技术领域
[0001] 本
发明属于视觉神经领域，尤其是一种测量人眼神经对比敏感度的方法。
背景技术
[0002] 人类视觉系统
感知外部世界通过两个阶段，一个阶段是眼睛的光学系统将外部世界成像在
视网膜上；另一个阶段是视网膜的感光细胞接收到光信息，经过视神经将信息传递到大脑的视觉中枢。人眼的神经全视觉对比敏感度函数(Neural Contrast Sensitivity Function，NCSF)是反映视网膜到大脑视神经系统潜在视功能的物理量，它是眼疾研究的一个重要评价指标。1965年，Campbell和Green开始利用激光
干涉法测定神经全视觉对比敏感度函数。Williams(1985年)和Banks(1987年)对激光干涉法进一步改进，并通过神经全视觉对比敏感度函数来评价神经因素导致视觉
质量下降的程度。
[0003] 我国的神经全视觉对比敏感度函数的研究起步也较早。1984年，金成鹏和陈氏苏已经开始设计并初步利用激光干涉法测量视网膜功能，随后，周炜(1986年)、曾碧新(1995年)、李金海(1995年)、金晨晖(2004年)和金成鹏(2005年)等人将设计仪器应用于眼科临床，并根据眼部
疾病给出具体的研究成果。虽然激光干涉测量的方法避开了人眼光学介质的影响，使得测量结果几乎不受眼睛光学系统性能的影响，但是其存在以下问题：激光干涉法只能测量某种特定
波长下的单色光，无法在同一系统下获得不同单色光和白光的传输特性，不具有测试的灵活性；激光干涉法不能够测量时间
频率下的神经全视觉对比敏感度函数；此外，激光干涉的测量方法还会产生相干噪声和散斑等现象，影响了测量
精度。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于克服
现有技术的不足，提供一种高空间频率、高精度且在同一系统下能够获得不同单色光和白光传输特性的测量人眼神经对比敏感度的方法。
[0005] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006] 一种测量人眼神经对比敏感度的方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1：采用波前像差仪采集单色光波前像差数据，并计算各单色光下和白色光下的调制传递函数MTF；
[0008] 步骤2：构建全视觉对比敏感度函数测试系统并对人眼进行全视觉对比敏感度测试得到全视觉对比敏感度函数CSF；
[0009] 步骤3：根据步骤1得到的调制传递函数MTF和步骤2得到的全视觉对比敏感度函数CSF，按下式计算得到人眼神经对比敏感度NCSF：
[0010] NCSF＝CSF/MTF。
[0011] 而且，所述的单色光下的调制传递函数的计算方法如下：
[0012] 由波前像差仪测得人眼在单色光下的波前像差数据，根据下式计算人眼的平移量B：
[0013] D(λ)＝B+0.04590λ-5.74×10-5λ2+2.57×10-8λ3
[0014] 上式中，D是离焦量，λ是波长，B是平移量；其中，离焦量D通过如下关系计算得到：
[0015]
[0016] 上式中， 是Zernike离焦项系数，R是人眼的瞳孔半径；
[0017] 通过上述两个公式即可获得这个人眼的平移量B；
[0018] 通过带入F、D、C三个波长的波长值计算出相应波长下的人眼 系数，而Zernike离焦项系数使用测量波长下的数值，从而得到F、D、C三个波长下的波前像差W(x，y)；
[0019] 分别取F、D、C三个波长并通过下式计算得到F、D、C三个波长下的光学传递函数OTF：
[0020]
[0021] 其中，spupil是瞳孔面积，di是出瞳到视网膜的距离，fx和fy分别是沿x轴和y轴的空间频率，P(x，y)为人眼的光瞳函数；
[0022] 然后利用下式分别计算得到F、D、C三个波长下的调制传递函数MTF：
[0023] MTF＝|OTF|；
[0024] 所述的白光下的调制传递函数的计算方法如下：
[0025] 由各单色光下的调制传递函数数据通过加权平均的方法计算白光下的调制传递函数，根据F、D、C三个波长下的光学传递函数，根据下式
[0026]
[0027] 计算得到白光下的光学传递函数，进而获得白光下的人眼的调制传递函数为：
[0028] MTFwhite＝|OTFwhite|。
[0029] 而且，所述步骤2构建全视觉对比敏感度函数测试系统包括使被试者人眼位于观察
位置步骤，在显示器上显示测试界面并向被试者显示视标步骤，以及对测试系统定标的步骤。
[0030] 而且，所述步骤2对人眼进行全视觉对比敏感度测试得到全视觉对比敏感度函数CSF的方法是：运用主观
心理物理学的方法，对测试者进行单色的或白光下的全视觉对比敏感度测试，在同一空间频率下逐渐减小视标的
对比度，直至被测者不能分辨，则将此时的对比度
阈值的倒数作为此空间频率下的全视觉对比敏感度函数CSF。
[0031] 而且，所述的视标为正弦条纹视标。
[0032] 而且，所述的视标为静态视标或移动视标。
[0033] 而且，所述的视标包括不同空间频率和不同对比度的视标。
[0034] 本发明的优点和积极效果是：
[0035] 1、本测量方法采用了由调制传递函数和全视觉对比敏感度函数来计算神经全视觉对比敏感度函数，克服了激光干涉测量方法只能测特定波长下的单色光的神经对比敏感度这一弊端，实现了在同一系统下测量各种波长及白光下的神经全视觉对比敏感度函数功能；由于视标条纹直接由显示器给出，消除了激光干涉法中相干噪声和激光散斑的影响，提高了测量的精度；同时，被检测视标可设置为移动视标，操作人员可以通过操作界面输入参数，实现视标以不同速度
水平移动，得到动态的人眼神经比敏感度函数，进而得到时间频率下的神经全视觉对比敏感度函数；由于本发明采用调制传递函数和全视觉对比敏感度函数来得到神经全视觉对比敏感度函数，本发明对于静止视标可以测量到空间频率高达48周/度(cycles/degree)的视标，对于移动视标，可以测量到高达30周/度(cycles/degree)的视标；通过对比敏感度测试系统的操作界面，可以设置不同空间频率、不同调制度的被检视标，被检视标多样化，操作人员通过人机操作界面输入指令可以方便的选取被检视标至显示器上对被试者进行测试，操作人员同时可以在显示器上看到被检测视标，能够及时判断被试者得检测结果是否正确，从而缩短检测时间，提高了测试效率；而且，被检测视标可以按需要设定，操作人员可以通过操作界面输入参数，随机选择，无规律，被试者难以凭记忆猜测视标，最大程度保证了测试的真实性。
[0036] 2、本测量方法由单色光下的波前像差数据计算各波长单色光的调制传递函数，能够实现由单一波长下的波前像差数据得到各单色光下的调制传递函数。
[0037] 3、本测量方法由各单色光下的调制传递函数数据通过加权平均的方法计算白光下的调制传递函数，可由波前像差仪的测试数据，得到白光下的调制传递函数。
[0038] 4、本测量方法以正弦条纹作为视标，这样可以充分反映出人眼对复杂目标的响应。
[0039] 5、本发明设计合理，实现了在同一系统下测量各种波长及白光下的神经全视觉对比敏感度函数功能，具有测量准确、精度高、测试灵活等特点。
附图说明
[0040] 图1是神经全视觉对比敏感度函数计算关系
流程图；
[0041] 图2是全视觉对比敏感度函数测试环境示意图；
[0043] 图4是全视觉对比敏感度测试系统的定标装置示意图。
具体实施方式
[0044] 以下结合附图对本发明
实施例做进一步详述。
[0045] 一种测量人眼神经对比敏感度的方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0046] 步骤1：采用Hartman-Shack波前像差仪采集单色光波前像差数据，并计算各单色光下和白色光下的调制传递函数MTF(modulation transfer function，MTF)；
[0047] 其中，单色光下的调制传递函数的计算方法如下：
[0048] 由波前像差仪测得人眼在单色光下的波前像差数据，根据下式
[0049] D(λ)＝B+0.04590λ-5.74×10-5λ2+2.57×10-8λ3 (1)[0050] 其中，D是离焦量，以屈光度(Diopter)为单位，λ是波长，以纳米(nm)为单位，B是平移量。由于不同的个体眼的平移量有所不同，需要通过计算个体眼的离焦量确定。离焦量与波前像差Zernike系数的关系如下式：
[0051]
[0052] 其中 是Zernike多项式的离焦项系数，R是人眼的瞳孔半径。这样通过系统在波长测量波长下测得的 系数和相应条件下的瞳孔半径，利用公式(2)可以计算出人眼的离焦量。再通过公式(1)，可以获得这个人眼的平移量B。这样通过带入不同的波长值，就可以计算出任意可见光波长下的人眼 系数，而其它项的Zernike系数沿用测量波长下的数值，从而得到任意可见光波长下的波前像差W(x，y)。
[0053] 人眼的光瞳函数的表达式为：
[0054]
[0055] 其中p(x，y)是振幅透过率函数，其定义如下：
[0056]
[0057] 其中r是出瞳半径。光学传递函数(Optical Transfer Function，OTF)是评价光学系统成像质量的主要参量，包含了系统的
相位和振幅的全部信息。它可由光瞳函数的归一化自相关得到：
[0058]
[0059] 其中，spupil是瞳孔面积，di是出瞳到视网膜的距离，fx和fy分别是沿x轴和y轴的空间频率。最后利用调制传递函数是光学传递函数的模，得到：
[0060] MTF＝|OTF| (6)
[0061] 如果(1)式中的波长分别取为F、D、C三个波长，则根据上述方法，可计算出F、D、C三个波长下的MTF。
[0062] 白色光下的调制传递函数的计算方法如下：
[0063] 由各单色光下的调制传递函数数据通过加权平均的方法计算白光下的调制传递函数，具体方法为：根据F、D、C三个波长下的光学传递函数，根据下式[0064]
[0065] 其中，OTFF、OTFD、OTFC分别代表F、D、C波长下的光学传递函数。最后可以获得白光下的人眼的调制传递函数为：
[0066] MTFwhite＝|OTFwhite| (8)
[0067] 步骤2：构建全视觉对比敏感度函数测试系统并对人眼进行全视觉对比敏感度测试得到全视觉对比敏感度函数CSF(Contrast Sensitivity Function，CSF)；
[0068] 构建全视觉对比敏感度函数测试系统的方法为：按照如图2所给出的测试环境，使被试者人眼放在观察位置处，视标在CRT(Cathode Ray Tube，
阴极射线管)显示器上显示。图3给出了在CRT显示器上显示的全视觉对比敏感度测试软件的测试界面，用于向被试者显示视标。通过控制软件可以选取不同空间频率、不同对比度的视标，将其显示在CRT显示器上。视标可以设置为不同的
颜色，既可以设置为静态视标，也可以设置为不同的运动速率，静态视标用于检测静态下的全视觉对比敏感度函数，对于静止视标可以测量到空间频率高达48周/度(cycles/degree)的视标，移动视标用于检测动态的全视觉对比敏感度函数，对于移动视标，可以测量到高达30周/度(cycles/degree)的视标。所选视标采用正弦条纹作为视标，这样可以反映出人眼对复杂目标的响应反映。
[0069] 对人眼进行全视觉测试检测人眼全视觉对比敏感度之前，需对测试系统进行定标，定标装置如图4所示，控制电脑中的
计算机程序通过控制显示器显示给定的
像素值，在显示器上显示出一个固定
亮度的圆形光斑，这个圆形光斑分别通过两个透镜L1和L2组成的光学系统形成一实像。在像面上安置一个精度为纳瓦量级的光电探测功率器，通过调整移动平移台，固定到最佳的成像位置，通过利用光功率计获得此像的光通量。最后，利用
色度学和
光度学的相关理论知识，可以计算出该像素值所对应显示亮度。
[0070] 在全视觉对比敏感度测试过程中，测试者与CRT显示视标的距离是6.27m，视场为0.62°，CRT显示输入的对比度值和实际获得的对比度值存在非线性的曲线关系，利用如图
4所示的定标装置对计算机设定像素值下的亮度值和实际给出的亮度值的关系曲线给予校准，可测量在不同色光和白光下的全视觉对比敏感度函数。
[0071] 在测试时，运用主观心理物理学的方法，对测试者进行单色的或白光下的CSF测试，在同一空间频率下逐渐减小正弦条纹的对比度，直至被测者不能分辨，则将此时的对比度阈值的倒数作为此空间频率下的全视觉对比敏感度函数CSF。
[0072] 步骤3：根据步骤1得到的调制传递函数MTF和步骤2得到的全视觉对比敏感度函数CSF后，按下式计算得到人眼神经对比敏感度NCSF：
[0073] NCSF＝CSF/MTF
[0074] 通过上述步骤即可实现测量人眼神经对比敏感度的功能。
[0075] 本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例。凡是根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
