一種基于智能終端的驗光系統及驗光方法與流程

本發明涉及驗光領域，尤其涉及一種基于智能終端的驗光系統及驗光方法。

背景技術：

目前，智能手機、平板電腦、計算機等智能終端設備已經成為了人們日常生活不可或缺的一部分。上述智能終端設備的用戶覆蓋范圍非常廣，自兒童、少年到中年、老人，都會使用所述智能終端，并從所述智能終端的屏幕上獲取信息或執行操作。值得一提的是，世界衛生組織的最新研究報告顯示，目前中國近視患者人數多達6億，高中生和大學生的近視率均已超過七成，小學生的近視率也接近40％，我國青少年近視率高居世界第一，而這個數據還在逐年攀升。近視患者往往需要佩戴合適的矯正眼鏡，也就是近視鏡，然而在佩戴近視鏡之前需要對用戶眼鏡進行驗光，以確定合適的近視鏡參數，需要去醫院或眼鏡店使用專門的驗光機進行驗光，給用戶帶來了不便。而且用戶在長時間過度使用眼睛后，可能會覺得眼疲勞視力模糊，這個時候如果手機可以方便快捷地為用戶提供智能視力檢驗的服務功能，既可以幫助用戶免去專程跑去眼鏡店的麻煩，也能夠為用戶之后改善生活工作等用眼作息時間提供可靠依據和幫助。

現有技術中還未有針對所述智能終端設計的驗光裝置或系統，在比較接近的技術領域中，利用智能終端對虹膜識別的技術已有公開文獻，如中國發明專利公開說明書(公開號：cn1885309)公開了一種具有虹膜識別功能的手機及其方法，該手機包括有圖像處理dsp芯片和手機攝像頭，所述的手機攝像頭與手機cpu相連接，并將拍攝到的圖像信號傳送至所述的圖像處理dsp芯片，該圖像處理dsp芯片分別與所述的手機cpu和手機存儲器相連接；使用該手機進行虹膜識別的方法包括虹膜注冊處理和虹膜匹配處理，將虹膜圖像進行采集、提取特征、并存儲到存儲器中；如果使用者的虹膜圖像信息與存儲的虹膜圖像信息匹配成功，則手機進行認證通過處理；如果匹配不成功，則手機進行拒絕處理。采用了該種具有虹膜識別功能的手機及其虹膜識別方法，該識別的錯誤率是各種生物特征識別中最低的，同時識別準確迅速、安全可靠性高、不易被破解。

上述發明雖然實現了對虹膜的識別，但仍存在如下問題：

1.驗光原理與虹膜識別原理有所不同，無法將虹膜識別技術直接應用在驗光領域；

2.現有的驗光機設備體積大，很難小型化并集成在智能終端上；

因此，需要一種新型的基于智能終端的驗光裝置，不需要使用專門的驗光機，方便用戶隨時驗光，檢驗自己的視力狀況。

技術實現要素：

為了克服上述技術缺陷，本發明的目的在于提供一種基于智能終端的驗光系統及驗光方法，基于對用戶眼鏡的檢影分析，無需用戶使用其他驗光設備，方便、快速得知眼睛的視力狀況。

本發明公開了一種基于智能終端的驗光系統，所述驗光系統包括測光模塊及分析模塊；所述測光模塊發出測光光線，記錄所述測光光線被使用者眼睛反射后形成的檢影；所述分析模塊設于所述智能終端內，與所述測光模塊連接，接收并分析所述檢影，得出驗光結果。

優選地，所述驗光系統還包括對準輔助模塊，所述對準輔助模塊設于所述智能終端內，調用所述智能終端的攝像頭獲取使用者眼部的圖像信息，通過圖像識別算法識別所述圖像信息中使用者眼睛的位置，并提示所述位置是否正確。

優選地，所述對準輔助模塊內預設一目標位置，將所述使用者眼睛的位置與所述目標位置對比。

優選地，所述對準輔助模塊提示所述位置是否正確時，在所述智能終端的屏幕上給出圖形或文字提示。

優選地，所述驗光系統還包括對準輔助結構，所述對準輔助結構設于所述智能終端表面，沿所述測光光線方向延伸形成空心柱體；所述驗光系統工作時，所述測光光線在所述對準輔助結構內傳播，使用者將眼睛置于所述對準輔助結構的末端。

優選地，所述測光模塊包括發射單元和接收單元；所述發射單元包括一光源，所述光源發射所述測光光線；所述接收單元包括一孔狀結構和成像結構，所述測光光線被使用者眼睛反射后穿過所述孔狀結構在所述成像結構上形成檢影。

優選地，所述測光模塊發出的測光光線為紅外線。

優選地，所述分析模塊得到的驗光結果包括球鏡度、柱鏡度、軸位及瞳距。

本發明還公開了一種驗光方法，使用上述的驗光系統，包括以下步驟：

判斷使用者眼睛是否對準所述驗光系統；

如果是，則所述驗光系統發出測光光線；

所述驗光系統接收所述測光光線經所述使用者眼睛反射形成的檢影；

根據所述檢影分析驗光參數。

優選地，根據所述檢影分析驗光參數步驟之后，所述驗光方法還包括以下步驟：

重復上述所有步驟不少于一預設次數閾值；

計算所有驗光參數的平均值；

輸出所述平均值作為最終的驗光結果。

采用了上述技術方案后，與現有技術相比，具有以下有益效果：

1.方便用戶隨時隨地驗光，及時檢驗自己的視力情況；

2.實現驗光設備小型化、集成化，具有較好的經濟效益。

附圖說明

圖1為符合本發明一優選實施例中基于智能終端的驗光系統的結構示意圖；

圖2為符合本發明一優選實施例中測光模塊的結構示意圖；

圖3為符合本發明另一優選實施例中基于智能終端的驗光系統的結構示意圖；

圖4為符合本發明一優選實施例中基于智能終端的驗光方法的流程示意圖。

附圖標記：

10-驗光系統、20-智能終端、21-測光模塊、211-發射單元、212-接收單元、213-光源、214-孔狀結構、215-成像結構、22-分析模塊、23-對準輔助模塊、24-對準輔助結構、25-眼球。

具體實施方式

以下結合附圖與具體實施例進一步闡述本發明的優點。

參閱圖1，為符合本發明一優選實施例中基于智能終端的驗光系統的結構示意圖，為了在所述智能終端20的基礎上實現驗光功能，所述驗光系統10包括：

-測光模塊21

測光模塊21，發出測光光線，記錄所述測光光線被使用者眼睛反射后形成的檢影。所述測光模塊21既可以是內置在所述智能終端20內部的模塊，類似于內置攝像頭或內置紅外感應裝置，可直接與所述智能終端20內的各個模塊協同工作；也可以是設于所述智能終端20外部的模塊，固定在所述智能終端20表面，并通過硬件接口與所述智能終端20內的其他模塊連接。所述測光模塊21的工作原理基于檢影驗光法，所述檢影驗光全稱為視網膜檢影法，是一種客觀驗光方法。檢影驗光法是用檢影鏡將一束光線投射到患者眼屈光系統直達視網膜，再由視網膜的反射光抵達檢影鏡，穿過檢影鏡窺孔(簡稱檢影孔)，被驗光師觀察到。這視網膜反射光即“紅光反射”，是檢影分析的主要依據。患者屈光狀態不同，其由紅光反射而形成的順動、逆動也不同。驗光師分析這不同的影動，在標準鏡片箱中取出相應鏡片來消解影動，直到找到中和點。用來找到中和點的標準鏡片與患者的屈光狀態密切相關。所述檢影鏡又稱視網膜鏡，本實施例中所述測光模塊21實現所述檢影鏡的功能，能夠發出測光光線，當所述測光光線射入使用者眼睛內并被反射出來時在所述測光模塊21上形成檢影，所述測光模塊21記錄該檢影并存儲為數字信息化格式。所述測光模塊21包括發射單元211和接收單元212，具體結構和工作原理在下文闡述。

-分析模塊22

分析模塊22，設于所述智能終端20內，與所述測光模塊21連接，接收并分析所述檢影，得出驗光結果。所述分析模塊22為所述智能終端20內的軟件模塊，具有分析計算能力。當所述測光模塊21為所述智能終端20內置的模塊時，所述測光模塊21具備軟件接口，將檢影信息通過軟件接口傳給所述分析模塊22；當所述測光模塊21為所述智能終端20外置的模塊時，所述測光模塊21通過硬件接口，例如usb接口、micro-usb接口等標準接口，通過接口上的串行總線與所述智能終端20內的分析模塊22連接。所述分析模塊22從所述測光模塊21獲取的檢影信息以圖像形式保存，為分析所述檢影，所述分析模塊22具備圖像識別能力。圖像識別，是指利用計算機對圖像進行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標和對像的技術。圖像識別技術已有了成熟的發展和應用，例如汽車車牌識別、公安系統的人臉識別等，該技術利用算法對圖像進行分析，包括基于幾何特征的方法、基于模板的方法和基于模型的方法。本實施例中優選使用基于模板的方法，即首先存儲多個檢影模板，各個檢影模板對應不同的視力狀況及驗光結果，然后將所述測光模塊21獲取的檢影與所述檢影模板對比，找出最接近的模板，并根據該檢影模板對應的視力狀況給出驗光結果。檢影模板的建立可以參考經驗豐富的驗光師的知識積累，建立專家知識庫。

-對準輔助模塊23

對準輔助模塊23，設于所述智能終端20內，調用所述智能終端20的攝像頭獲取使用者眼部的圖像信息，通過圖像識別算法識別所述圖像信息中使用者眼睛的位置，并提示所述位置是否正確。對于一個驗光過程，首要的任務就是令使用者的眼睛對準所述驗光系統，以便使用者的眼睛能夠接收到所述測光模塊21發出的測光光線，否則就無法進行后續的驗光步驟。現有技術的驗光機都是通過機械結構確保使用者的眼睛對準所述測光光線，而本實施例中使用所述智能終端20的目的就是實現設備小型化，便于攜帶，因此采用所述對準輔助模塊23輔助使用者進行眼部對準。所述對準輔助模塊23為軟件模塊，通過所述智能終端20開放的權限調用所述智能終端的攝像頭，并獲取所述攝像頭拍攝到的圖像。所述攝像頭應設于朝著使用者的方向，若所述智能終端20具備前后兩個攝像頭，則根據使用者的方位開啟對應的攝像頭。由于所述測光模塊21也必須朝向所述使用者，因此所述攝像頭和所述測光模塊21在所述智能終端20的同一側。所述攝像頭拍攝到使用者的眼部信息并以數字信息格式傳輸給所述對準輔助模塊23，所述對準輔助模塊23通過圖像識別算法識別所述圖像信息中使用者眼睛的位置。由于人的眼睛為白底棕瞳，相對于面部的其他部位具有顯著的特征，因此本實施例中所述對準輔助模塊23使用基于幾何特征的方法進行識別。所述眼部的幾何特征包括瞳孔或虹膜的圓形幾何特征，現有技術中對于虹膜的識別已經非常成熟，是本領域技術人員可以實現的。識別出所述圖像信息中的眼部特征之后，通過像素坐標即可得到使用者眼睛在圖像中的位置。

作為所述驗光系統10的進一步改進，所述對準輔助模塊23內預設一目標位置，將所述使用者眼睛的位置與所述目標位置對比。若要判斷使用者的眼睛是否已對準所述驗光系統10，所述對準輔助模塊23在判斷出所述眼部圖像信息中眼睛的位置后，還需與參照物進行對比方可得知所述使用者的眼睛位置是否正確。本實施例中，在所述對準輔助模塊23內預設一目標位置，預設的方式可以是在使用者眼睛對準的狀態下拍攝一張圖像，并記錄該圖像中所述使用者眼睛的位置坐標。后續在實際使用中，所述對準輔助模塊23將實時拍攝的使用者眼睛的位置與所述目標位置進行對比，若位置偏差較大，則使用者尚未對準。由于不同使用者眼部特征有微小的差別，且使用者在使用過程中很難保證每次的位置都與預設位置時的狀態分毫不差，因此所述對準輔助模塊23在進行位置判別式應留有誤差余量，即允許一定范圍內的偏差，只要偏差在范圍之內，都視為所述使用者眼睛已經對準了所述驗光系統10。所述對準輔助模塊23進行位置判斷時，可對比圖像中瞳孔中心的坐標，此外，即便瞳孔中心坐標對準了，使用者的眼睛與所述驗光系統10的距離仍需要進一步輔助判斷，因為在使用者眼睛在同樣的方向上接近或遠離所述驗光系統10，都不會造成瞳孔中心的坐標變化。判斷上述距離的方法為判斷虹膜的直徑，對于使用者來說，虹膜的實際大小是基本不變的，隨著使用者眼睛與所述驗光系統10距離的變化，所述虹膜成像的直徑會發生變化，可利用這一點來確認使用者眼睛的距離是否滿足要求。

作為所述驗光系統10的進一步改進，所述對準輔助模塊23提示所述位置是否正確時，在所述智能終端20的屏幕上給出圖形或文字提示。本改進實施例向使用者反饋眼睛與所述驗光系統10的位置信息，以便使用者進行校正，最終與所述驗光系統10對準。所述對準輔助模塊23進行提示的方式為在所述智能終端20的屏幕上給出圖形或文字提示。所述智能終端20向所述對準輔助模塊23開放屏幕接口，所述對準輔助模塊23只需將需要顯示的內容的數字化信息通過所述接口傳遞給屏幕或相關的管理模塊即可。所述提示內容可以是圖形、文字或者圖形與文字的結合。當以圖形方式提示時，可以給出使用者眼部的圖像信息，并在該圖像信息上標出目標位置，使用者一目了然，只需調整眼睛位置使圖中的實際位置與目標位置重合即可。當以文字方式提示時，可顯示“距離太近”、“距離太遠”、“偏左”、“偏右”、“偏上”、“偏下”等文字信息，上述文字信息顯示之前，所述對準輔助模塊23先對位置的偏離狀況進行判斷，例如判斷實際位置中的瞳孔坐標與目標位置坐標的相對位置，即可得知是否在平面坐標系內偏離；再判斷實際位置中虹膜的直徑與目標位置中虹膜直徑的大小，即可得知距離的遠近關系。當以圖像和文字結合的方式提示時，將上述圖像信息和文字信息同時顯示即可。本發明并不限于視覺形式提示使用者，也可以使用所述智能終端20內的揚聲器進行語音提示，例如預先在所述對準輔助模塊23內存儲各種位置偏差情況下對應的語音提示信息，并根據判斷情況將所述語音信息傳給所述智能終端20內的揚聲器或相關管理模塊。

作為所述驗光系統10的進一步改進，所述分析模塊22得到的驗光結果包括球鏡度、柱鏡度、軸位及瞳距。所述驗光結果為一組視力相關的參數，并以此參考進行視力矯正措施，如配置矯正眼鏡等。所述球鏡度為球面鏡片的后頂焦度，球面鏡片是使近軸平行光線會聚于一個焦點上的鏡片。柱鏡度表示人眼散光屈光度，柱鏡片是用來矯正人眼散光的鏡片。軸位軸位代表散光的方向,散光隱形眼鏡需要準確及穩定的置于要矯正的軸位上，才能確保視力清晰，因此散光鏡提供的“軸位”越多越全面，矯正散光的效果自然就會越好.無論是何種散光類型，均可采用順動光帶精確地測定軸位。瞳距簡言之就是瞳孔的距離。

參閱圖2，為符合本發明一優選實施例中測光模塊21的結構示意圖，所述測光模塊21包括發射單元211和接收單元212；所述發射單元211包括一光源213，所述光源213發射所述測光光線；所述接收單元212包括一孔狀結構214和成像結構215，所述測光光線被使用者眼睛反射后穿過所述孔狀結構214在所述成像結構215上形成檢影。

本實施例描述了所述測光模塊21的具體結構，所述光源213發出測光光線，到達眼球25后被眼球內的視網膜反射，反射后的測光光線首先通過所述孔狀結構214，最終在所述成像結構215上形成檢影。所述光源213可以是led、白熾燈等光源，所述光源213的電能來自所述智能終端20，也可以來自所述測光模塊21內的電池。所述測光光線經過所述眼球25內的瞳孔、晶狀體、眼球本體后被視網膜反射，再沿想法路徑射出眼球；在此過程中，所述測光光線被屈光折射，反映所述眼球25的病變。所述接收單元212的結構基于小孔成像原理，即用一個帶有小孔的板遮擋在墻體與物之間，墻體上就會形成物的倒影，我們把這樣的現象叫小孔成像。前后移動中間的板，墻體上像的大小也會隨之發生變化，照相機亦是利用了這樣的原理。所述接收單元212中的孔狀結構214和成像結構215構成小孔成像的結構，以便得到放大的、清晰的檢影，便于后續分析。所述成像結構215使用感光芯片將檢影圖像進行保存，存儲為數字化格式，該技術已在照相技術中普遍應用，是本領域技術人員可以實現的。

作為所述測光模塊21的進一步改進，所述測光模塊21發出的測光光線為紅外線。電磁波根據波長的不同可分為可見光和不可見光，其中可見光是電磁波譜中人眼可以感知的部分，可見光的光譜沒有精確的范圍；一般人的眼睛可以感知的電磁波的波長在400～760nm之間。小于或大于可見光波長的電磁波不能被人眼觀察到。考慮到使用可見光作為所述測光光線時，等于用戶的眼睛直視光線，給使用者帶來不適感，因此采用紅外線作為測光光線，避免使用者不適。紅外線(infrared)是波長介于微波與可見光之間的電磁波，波長在760納米(nm)至1毫米(mm)之間，是比紅光長的非可見光，在醫療、生活、工業中具有廣泛應用，技術較為成熟。

參閱圖3，為符合本發明另一優選實施例中基于智能終端的驗光系統10的結構示意圖，所述驗光系統10還包括：

-對準輔助結構24

所述對準輔助結構24設于所述智能終端20表面，沿所述測光光線方向延伸形成空心柱體；所述驗光系統10工作時，所述測光光線在所述對準輔助結構24內傳播，使用者將眼睛置于所述對準輔助結構24的末端。圖3中，所述智能終端20平放在底部，所述測光模塊21為外置模塊，所述對準輔助結構24為空心柱體，設于所述智能終端20之上，并對準所述測光模塊21，以便所述測光光線能夠穿過。本實施例中使用者使用所述驗光系統10時，將眼球25置于所述對準輔助結構24的末端即可。本實施例采用機械結構實現驗光步驟中的對準，無需對所述智能終端20進行內部軟件作特別的改進，且所述對準輔助結構24可拆卸，簡便易用。

參閱圖4，為符合本發明一優選實施例中基于智能終端的驗光方法的流程示意圖，通過以下步驟使用所述驗光系統10實現驗光過程：

s1：判斷使用者眼睛是否對準所述驗光系統10。

本步驟中，使用者眼睛對準所述驗光系統10可以通過所述驗光系統10內的對準輔助模塊23實現，也可以使用所述智能終端20外置的對準輔助結構24實現。相應的判斷方式為軟件圖像識別方式和人工輔助方式。即采用所述對準輔助模塊23實現判斷時，所述對準輔助模塊23對拍攝的眼部信息進行識別并判斷是否處于對準位置上。采用所述對準輔助結構24時，需要人工方式判斷是否對準，例如是否能看到所述測光模塊21的出光部分，或者眼眶是否與所述對準輔助結構24貼合。

s2：如果是，則所述驗光系統10發出測光光線。

本步驟中，所述驗光系統10發出測光光線，以測試使用者眼睛的屈光情況。測光光線由所述驗光系統10內的測光模塊21發出，可以是可見光，也可以是紅外線。

s3：所述驗光系統10接收所述測光光線經所述使用者眼睛反射形成的檢影。

根據驗光原理，所述測光光線進入使用者眼睛后到達視網膜，并被視網膜反射再射出所述使用者眼睛，在入射和出射過程中所述測光光線被所述使用者眼睛屈光折射，折射后的光線形成檢影，反映所述使用者眼睛的狀況。所述檢影被所述測光模塊21記錄并存儲，以便后續分析。

s4：根據所述檢影分析驗光參數。

得到所述檢影后，還需對所述檢影進行分析，才能得出驗光參數，包括球鏡度、柱鏡度、軸位及瞳距。上述驗光參數反映使用者的視力狀況，并為下一步的矯正或預防措施提供參考依據。

作為上述驗光方法的進一步改進，所述驗光方法還包括一下步驟：

s5：重復步驟s1-s4不少于一預設次數閾值。

所述次數閾值預設于所述驗光系統10內，優選為5次。本步驟重復了步驟s1至步驟s4的操作，可以得到多個驗光參數，目的是減少單次驗光的誤差或偏差。由于驗光結果會受到使用者眼睛位置、檢影成像條件等多個因素的影響，驗光參數可能會有一定的偏差，因此優選進行多次步驟操作，得到多個驗光參數。

s6：計算所有驗光參數的平均值。

本步驟將步驟s5中得到的多個驗光參數進行計算，取平均值。這里的平均值是針對單一參數的平均值，不是將不同的參數混淆計算。即所有測試得到的球鏡度進行相加并除以操作次數，再分別計算柱鏡度、軸位和瞳距的平均值。本步驟保證驗光結果的科學性，消除誤差和偏差的影響。

s7：輸出所述平均值作為最終的驗光結果。

本步驟輸出步驟s6計算所得的驗光參數平均值，作為向使用者展示的最終驗光結果。輸出方式可以在所述智能終端20的屏幕上顯示以上參數，還可以附上對使用者的建議，例如需提升近視鏡的屈光度，或注意緩解用眼疲勞等。

應當注意的是，本發明的實施例有較佳的實施性，且并非對本發明作任何形式的限制，任何熟悉該領域的技術人員可能利用上述揭示的技術內容變更或修飾為等同的有效實施例，但凡未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何修改或等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。