，从图像中
找到灰度高于200且位置接近瞳孔区域的连通区域作为角膜反射点。根据左眼瞳孔区域的连通区域，计算其平均坐标值可得到“左眼瞳孔中心坐标”。根据角膜反射点的连通区域，计算其中心坐标，称为“左近红外点光源角膜反射点坐标”。同样的方法，可以通过右近红外摄像头7所拍摄的右眼图像，得到右眼的“右眼瞳孔中心坐标”和“右近红外点光源角膜反射点坐标”。
[0146]
在左眼看正前方时，左近红外摄像头4可以拍摄到左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标，因为左近红外点光源11被左半透半反镜片3反射的虚像位于左眼的正前方，且左近红外摄像头3位于靠近左近红外点光源11的位置，根据角膜映光法原理，左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标重合。通过调节左镜框2和左眼的相对位置，可以使左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标重合。在右眼看正前方时，右近红外摄像头7可以拍摄到右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源角膜反射点坐标，因为右近红外点光源12被右半透半反镜片6反射的虚像位于右眼的正前方，且右近红外摄像头7位于靠近右近红外点光源12的位置，根据角膜映光法原理，右近红外摄像头7所拍摄的右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源12角膜反射点坐标重合。通过调节右镜框5和右眼的相对位置，可以使右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标重合。
[0147]
设备包含免标定的眼球运动方向判断模块，是运行在计算机上的程序，其算法原理是：当左眼看正前方以外的其他方向时，左眼瞳孔中心坐标和左眼角膜反射点中心坐标不重合，左眼角膜反射点中心坐标指向左眼瞳孔中心坐标的方向为左眼眼球运动的方向。当右眼看正前方以外的其他方向时，右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标不重合，右眼角膜反射点中心坐标指向右眼瞳孔中心坐标的方向为右眼眼球运动的方向。
[0148]
设备还包含可定量计算眼动点位置的单眼标定模块和眼动点计算模块，是运行在计算机上的程序，其算法原理是：左眼单眼标定时，仅左眼可见标定视标，可通过2点至9点的左眼单眼标定，定量计算左眼的眼动点；右眼单眼标定时，仅右眼可见标定视标，可通过2点至9点的右眼单眼标定，定量计算右眼的眼动点。以左眼的9点单眼标定及左眼眼动点计算为例：定义左眼“眼动矢量”为左眼瞳孔中心坐标与左眼角膜反射点中心坐标的差值。图7为某受检者在看左上角、正上、右上角、正左、正中、正右、左下角、正下、右下角9个方位点时，左近红外摄像头4所拍摄的左眼图像，通过图像处理算法模块可计算“左眼瞳孔中心坐标”和“左近红外点光源11角膜反射点坐标”。为了精确计算眼动矢量和眼动点位置的一一对应关系，可以采用数据拟合的方式进行标定，标定点的数量一般为2至9个点。其标定方法与实施例一类似。左眼单眼标定和右眼单眼标定完成后，就可将左眼眼动矢量代入左眼标定函数，右眼眼动矢量代入右眼标定函数，实时计算受检者的左眼眼动点坐标和右眼眼动点坐标。
[0149]
以一名受检者通过本设备进行斜视检查的过程为例，具体步骤是：
[0150]
(1)医生给受检者佩戴本设备。本实施例中，可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802为液晶快门装置，斜视检查视标是通过头戴式投影装置投射到前方幕布上。受检者面向幕布，距离为5米。
[0151]
(2)调节左镜框2和左眼相对位置，使左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标重合。具体方法为：使左遮盖模块801透明，右遮盖模块802不透明，头戴式投影
装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，让受检者左眼注视视标；以左近红外摄像头4和所拍摄图像的水平方向为x轴，上下方向为y轴；通过调节左镜框2的左右位置，使左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标的x坐标重合，通过调节左镜框2的上下位置，使左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标的y坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标的y坐标重合。调节的方式可以是通过旋钮等方式手动调节，也可以通过微型电机进行自动调节。当自动调节时，如果左近红外摄像头11所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源11角膜反射点坐标的鼻侧，则通过微型电机驱动左镜框2相对机壳1向鼻侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源11角膜反射点坐标的颞侧，则通过微型电机驱动左镜框2相对机壳1向颞侧移动，直至左眼瞳孔中心坐标的x坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标的x坐标重合；如果左近红外摄像头4所拍摄的左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源11角膜反射点坐标的上侧，则通过微型电机驱动左镜框2相对左眼向上侧移动，如果左眼瞳孔中心坐标在左近红外点光源11角膜反射点坐标的下侧，则通过微型电机驱动左镜框2相对左向下侧移动，直至左近红外点光源11角膜反射点坐标的y坐标和左眼角膜反射点中心坐标的y坐标重合。
[0152]
(3)按照和上一步骤类似的方法，使右遮盖模块802透明，左遮盖模块801不透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，让受检者右眼注视视标，调节右镜框5和右眼相对位置，使右眼瞳孔中心坐标和右眼角膜反射点中心坐标重合。
[0153]
(4)显斜视的检查。控制模块使可控遮盖模块中的左遮盖模块801和右遮盖模块802都变得透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，双眼都能看到视标，如果有一只眼的瞳孔中心坐标和此眼的左近红外点光源11或右近红外点光源12角膜反射点坐标不重合，则免标定的斜视检查模块判断有显斜视。如果左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标重合，且右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源12角膜反射点坐标重合，则免标定的斜视检查模块判断无显斜视。
[0154]
(5)隐斜视的检查。在上一步骤中，如果免标定的斜视检查模块判断无显斜视，控制模块使可控遮盖模块中的左遮盖模块801保持透明，右遮盖模块变得802不透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，只有左眼能看到视标。如果此时右眼瞳孔中心坐标和右近红外点光源12角膜反射点坐标不重合，则免标定的斜视检查模块判断有隐斜视。或者控制模块使可控遮盖模块中的右遮盖模块802保持透明，左遮盖模块变得801不透明，头戴式投影装置在受检者正前方的幕布上投射一个视标，视标位于受检者视野正前方，只有右眼能看到视标。如果此时左眼瞳孔中心坐标和左近红外点光源11角膜反射点坐标不重合，则免标定的斜视检查模块判断有隐斜视。
[0155]
在上述步骤(4)和步骤(5)中，通过免标定的眼球运动方向判断模块和免标定的斜视检查模块，可以不需要标定，定性地判断有无显斜视和隐斜视。
[0156]
如果需要定量地测量斜视度，可以通过单眼标定模块和眼动点计算模块，分别对左眼和右眼进行单眼标定后，在受检者前方不同方位显示视标，通过控制可控遮盖模块切换双眼可见视标、仅左眼可见视标、仅右眼可见视标三种模式。如果仅左眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且仅右眼可见视标时右眼眼动点和视标位置重合，但是双眼可见视标时有一只眼的眼动点和视标位置不重合，则判断有显斜视，显斜视的斜视度为眼动点
和视标位置的视角差值。如果双眼可见视标时左眼眼动点和视标位置重合，且右眼眼动点和视标位置重合，但仅左眼可见视标时，右眼眼动点和视标位置不重合，或者仅右眼可见视标时，左眼眼动点和视标位置不重合，则判断有隐斜视，隐斜视的斜视度为眼动点和视标位置的视角差值。在进行隐斜视检查时，虽然被遮盖的眼睛不能看见视标，但眼动点计算模块仍可计算被遮盖眼睛的眼动点，从而判断眼动点和视标位置是否重合，及计算视角差值。
[0157]
除斜视外，本设备还可用于弱视训练、双眼视觉训练等与眼球运动相关的其他视觉检测与训练。弱视训练模块是运行在计算机上的程序，其工作原理是：显示模块所显示的弱视训练图像含可以交互的内容，由训练者通过弱视眼的眼动点进行交互。双眼视觉训练模块，是运行在计算机上的程序，包含同时视、融合视、立体视训练内容，其工作原理是：通过分时交替显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像训练同时视，并通过左眼眼动点、右眼眼动点和训练内容图像是否重合判断同时视训练效果；通过显示双眼同时可见的图像训练融合视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点是否重合判断融合视训练效果；通过显示仅左眼可见的图像和仅右眼可见的图像有一定视差的立体图形训练立体视，并通过左眼眼动点和右眼眼动点重合的距离判断立体视训练效果。