[0001] 本发明涉及视力检测技术领域，特别是一种室内共享自助式视力检测系统及其检测方法。

[0002] 传统的视力检测方式即我们在日常活动经常可以看到的，测试的受检者在医师引领下，在指示杆的指示下，依次对视力表上视标进行分辨，并最终通过视标的数值来对受检者的视力水平进行衡量，其中一个最重要的特征就是测试全程均需要医师进行控制。

[0003] 即一测试人、一医师、一根指示杆、一视力表。测试人在医师的引领下，分辨指出指示杆所指示的视力表上视标的方向。但由于多种因素的影响，例如：检查条件、方式、速度等都会造成结果有出入。其次，完全依赖于医护人员的水平和状态，需要消耗人工成本，而且医护人员长时间在测试岗位很容易疲劳，可能造成检测结果有误。

[0004] 另一种方式是利用了当今先进的电子投影设备，代替传统意义上的视力表，通过技术手段将检测所需的图像更加清晰的呈现给被测试人员从而完成视力检测过程。现有电子投影设备由检查仪主机随机显示“E”形字符，被测者通过遥控答题器回答“E”字方向，主机根据回答情况调整字符大小，从而确定被测者能看清的最小字符，达到检查视力的目的。

[0005] 由嵌入式单片机全程控制、单人自主即可完成测试过程的电子视力自主检测系统，大多采用配置红外遥控器实现对视标方向进行作答，因此导致该方法不容易实现共享检测；其次缺乏人机交互，基本还是需要在医护人员的指导下完成；再者视力数据的保存通过纸质保存或者本地主机保存，没有实现云服务存储。这样会导致测试数据的丢失，不易查询等问题。

[0006] 综上现有技术中存在以下待解决的问题：

[0007] (1)视力检测服务通常需要到眼科机构、眼镜店等场所，对于视力处于快速变化中的儿童青少年，当前的视力检测服务难以满足经常性的定期检测；

[0008] (2)传统检测方式或者电子视力检测仪等方式，缺乏人机交互，检测需要在医护人员下辅助完成，没办法实现自助式检测。本方案提出利用高清摄像头采集人体动态手势信息，实现代替传统遥控器或者人工辅助的方式，实现视力检测的自助式操作，提高检测效率；

[0009] (3)视力数据存储问题，当前的现有技术大多数只是负责测量视力，对于视力数据的存储问题一直没有很好解决，造成数据易丢失，不易查询，无法形成个人视力档案；

[0010] (4)利用图像检测的方法进行视力检测，大多数方法都是通过对静态手势识别进行视力检测中手势的判断，不符合日常视力检测方式，造成检测过程中容易出现操作失误，再者容易受到光线变化的影响，从而导致识别的准确率不高。

[0045] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

[0046] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0047] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0048] 本实施例提供了一种室内共享自助式视力检测系统，如图1所示，为本发明实施例的视力检测硬件系统构成示意图。检测系统包括检测机柜、主机控制板、高清摄像头、触控液晶显示屏、语音播报器、4G通信模块、可调节高度座椅和云服务器；所述主机控制板、高清摄像头、触控液晶显示屏和语音播报器均设置在所述检测机柜内；所述主机控制板与所述高清摄像头电性相连，用以控制所述高清摄像头进行开启或者关闭图像信息的采集；所述触控液晶显示屏与所述主机控制板电性相连，用以视频播放、视标显示和人机交互操作；所述主机控制板与所述语音播报器电性相连，用以控制所述语音播报器进行语音信息播报；所述4G通信模块集成在所述主机控制板上，并与所述主机控制板电性相连，用以通过所述
4G通信模块实现所述主机控制板和所述云端服务器之间的网络数据传输。

[0049] 如图2所示，本实施例还提供一种基于室内共享自助式视力检测系统的检测方法，包括以下步骤：

[0050] 步骤S1：所述的触控液晶显示屏上布局一个文本标签为“视力检测”的触摸式按键，测试者点击此“视力检测”按键，所述的主机控制板接收到按键信息，启动视力检测功能；

[0051] 步骤S2：所述触控液晶显示屏上开始播放简短视频，演示视力检测中自定义的手势规则；

[0052] 步骤S3：手势规则演示完毕后，测试者根据所述语音播报器的语音提示，坐在指定划线区域的椅子上，调整好坐姿和所述可调节高度座椅的高度，保持视线与所述触控液晶显示屏上的视标E保持水平距离，本实例中此水平距离定义为1m；所述的语音播报器提示：先遮住左眼，右眼视力检测开始；

[0053] 步骤S4：所述主机控制板调用二分法检索视力水平,具体流程：当测试者看到所述的液晶显示屏的视标后做出手势移动信息，所述主机控制板调用基于帧差法的手势移动侦测算法进行单次的手势信息采集和方向判别，再根据单级别的视标识别判定规则判别测试者是否可以看清楚该级别视标，然后循环调用二分法产生下一级别视标，直到检测出被测试者能看清楚最小级别的视标。如果检测过程中出现手势信息采集失败或者操作超时，则返回失败，结束视力检测；

[0054] 步骤S5：所述的语音播报器提示：遮住右眼，左眼视力检测开始；重复步骤S4，直到检测出被测试者左眼能看清楚最小级别的视标。

[0055] 步骤S6：双眼视力检测完毕后，所述的语音播报器提示：视力检测结束，请在液晶显示屏上输入个人信息。测试者输入姓名、手机联系方式等个人信息。

[0056] 步骤S7：所述主机控制板将视力测试数据通过所述4G通信模块传输到所述云服务器进行保存，同时所述触控显示屏显示视力测试结果和显示二维码；所述语音播放器播报视力结果；

[0057] 步骤S8：测试者也可通过外部智能终端扫描所述二维码授权登入个人信息，获取测试结果和视力测试档案。

[0058] 在本实施例中，步骤S2中所述自定义的手势规则具体内容为：本检测方法的手势规则和通常视力检测手势方法是一致的，采用上下左右动态移动手部的方式，这样利于测试者的测试体验。但为了使基于帧差法的动态手势识别的准确度更高，需要规定如下细节：

[0059] (1)在检测过程中做手势动作的手部一直保持举起状态，并放置在脸部的两侧正前方，不要遮挡住人脸；

[0060] (2)当所述的液晶显示屏上出现视标之后，在测试者还未看清楚视标和即将做出手势动作之前，请尽量保持身体和手势的静止；

[0061] (3)在上下左右移动时，尽量手势移动路线横平竖直且移动跨度尽可能大。

[0062] 如图3所示，在本实施例中，步骤S4中所述的基于帧差法的手势移动侦测算法，是动态手势信息的采集和识别算法。具体流程是：当视标显示之后，所述主机控制板开启所述的高清摄像头进行图像信息的采集，测试者看清楚视标后开始做出上下左右的手势移动时，连续采集两帧图像进行灰度图和高斯滤波预处理，处理后的两帧图像进行作差得到新的图像，对新的图像进行二值化处理和膨胀操作，采用Shi-Tomasi角点检测算法寻找该图像中所有具有大特征值的角点(xij,yij)，其中i表示第i次采集，j表示第i次采集中的第j个角点。如果角点存在，表示手势开始在移动，计算本次采集到所有角点的中心点 该点即为手势移动过程中某个瞬间手势轮廓的中心位置，保存该点的坐标在数组中，采集次数计数器加1。如图4所示，在本实施例中采集到手势移动某个瞬间的轮廓角点示意图。重复上述过程，直至采集到30组中心点，得到手势移动过程中轮廓中心路径的30个坐标点。如图5所示，为本发明实施例采集到手势左右移动过程中30组轮廓中心点的轨迹图，如图6所示，为本发明实施例采集到手势上下移动过程中30组轮廓中心点的轨迹图，其中大圆圈表示起点，正方形表示移动终点，小圆圈表示轨迹移动的过程点。手势移动方向判断具体计算流程：分别计算30个中心点的最小横坐标 最大横坐标 最小纵坐标 和最大纵坐标 估算起始点(前五次中心点的平均)坐标
和终点(最后五次中心点的平均)坐标
计算水平方向跨度 和垂直方向跨度 计算水
平方向位移 和垂直方向位移 如果Ly≥Lx，则手势移动为上
下方向，再根据Dy＞0则可识别手势向下，Dy≤0则可识别手势向上；如果Lx＞Ly，则手势移动为左右方向，再根据Dx＞0则可识别手势向左，Dx≤0则可识别手势向右。若在整个采集过程中出现连续3次手势采集失败或者操作超时，则返回检测失败，否则返回成功和手势识别方向。

[0063] 如图7所示，在本实施例中，步骤S4中所述的二分法检索视力水平，具体流程：在视标数组E[14]＝[4.0,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,4.7,4.8,4.9,5.0,5.1,5.2,5.3]元素中检索出测试者的当前视力水平Ec，具体步骤：

[0064] 步骤Sa：初始化参数，视标起点索引Low＝0，视标终点索引High＝14-1；视力检测成功与否返回标志Flag，1：表示成功，0：表示失败，初始状态Flag＝1；测试者的当前视力水平Ec＝4.0；

[0065] 步骤Sb：如果Low≤High，取Low和High的中间值 取视标E[Mid]在液晶屏上显示、调用基于帧差法的手势移动侦测算法对本视标水平进行3次检测；

[0066] 步骤Sc：查看基于帧差法的手势移动侦测算法的返回值，判断手势检测过程是否有操作异常和超时，如果检测过程成功，则执行步骤Sd；如果检测过程失败，则返回Flag＝0并结束视力检测；

[0067] 步骤Sd：调用单级别的视标识别判定规则判定测试者是否可以看清楚该级别的视力水平。如果测试者可以看清楚该级别的视标E[Mid]，则需要进一步向更小级别的视标区域进行检索，故缩小搜索区域，令Low＝Mid+1，并更新当前视力水平Ec＝E[Mid]；如果测试者看不清楚视标E[Mid]，则需要进一步向更大级别的视标区域进行检索，同样缩小搜索区域，令High＝Mid-1；

[0068] 步骤Se：重复步骤Sb-步骤Sd，直到Low>High时，视力水平检索完成，返回测试者的视力水平Ec和返回标志Flag＝1。

[0069] 在本实施例中，步骤S4中所述的单级别的视标识别判定规则，是指具体到某一级别视力水平测试者能否看清楚的判断标准采用如下规则：对于某一级别的视标识别，如果测试者连续2次辨认正确或者在3次辨认中，只有1次失败则认定为可看清楚该级别视标；如果连续2次辨认错误或者在3次辨认中，只有1次成功，则认定为不能看清该级别视标。

[0070] 较佳的，本实施例的基本原理是，当测试者看到视标后做出手势移动，将帧差法运用到视力检测场景中的动态手势识别，由于检测过程中的手部目标在移动，目标的影像在不同图像帧中的位置不同，对时间上连续的两帧图像进行差分运算，不同帧对应的像素点相减，判断灰度差的绝对值，当绝对值超过一定阈值时，即可判断为运动目标，实现目标的移动轨迹跟踪，进而可以识别测试者的手势移动方向。再通过单级别的视标识别判定规则和二分法检索，最终可实现视力水平的检测。

[0071] 较佳的，本实施例的基于室内共享自助式视力检测系统的检测方法，当测试者看到显示屏的视标后做出手势移动信息，所述的主机控制板调用基于帧差法的手势移动侦测算法，可识别出手势开始运动，从而触发连续采集手部目标的移动轮廓轨迹，通过轮廓中心点轨迹的计算，可以识别测试者的手势移动方向。然后根据单级别的视标识别判定规则判别测试者是否可以看清楚该级别视标，再循环调用二分法检索产生下一级别视标，直到检测出被测试者能看清楚最小级别的视标，完成视力测试。最后视力检测结果可通过所述的4G通信模块保存到云服务器终端，供测试者随时调用查看。

[0072] 较佳的，在本实施例中，共享设备为应对突发的破坏行为，检测装置都具有防护措施，整个检测机柜是钢制材质，坚硬不易破坏；液晶显示屏外侧是钢化玻璃，防止恶意破坏。高清摄像头内置于检测机柜的顶部，用于捕捉动态手势移动信息，像素不低于500万像素，分辨率为1920*1080。摄像头下方就是触控液晶显示屏，屏幕尺寸为22寸，屏幕分辨率为
1920*1080，屏幕显示亮度至少为500cd/m2，屏幕外侧有钢化玻璃保护。屏幕为电容式触控，灵敏度度高。液晶屏下方是语音播放器，语音播报器声音清晰，主要用于语音提示，提高人机交互便捷性；主机位于检测机柜的底部，主机是整个检测系统的控制核心，负责开启和关闭摄像头图像信息的采集，语音信息的播报，手势信息的处理和判断，视力检测流程的控制，以及数据和网络的通信传输。其中4G通信模块内置于主机控制板中，用于网络的连接，实现远程数据传送和存储；距离液晶显示屏1米处有一可调节高度的座椅，该座椅一方面是用于提高测试舒适度，减轻被测试者疲劳，另外一方面是用于高度调节，保持人眼视线与液晶显示器中的视标平行。云服务器用于视力数据的永久存储，测试者可以通过微信二维码扫描授权登入后获取个人视力数据测试档案，便于用户随时查看视力记录。

[0073] 特别的，本实施例将基于帧差法的手势移动侦测运用于视力检测中的动态手势识别，相比于其他的静态手势识别方法，可消除由光线变化、人脸和手部图像重合等带来的检测误差，可提高手势识别的准确率，而且该算法计算量小，能够快速检测出场景中目标的运动轮廓轨迹，使得检测速度更快。利用二分法检索视力水平，相比于普通方式视标从4.0到5.3顺序检索方式，平均需要检测7个级别水平，而采用二分法逐步逼近的方式可以缩短为4个级别，可以缩短检测时间，大幅提高检测效率，提升用户体验度。基于这些检测优良的算法，本发明实现了视力检测共享化和智能化，以及方便快捷的自助式操作；云服务技术解决视力数据的易丢失难查询的问题，实现视力数据的永久保存和随时查询。

[0074] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。