СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
METHOD FOR STEREOSCOPIC VISION TESTING

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, офтатальмоэргономике и инженерной психологии, и может быть использовано для измерения глубины стереоскопического зрения испытуемого, а также порога усталости стереозрения испытуемого при его длительной работе с 3D изображением.
Известен способ исследования стереоскопического зрения путем представления на экране монитора компьютера тестовых изображений в виде легко узнаваемых силуэтных фигур с различной степенью поперечной диспарации (см. патент RU 2380027 [1]). Для разделения полей зрения пациента используют очки с красным и сине-зеленым цветофильтрами, а размеры фигур объектов наблюдения изменяют в широких пределах. Задача испытуемого состоит в правильном определении взаимного расположения фигур («ближе», «дальше»). Тест-объект, при появлении которого испытуемый правильно указывает на расположение всех фигур, характеризует остроту его стереоскопического зрения.
Известен способ по патенту RU 2199938 [2], в котором испытуемому предъявляют разнесенные тестовые изображения с опорными точками и подвижными маркерами. Испытуемый управляет перемещением подвижного маркера до его визуального совмещения с опорной точкой. По величине разницы координат маркера и опорной точки и расстоянию от глаз испытуемого до опорной точки определяют остроту стереоскопического зрения.
Известные способы позволяют определить остроту стереоскопического зрения испытуемого, однако не могут быть использованы для определения глубины и порога усталости стереозрения, что бывает необходимо при диагностике нарушений стереоскопического зрения.
Среди известных методов наиболее близким аналогом предлагаемого решения является способ по патенту RU 2143834 [3], заключающийся в том, что испытуемому (наблюдателю) в условиях разделения полей зрения предъявляют с экрана монитора тест-объекты в виде стереопар, состоящих из расположенных одна над другой вертикальных синусоидальных решеток. Верхняя и нижняя решетки имеют различные диспаратности, за счет чего кажутся расположенными на разной глубине по отношению к наблюдателю. Какая из решеток располагается дальше, а какая - ближе к наблюдателю, при каждом предъявлении выбирают случайным образом. Для каждой пространственной частоты определяют порог стереозрения, за который принимают минимальную разницу диспаратностей верхней и нижней половин стереопары, когда испытуемый способен определить взаимное расположение верхней и нижней решеток по глубине. Исследуя пространственные частоты в диапазоне от 0,25 до 22 цикл/град с интервалом в половину октавы, определяют остроту стереоскопического зрения пациента.
Недостатками прототипа являются:
- невозможность определения глубины стереоскопического зрения, что не позволяет при диагностике нарушений стереоскопического зрения составить объективную картину, так как измеряется только один параметр - острота стереозрения на фиксированном расстоянии от наблюдателя до тест-объекта в виртуальном пространстве. Указанный метод не позволяет измерить расстояние до ближайшей и наиболее отдаленной точек ясного стереоскопического зрения у испытуемых с учетом индивидуальных особенностей их зрения;
- известный способ не позволяет измерять стереостроту зрения для всех возможных планов виртуального пространства от ближайшей точки ясного зрения до наиболее отдаленной;
- известный способ не позволяет измерять изменение глубины стереоскопического зрения в динамике, характеризующее усталость зрения наблюдателя при работе с 3D контентом;
- используемые в прототипе изображения тест-объектов имеют резко очерченные края. Это добавляет дополнительные высокочастотные гармоники в спектр изображений и не позволяет испытуемому правильно воспринимать изображение.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке усовершенствованного способа, который, при сохранении всех достоинств прототипа, позволил бы получить новый по сравнению с ним технический результат, а именно, возможность определения диапазона глубины стереоскопического зрения, и возможность определения степени усталости зрения при работе с 3D контентом.
Технический результат достигается за счет разработки заявляемого способа исследования стереоскопического зрения, заключающегося в предъявлении испытуемому, в условиях разделения полей зрения, тест-объекта в виде стереопары, с настраиваемой пространственной частотой, отличающегося тем, что используют стереопары в виде решетки Габора с плавно меняющейся диспаратностью, измеряют порог стереоскопического зрения, при котором стереопара воспринимается испытуемым как единое изображение решетки, движущееся в сторону испытуемого или от испытуемого, при этом на основе измеренных пороговых значений для близи и для дали определяют диапазон глубины его стереоскопического зрения как разность этих значений.
Таким образом в предлагаемом способе может быть выделена следующая совокупность существенных признаков: в способе исследования стереоскопического зрения, (заключающемся, так же как и прототип, в предъявлении испытуемому в условиях разделения полей зрения тест-объекта, в виде стереопары, с настраиваемой пространственной частотой) в отличие от прототипа, используют стереопары в виде решетки Габора, с плавно меняющейся диспаратностью, в результате чего стереопара воспринимается испытуемым как единое изображение решетки, движущееся в сторону испытуемого или от испытуемого до порога его стереоскопического зрения, после которого испытуемый наблюдает раздвоение объекта. На основе получаемых пороговых значений диспаратности для близи и для дали определяют диапазон глубины стереоскопического зрения, а в результате неоднократного продолжительного предъявления тест-объекта пациенту и измерения глубины его стереозрения определяют степень усталости глаз испытуемого при продолжительной работе с трехмерным изображением на основе изменения диапазона глубины стереозрения во времени.
На практике способ осуществляется следующим образом. Испытуемому предъявляется тест-объект на экране компьютера. Задача испытуемого при наблюдении за приближающимся виртуальным тест-объектом состоит в том, чтобы в момент восприятия им раздвоенного изображения с помощью средства позиционирования (например, «мыши») остановить приближение объекта. При этом происходит изменение направления движения тест-объекта на противоположное (диспаратность плавно уменьшается), и задача испытуемого - удерживать кнопку до тех пор, пока два изображения не сольются в одно. После чего испытуемый отпускает кнопку и тест-объект начнет двигаться в прежнем направлении и т.д. Последовательность приближения и удаления тест-объекта повторяется в течение продолжительного времени. В результате фиксируются ближайшая точка ясного стереоскопического зрения испытуемого и ее изменения во времени. Аналогично проводятся измерения дальнейшей точки ясного стереоскопического зрения (фиг.1 и 2). Разность между значениями ближайшей и дальнейшей точек ясного стереоскопического зрения определяет диапазон глубины стереозрения. Изменение во времени этих величин характеризует степень усталости глаз испытуемого при продолжительном наблюдении трехмерного изображения. В свою очередь, полученные показания позволяют судить о нарушениях стереозрения испытуемого и возможности адекватного восприятия им стереоизображения. Последнее бывает важно для правильной оценки возможностей покупателя при выборе им техники с 3D изображением.
Сущность заявляемого способа состоит в следующем.
При работе глаза человека в условиях наблюдения объектов, расположенных на разном удалении в реальном пространстве, происходит постоянное взаимодействие аккомодационного и конвергенционного аппарата. В практических целях всегда важно знать ближайшую и дальнейшую точку ясного видения, положение которых и определяется работой аккомодации и конвергенции. Для определения ближайшей и дальнейшей точки ясного зрения в условиях работы в реальном пространстве были созданы офтальмоэргографы. В их основе - измерение предельных возможностей аккомодационного аппарата. Возможности конвергенции, учитывая их слаженность, оцениваются косвенно. При работе в виртуальном пространстве - аккомодационный и конвергенционный аппараты глаза не согласованы. Работа в виртуальном пространстве - это необычный, неестественный режим. Для определения ближайшей и дальнейшей точек ясного зрения в условиях наблюдения изображений объектов в виртуальном стереоскопическом пространстве необходимо создание специального метода и устройства. Предлагаемый способ основан на измерении (как и в прототипе) стереоостроты зрения, но, в отличии от прототипа, он осуществляется в условиях положения изображений тест-объектов по всей глубине виртуального пространства от ближайшей точки ясного зрения до дальнейшей точки ясного зрения. Это позволяет измерять стереостроту зрения для всех возможных планов виртуального пространства от ближайшей точки ясного зрения до дальнейшей, а также - изменение глубины стереоскопического зрения в динамике. Для получения указанного результата в качестве тест-объекта используется решетка Габора, яркостной профиль которой модулирован по закону Гаусса. В итоге спектр изображения получается более узкий, в котором основная энергия сосредоточена в районе доминирующей гармоники, что позволяет испытуемому наблюдать объект более адекватно, чем в прототипе. Таким образом, выбранный вид тест-объекта является оптимальным для измерения пространственно-частотных свойств чувствительности зрительной системы. Он же является оптимальным и для оценки качества стереопроекционной техники.
Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленные задачи - возможность определения глубины (положения ближайшей и дальнейшей точек ясного зрения) стереоскопического зрения и степени усталости глаз решаются в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию патентоспособности «новизна».
В свою очередь, проведенный информационный поиск в области офтальмологии не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию «изобретательский уровень».
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 дана схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
1.1 - изображение тест-объекта в виртуальном пространстве перед экраном;
1.2 - изображение тест-объекта в виртуальном пространстве за экраном;
101 - глаза;
102 - виртуальный объект;
103 - изображение на дисплее; 104-3D монитор;
105 - движение.
На фиг.2 - схематическое изображение работы испытуемого в трехмерном виртуальном пространстве;
на фиг.3-изображение тест-объекта в виде решетки Габора;
на фиг.4 - данные измерения ближайшей точки ясного зрения (нижняя характеристика) и дальней точки ясного зрения (верхняя характеристика).
Для реализации способа может быть использовано устройство (фиг.1 и 2), включающее компьютер с монитором. Компьютер оснащен программой, осуществляющей настройку параметров тест-объекта (пространственная частота и размер, скорость и направление движения), демонстрацию движения тест-объекта (сам эксперимент), регистрацию и обработку результатов. Для разделения полей зрения пациента могут быть использованы очки с красным и зеленым фильтрами, поляроидные очки с перпендикулярными направлениями поляризации или жидкокристаллические очки, переключающиеся синхронно со сменой изображений.
В предпочтительном варианте заявляемый способ осуществляется следующим образом. Пациента располагают на определенном расстоянии от экрана, на котором ему последовательно предъявляют стереопары в виде решетки Габора (фиг.3). Расстояние между глазами испытуемого и экраном, а также расстояние между левым и правым глазом испытуемого вводят в программу перед началом эксперимента. В момент нажатия испытуемым на кнопку манипулятора программа фиксирует значение диспаратности (расстояние между двумя изображениями в стереопаре) и время нажатия. Далее, в каждый момент нажатия на кнопку программа рассчитывает расстояние между глазами испытуемого и виртуальным объектом, при необходимости измерения стреостроты зрения оценка производится и по субъективной удаленности одного и второго изображений тест-объекта.
Расстояние между глазами испытуемого и виртуальным объектом рассчитывается с учетом:
- расстояния между левым и правым глазом испытуемого,
- расстояния между испытуемым и экраном,
- расстояния между двумя изображениями в стереопаре. Рассчитанные расстояния запоминаются в программе и в конце
исследования выводятся на экран в числовом виде или в виде графика во времени (фиг.4).
Пример:
Описанным способом был обследован здоровый испытуемый в возрасте 23 лет с нормальным зрением. Жалоб при просмотре 3D контента не имел.
Иллюстрация измерения ближайшей точки ясного зрения - нижняя кривая и дальнейшей точки ясного зрения - верхняя кривая. Продолжительность измерения - 4 минуты. Расстояние между линиями тренда демонстрирует рабочий диапазон стереозрения (диапазон глубины) от ближайшей точки ясного зрения до дальнейшей.
На фиг.4 видно уменьшение диапазона стереоскопического зрения (дистанции между ближайшей и наиболее отдаленной точками ясного стереоскопического зрения), что свидетельствует об усталости глаз наблюдателя. Д1 или D1 - глубина стереоскопического зрения в начале эксперимента.
Числовую оценку усталости можно представить как разность Д1 и Д2.
Измерять глубину лучше в миллиметрах, а представлять в виде 2 цифр: сама глубина (Д1, например) и ближайшая точка ясного стереоскопического зрения (для Д1 это около 200 мм).
Заявляемое изобретение может быть использовано для уменьшения усталости зрения при работе с 3D контентом, например, в сочетании с устройством, описанным в патентной заявке US 2011/0267338 [4]. Недостатком изобретения [4] по сравнению с заявляемым является то, что в [4] предлагается только теоретическая модель уменьшения усталости зрения при работе с 3D изображением. Заявляемый способ позволяет измерять порог усталости и вводить результаты в устройство по [4].
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».