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CN117676120A - 一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜 - Google Patents

一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜 Download PDF

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CN117676120A
CN117676120A CN202311719391.8A CN202311719391A CN117676120A CN 117676120 A CN117676120 A CN 117676120A CN 202311719391 A CN202311719391 A CN 202311719391A CN 117676120 A CN117676120 A CN 117676120A
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lens
eye
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汪建涛
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Shenzhen Eye Hospital (shenzhen Institute Of Eye Disease Prevention And Control)
Original Assignee
Shenzhen Eye Hospital (shenzhen Institute Of Eye Disease Prevention And Control)
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Abstract

本发明涉及一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，包括：与左、右眼对应设置的左、右近眼显示光学系统、与左、右眼对应设置的左、右图像采集器、以及图像处理器；图像采集器与图像处理器电连接，用于将左、右图像采集器分别采集到的图像进行算法融合；近眼显示光学系统与图像处理器电连接，用于将融合后的图像输送至近眼显示光学系统中显示，使得融合后的视野范围大于任意一个图像采集器采集到的视野范围，利用人眼双目视觉叠加优于单眼视觉的增强作用、形成立体视觉。本申请通过图像处理器配合高像质近眼显示光学系统还原3D立体视觉，能够有效扩充视野，有利于视野缺损患者实现立体视觉，提升视觉能力。

Description

一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜
技术领域
本发明涉及视野缺损技术领域，更具体地说，涉及一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜。
背景技术
不可逆的视野缺损、缩小是视力残疾的主要表现形式之一，严重影响患者生活质量。周边视野缺损指视野范围缩小，只剩余以注视点为中心的小范围视野，眼睛犹如通过细纸筒去看世界(即管状视野)。世卫组织规定，视野范围小于10度即属于盲。视野缺损使患者无法正常行走，丧失正常生活和劳作能力，严重危害个人生活质量，给家庭和社会造成沉重负担。青光眼、视网膜色素变性、垂体肿瘤、视路视中枢相关疾病都会导致不同程度的视野缺损，由此带来的致残致盲问题越发普遍。以全球最大的不可逆致盲性眼病——青光眼为例，视野缺损是青光眼发展的必然结果，虽然经降眼压治疗后其病情发展能够得到一定的控制，但有相当一部分患者由于就诊不及时，留下了不可逆转的视觉损伤。因此，如何利用患者残余视功能进行视觉损伤康复来有效改善患者的生活质量，不仅符合广大视野缺损患者的助视需求，对减轻整个社会的医疗和保障负担也具有现实意义。
相比眼部疾病的发病机理和治疗方面的研究，目前社会各界对其所致视觉障碍以及助视技术的研究尚显不足，这也导致跟成熟的助听器行业相比，助视器行业仍处于发展早期，市场技术还处于待完善阶段，针对视野损伤的助视产品更加缺乏。
传统助视技术可以分为光学和非光学两大类。光学助视器是利用凸透镜或光学系统的放大作用，最常见也很容易买到的手持式放大镜便是光学助视器的一种，其他还有单/双筒望远镜、中距离眼镜、近用眼镜式助视器、镇纸式助视器等。非光学助视器不是通过凸透镜或光学系统的放大作用，而是通过改变周围环境来提高患者的视力。比如改善患者环境中的照明条件，大字印刷品，增强对比度，减少眩光等都是属于此类助视。但传统的光学助视器多半缩放倍率固定，应用场景单一，可视范围小，低视力人群拿着扩视器吃力地阅读，效率以及体验都有待提升。
现有技术中，随着技术的快速发展，电子助视器应用而生，如在2016年发布的一款帮助视力障碍人士的智能眼镜——ODGR-7，使用AR技术来提高用户的视觉。该设备配备一个可调的高清倍数相机，可以通过语音指令在一对720p的镜头以60赫兹的刷新频率呈现高清、全息的图片。通过这个智能眼镜，用户能够轻松阅读书籍上很小的字，看五线谱弹钢琴。在2017年发布的眼镜——eS ight3。这款眼镜安装了一个高速、高清的摄像头，运用算法增强了视频的质量和对比度，并将其投影在用户眼前的两个OLED屏幕上，帮助低视力患者重见光明。尽管这些电子助视器在一定程度上可以为低视力患者提供助视功能，但这些设备只适用于视力低下但视野正常的患者，无法针对视野受损患者特有的视觉特征进行有针对性地助视和矫正，且存在价格高、功能单一、佩戴不舒适等缺点，不利于电子助视器的推广使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，包括：与左、右眼对应设置的左、右近眼显示光学系统、与左、右眼对应设置的左、右图像采集器、以及图像处理器；所述图像采集器与所述图像处理器电连接，用于将左、右图像采集器分别采集到的图像进行算法融合；所述近眼显示光学系统与所述图像处理器电连接，用于将融合后的图像输送至所述近眼显示光学系统中显示，使得融合后的视野范围大于任意一个图像采集器采集到的视野范围，利用人眼双目视觉叠加优于单眼视觉的增强作用、形成立体视觉。
进一步地，所述图像处理器包括：
图像输入单元，用于接收左、右图像采集器分别输入的左、右图像；
图像识别单元，用于对所述图像输入单元输入的左、右图像进行识别；
图像处理单元，用于对左、右图像按帧分割，以确认所述图像的焦点；
图像融合单元，用于对已确认焦点的左、右图像进行融合并输出；
图像输出单元，用于将融合图像输出至所述近眼显示光学系统中显示。
进一步地，所述图像采集器包括：
传感单元，用于记录与传输图像；
变焦单元，用于改变拍摄范围
驱动单元，用于调节所述变焦镜头的焦距；
所述变焦单元与所述驱动单元驱动连接，所述传感单元与所述图像输入单元电连接。
进一步地，所述近眼显示光学系统包括：沿人眼光轴入射方向共轴依次设置的分光单元、偏振转换单元与反射单元，以及位于微型图像显示器光轴上的透镜组单元；
所述透镜组单元用于折射所述微型图像显示器发出的图像光；所述分光单元用于将经过所述透镜组单元折射的图像光反射至所述反射单元上以及将经过所述反射单元反射的所述图像光透射至人眼处；所述偏振转换单元用于将所述图像光转换为能透过所述分光单元的偏振光。
进一步地，所述分光单元为半透半反光学元件；所述半透半反光学元件与人眼光轴之间的夹角为45°。
进一步地，所述反射单元为反射光学元件；所述反射光学元件包含一个光学反射面，所述光学反射面凹向人眼观看方向。
进一步地，所述偏振转换单元为偏振光学元件；所述偏转光学元件垂直于人眼光轴。
进一步地，所述透镜组单元由一片透镜构成；所述透镜组单元包括沿所述微型图像显示器光轴方向设置的第一透镜；所述第一透镜为双凸透镜；所述第一透镜朝向所述微型图像显示器的光学面凸向微型图像显示器；所述第一透镜朝向人眼观察侧的光学面凸向人眼。
进一步地，所述透镜组单元由三片透镜构成，分别是从人眼观看侧向微型图像显示器侧沿光轴方向依次排列的第一透镜、第二透镜与第三透镜。
进一步地，所述第一透镜与所述第三透镜朝向所述微型图像显示器的光学面均凹向微型图像显示器；所述第一透镜与所述第三透镜朝向人眼观察侧的光学面均凸向人眼；所述第二透镜朝向所述微型图像显示器的光学面凸向微型图像显示器，所述第二透镜朝向人眼观察侧的光学面凸向人眼。
本发明的有益效果在于：本申请的智能助视眼镜采用分别与左、右眼对应设置的图像采集器独立采集左、右眼的图像，并通过图像处理器对左、右图像进行融合，利用人眼双目视觉叠加优于单眼视觉的增强作用，配合高像质近眼显示光学系统还原3D立体视觉，能够有效扩充视野，有利于视野缺损患者实现立体视觉，实现视觉能力的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1为本发明实施例的一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜的结构框图；
图2为本发明实施例的一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜的原理框图；
图3为本发明实施例的一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜的光路结构图；
图4为本发明实施例一的透镜组单元的光路结构图；
图5为本发明实施例二的透镜组单元的光路结构图。
图中，1、图像处理器；2、图像采集器；3、近眼显示光学系统；4、人眼；5、微型图像显示器；11、图像输入单元；12、图像识别单元；13、图像处理单元；14、图像融合单元；15、图像输出单元；21、传感单元；22、变焦单元；23、驱动单元；31、分光单元；32、偏振转换单元；33、反射单元；34、透镜组单元；341、第一透镜；342、第二透镜；343、第三透镜。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例一
本发明实施例一如图1至图4所示，提供一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，包括：与左、右眼对应设置的左、右近眼显示光学系统3、与左、右眼对应设置的左、右图像采集器2、以及图像处理器1；图像采集器2与图像处理器1电连接，用于将左、右图像采集器2分别采集到的图像进行算法融合；近眼显示光学系统3与图像处理器1电连接，用于将融合后的图像输送至近眼显示光学系统3中显示，使得融合后的视野范围大于任意一个图像采集器采集到的视野范围，利用人眼双目视觉叠加优于单眼视觉的增强作用、形成立体视觉。
左、右眼分别有独立的近眼显示光学系统3与图像采集器2，两个图像采集器2相当于两个眼睛，不停地拍摄患者的前方视野，由于两个图像采集器2拍摄到的视野范围不同，通过将左、右图像传输至图像处理器1中进行算法融合，即将两个图像进行融合，融合后的视野范围要大于任意一个图像采集器2采集到的视野范围，利用人眼4双目视觉叠加优于单眼视觉的增强作用，配合近眼显示光学系统3还原3D立体视觉，让视野损伤的患者在获得视野拓宽的同时，更好的形成立体视觉，并通过双眼叠加获得超过单目摄像头的视野拓展，实现视觉能力提升。这也是本申请区别于现有的单目摄像头的电子助视器最为显著的技术特征。
在进一步的实施例中，图像处理器1包括：
图像输入单元11，用于接收左、右图像采集器2分别输入的左、右图像；
图像识别单元12，用于对图像输入单元11输入的左、右图像进行识别；
图像处理单元13，用于对左、右图像按帧分割，以确认图像的焦点；
图像融合单元14，用于对已确认焦点的左、右图像进行融合并输出；
图像输出单元15，用于将融合图像输出至近眼显示光学系统3中显示。
具体地，图像输入单元11输出连接图像识别单元12，即当左、右图像采集器2通过图像输入单元11输送左、右图像后，图像识别单元12会识别左、右图像的内容，以根据图像内容执行下一步的步骤。例如，识别出当前的左、右图像内容主要为文字内容，那么图像识别单元12会发出阅读信号给图像处理单元13，图像处理单元13确认左、右图像的焦点，将焦点着重放在文字以及其文字背景上，并提高对比度，而对于文字以外的其它背景则会对其虚化，对左、右图像作出同样处理后，由图像融合单元14对两个图像进行融合，给患者提供着重显示的文字图像，供患者进行阅读，如书本上的字，会融合生成带立体书本与文字的图像，其余背景虚化。在对于非文案为主的图像中，例如眼前的风景，由于左、右图像采集器2拍摄到的角度可能存在不同，图像处理单元13将两个图像进行切割后，两张图像重合且相同的部分保留，如天空与白云，而图像重合的部分中，对于存在如树木等物体，由于左、右眼的视觉角度不同，图像处理单元13会根据左右图像里的树木形状进行三维建模，随后将三维模型、左右图像未重合部分、以及重合但相同的保留部分共同发送至图像融合单元，由图像融合单元进行融合，形成具有立体视觉的融合图像，图像输出单元15将融合图像输送至近眼显示光学系统3中显示。
其中，图像处理单元13对左、右的每帧图像进行同步处理，这样是为了患者左、右眼看到的内容能够同步，实时观看身前的视野。
在进一步的实施例中，图像采集器2包括：
传感单元21，用于记录与传输图像；
变焦单元22，用于改变拍摄范围
驱动单元23，用于调节变焦镜头的焦距；
变焦单元22与驱动单元23驱动连接，传感单元21与图像输入单元11电连接。
通过传感单元21与变焦单元22的配合，拍摄患者身前的图像。驱动单元23可以采用螺杆与螺母或者齿条与齿轮的传动方式，变焦单元22为内变焦，患者可主动通过控制器输入所想拍照的画面大小，以实现对身前视觉的放大或缩小。
上述实施例中，左、右图像采集器2的内变焦是同步进行的，变焦倍数相同，避免出现一个眼睛看到的视觉范围小，另一个眼睛看到的视觉范围大的情况，避免左、右眼的图像无法处理与融合。
在进一步的实施例中，近眼显示光学系统3包括：沿人眼4光轴入射方向共轴依次设置的分光单元31、偏振转换单元32与反射单元33，以及位于微型图像显示器5光轴上的透镜组单元34；
透镜组单元34用于折射微型图像显示器5发出的图像光；分光单元31用于将经过透镜组单元34折射的图像光反射至反射单元33上以及将经过反射单元33反射的图像光透射至人眼4处；偏振转换单元32用于将图像光转换为能透过分光单元31的偏振光。
具体地，微型图像显示器5发出的图像光先经过透镜组的折射放大后，射至分光单元31处，此时分光单元31并无法透射图像光，只能将图像光反射至反射单元33，在此过程中，经过分光单元31反射的图像光会经过偏振转换单元32后再到达反射单元33，反射单元33将光线反射至人眼4，在此过程中，图像光再次经过偏振转换单元32，通过两次偏振转换，使得图像光能够透过分光单元31入射到人眼4。采用近眼显示光学系统3，患者能够近距离视物。
在上述实施例中，微型图像显示器5为有机电致发光器件，微型图像显示器5包含有显示驱动单元23，显示驱动单元23与图像输出单元15电连接，用于接收融合图像，并输送至微型图像显示器5中显示。
在上述实施例中，智能助视眼镜中还设有屈光度调节装置与瞳距调节装置，以根据患者的视力单独调节每个眼镜的屈光度以及双眼的距离，以适配不同患者的视力情况，为患者带来更好的视觉体验。
在进一步的实施例中，分光单元31为半透半反光学元件；半透半反光学元件与人眼4光轴之间的夹角为45°。
半透半反光学元件反射经过的部分光线，即微型图像显示器5射出的图像光经过透镜组单元34的折射放大后，被半透半反光学元件反射至反射元件，并由反射元件反射至人眼4。在此过程中，图像光两次经过偏振转换单元32，进行两次偏振转换后，可透过半透半反光学元件并入射至人眼4。
在进一步的实施例中，反射单元33为反射光学元件；反射光学元件包含一个光学反射面，光学反射面凹向人眼4观看方向。
其中，反射光学元件为具有反射功能的镜片，其凹向人眼4方向，为的是将图像光反射至人眼4，进而缩短整个近眼显示光学系统3。
在进一步的实施例中，偏振转换单元32为偏振光学元件；偏转光学元件垂直于人眼4光轴。
在进一步的实施例中，透镜组单元34由三片透镜构成，分别是从人眼4观看侧向微型图像显示器5侧沿光轴方向依次排列的第一透镜341、第二透镜342与第三透镜343。
在进一步的实施例中，第一透镜341与第三透镜343朝向微型图像显示器5的光学面均凹向微型图像显示器5；第一透镜341与第三透镜343朝向人眼4观察侧的光学面均凸向人眼4；第二透镜342朝向微型图像显示器5的光学面凸向微型图像显示器5，第二透镜342朝向人眼4观察侧的光学面凸向人眼4。
其中，透镜组单元34的透镜数量越多，患者人眼4观看到的图像质量越高，更加清晰。
第一透镜341与第三透镜343靠近人眼4侧的光学面凸向人眼4方向，靠近微型图像显示器5侧的光学面凹向微型图像显示器5，有效地减小了近眼显示光学系统3的整体尺寸，提高系统像质，校正畸变，改善了系统的像散和场曲等像差，有利于近眼显示光学系统3实现全画幅均匀像质的高分辨率光学效果。
实施例二
本发明实施例二如图1至图3、图5所示，提供一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，包括：与左、右眼对应设置的左、右近眼显示光学系统3、与左、右眼对应设置的左、右图像采集器2、以及图像处理器1；图像采集器2与图像处理器1电连接，用于将左、右图像采集器2分别采集到的图像进行算法融合；近眼显示光学系统3与图像处理器1电连接，用于将融合后的图像输送至近眼显示光学系统3中显示。
其中，近眼显示光学系统3包括：沿人眼4光轴入射方向共轴依次设置的分光单元31、偏振转换单元32与反射单元33，以及位于微型图像显示器5光轴上的透镜组单元34；
透镜组单元34用于折射微型图像显示器5发出的图像光；分光单元31用于将经过透镜组单元34折射的图像光反射至反射单元33上以及将经过反射单元33反射的图像光透射至人眼4处；偏振转换单元32用于将图像光转换为能透过分光单元31的偏振光。透镜组单元34由一片透镜构成；透镜组单元34包括沿微型图像显示器5光轴方向设置的第一透镜341；第一透镜341为双凸透镜；第一透镜341朝向微型图像显示器5的光学面凸向微型图像显示器5；第一透镜341朝向人眼4观察侧的光学面凸向人眼4。
实施例二采用一片透镜，像质会略低于实施例一，但是实施例二由于透镜数量更少，整体重量会更轻。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于：包括：与左、右眼对应设置的左、右近眼显示光学系统、与左、右眼对应设置的左、右图像采集器、以及图像处理器；所述图像采集器与所述图像处理器电连接，用于将左、右图像采集器分别采集到的图像进行算法融合；所述近眼显示光学系统与所述图像处理器电连接，用于将融合后的图像输送至所述近眼显示光学系统中显示，使得融合后的视野范围大于任意一个图像采集器采集到的视野范围，利用人眼双目视觉叠加优于单眼视觉的增强作用、形成立体视觉。
2.根据权利要求1所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述图像处理器包括：
图像输入单元，用于接收左、右图像采集器分别输入的左、右图像；
图像识别单元，用于对所述图像输入单元输入的左、右图像进行识别；
图像处理单元，用于对左、右图像按帧分割，以确认所述图像的焦点；
图像融合单元，用于对已确认焦点的左、右图像进行融合并输出；
图像输出单元，用于将融合图像输出至所述近眼显示光学系统中显示。
3.根据权利要求2所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述图像采集器包括：
传感单元，用于记录与传输图像；
变焦单元，用于改变拍摄范围
驱动单元，用于调节所述变焦镜头的焦距；
所述变焦单元与所述驱动单元驱动连接，所述传感单元与所述图像输入单元电连接。
4.根据权利要求1所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述近眼显示光学系统包括：沿人眼光轴入射方向共轴依次设置的分光单元、偏振转换单元与反射单元，以及位于微型图像显示器光轴上的透镜组单元；
所述透镜组单元用于折射所述微型图像显示器发出的图像光；所述分光单元用于将经过所述透镜组单元折射的图像光反射至所述反射单元上以及将经过所述反射单元反射的所述图像光透射至人眼处；所述偏振转换单元用于将所述图像光转换为能透过所述分光单元的偏振光。
5.根据权利要求4所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述分光单元为半透半反光学元件；所述半透半反光学元件与人眼光轴之间的夹角为45°。
6.根据权利要求4所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述反射单元为反射光学元件；所述反射光学元件包含一个光学反射面，所述光学反射面凹向人眼观看方向。
7.根据权利要求4所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述偏振转换单元为偏振光学元件；所述偏转光学元件垂直于人眼光轴。
8.根据权利要求4所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述透镜组单元由一片透镜构成；所述透镜组单元包括沿所述微型图像显示器光轴方向设置的第一透镜；所述第一透镜为双凸透镜；所述第一透镜朝向所述微型图像显示器的光学面凸向微型图像显示器；所述第一透镜朝向人眼观察侧的光学面凸向人眼。
9.根据权利要求4所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述透镜组单元由三片透镜构成，分别是从人眼观看侧向微型图像显示器侧沿光轴方向依次排列的第一透镜、第二透镜与第三透镜。
10.根据权利要求9所述的用于扩大视野缺损患者视野范围的智能助视眼镜，其特征在于，所述第一透镜与所述第三透镜朝向所述微型图像显示器的光学面均凹向微型图像显示器；所述第一透镜与所述第三透镜朝向人眼观察侧的光学面均凸向人眼；所述第二透镜朝向所述微型图像显示器的光学面凸向微型图像显示器，所述第二透镜朝向人眼观察侧的光学面凸向人眼。
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