CN213046831U - 眼球运动测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种眼球运动测试装置,其特征在于,包括一个左快门镜片、一个右快门镜片、一个眼球追踪模块、一个显示模块、控制模块、计算模块。本实用新型具有有益效果是:(1)可以方便地自动切换左眼测试、右眼测试和双眼测试,节约了时间,且使用方便;(2)可测试人眼在看3D图像时的眼球运动。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种眼球运动测试装置,尤其是一种基于快门的眼球运动测试装置。
背景技术
眼球运动测试装置,也称为眼动仪,可以记录人的眼球运动。眼动仪可分为遥测式和可穿戴式。可穿戴式眼动仪的特点是眼动装置和人眼距离比较近,一般距离在几厘米之内,可集成于VR、AR、或和眼镜、头盔配合使用。遥测式眼动仪的特点是眼动装置和人眼的距离较远,一般在几十厘米远的距离或更远的距离,和电脑显示器配合使用,或和投影仪、电视、手机、平板电脑等配合使用。
目前遥测式眼球运动测试装置大多采用双眼同时测试。以授权公告号为“CN106037627B”的发明专利《一种婴幼儿全自动视力检查方法及装置》为例,其原理是让被测者观看显示装置上显示的图案,用一个近红外摄像机拍摄人的双眼,并通过图像处理算法计算人眼在显示装置平面上所看的位置,即眼动点。
一般情况下,左眼的眼动点和右眼的眼动点应该是重合或基本重合的。然而,也有的研究者希望研究左眼和右眼的眼动点之间可能存在的差异。传统上的方法测量单眼的眼动数据时,因为不希望另外一只眼睛也同时看到测试内容产生干扰,需要用眼罩等方式遮挡另一只眼(类似看视力表测一只眼睛的视力时需要遮挡另外一只眼睛)。但有时需要比较快速频繁地切换左眼和右眼的眼动测量,此时如果仍用来回换眼罩的方式会带来时间上较大的浪费和测试的不方便。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是:关于遥测式眼动仪左眼测试、右眼测试和双眼测试自动方便切换的问题。
为了解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是提供了一种眼球运动测试装置,其特征在于,包括一个左快门镜片、一个右快门镜片、一个眼球追踪模块、一个显示模块、控制模块、计算模块,其中:
左快门镜片及右快门镜片在控制模块的控制下在打开状态与关闭状态之间切换,当左快门镜片或右快门镜片处于打开状态时,左快门镜片或右快门镜片可透可见光,当左快门镜片或右快门镜片处于关闭状态时,左快门镜片或右快门镜片不透可见光;
显示模块在控制模块控制下显示三类图像:第一类图像是左眼测试图像,在左快门镜片处于打开状态且右快门镜片处于关闭状态时显示,此时左眼通过左快门镜片可以看到左眼测试图像,右眼通过右快门镜片不能看到左眼测试图像;第二类图像是右眼测试图像,在右快门镜片处于打开状态且左快门镜片处于关闭状态时显示,此时右眼可以通过右快门镜片看到右眼测试图像,左眼通过左快门镜片不能看到右眼测试图像;第三类是双眼测试图像,在左快门镜片和右快门镜片都处于打开状态时显示,此时左眼和右眼都可以看到双眼测试图像;
眼球追踪模块包含至少一台近红外摄像机及至少一个近红外光源,近红外光源提供近红外摄像机拍摄的照明及作为角膜反光点参考点,眼球追踪模块中的近红外摄像机可以拍摄到人眼的图像,并将所拍摄到的图像传输到计算模块,通过计算模块进行眼动点计算。
优选地,所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述打开状态时在可透过可见光的同时,也可透过近红外光;所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述关闭状态时,所述左快门镜片或所述右快门镜片不可透过可见光的同时,可透过近红外光。
优选地,所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述打开状态时在可透过可见光的同时,也可透过近红外光;所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述关闭状态时,所述左快门镜片或所述右快门镜片不可透过可见光的同时,不可透过近红外光。
优选地,还包括对头部位置进行固定以提高精准度的头部固定支架,所述左快门镜片和所述右快门镜片与头部固定支架的相对位置固定,且所述左快门镜片及所述右快门镜片的平面和所述显示模块的平面平行,防止反光干扰。
优选地,所述左快门镜片和所述右快门镜片为可戴在被测者头上的眼镜式结构。
优选地,所述左快门镜片和所述右快门镜片为电子式结构。
优选地,所述左快门镜片和所述右快门镜片为机械式结构。
本实用新型具有有益效果是:(1)可以方便地自动切换左眼测试、右眼测试和双眼测试,节约了时间,且使用方便;(2)可测试人眼在看3D图像时的眼球运动。
附图说明
图1是本实用新型各部件的位置示意图。
图2及图3是机械式快门镜片结构及工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐述本实用新型。应理解,这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解,在阅读了本实用新型讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1:
如图1所示,本实用新型提供的一种眼球运动测试装置包括一个显示模块101、一个眼球追踪模块102、左快门镜片103、右快门镜片104、一个控制模块105、一个计算模块106、头部固定支架107。
本实施例中的显示模块101为一台120Hz刷新率的显示器。
本实施例中计算模块106为一台电子计算机主机。
眼球追踪模块102包含1台近红外摄像机,及2个发光波长为850nm的LED近红外光源,2个近红外光源位于近红外摄像机的两侧,距离近红外摄像机均为15cm,眼球追踪模块102中的近红外摄像机可以通过左快门镜片103和右快门镜片104拍摄到人左眼和右眼的图像,光源提供近红外摄像机拍摄的照明并产生角膜反光点作为眼动点计算的参考点。
眼球追踪模块102位于显示模块101正下方。
其中显示模块101和眼球追踪模块102位于左快门镜片103的同一侧,在测试时左眼位于左快门镜片103的另一侧,左眼通过左快门镜片103观看显示模块101上显示的内容。
其中显示模块101和眼球追踪模块102位于右快门镜片104的同一侧,在测试时右眼位于右快门镜片104的另一侧,右眼通过右快门镜片104观看显示模块101上显示的内容。
控制模块105可控制左快门镜片103和右快门镜片104,实现两种控制状态:第一种是打开状态,打开状态可透可见光,第二种是关闭状态,关闭状态不透可见光。
控制模块105可控制显示模块101显示三类图像:左眼测试图像,在左快门镜片103打开且右快门镜片104关闭时显示,左眼可以看到,右眼不能看到;右眼测试图像,在右快门镜片104打开且左快门镜片103关闭时显示,右眼可以看到,左眼不能看到;双眼测试图像,在左快门镜片103和右快门镜片104都打开时显示,左眼和右眼都可以看到。
为了进一步提高眼动数据的精准度,减小头动带来的测试误差,本实施例使用头部固定支架107进行头部固定,在测试时只有眼睛可以运动。
左快门镜片103和右快门镜片104和头部固定支架107的相对位置固定,且左快门镜片103和右快门镜片104平面与显示模块101平面平行,防止反光干扰。因为眼球追踪模块102位于显示模块101下方,且和显示模块101平面有一定角度的夹角,在本实施例中夹角为20度,是斜向上方向拍摄人眼的,因此这样可以防止近红外光源的红外光通过左快门镜片103和右快门镜片104直接反射到近红外摄像机中产生反光干扰。
左快门镜片103和右快门镜片104的设计可以是电子式的,即快门的透光或不透光由电路控制。本实用新型中,电子式快门原理参考3D电视的主动式快门,主动式快门原理是在两层透明的材料中填充对电压或电流敏感的材料,如液晶,在打开状态下快门镜片中的液晶材料是透明的。控制模块105发出关闭的控制信号后,比如施加一个5V的电压,快门镜片中的液晶材料变为不透明。
本实施例中,左快门镜片103和右快门镜片104选用可透近红外光的设计,这样不仅可在快门打开时可以测眼动数据,在快门关闭时虽不透可见光,但仍可透近红外光,便于眼球追踪模块102对未遮挡的眼睛和被遮挡的眼睛都可进行眼动测试。左快门镜片103和右快门镜片104设计为由两种材料A和B较密集地交替排列的栅格结构,材料A是透近红外光不透可见光的亚克力材料(不需通电),材料B是不通电时透明通电时不透明的上述液晶材料。这样即可实现快门打开时透可见光,快门打开和关闭时都可透近红外光的效果。
另外一种可替代的方式是,左快门镜片103和右快门镜片104是由不通电时透明通电时不透明这一种材料构成的。和上一种方式的区别在于,在快门关闭时不可透近红外光。其他原理类似,在此不再重复描述。
在另外的实施例中,左快门镜片103和右快门镜片104可以为眼镜式,可戴在被测者头上。这种测试方式适用于不适合使用头部固定支架的年龄较小的儿童。
左快门镜片103和右快门镜片104的供电可为有线式,也可为电池式。
眼球追踪模块102工作的原理是:将眼球追踪模块102的图像传输到计算模块106,由计算模块106进行图像处理计算。因为近红外摄像机拍摄到角膜反光点亮度高,灰度级可达255,两个角膜反光点成对出现且距离较近。根据此特性从红外摄像机拍摄到整幅图像中找到眼睛的大致区域。然后设置一个高于瞳孔的灰度而低于周围虹膜、皮肤区域灰度的灰度阈值,低于所述灰度阈值的区域标记为可能的瞳孔区域;设置一个排除掉眼睫毛等黑色物体干扰的面积阈值,从而确定瞳孔所在的区域;根据瞳孔区域计算瞳孔中心的坐标;根据两个角膜反光点的平均坐标得到角膜反光点中心坐标;瞳孔中心坐标减去角膜反光点中心坐标得到瞳孔角膜向量。在标定后得到瞳孔角膜向量和眼动点的映射函数。从而计算眼动点。左眼和右眼的眼动点可以分别计算。
测试的模式有四种:左眼测试;右眼测试;左眼右眼同时测试;左眼右眼交替测试(3D图像测试)。
首先受试者坐在本检测装置前,将下巴放在头部固定支架107上,眼睛朝向显示模块101方向。左眼通过左快门镜片103看显示模块101,右眼通过右快门镜片104看显示模块101。两只眼睛距离显示模块101为60cm。
(1)左眼测试的过程是:控制模块105控制显示模块101显示左眼测试图像。同时控制模块105打开左快门镜片103,关闭右快门镜片104。此时左快门镜片103透可见光,因此左眼可以看见显示模块101的左眼测试图像;右快门镜片104不透可见光,右眼不能看见显示模块101的左眼测试图像。同时眼球追踪模块102拍摄人眼的图像,并由计算模块106计算得到左眼和右眼的眼动点数据。左快门镜片103因为是打开状态,眼球追踪模块102的近红外摄像机可以拍摄到左眼图像从而计算左眼的眼动点数据。而右快门镜片104虽然被关闭不透可见光,但因为快门镜片选用的是可透近红外光的材料,所以右眼图像仍可被眼球追踪模块102的近红外摄像机拍摄到,因此本装置仍可得到右眼的眼动点数据。这种设计对某些场合下需要研究被遮挡眼睛的眼动数据是有作用的。
(2)右眼测试的过程是:控制模块105控制显示模块101显示右眼测试图像。同时控制模块105打开右快门镜片104,关闭左快门镜片103。此时右快门镜片104透可见光,因此右眼可以看见显示模块101的右眼测试图像;左快门镜片103不透可见光,左眼不能看见显示模块101的左眼测试图像。同时眼球追踪模块102拍摄左眼和右眼的图像,并由计算模块106计算得到左眼和右眼的眼动点数据。
(3)左眼右眼同时测试的过程是:控制模块105控制显示模块101显示双眼测试图像。同时控制模块105打开左快门镜片103和右快门镜片104。此时左眼和右眼都能看到显示模块101的双眼测试图像。同时眼球追踪模块102拍摄左眼和右眼的图像,并由计算模块106计算得到左眼和右眼的眼动点数据。
(4)左眼右眼交替测试(3D图像测试)的过程是:控制模块105控制显示模块101按时序交替显示左眼测试图像和右眼测试图像,例如奇数帧显示左眼测试图像,偶数帧显示右眼测试图像。同时控制模块105在奇数帧时控制左快门镜片103打开,右快门镜片104关闭;在偶数帧时控制右快门镜片104打开,左快门镜片103关闭。这样左眼和右眼可以逐帧交替看到左眼测试图像和右眼测试图像。因为显示模块101的刷新频率比较高,为120Hz,左眼和右眼因为隔帧观看实际是每眼60帧图像,这样人的主观会认为左右眼是可以同时连续看到图像的。此时左眼测试图像和右眼测试图像有一定的视差,左右眼一起看有3D立体感。这种设计对于一些关于立体视觉、深度知觉等领域的眼动研究是有作用的。同时眼球追踪模块102拍摄左眼和右眼的图像,并由计算模块106计算得到左眼和右眼的眼动点数据。
这里需要说明的是:模式(1)和模式(2)的目的是分别用左眼或右眼在单眼状态下进行一个较长时间的眼动测试,每只眼睛的测试时间一般为数秒钟至数分钟不等。和模式(4)的不同在于不会频繁地切换快门镜片的打开和关闭。
实施例2:
本实用新型中提到的左快门镜片103和右快门镜片104是机械式快门镜片。
本实施例中,选用透近红外亚克力滤光片作为遮光部件,可透850nm的近红外光,不透可见光。另外使用可以自动复位的90°旋转电磁铁108作为驱动装置。左快门镜片103和右快门镜片104分别由左固定柱109和右固定柱110固定在桌子上。旋转电磁铁108左右各一个,用于连接左固定柱109和左快门镜片103,及连接右固定柱110和右快门镜片104。
对于左快门镜片103,采用长为165mm宽为60mm的矩形透近红外亚克力滤光片,滤光片平行于显示模块101,将其左端连接在可以自动复位的90°旋转电磁铁的旋转轴上,旋转轴垂直于显示模块101平面,从而使滤光片活动在平行于显示模块101的平面中。滤光片的默认方向朝下。旋转电磁铁与控制模块105相连,从而实现控制模块105对左眼机械快门镜片的控制。右快门镜片104的装置和左快门镜片对称,右快门镜片104的大小和材料与左快门镜片103相同。
当进行左眼测试时,通过控制模块105发送右快门关闭的信号,给右快门镜片104的旋转电磁铁通电,将右快门镜片104的滤光片旋转至水平状态,遮挡右眼,使右眼不能看见来自显示模块101的可见光。此时左快门镜片103为竖直向下状态未遮挡左眼,只有左眼能看到显示模块101中的图像。同时眼球追踪模块102仍可以通过透红外的亚克力滤光片采集到右眼的红外图像,这样通过计算模块106可计算得到左眼和右眼的眼动点数据。
同理,进行右眼测试时,控制模块105发送右快门镜片104打开的信号,将右快门镜片104的旋转电磁铁复位,将滤光片旋转至朝下的竖直状态。同时控制模块105发送左快门镜片103关闭的信号,通过旋转电磁铁将左快门镜片103的滤光片旋转至水平状态,遮挡左眼的可见光。
其他测试的过程与实施例1相同。
机械式快门镜片结构及工作原理示意图如图2及图3所示。图2是左右两个机械式快门镜片都关闭的状态,图3是左机械式快门镜片打开,右机械式快门镜片关闭的状态。
Claims (7)
1.一种眼球运动测试装置,其特征在于,包括一个左快门镜片、一个右快门镜片、一个眼球追踪模块、一个显示模块、控制模块、计算模块,其中:
左快门镜片及右快门镜片在控制模块的控制下在打开状态与关闭状态之间切换,当左快门镜片或右快门镜片处于打开状态时,左快门镜片或右快门镜片可透可见光,当左快门镜片或右快门镜片处于关闭状态时,左快门镜片或右快门镜片不透可见光;
显示模块在控制模块控制下显示三类图像:第一类图像是左眼测试图像,在左快门镜片处于打开状态且右快门镜片处于关闭状态时显示,此时左眼通过左快门镜片可以看到左眼测试图像,右眼通过右快门镜片不能看到左眼测试图像;第二类图像是右眼测试图像,在右快门镜片处于打开状态且左快门镜片处于关闭状态时显示,此时右眼可以通过右快门镜片看到右眼测试图像,左眼通过左快门镜片不能看到右眼测试图像;第三类是双眼测试图像,在左快门镜片和右快门镜片都处于打开状态时显示,此时左眼和右眼都可以看到双眼测试图像;
眼球追踪模块包含至少一台近红外摄像机及至少一个近红外光源,近红外光源提供近红外摄像机拍摄的照明及作为角膜反光点参考点,眼球追踪模块中的近红外摄像机可以拍摄到人眼的图像,并将所拍摄到的图像传输到计算模块,通过计算模块进行眼动点计算。
2.如权利要求1所述的眼球运动测试装置,其特征在于:所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述打开状态时在可透过可见光的同时,也可透过近红外光;所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述关闭状态时,所述左快门镜片或所述右快门镜片不可透过可见光的同时,可透过近红外光。
3.如权利要求1所述的眼球运动测试装置,其特征在于:所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述打开状态时在可透过可见光的同时,也可透过近红外光;所述左快门镜片或所述右快门镜片处于所述关闭状态时,所述左快门镜片或所述右快门镜片不可透过可见光的同时,不可透过近红外光。
4.如权利要求1所述的眼球运动测试装置,其特征在于:还包括对头部位置进行固定以提高精准度的头部固定支架,所述左快门镜片和所述右快门镜片与头部固定支架的相对位置固定,且所述左快门镜片及所述右快门镜片的平面和所述显示模块的平面平行,防止反光干扰。
5.如权利要求1所述的眼球运动测试装置,其特征在于:所述左快门镜片和所述右快门镜片为可戴在被测者头上的眼镜式结构。
6.如权利要求1所述的眼球运动测试装置,其特征在于:所述左快门镜片和所述右快门镜片为电子式结构。
7.如权利要求1所述的眼球运动测试装置,其特征在于:所述左快门镜片和所述右快门镜片为机械式结构。
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| CN113693553A (zh) * | 2021-09-14 | 2021-11-26 | 首都医科大学附属北京儿童医院 | 消除眼动检测中冷效应干扰的方法及装置 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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