СИСТЕМА И СПОСОБ ЦИФРОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
SYSTEM AND METHOD FOR DIGITAL MEASUREMENT OF CHARACTERISTICS OF STEREOSCOPIC VISION

Родственные заявки
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет в соответствии с предварительной заявкой на патент США 62/793632, поданной 17 января 2019 года, описание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее изобретение относится к области поля зрения, и более конкретно к измерению характеристик стереоскопического зрения.
Предпосылки из данной области
[0003] При нормальном бинокулярном зрении мозг использует информацию, поступающую от работы двух глаз совместно. Наличие расстояния между глазами означает, что изображение, проецируемое на сетчатку одного глаза, немного отличается от такового в другом глазу. Эти различия зависят от относительных расстояний между наблюдателем и предметами (например, объектами), которые формируют изображения на сетчатке глаза. Мозг может использовать горизонтальное несоответствие между предметами, видимыми двумя глазами, для оценки расстояния до этого предмета. Возможность делать это часто оценивается как часть комплекса тестов, используемых для наблюдения за состоянием здоровья зрительной системы. Низкие показатели по сравнению с каким-либо общепринятым стандартом могут указывать на то, что: i) ухудшилось качество изображения на сетчатке глаза, зафиксированного одним или обоими глазами; ii) произошел сбой в обработке, выполняемой для объединения изображений с двух глаз; или iii) произошел сбой при извлечении информации о несоответствии.
[0004] У некоторых пациентов, страдающих нарушениями бинокулярного зрения, зрительная зона коры головного мозга подавляет изображение более слабого глаза в пользу изображения, которое видит доминантный глаз. В конкретном случае амблиопии авторы называют амблиопический глаз ослабленным глазом, а другой глаз - доминантным глазом. Ослабление амблиопического глаза может продолжаться даже после коррекции оптической системы этого глаза (например, с помощью корректирующих линз) до приемлемой остроты зрения. Таким образом, при закрытии другого глаза (например, глазной повязкой), изображение амблиопического глаза можно использовать для восприятия мира столь же хорошо, как и другим глазом. Однако как только повязку удаляют и оба глаза используются для зрительного восприятия, ослабление, как правило, возвращается. Это приводит к потере стереоскопического зрения в дополнение к потере качества зрительного восприятия.
[0005] Изображения, используемые для теста на стереоскопическое зрение, как правило, предоставляют информацию, которую участник исследования должен использовать в отклике, и путем измерения отклика можно определить способность участника исследования воспринимать стереоскопическое изображение. Примером тестового изображения может быть тестовое изображение, на котором несколько разных объектов представлены с разными несовпадениями, а затем участника исследования спрашивают, какой из объектов кажется наиболее близким. Для участника исследования с дисфункциональным стереоскопическим зрением неспособность воспринимать различные детали может быть расстраивающей, и есть стремление, сознательное или неосознанное, определить ответ альтернативно. В отсутствие тщательного проектирования в тесты на стереоскопическое зрение могут быть введены подсказки, не относящиеся к стереоизображению, которые позволят пациентам со стереослепотой достичь приемлемого уровня показателей. Внесение несоответствия в стимул требует, чтобы предметы, которые должны быть представлены с визуальной глубиной, были перемещены в разных направлениях в изображениях, представленных двум глазам. Это перемещение может привести к изменениям в локальном расположении или плотности предметов, которые указывают на участок отображения, в котором выполнялась манипуляция. Для стимулов с острыми краями, представленных с помощью красно-зеленых очков, сами по себе края предметов, к которым применяется несоответствие, могут казаться окрашенными. Также, когда делается попытка обеспечить стимулы с острыми краями при точных несоответствиях (когда их положения оказываются между двумя пикселями), это может привести к "размытому" внешнему виду, который выдает предметы, которыми управляли. В качестве последнего примера: поскольку изображение слабовидящего глаза может восприниматься путем закрытия другого глаза, участник исследования может по сути видеть изменение несоответствия в объектах в паре изображений, моргая другим глазом. Это может позволить участнику исследования узнать, какой дать ответ, даже если стереоскопическое зрение не было ответственно за ответ. Надежный тест на стереоскопическое зрение должен минимизировать показатели любого пациента, который не выполняет задачу, основываясь на впечатлении глубины от стереоскопического несоответствия.
[0006] Более того, традиционные тесты на стереоскопическое зрение могут быть непригодными для пациентов с низкой остротой зрения в одном или обоих глазах. Это особенно проблемный момент для пациентов с амблиопией, у которых оптическая система более слабого глаза может быть исправлена, но зрение остается плохим. Изображения, представленные в предыдущих тестах на стереоскопическое зрение, обычно могут иметь резкие края. Эти резкие края характеризуются мелкой деталью (высокие пространственные частоты), которая может не восприниматься пациентом с низкой остротой зрения. Вместо этого они будут воспринимать их как размытые. Вытекающая из этого потеря информации от стереотестового стимула ставит этих субъектов исследования в невыгодные условия по сравнению с теми, у кого острота зрения скорректирована должным образом. Затем это приводит к искажению результатов измерения. Таким образом, может быть неясно, являются ли относительно низкие показатели в тесте на стереоскопическое зрение результатом проблемы со стереоскопическим зрением, или это просто следствие того, что участник исследования имеет низкую остроту зрения в одном или обоих глазах.
[0007] Доступные в настоящее время методики тестирования на стереоскопическое зрение не позволяют измерить погрешность, связанную с измеренной чувствительностью. Существующие методики также имеют ограниченный диапазон несоответствий, которые можно протестировать. Следовательно, полезность этих методик для измерения характеристик стереоскопического изображения снижается, в частности в случаях, когда стереоскопическое зрение ухудшено. Пациенты с относительно плохим стереоскопическим зрением могут выйти за пределы тестируемого диапазона, быть ошибочно названными "стереослепыми". И наоборот, у пациентов может быть слишком хорошее стереоскопическое зрение, чтобы его можно было точно измерить с помощью существующих в настоящее время тестов. Это произойдет, если они все еще смогут выполнить тест даже при наименьшем представленном несоответствии. В дополнение, из-за их ограниченного диапазона тестирования и отсутствия какой-либо погрешности измерения, существующие методики лишены возможности использоваться в качестве первичных критериев эффективности в клинических испытаниях, где улучшение стереоскопического зрения является результатом лечения. Кроме того, современные методики предоставляют участникам исследования стимулы из книги, содержащей лишь ограниченный набор несовпадений. Это препятствует точному измерению характеристик стереоскопического зрения у участников исследования, чьи способности находятся между заданными уровнями.
[0008] В результате в настоящее время не существует доступного стереотеста, который точно измеряет остроту стереоскопического зрения в широком диапазоне несоответствий с сопутствующей погрешностью измерения. Это особая проблема для проведения измерений у участников исследования, которые имеют низкую остроту стереоскопического зрения и которым требуются большие несоответствия, чтобы видеть глубину, и в условиях, когда необходимо оценивать изменение остроты стереоскопического зрения в результате заболевания или лечения. Следовательно, существуют возможности для совершенствования.
Сущность изобретения
[0009] В соответствии с первым аспектом, данным в общих чертах, предлагается система для измерения характеристик стереоскопического зрения. Система содержит блок обработки данных и энергонезависимое запоминающее устройство, соединенное с возможностью связи с блоком обработки данных и содержащее машиночитаемые программные команды, выполняемые блоком обработки данных для создания трехмерного визуального стимула, визуальный стимул состоит из множества пространственно отфильтрованных точечных элементов, приспособленных для отделения стереофункции, представления, через устройство отображения, визуального стимула пользователю, приема входных данных в ответ просмотр пользователем визуального стимула в представленном виде, и определения стереоскопических показателей пользователя на основании входных данных.
[0010] В соответствии со вторым аспектом, данным в общих чертах, предлагается реализуемый на компьютере способ измерения характеристик стереоскопического зрения, причем способ включает создание в вычислительном устройстве трехмерного визуального стимула, визуальный стимул состоит из множества пространственно отфильтрованных точечных элементов, выполненных с возможностью выделения стереофункции, представления, через устройство отображения, визуального стимула пользователю, приема входных данных в ответ на просмотр пользователем визуального стимула в представленном виде, и определения стереоскопических показателей пользователя на основании входных данных.
[0011] В соответствии с третьим аспектом, данным в общих чертах, предлагается энергонезависимый машиночитаемый носитель, на котором хранится программный код, исполняемый по меньшей мере одним процессором для создания трехмерного визуального стимула, визуальный стимул состоит из множества пространственно отфильтрованных точечных элементов, выполненных с возможностью выделения стереофункции, представления, через устройство отображения, визуального стимула пользователю, приема входных данных в ответ на просмотр пользователем визуального стимула в представленном виде, и определения стереоскопических показателей пользователя на основании входных данных.
Краткое описание графических материалов
[0012] Дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из следующего подробного описания, взятого в сочетании с прилагаемыми графическими материалами, на которых:
[0013] на фиг. 1 представлена блок-схема способа цифрового измерения характеристик стереоскопического зрения в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления;
[0014] на фиг. 2 представлено схематическое изображение, иллюстрирующее трехмерный визуальный стимул в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления;
[0015] на фиг. 3A-3B проиллюстрированы иллюстративные изотропные точки логарифм-Габора и соответствующий профиль яркости горизонтального поперечного сечения этого изображения в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления;
[0016] на фиг. 4A-4F проиллюстрирован эффект размытия на точках логарифм-Габора по фигурам 3A-3B по сравнению с точками с резкими краями подобного размера в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления;
[0017] на фиг. 5A-5D проиллюстрированы предлагаемые конструкции для потенциальных целевых участков в стимуле в соответствии с иллюстративными вариантами осуществления;
[0018] на фиг. 6A-6C представлен график иллюстративной психометрической функции, график иллюстративного способа экстраполяции и график иллюстративной составной функции, соответственно, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления;
[0019] на фиг. 7 представлено схематическое изображение иллюстративной вычислительной системы для реализации способа по фиг. 1 в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления;
[0020] на фиг. 8A-8C представлены изотропные точки логарифм-Габора в соответствии с настоящим изобретением;
[0021] на фиг. 9A-9C представлены точки разности гауссианов в соответствии с настоящим изобретением;
[0022] на фиг. 10 представлено схематическое изображение построения разности гауссианов в соответствии с настоящим изобретением;
[0023] на фиг. 11A-11B представлены ограниченные полосой пропускания кольца в соответствии с настоящим изобретением;
[0024] на фиг. 12A-12C представлены ограниченные полосой пропускания формы в соответствии с настоящим изобретением;
[0025] на фиг. 13A-13B представлены схемы, иллюстрирующие конструкцию пространственно фильтрованной полосы пропускания;
[0026] на фиг. 14 представлена предлагаемая конструкция для визуального стимула в соответствии с настоящим изобретением; и
[0027] на фиг. 15A-15D проиллюстрирован визуальный стимул в соответствии с настоящим изобретением.
[0028] Следует отметить, что на всех прилагаемых графических материалах одинаковые признаки обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Подробное описание
[0029] В данном документе описаны системы и способы цифрового измерения характеристик стереоскопического зрения. За счет использования систем и способов, описанных в данном документе, измерения остроты стереоскопического зрения можно использовать в качестве конечного критерия оценки, таким образом обеспечивая возможность проведения клинических испытаний, целью которых является бинокулярная функция. Системы и способы, описанные в данном документе, также могут обеспечивать степень достоверности в отношении порога остроты стереоскопического зрения (погрешность измерения). Разумеется, описанные системы и способы могут обеспечить возможность тестирования непрерывного большого диапазона несоответствий. Визуальные стимулы могут создаваться при любом несоответствии в пределах диапазона несоответствий, обеспечивая возможность точного измерения порога стереоскопического зрения.
[0030] Следовательно, системы и способы, описанные в данном документе, могут использоваться работниками здравоохранения (например, офтальмологами и оптометристами в клиниках) для оценки стереоскопического зрения у пациентов. Системы и способы, описанные в данном документе, также могут использоваться в качестве основного конечного критерия оценки для результатов клинических испытаний, направленных на лечение аномальной бинокулярной функции. В дополнение, системы и способы, описанные в данном документе, могут также использоваться для скрининга в учебном заведении (предназначенного для выявления наличия проблем со зрением в одном или обоих глазах, которые будут препятствовать стереоскопическому зрению) и/или профессиональной оценки для тестирования способности выполнять задачи, которые всецело зависят от зрительных показателей (например, вождение транспортных средств, выполнение полетов).
[0031] Со ссылкой на фиг. 1 теперь будет описан способ 100 цифрового измерения характеристик стереоскопического зрения в соответствии с одним вариантом осуществления. На этапе 102 создают трехмерный (3D) визуальный стимул, состоящий из пространственно отфильтрованных точечных элементов. Затем визуальный стимул демонстрируют участнику исследования (также называемому в данном документе пользователем) на этапе 104 с помощью подходящего устройства и/или системы трехмерного отображения, причем двум глазам участника исследования показывают разные изображения. Затем данные, относящиеся к участнику исследования, собираются и анализируются на этапе 106 для выполнения измерения характеристик стереоскопического зрения у участника исследования.
[0032] Как показано на фиг. 2, стимул 200 содержит множество точек 202, которые представляют собой пространственные ограниченные полосой пропускания круговые волны, устойчивые к эффектам размытия. Расположение точек представлено в рамке 204 "блокировки слияния". Предназначение этой рамки состоит в способствовании надлежащей конвергенции глаз в плоскости экрана. Высококонтрастная узорчатая граница должна легко сливаться между двумя глазами. Рамка 204 может быть одинаково представлена для обоих глаз. Соответственно, это может помочь глазам правильно совмещать изображения. Рамка 204 показана как высококонтрастная узорчатая граница, но она может иметь другие формы, такие как сплошная граница, пунктирная граница, зигзагообразная граница или изогнутая граница. Более того, рамка 204 может быть отделена от точек 202 пустым пространством. Это пространство может препятствовать сравниванию пациентом признаков (таких как точки 202) с рамкой 204, чтобы легче обнаружить несоответствие цели. В противном случае пациент может сознательно или подсознательно сравнивать либо несоответствие в рамке и точках, либо сравнивать монокулярно видимые части признаков в визуальном стимуле. Визуальный стимул 200 создают таким образом, что возможность стереоскопического зрения у пациента становится изолированной. Стимул предназначен для минимизации любых других подсказок, которые участник исследования может использовать для выполнения заданного задания на стереоскопическое восприятие. В контексте данного документа термин "задание на стереоскопическое восприятие" относится к тесту на стереоскопическое зрение, в котором участнику исследования демонстрируют стимул 200 и побуждают его ответить на него, как будет дополнительно рассмотрено ниже.
[0033] В частности, стимул 200 создается на этапе 102 путем размещения точек 202 в квадратной сетке с определенным средним интервалом (не показан) между точками 202. Каждой точке 202 случайным образом назначается черная или белая точка, прежде чем она будет размещена на сетке. В координаты x и y, управляющие размещением каждой точки 202, вносятся искажения случайными выборками из равномерного распределения, тем самым помещая точки 202 в диапазон смещения точек в заданном исходном положении. Это позволяет разрушить впечатление регулярной сетчатой структуры. Обеспечивая то, что диапазон смещения составляет менее половины интервала от точки к точке, становится возможным предотвратить перекрытие смежных точек 202, по меньшей мере до того, как будет введено несоответствие.
[0034] Специалисту в данной области будет понятно, что хотя на фиг. 2 проиллюстрировано перемешивание точек с точками, имеющими как "черный", так и "белый" внешний вид, стимул 200 в соответствии с настоящим изобретением может включать только один оттенок точки в некоторых вариантах осуществления. Точки 202 могут быть окрашены таким образом, чтобы рассматривание их через цветные очки (например, красно-зеленые очки) влияло на их внешний вид. Стереоскопическое представление может быть достигнуто путем демонстрации изображений для левого и правого глаза с применением разных цветов (анаглиф). Размещение цветных фильтров перед каждым глазом может, таким образом, позволить видеть только соответствующее изображение каждым глазом. В некоторых вариантах осуществления цвет точек 202 может не быть очевидно выраженным, когда они рассматриваются невооруженным глазом.
[0035] Как рассмотрено выше, визуальный стимул может состоять из пространственно отфильтрованных точечных элементов. В целом, пространственно отфильтрованный точечный элемент может быть любым элементом, состоящим из одной или нескольких точек, созданных с помощью пространственного фильтра. Пространственно отфильтрованный точечный элемент может содержать модуляцию пикселей, имеющих центр и один или несколько краев. Ограниченный полосой пропускания амплитудный спектр может привести к размытому внешнему виду в разных участках точки. Пространственно отфильтрованный элемент может быть приспособлен для возможности расположения его центра в положении между пикселями устройства отображения, на котором он отображается. Специалисту в данной области будет понятно, что пространственно отфильтрованные элементы могут иметь различные формы; несколько иллюстративных форм рассмотрены ниже: на фиг. 3A-3B и 8A-8C проиллюстрированы точки логарифм-Габора, на фиг. 9A-9C и 10 проиллюстрирована разность гауссианов (точки DoG), на фиг. 11A-11C проиллюстрированы кольцевые точки, и на фиг. 12A-12C и 13 проиллюстрированы пространственно отфильтрованные точечные элементы произвольной формы. Однако можно использовать любой тип пространственно отфильтрованных элементов без отклонения от объема настоящего изобретения.
[0036] В одном варианте осуществления точки 202 представляют собой изотропные точки логарифм-Габора, определенные в пространстве Фурье так, чтобы иметь одинаковую энергию при каждой ориентации и ограниченный полосой пропускания пространственный частотный спектр, как показано на фиг. 3A-3B. Пространственный частотный спектр представляет собой гауссиан на логарифмической оси частот. По сравнению с использованием квадратных или круглых точек с резкими краями, использование точек логарифм-Габора имеет некоторые преимущества. Во-первых, стимулы со ступенчатыми границами яркости уязвимы для любого размытия, вносимого зрительной системой участников исследования с остротой зрения ниже стандартной. Это продемонстрировано на фиг. 4A-4F, где в верхнем ряду показан предложенный стимул (фиг. 4A), состоящий из ограниченных полосой пропускания точек логарифм-Габора, а в нижнем ряду показан эквивалентный стимул (фиг. 4D), состоящий из круглых точек с резкими краями. Второй столбец (фиг. 4B и 4E) показывает эффект размытия стимулов, представленных в первом столбце. В третьем столбце показано, как размытие влияет на амплитудные спектры (фиг. 4C и 4F) стимулов. Из спектров можно видеть, что стимулы логарифм-Габора более устойчивы к эффектам размытия. Контрольный тест с ограниченными полосой пропускания точками логарифм-Габора, раскрытый в данном документе, дополнительно показал, что на пороговые значения для стереоскопического зрения не повлияло удаление всей информации о пространственной частоте выше 4 циклов/градус.
[0037] На фиг. 3A-3B проиллюстрированы пары точек логарифм-Габора. На фиг. 8A-8C проиллюстрированы одиночные точки логарифм-Габора. Точки могут быть пространственно ограниченными полосой пропускания, что относится к пространственным частотам, или изменением яркости в пространстве, присутствующему в точках.
[0038] На фиг. 3A проиллюстрированы две точки логарифм-Габора в пространственной области. Левая точка может иметь отрицательный пик для более низкой яркости и казаться черной в своем центре, а правая точка может иметь положительный пик для более высокой яркости и казаться белой в своем центре. Эти точки могут быть, главным образом, изотропными точками логарифм-Габора, определенными в пространстве Фурье, чтобы иметь одинаковую энергию при каждой ориентации и ограниченный полосой пропускания пространственный частотный спектр.
[0039] На фиг. 3B проиллюстрированы те же точки в частотной области. Преобразование Фурье может использоваться для преобразования точек между пространственной областью и частотной областью. Ограниченный полосой пропускания пространственный частотный спектр может быть наглядно виден на фиг. 3B. Фильтр верхних частот может удалять более низкие частоты, фильтр нижних частот может удалять более высокие частоты, а полосовой фильтр может включать как фильтр верхних частот, так и фильтр нижних частот. Как можно видеть на фиг. 3B, в этом случае может применяться полосовой фильтр. Яркость выше 1 и ниже -1 может быть отфильтрована. Специалисту в данной области будет понятно, что полосовой фильтр, использующий разные высокие и низкие значения, также может использоваться в пределах объема настоящего изобретения.
[0040] В пространственной области прошедшее через фильтр нижних частот изображение может казаться размытым, а прошедшее через фильтр верхних частот изображение может включать только более мелкие детали, такие как края. Прошедшее через полосовой фильтр изображение может сочетать оба этих эффекта. Эти эффекты можно увидеть на фиг. 8C, где амплитудный спектр логарифм-Габора имеет пик, причем амплитуда падает как на более высоких, так и на более низких частотах, чем этот пик.
[0041] Другими словами, точки пространственно фильтруются, потому что был осуществлен некоторый контроль над внесением различных пространственных частот в их состав. В конкретном случае пространственной полосы пропускания существует конкретный диапазон пространственных частот, которые образуют точку. Более того, точки могут быть точками логарифм-Габора. Это имеет конкретное значение для формы амплитудного спектра или амплитуды на каждой пространственной частоте. Логарифмическое преобразование может выполняться на частотной оси, а амплитудный спектр может быть определен как гауссиан на этой логарифмической оси частот.
[0042] На фиг. 8A-8C проиллюстрирована одна точка логарифм-Габора в пространственной области, в пространстве Фурье и в виде амплитудного спектра, взятого как радиальный срез от центра к краю фиг. 8B, соответственно. Пространственная область, показанная на фиг. 8A, может быть тем, что видно в визуальном стимуле, созданном с помощью точки логарифм-Габора.
[0043] Точка логарифм-Габора может быть создана в пространстве Фурье, как показано на фиг. 8B. Значение в каждой точке преобразования Фурье, показанное в нем, может указывать на внесение пространственной частоты (f) и ориентации (θ) в изображение. Преобразование Фурье (F) может быть представлено следующим уравнением:
[0044]
0
[0045] В уравнении (1) f может представлять собой пиковую пространственную частоту, и b может управлять полосой пропускания. Преобразование из пространства Фурье, показанного на фиг. 8B, в пространственную область, показанную на фиг. 8A, может дать точечный элемент логарифм-Габора, который затем может быть использован для создания визуальных стимулов.
[0046] Из уравнения (1) следует отметить, что амплитуда должна быть бесконечно малой, когда f=0. Для практических целей амплитуду можно считать нулевой. Это важно, поскольку это означает, что для точки логарифм-Габора никогда не должно происходить полного изменения яркости экрана в результате добавления точки на дисплей. Области повышенной яркости будут уравновешены областями пониженной яркости. Это может иметь особые преимущества для визуальных представлений. Это означает, что независимо от расположения на экране ограниченных полосой пропускания точек, общая яркость не будет меняться. Например, смещение положений точек для создания несоответствия в изображениях может вызвать локальное увеличение или уменьшение плотности точек. Если бы точки изменили локальную яркость стимула, то эти изменения плотности также привели бы к появлению участков стимула, которые были бы значительно ярче или темнее, чем остальные. Это может обеспечить подсказку, не относящуюся к стереоизображению, которая позволит пациенту устанавливать местонахождение участков на дисплее, где происходят действия, связанные с несоответствием.
[0047] В дополнение к точкам логарифм-Габора, рассмотренным выше, для создания визуальных стимулов можно использовать другие пространственно отфильтрованные точки. Фактически, точки логарифм-Габора могут представлять собой только один из огромного количества вариантов пространственно отфильтрованных точек. Особый интерес может представлять разработка используемых в данном документе визуальных стимулов с контролем над их амплитудным спектром. Это может позволить разработчикам создавать визуальные стимулы с требуемыми характеристиками. Например, информация о высокой пространственной частоте, которая может быть бесполезна для пациентов с плохой остротой зрения, может быть удалена. Можно создать такие стимулы в пространстве Фурье или в пространственной области.
[0048] Другим примером пространственно отфильтрованных точек могут быть точки, полученные из разности гауссианов (DoG). На фиг. 9A-9C проиллюстрирована точка DoG в пространственной области, в пространстве Фурье и в виде амплитудного спектра, взятого как радиальный срез от центра к краю фиг. 9B соответственно. Как можно видеть на фиг. 9B, элемент DoG может содержать центральную часть и окружающую часть.
[0049] DoG представляет собой известную функцию, которая давно используется для выполнения пространственной фильтрации изображений. Как и в случае с точками логарифм-Габора, представленными выше, элементы DoG могут использоваться для непосредственной замены точек в визуальных стимулах. В качестве альтернативы стимулы можно создавать с помощью точек, которые могут приближать дельта-функции, а затем эти точки могут быть отфильтрованы с помощью функции DoG.
[0050] Элемент DoG может быть создан путем вычитания одного гауссиана из другого гауссиана. Два гауссиана могут иметь одинаковое среднее значение, но разное стандартное отклонение. На фиг. 10 проиллюстрирована разность гауссианов (сплошная линия), созданная вычитанием окружающего гауссиана (пунктирная линия) из центрального гауссиана (серая линия).
x, y
[0051] Радиальное расстояние каждого пикселя от центра точки, которая будет создана, может быть задано уравнением (2), приведенным ниже. Центр точки может быть установлен в r=0.
[0052]
[0053] Центральный гауссиан может быть определен уравнением (3), а окружающий гауссиан может быть определен уравнением (4), приведенным ниже.
[0054]
[0055]
surround
center
[0056] σ может быть больше, чем σ и две сигмы могут управлять формой DoG. DoG может быть создана путем взятия разности центрального гауссиана и окружающего гауссиана с помощью уравнения (5).
[0057]
[0058] В уравнении (5) a может управлять относительным вкладом окружающего гауссиана. Значение a может быть установлено таким образом, чтобы привести к DoG, которая не имеет глобального изменения яркости, путем выбора значения, которое приводит к минимальной амплитуде при f=0. Это проиллюстрировано на фиг. 9A-9C. Соответственно, можно достичь такого же амплитудного спектра (см. фиг. 9C) с точками DoG, как и в случае с точками логарифм-Габора.
[0059] Хотя в предыдущих примерах показаны только изолированные пространственно отфильтрованные точки в виде сетки, следует понимать, что эти точки также могут быть размещены с получением иных форм. Затем их можно использовать для создания пространственных ограниченных полосой пропускания форм, как показано на фиг. 13A-13B. Пространственные ограниченные полосой пропускания формы могут рассматриваться как пространственно отфильтрованные точечные элементы. Это математически эквивалентно либо i) расположению пространственно отфильтрованных точек для формирования конкретной формы (фиг. 13B), либо ii) началу с изображения с четкими линиями требуемой формы, а затем свертке этого изображения с помощью одной пространственно отфильтрованной точки (фиг. 13A). Еще один способ создания пространственных ограниченных полосой пропускания форм состоит в математическом определении контуров формы с последующей визуализацией этих контуров таким образом, чтобы их поперечное сечение имело конкретную форму. Две возможные формы этих поперечных сечений будут использовать поперечное сечение логарифм-Габора, показанное на фиг. 8B, или поперечное сечение по DоG, показанное на фиг. 9B. Также могут использоваться другие функции, описанные ниже.
[0060] Элементы стимула, имеющие пространственные ограниченные полосой пропускания формы в соответствии с настоящим изобретением, могут быть созданы путем адаптации производной четвертого порядка функции Гаусса. Пространственная частота таких функций может быть установлена с помощью σ, как задается уравнением (6) ниже.
[0061]
0
sq
0
[0062] В уравнении (6) f может контролировать пиковую пространственную частоту амплитудного спектра. D, квадрат расстояния по всему поперечному сечению относительно его центра x, для каждого положения x может быть определен уравнением (7).
[0063]
sq
[0064] D, квадрат расстояния может использоваться для определения яркости в каждом положении в поперечном сечении C. C может быть определен уравнением (8).
[0065]
[0066] На фиг. 11A-11D проиллюстрирован пример пространственно отфильтрованного точечного элемента, имеющего форму кольца, выполненного с помощью поперечного сечения, определяемого уравнением 8. На фиг. 11A показана кольцевая точка в пространственной области. Это то, что было бы видно в стимуле, созданном с помощью таких кольцевых точек. Кольцевая точка имеет внешний вид двух узких темных колец, окружающих более широкое яркое кольцо. Это также можно увидеть на фиг. 11C, на которой изображено горизонтальное поперечное сечение, проходящее через центр фиг. 11A. Положительное отклонение в яркости центрального яркого кольца уравновешивается отрицательным отклонением смежных темных колец. Это приводит к отсутствию общего смещения яркости при добавлении этого стимула на дисплей. Переходы между яркими и темными участками кажутся плавными, поскольку отсутствуют более высокие пространственные частоты, создающие видимость резких краев.
[0067] На фиг. 11B показано преобразование Фурье по фиг. 11A. Подобно пространственно отфильтрованным точкам, энергия стимула расположена в круговой полосе вокруг начала координат. Амплитудный спектр представлен на фиг. 11D. Он имеет ограниченную полосой пропускания форму, подобную той, что показана ранее для стимулов логарифм-Габора и разности гауссианов. Соответственно, кольцевая точка может обеспечивать такие же преимущества, что и другие точки, описанные выше.
[0068] В некоторых вариантах осуществления кольцевая точка может быть создана путем взятия координаты каждого пикселя относительно центра кольцевой точки. В некоторых вариантах осуществления координаты каждого пикселя могут быть заданы в декартовой системе координат, а центр кольцевой точки может быть равен (0,0). Используя эти координаты, можно вычислить радиальное расстояние от центра точки для каждого пикселя, используя уравнение (9), и яркость в каждом радиальном положении может быть связана с яркостью в соответствующем положении в декартовой системе координат с помощью уравнения (10).
[0069]
[0070]
[0071] Описанный выше способ создания кольцевых точек может быть распространен на создание точечных элементов произвольной формы. Например, на фиг. 12A-12C проиллюстрирована кольцевая точка, кольцеобразный квадратный элемент и элемент в виде кольцеобразного креста. Контуры кольцеобразных точек могут или не могут быть определены математически, например, как ряды радиальных компонентов паттернов частоты, подобные рядам Фурье.
[0072] Кольцеобразный квадрат, показанный на фиг. 12B, может быть создан таким же образом, как и кольцевая функция, приведенная выше, с помощью уравнений (9) и (10). Уравнение радиуса может быть немного изменено по сравнению с содержимым уравнения (9), и вместо него может использоваться уравнение (11), приведенное ниже.
[0073]
[0074] Кольцеобразный крест, показанный на фиг. 12C, является примером того, что может быть достигнуто с помощью радиальных компонентов паттернов частоты. Поскольку его радиус в заданном пикселе зависит от углового положения этого пикселя относительно центра изображения, угол должен быть вычислен на основе декартовых координат x и y, как показано ниже в уравнении (12).
[0075]
x, y
[0076] Таким образом, форма определяется, подобно кольцу в уравнении (10), с помощью его радиуса. Однако радиус определяется для каждого значения θ на изображении. Кольцеобразный крест создан с помощью уравнения (13), приведенного ниже.
[0077]
[0078] Специалисту в данной области будет понятно, что можно создать различные формы из синусоидальных компонентов, следуя этим примерам.
[0079] Даже для форм, которые не могут быть представлены с помощью суммы кольцеобразных компонентов, как показано в уравнении (13), можно создать пространственно отфильтрованный элемент. На фиг. 13A показано, как может быть создана такая точка. Может быть получен необходимый контур; в этом примере контур представляет собой треугольник. Контур может служить исходным изображением. Затем контур может быть отфильтрован с помощью ядра пространственного полосового фильтра. Логарифмическая функция Габора или функция DoG, описанные выше, могут использоваться в качестве ядра фильтра. Свертка исходного изображения с ядром фильтра может привести к получению пространственной ограниченной полосой пропускания кольцеобразной формы, имеющей заданный контур. Специалисту в данной области будет понятно, что таким образом можно получить большое разнообразие точек. В некоторых вариантах осуществления точки могут быть предназначены для определенных функций.
[0080] Любой из типов точечных элементов, рассмотренных выше, может использоваться для создания визуального стимула 200, как показано, например, на фиг. 2. Визуальные стимулы в соответствии с настоящим изобретением будут более подробно рассмотрены ниже.
[0081] В некоторых вариантах осуществления визуальный стимул 200 может быть создан путем первой визуализации изображения, заполненного точками-заполнителями. Точки-заполнители могут приближать дельта-функции. Затем изображение может быть свернуто с помощью одной из функций, описанных выше, например, с помощью логарифмической функции Габора. Свертка может заменять каждую точку-заполнитель пространственно отфильтрованным точечным элементом 202 в ее местоположении. Этот способ может быть особенно эффективным. В качестве альтернативы, сначала может быть визуализировано множество пространственно отфильтрованных точечных элементов 202, а затем они могут быть размещены в случайных местах. Эти этапы могут создавать визуальный стимул 200 со случайно размещенными пространственно отфильтрованными точечными элементами 202.
[0082] Таким образом, может потребоваться создание впечатления несоответствия между тем, что представлено левому глазу, и тем, что представлено правому глазу при просмотре визуального стимула 200. Визуальный стимул 200 может быть изменен с помощью следующих этапов для создания такого впечатления.
[0083] Чтобы создать видимость несоответствия, конечные координаты x точек 202 в сетке 204 могут быть дополнительно скорректированы в соответствии с нужным несоответствием (или глубиной) точек 202 относительно поверхности экрана, на котором представлены стимулы, также называемой в данном документе плоскостью фиксации. Смещение точек левого и правого глаза внутрь (т.е. перемещение точки левого глаза вправо и точки правого глаза влево) создает впечатление перекрестного несоответствия (т. е. точки, которая находится ближе, чем плоскость фиксации). Сдвиг точек 202 наружу создает видимость нескрещенного несоответствия (то есть точки, находящейся дальше, чем плоскость фиксации). На фиг. 5A проиллюстрирована конструкция четырех потенциальных целевых участков в стимуле и показано, что несоответствиями точек 202 можно управлять в пределах границ клинообразной формы. Это создает видимость плавучего клина. Задача, назначенная пациенту, наблюдающему за визуальным стимулом, может включать определение того, где в стимуле появляется клин на глубине, отличной от остальной части стимула. Задачу можно упростить, делая несоответствие больше и, следовательно, разницу в глубинах больше, и контрастнее, делая разницу в глубинах меньше.
[0084] Специалисту в данной области будет понятно, что на фиг. 5A просто проиллюстрирован иллюстративный вариант осуществления шаблона управления для несоответствия точек. Точки 202 в сетке 204 могут быть смещены для получения любой формы, известной в данной области, как рассмотрено выше в отношении клиньев 502, показанных на фиг. 5A.
[0085] На фиг. 5B-5D проиллюстрированы другие варианты осуществления целевых участков. На фиг. 5B проиллюстрированы четыре символа: пятиугольник, звезда, треугольник и квадрат. В некоторых вариантах осуществления целевому участку может быть придана форма одного из этих символов или любого другого символа, известного в данной области. Пациента могут попросить идентифицировать символ, установить местоположение символа или определить, кажется ли, что символ плавает перед остальной частью визуального стимула или позади него. На фиг. 5C проиллюстрирована буква E в четырех разных ориентациях. В некоторых вариантах осуществления целевому участку может быть придана форма буквы или другого символа, ориентацию которого можно четко распознать. Пациента могут попросить идентифицировать местоположение и/или ориентацию символа или определить, кажется ли, что символ плавает перед остальной частью визуального стимула или позади него. На фиг. 5D проиллюстрированы четыре разные буквы. В некоторых вариантах осуществления целевому участку может быть придана форма буквы или цифры, и пациента могут попросить идентифицировать и/или установить местонахождение буквы или цифры, или определить, кажется ли она плавающей впереди или позади остальной части визуального стимула.
[0086] На фиг. 15A-15D проиллюстрировано иллюстративное визуальное представление в соответствии с настоящим изобретением. Дисплей, показанный на этих фигурах, может быть подобен тому, что показан на фиг. 2. Точнее говоря, визуальное представление может содержать множество точечных элементов, сначала расположенных на сетке, затем смещенных на случайную величину и, наконец, имеющих смещение для подмножества, чтобы создавать несоответствие между тем, что видит каждый глаз. На фиг. 15C проиллюстрировано визуальное представление, как оно будет показано пациенту на устройстве отображения. Пациент будет смотреть на визуальное представление в очках с красной линзой перед левым глазом и зеленой или синей линзой перед правым глазом. В некоторых вариантах осуществления могут использоваться разные очки, например, очки с линзами разного цвета. На фиг. 15A и 15B проиллюстрировано, соответственно, то, что будут видеть левый и правый глаз по отдельности. На фиг. 15D проиллюстрировано, что будет видеть пациент со стереоскопическим зрением, когда он будет смотреть на фиг. 15C в очках. А именно, пациент будет видеть часть клиновидной формы визуального представления, смещенную перед рамкой устройства отображения.
[0087] На основании фиг. 15A-15D следует отметить, что обмануть такой тест будет сложно. Участок клиновидной формы, который проходит за пределы страницы при просмотре пациентом со стереоскопическим зрением в цветных очках, не может быть идентифицирован никакими другими средствами при просмотре фиг. 15A-15C. Напротив, все участки визуального стимула, как кажется, содержат случайно размещенные точечные элементы, и различия не могут быть легко обнаружены между стимулом для левого глаза, показанным на фиг. 15A, и стимулом для правого глаза, показанным на фиг. 15B.
[0088] Некоторые предыдущие тесты на стереоскопическое зрение, представленные на цифровых дисплеях, ограничивались только представлением стимулов с несоответствиями, которые могут быть достигнуты путем сдвига характеристик стимула на целое число пикселей (например, Hess, To, Zhou, Wang & Cooperstock, 2015. Stereo vision: the haves and have-nots. i-Perception 6, 1-5; Rodriguez-Vallejo, Llorens-Quintana, Montagud, Furlan & Monsoriu, 2016. Fast and reliable stereopsis measurement at multiple distances with iPad. arXiv 1609.06669). Это очень ограничивает диапазон и количество несоответствий, которые могут быть протестированы. Это также означает, что несоответствия, которые могут быть протестированы, зависят от свойств используемого устройства, что нежелательно для создания теста, который можно запускать на нескольких устройствах. Для получения более точных несоответствий может быть целесообразным сдвинуть точки 202 на величину, которая не является целым числом пикселей. Например, очень небольшие несоответствия могут требовать сдвига точек 202 менее чем на один пиксель. Для этого может использоваться субпиксельная интерполяция. Однако для стимулов с резкими краями, использованных в предыдущих тестах, это имеет побочный эффект в виде размытия точек, которые представлены в глубине. Эта подсказка, не относящаяся к стереоизображению, может позволить пациенту совершить обман. Предлагаемая в данном документе конструкция предотвращает эту проблему двумя способами. Во-первых, внутренний "нечеткий" внешний вид пространственно отфильтрованных точек 202 авторов настоящего изобретения значительно затрудняет обнаружение любого небольшого размытия, вносимого субпиксельной интерполяцией. Во-вторых, глубина может быть включена в предложенные стимулы посредством как перемещения целевого клина 502 вперед (перекрестное несоответствие), так и заднего фона назад (нескрещенное несоответствие) в одинаковой мере. Это означает, что ко всем точкам 202 в стимуле применяется одинаковая степень интерполяции.
[0089] При предъявлении стимула участнику исследования (на этапе 104 по фиг. 1), изображение, которое проходит через глаз участника исследования, фильтруется функцией оптической передачи глаза участника исследования, прежде чем изображение достигает сетчатки участника исследования. Это приводит к размытию любых исходных данных. Субпиксельная интерполяция использует это преимущество, помещая стимулы, которые появляются (после оптического размытия), между двумя пикселями на экране. При условии, что оптическое размытие является относительно широким по сравнению с расстоянием между пикселями на дисплее, это позволяет представлять несоответствия ниже предела разрешения экрана. Было обнаружено, что интерполяция обеспечивает лучшее приближение к изображению, представленному в необходимом несоответствии (которое имитирует субпиксельная интерполяция), при применении к предложенным точкам 202 логарифм-Габора, чем при применении к точкам пикселя с резкими краями.
[0090] Специалисту в данной области будет понятно, что типы пространственно отфильтрованных точечных элементов, описанных выше, которые имеют размытые края, могут быть особенно преимущественными для достижения субпиксельной интерполяции. Субпиксельная интерполяция может обеспечить возможность совершения менее значительных сдвигов точек 202, чем можно было бы сделать с визуальными стимулами с резкими краями. В частности, центры пространственно отфильтрованных точечных элементов можно перемещать с приращениями субпикселей. Такие преимущества могут быть достигнуты с помощью любого типа точечного элемента с пространственной фильтрацией. Напротив, элементы с резкими краями могут перемещаться только с приращениями пикселей и, тем самым могут быть ограничены разрешением дисплея, на котором они показаны.
[0091] Ссылаясь снова на фиг. 1, далее дополнительно будет описан этап 104 представления визуального стимула участнику исследования. Визуальный стимул может быть визуализирован в любом подходящем дихоптическом устройстве воспроизведения, которое обеспечивает возможность показа разных изображений двум глазам участника исследования. В частности, визуальный стимул может быть представлен с помощью системы отображения, предоставленной участнику исследования. Например, визуальный стимул может отображаться на электронном устройстве (например, на экране настольного компьютера, портативного компьютера, ноутбука, планшетного компьютера, на шлем-дисплее, на линзообразном дисплее или т. п.). В некоторых вариантах осуществления визуальный стимул можно рассматривать с использованием специализированных очков. Электронное устройство наглядно управляет представлением стимулов и, более конкретно, управляет несоответствием, предъявляемым участнику исследования, с помощью адаптивной процедуры для установления порога стереоскопического зрения участника исследования. В частности, устройство представляет стимул, состоящий из пространственно отфильтрованных точечных элементов, чтобы уменьшить влияние остроты зрения на полученный порог стереоскопического зрения. Затем устройство анализирует данные, полученные от участника исследования после предъявления стимула (этап 106 по фиг. 1), используя процедуру подбора на основе максимального правдоподобия, с получением при этом также меры достоверности пороговых значений (погрешности измерения), которые вычисляются на основе данных участника исследования.
[0092] При создании впечатления глубины на основе стереоскопического несоответствия разные изображения показывают двум глазам участника исследования на этапе 104 с помощью подходящего устройства и/или системы трехмерного представления. В одном варианте осуществления это может быть достигнуто путем представления стимулов на этапе 104 на экране, связанном с компьютером, как рассмотрено выше. Например, может использоваться компьютерный монитор с жидкокристаллическим дисплеем (liquid crystal display, LCD) с частотой обновления 120 Гц. Экран может быть синхронизирован с помощью любой подходящей системы, такой как система NVIDIA 3D Vision 2, со специализированными очками, используемыми участником исследования для просмотра визуальных стимулов в том виде, в каком они представлены. В одном варианте осуществления используются беспроводные затворные очки. Однако следует понимать, что могут применяться другие подходящие очки (например, очки с ферроэлектрическими жидкими кристаллами) и что эти очки могут быть или не быть подключены к экрану по беспроводной сети. Путем чередования изображений для левого и правого глаз на экране синхронно с "открытием" и "закрытием" левого и правого "глаз" очков можно раздельно стимулировать глаза участника исследования с помощью стимулов, показанных на одном и том же экране. Такой тест на стереоскопическое зрение может быть написан с использованием любого подходящего языка программирования (такого как Matlab/Octave, Python или т.п.), а представлением стимулов на экране можно управлять с помощью любой подходящей панели инструментов (например, Psychtoolbox для Matlab/Octave) или с помощью заказного программного обеспечения.
[0093] В другом варианте осуществления тест на стереоскопическое зрение может быть представлен на карманном или портативном вычислительном устройстве (например, планшетном компьютере), а представление стимула достигается с помощью красно/зеленого анаглифа. Стимулы могут быть созданы в версиях для левого и правого глаз путем удаления информации из любого из каналов красного или зеленого цвета. Затем два полученных изображения можно наложить друг на друга с помощью подходящего компьютерного программного обеспечения. Таким образом, просмотр с помощью 3D-очков с красным/зеленым светофильтрами, которые надеты на участника исследования, обеспечивает возможность просмотра отдельных изображений двумя глазами участника исследования (с некоторым перекрестным влиянием). Следует понимать, что могут применяться другие варианты осуществления. Например, тест на стереоскопическое зрение может быть представлен на линзообразном, поляризованном или дихроичном планшете или с помощью дихроичной проекционной системы.
[0094] В еще одном варианте осуществления тест на стереоскопическое зрение может быть представлен на шлем-дисплее. Например, для представления стимулов двум глазам участника исследования на этапе 104 может использоваться гарнитура виртуальной реальности Oculus Rift. В этом варианте осуществления не нужны будут специализированные очки для просмотра визуального стимула в том виде, в котором он представлен.
[0095] Следует понимать, что описанный в данном документе тест на стереоскопическое зрение может быть разработан с помощью статического стимула (как описано выше) или динамического стимула. В случае динамического стимула точки (ссылка 202 на фиг. 2) будут представлены (например, на экране устройства) со случайной продолжительностью (например, от 100 до 300 миллисекунд) перед исчезновением. Каждый раз, когда точка 202 исчезает, она будет заменена новой точкой 202, появляющейся в другом месте (с соответствующим несоответствием в отношении ее местоположения в стимуле). Этот динамический стимул может содержать больше информации, чем статический стимул, и, соответственно, может помочь участникам исследования выполнить заданное задание на стереоскопическое восприятие. Дополнительно, динамический стимул может снизить способность участника исследования тщательно проверять стимулы на предмет любых подсказок, не относящихся к стереоизображению, чтобы помочь идентифицировать целевое местоположение. Это дополнительно обеспечит возможность отражения измеренными пороговыми значениями только чувствительности участника исследования к стереоскопическому несоответствию.
[0096] В одном варианте осуществления задание на стереоскопическое восприятие, которое должен выполнить участник исследования, вводится с помощью дополнительной подсказки, не относящейся к стереоизображению, чтобы позволить участникам исследования с плохим стереоскопическим зрением узнать, как работает задание, до начала теста. Дополнительные испытания с подсказкой, не относящейся к стереоизображению, могут быть случайным образом введены во время тестирования, что, например, мотивирует детей с плохим стереоскопическим зрением продолжать попытки выполнить задание. Также может быть встроенная настройка для участников исследования, глаза которых неправильно выровнены, чтобы стимулы регистрировались.
[0097] Описанный в данном документе тест на стереоскопическое зрение может состоять из последовательности испытаний, в которых участнику предъявляют стимул, содержащий цель в одном из четырех местоположений. В каждом испытании участника исследования могут побуждать к выбору того, в каком месте находится цель, определяемая модуляцией несоответствия точек (ссылка 202 на фиг. 2). В испытаниях, где участник исследования не уверен в местоположении цели, участнику исследования может быть дано указание сделать предположение. В версии теста для настольного компьютера (описанной в данном документе выше) участник исследования может ответить путем нажатия кнопки на клавиатуре. В версии теста для планшетного компьютера (описанной в данном документе выше) участник исследования может касаться экрана в целевом местоположении. Следует понимать, что тест также может быть расширен для получения вербальных ответов (например, "вверху", "внизу", "слева" и "справа") от участника исследования.
[0098] После ответа участнику исследования предъявляется следующий стимул. Несоответствие стимулов может контролироваться парой ступенчатых алгоритмов, которые будут реагировать на успехи участника исследования, усложняя задание на стереоскопическое восприятие (меньшее несоответствие), и реагировать на неудачи, упрощая задание на стереоскопическое восприятие (большие несоответствия). После каждого испытания регистрируется несоответствие стимула, а также то, было ли успешно идентифицировано целевое местоположение. Позже это используется для расчета несоответствия, при котором участник исследования может надежно идентифицировать цель. Также может быть в реальном времени получена приблизительная оценка порога стереоскопического зрения, рассчитанного на основе ступенчатых инверсий (несоответствий, при которых участник исследования переходил от неправильных к правильным ответам или наоборот).
[0099] Для первых нескольких испытаний каждого сеанса тестирования стимулы могут содержать дополнительную подсказку о местоположении цели. Амплитуда контраста точек 202 в нецелевых участках уменьшается, так что даже без какой-либо чувствительности к стереопредставлению цель все еще видна. Это может быть сделано для того, чтобы помочь обучить участника исследования тому, как выполнять задание, которое потребуется от него в эксперименте. Как рассмотрено в данном документе выше, испытания также можно вводить случайным образом с дополнительными подсказками во время тестирования, чтобы поддерживать мотивацию участников исследования со стереослепотой. Данные на основе этих испытаний могут быть исключены до того, как будет проведен какой-либо анализ стереофункции.
[0100] Каждый ступенчатый алгоритм отслеживает количество испытаний, на которые участник исследования ответил, а также количество инверсий (когда задача переключалась с упрощения на усложнение или наоборот). По достижении либо максимального количества испытаний, либо максимального количества инверсий ступенчатый алгоритм прекращает работу. Когда оба ступенчатых алгоритма прекращают работу, основная часть сбора данных завершается.
[0101] Также возможно выполнить дополнительный тест на способность участника исследования проводить различие между перекрестным и нескрещенным несоответствием при некотором коэффициенте выше порога (например, трехкратном превышении порога). В этом случае клинья несоответствия присутствуют во всех четырех целевых местоположениях (как показано на фиг. 5), причем нулевое несоответствие фоновых точек равно нулю. Три из клиньев находятся в одном направлении несоответствия (перекрестные или нескрещенные), причем оставшийся лишний клин находится в другом направлении. Затем участник исследования определяет, какой из них является лишним. Испытание будет проводиться до тех пор, пока участник исследования не достигнет либо определенного количества ответов (например, 12), либо меньшего количества правильных ответов (например, 6). Затем поведение участника исследования может быть преобразовано в показатель выполнения этой задачи на различение перекрестных/нескрещенных различий.
[0102] Данные, собранные во время эксперимента (на этапе 106 по фиг. 1), затем могут быть представлены любым подходящим способом. На фиг. 6A-6C проиллюстрирован один способ представления и анализа собранных данных. В одном варианте осуществления собранные данные образуют таблицу с тремя столбцами: несоответствия стимула (в угловых секундах) в первом столбце, количество испытаний, протестированных при каждом несоответствии, во втором столбце и количество правильных ответов при каждом несоответствии в третьем столбце. Затем данные могут быть согласованы с подходящей психометрической функцией (такой как логистическая функция) 602, как показано на фиг. 6A, с помощью любой подходящей процедуры согласования, как рассмотрено в данном документе выше. Согласование психометрической функции 602 выводит оценку порога несоответствия участника исследования. Компенсационная обратная связь также может использоваться для вычисления стандартной погрешности и доверительных интервалов оценки порога.
[0103] Кроме того, такой порог и погрешность могут использоваться для оценки, когда обычный анализ оказался неудачным, и вместо этого следует использовать показатель более глубокого вторичного анализа. Этот вторичный анализ может выполнять вычисление правильных в процентном отношении оценок, достигнутых пациентом при каждом несоответствии для предоставления показателя выполнения, который образует составную шкалу с диапазоном пороговых значений, которые могут быть получены на основе согласования психометрической функции. По мере улучшения показателей пациент может переходить от такой части шкалы к части, где его показатели могут быть охарактеризованы психометрической функцией.
[0104] Другими словами, следует понимать, что для некоторых участников исследования может оказаться невозможным успешно ограничить согласование психометрической функции, как в 602. В этом случае погрешность, связанная с оценкой порогового значения, будет значительной. Однако даже в этом случае может быть полезно иметь возможность предоставить некоторую оценку показателей участника исследования. Как рассмотрено выше, в таком случае может потребоваться глубокий анализ. В некоторых вариантах осуществления в достаточной мере надежный показатель может быть получен путем вычисления площади между правильными в процентном отношении данными участника исследования (с дополнительной крайней правой точкой, расширяющей многоугольник по горизонтали до некоторого произвольно высокого значения x) и линией, которая представляет значение показателя, полученное угадыванием (также называется в данном документе как 25% линия "предположения"). Эту площадь можно рассчитать с помощью интегрирования методом трапеций. На фиг. 6B проиллюстрирован надежный способ измерения на основе площади. На фиг. 6B ось x может быть преобразована в логарифмическую с основанием 2 перед вычислением площадей. Чтобы предотвратить чрезмерное влияние точек выбросов на вычисление площади, непараметрическая компенсационная обратная связь может выполняться на основе необработанных данных от испытания к испытанию, и может использоваться медианная площадь, вычисленная на основе этих повторно отобранных наборов данных. Было обнаружено, что рассчитанная площадь находится в прямой зависимости от порога значения согласованной психометрической функции. Пороговое значение и погрешность согласования психометрической функции могут быть использованы для оценки того, когда обычный анализ (например, согласование логистической функции) оказался неудачным, и вместо этого следует использовать показатель из более глубокого анализа. Специалисту в данной области будет понятно, что способ интегрирования методом трапеций, проиллюстрированный на фиг. 6B, представляет собой просто иллюстративный способ экстраполяции. Для анализа данных, которым функция может не соответствовать, могут использоваться другие способы в пределах объема настоящего изобретения.
[0105] Кроме того, этот вторичный показатель может использоваться для создания составной шкалы показателей (или составной оси показателей). Эта шкала может иметь первую часть, соответствующую пороговым значениям, оцененным на основе психометрической функции, как в 602 (до заданного максимума), и вторую часть, где шкала расширяется для включения значений из более глубокого анализа. На фиг. 6C проиллюстрирована эта составная шкала, в которой первая часть предоставляет уровни показателей, которые могут быть измерены путем согласования психометрической функции. Вторая часть шкалы экстраполирует пороговые значения, причем местоположение участника исследования в этой части шкалы определяется с помощью способа ограниченной области. По мере улучшения показателей пациент может переходить от такой части шкалы к части, где его показатели могут быть охарактеризованы психометрической функцией.
[0106] В одном варианте осуществления общий результат анализа данных участника исследования (как выполняется на этапе 106 по фиг. 1 и как рассмотрено в данном документе выше) может, следовательно, состоять из следующего: (1) график психометрической функции, как в 602, позволяющий лицу, проводящему тест, получить представление о показателях участника исследования; (2) оценка порогового значения для обнаружения стереоскопического несоответствия с соответствующей стандартной погрешностью и доверительными интервалами; (3) показатель, полученный из области между точками данных участника исследования и 25% линии предположения, используемый в качестве резервного индикатора стереоскопических показателей у участников исследования, данные которых не могут быть согласованы; и (4) оценка за задание на различение направлений по глубине, где оценка составляет от 6/6 (т.е. максимальная оценка) до 0/12 (т.е. оценка ниже вероятности угадывания, которая будет составлять 3/12).
[0107] Специалисту в данной области будет понятно, что способ, проиллюстрированный на фиг. 6A-6C и описанный выше, может использоваться с любым типом теста на стереоскопическое зрение. А именно, данные могут быть собраны на разных уровнях несоответствия, указывая на показатели пациента на каждом уровне. Затем данные могут быть согласованы с помощью логистической психометрической функции 602, как показано на фиг. 6, с помощью любой подходящей процедуры согласования, как рассмотрено в данном документе выше. Собранные данные могут быть получены из рассматриваемого в данном документе теста на стереоскопическое зрение или из любого другого типа теста на стереоскопическое зрение, известного в данной области. Такой анализ может обеспечить возможность сбора более точных данных от пациентов с помощью новых и традиционных способов тестирования.
[0108] Описанные в данном документе системы и способы могут быть дополнительно расширены для выполнения измерений способности к стереоскопическому зрению в различных местоположениях поля зрения. Это могло бы служить диагностическим инструментом для болезней, которые вызывают локальную потерю чувствительности к несоответствию. Например, условия, влияющие на сетчатку одного глаза, не позволят участнику исследования использовать информацию о несоответствии в пораженном месте. Это может обеспечить возможность распознавания деформаций сетчатки на более ранней стадии, чем это было бы возможно в других случаях.
[0109] Как рассмотрено выше, в настоящем изобретении измеряется способность пациента определять глубину на основе несоответствия в изображениях. Восприятие глубины на основе несоответствия требует совместимых входных сигналов от соответствующих участков сетчатки обоих глаз. Когда заболевание сетчатки ухудшает качество работы одного глаза (или иным образом приводит к тому, что он больше не соответствует работе другого глаза), это снижает остроту стереоскопического зрения в месте ухудшения. Таким образом примеры заболеваний, которые могут нанести вред сетчатке, включают дегенерацию желтого пятна, глаукому и диабетическую ретинопатию. Надлежащему лечению этих заболеваний помогает как раннее выявление, так и возможность следить за течением заболевания. В современной клинической практике нормальное состояние разных участков поля зрения можно оценить различными способами. К ним относятся сетка Амслера, где пациенту показывают квадратную сетку, и его просят сообщить о любых отклонениях в ее внешнем виде. Предпочтительная периметрия повышенной остроты зрения работает по аналогичному принципу: пациенту показывают ряд точек и просят указать любые отклонения от прямой линии. Оба этих теста основываются на субъективном отчете пациента о своем визуальном восприятии. Существуют также тесты поля зрения, в которых пациенту показывают цели (мигающий световой сигнал или другие стимулы с яркостным контрастом) в разных местоположениях его поля зрения и оценивают его способность обнаруживать цели в каждом местоположении. Эти тесты не будут идентифицировать случаи, когда восприятие является видимым, но искаженным или когда более поздние области мозга "сенсорно заполняют" искаженный или невосприимчивый участок. Кроме того, каждый глаз должен быть протестирован отдельно.
[0110] В способах согласно настоящему изобретению используется чувствительность к бинокулярному несоответствию для идентификации участков поля зрения, в которых острота стереоскопического зрения значительно хуже ожидаемой при нормальном здоровом бинокулярном зрении. Это может указывать на то, что аномалия сетчатки в одном или обоих глазах влияет на зрение в этом местоположении. Поскольку позиционные сдвиги, которые приводят к восприятию глубины, могут быть очень небольшими, тест авторов настоящего изобретения должен быть чувствителен к относительно незначительным изменениям сетчатки, которые искажают эти сдвиги. Представленные способы основаны на оптимальном алгоритме тестирования исследуемых областей в поле зрения за короткий промежуток времени. Преимущество данного теста также состоит в том, что оба глаза тестируют одновременно, дополнительно сокращая время, необходимое для определения того, требуется ли пациенту дальнейшее обследование. Полученная карта чувствительности в пределах поля зрения не зависит от предоставления пациентом отчета о том, где он видит аномальное восприятие. Вместе с тем, это более объективный тест его способности видеть стереоскопическое несоответствие в каждом местоположении.
[0111] Тестирование способности к стереоскопическому зрению в поле зрения может проводиться с единственным несоответствием после установления того, что участник исследования способен надежно обнаружить это несоответствие в исходном тесте. В одном варианте осуществления цели могут представлять собой диски, представленные в десяти местоположениях вокруг точки фиксации. В каждом испытании участнику исследования может быть показано от одного до четырех дисков. Участник исследования может ответить, указав количество дисков, которые он видит. Затем алгоритм минимизации энтропии может просчитать, какие диски участник исследования постоянно не учитывает от испытания к испытанию. Это позволяет программе сосредоточиться на этих местоположениях (т.е. местоположениях, где есть предполагаемый дефект) для дальнейшего тестирования.
[0112] В некоторых вариантах осуществления системы и способы, которые измеряют способность к стереоскопическому зрению в различных местоположениях, могут использоваться для измерения дегенерации желтого пятна, диабетической ретинопатии или других состояний, которые вызывают асимметричное ухудшение состояния глаз.
[0113] В некоторых вариантах осуществления тестирование в поле зрения может проводиться при множественных несоответствиях. Например, весь способ тестирования с использованием дисков, описанный выше, может выполняться при множественных несоответствиях. Такое тестирование может определить несоответствие, которое пациент способен распознать в каждом местоположении в поле зрения. Соответственно, это может позволить составить карту способности к стереоскопическому зрению. Эта карта может обеспечить возможность выявления слабых мест, где вероятно могла произойти дегенерация. В некоторых вариантах осуществления тестирование в поле зрения может проводиться при одном несоответствии. Такое тестирование может включать другие варианты, например, в размере целей или продолжительности времени, в течение которого цели отображаются. Эти тесты могут также позволять устанавливать пороговые значения возможности на различных участках. Соответственно, представленные системы и способы могут не только обеспечивать возможность идентификации слабых/сильных мест, но также могут обеспечивать возможность измерения этих слабых/сильных мест для различных областей в поле зрения глаза.
[0114] В некоторых вариантах осуществления тесты могут определять область, в которой глаза имеют разные значения силы. Это может указывать на то, что один глаз поврежден/травмирован/находится в ухудшенном состоянии в этом местоположении. Тест может показывать, какой глаз находится в ухудшенном состоянии, или могут использоваться другие процедуры визуализации или тестирования для определения того, какой глаз находится в ухудшенном состоянии.
[0115] На фиг. 7 представлен иллюстративный вариант осуществления вычислительного устройства 700 для реализации способа 100, описанного выше со ссылкой на фиг. 1. Вычислительное устройство 700 содержит блок 702 обработки данных и запоминающее устройство 704, в котором хранятся исполняемые компьютером команды 706. Блок 702 обработки данных может содержать любые подходящие устройства, выполненные с возможностью инициирования выполнения ряда этапов таким образом, чтобы команды 706 при выполнении вычислительным устройством 700 или другим программируемым приспособлением, могли инициировать исполнение функций/действий/этапов, указанных в способе, описанном в данном документе. Блок 702 обработки данных может содержать, например, любой тип микропроцессора или микроконтроллера общего назначения, процессор обработки цифровых сигналов (digital signal processing, DSP), CPU, интегральную схему, программируемую логическую интегральную схему (field programmable gate array, FPGA), перестраиваемый процессор, другие соответствующим образом запрограммированные или программируемые логические схемы или любую их комбинацию.
[0116] Запоминающее устройство 704 может содержать любой подходящий известный или другой машиночитаемый носитель данных. Запоминающее устройство 704 может содержать энергонезависимый машиночитаемый носитель данных, например, но без ограничения, электронную, магнитную, оптическую, электромагнитную, инфракрасную или полупроводниковую систему, приспособление или устройство или любую подходящую комбинацию вышеуказанного. Запоминающее устройство 704 может содержать подходящую комбинацию любого типа компьютерного запоминающего устройства, которое расположено либо внутри, либо снаружи устройства, например, оперативное запоминающее устройство (random-access memory, RAM), постоянное запоминающее устройство (read-only memory, ROM), электрооптическое запоминающее устройство, магнитооптическое запоминающее устройство, стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (erasable programmable read-only memory, EPROM) и электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (electrically-erasable programmable read-only memory, EEPROM), ферроэлектрическое оперативное запоминающее устройство (Ferroelectric RAM, FRAM) или т.п. Запоминающее устройство 704 может содержать любые средства хранения (например, устройства), подходящие для хранения с возможностью извлечения машиночитаемых команд 706, выполняемых блоком 702 обработки данных.
[0117] Хотя на блок-схемах проиллюстрированы как группы дискретных компонентов, взаимодействующие друг с другом посредством отдельных соединений сигнала передачи данных, специалистам в данной области будет понятно, что настоящие варианты осуществления обеспечиваются комбинацией аппаратных и программных компонентов, причем некоторые компоненты реализуются посредством заданной функции или операции системы аппаратного обеспечения или программного обеспечения, и многие из проиллюстрированных путей данных реализуются посредством передачи данных в компьютерном приложении или операционной системе. Таким образом, проиллюстрированная структура предусмотрена для эффективности изложения идеи настоящего варианта осуществления.
[0118] На фиг. 14 проиллюстрирован альтернативный вариант осуществления визуального стимула, который может использовать любую из форм, раскрытых выше. В частности, этот визуальный стимул может использовать кольцевые точки или точки произвольной формы, такие как те, что проиллюстрированы на фиг. 11-12.
[0119] Кольцевые точки, такие как те, что изображены на фиг. 11A-11B, могут использоваться в разновидности стереотеста. В тесте на различные стимулы субъекту могут быть представлены четыре кольца, используя дихоптическое представление, проиллюстрированное на фиг. 14. "Изображение для левого глаза" может быть представлено левому глазу, а "изображение для правого глаза" может быть представлено правому глазу. Это можно сделать с помощью двух экранов, с помощью специализированных очков, как описано выше, или с помощью любых других средств, известных в данной области. Положения колец могут быть сдвинуты, чтобы представить их в стереоскопическом несоответствии. Оба изображения могут включать узорчатое кольцо, окружающее кольца стимулов, для которого может быть установлено нулевое несоответствие. Узорчатое кольцо может определять плоскость отсчета. Пациенту, наблюдающему за кольцами, может быть поставлена задача определить, какое кольцо находится в плоскости глубины, отличной относительно других колец. В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг. 14, целью может быть крайнее левое кольцо. Точки произвольной формы, такие как те, что проиллюстрированы на фиг. 12A-12C, также могут использоваться в этом стереотесте.
[0120] Этот стереотест можно использовать для исследования вопросов, которые сложно исследовать с помощью точек, описанных выше. Например, кольцевые точки могут быть созданы на экране меньшего размера, чем это необходимо для стереотеста со случайными точками. Также, соответствие между кольцами, которые видны двумя глазами, может быть менее неоднозначным, чем в случае случайных точечных стимулов. Процедура измерения, такая как ступенчатые алгоритмы, и анализ, например согласование и компенсационная обратная связь для получения доверительных интервалов, могут быть подобны тем, которые используются в версии со случайными точками.
[0121] Рассмотренные выше способы и системы могут представлять ряд преимуществ. В частности, они могут предотвращать недобросовестное выполнение тестов на стереоскопическое зрение. Как рассмотрено выше, тесты со случайными точками могут включать множество точек, которые в основном одинаковы для двух глаз, но которые включают небольшой процент точек, которые смещены. Более того, точки могут иметь размытые края. Подобным образом описанные выше кольца имеют нечеткие края и яркость, которая в среднем равна нулю. Соответственно, как в тесте со случайными точками, так и в тесте с кольцами пациенту может быть трудно распознать целевой ответ с помощью иных средств, которые не относятся к стереоскопическому зрению. Следовательно, пациенты, у которых нет стереоскопического зрения, ответят неправильно, в то время как пациенты, у которых есть стереоскопическое зрение, ответят правильно. Это может помешать тесту выдавать ложноотрицательные или ложноположительные результаты и сделать его более точным. Это также может сделать тесты более ценными для приложений телемедицины или скрининга, когда медицинский работник или другой оператор не контролирует тестирование. Это может увеличить число пациентов, для которых можно использовать тесты.
[0122] Более того, раскрытые в данном документе способы и системы могут быть более подходящими для пациентов с низкой остротой зрения, чем традиционные системы и способы. Как показано на фиг. 4A-4F, пациент с низкой остротой зрения ощущает меньше неточностей при просмотре изображения с пространственно отфильтрованными точками, чем при просмотре изображения с резкими краями. Поскольку края пространственно отфильтрованных точек уже размыты, пациенту не причиняет неудобства потеря высокочастотной информации. Это может позволить использовать их у пациентов с низкой остротой зрения без необходимости в коррекции или компенсации низкой остроты зрения. Это может увеличить количество потенциальных пациентов, для которых могут использоваться данные системы и способы, и/или позволить их использовать без дополнительных этапов для коррекции остроты зрения. Ограниченные полосой пропускания свойства точек дополнительно открывают возможность тестирования в диапазоне "пиковых" пространственных частот для оценки стереоскопического зрения в различных пространственных масштабах.
[0123] Более того, раскрытые в данном документе способы и системы могут обеспечить возможность перемещения элементов визуальных стимулов с приращениями субпикселей. Это может обеспечить возможность проведения более точных измерений стереофункции. В частности, это может обеспечить возможность идентификации момента, в котором пациент переходит от способности видеть стереоскопически к неспособности видеть стереоскопически. Раскрытые в данном документе способы анализа могут дополнительно обеспечивать возможность проведения таких точных измерений при различных обстоятельствах с помощью различных тестов.
[0124] Следует отметить, что настоящее изобретение может быть осуществлено как способ, может быть осуществлено в системе и/или на машиночитаемом носителе. Описанные выше варианты осуществления настоящего изобретения предназначены только в качестве примера. Следовательно, предполагается, что объем настоящего изобретения ограничен исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения.