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比较正规的买球软件科研栏目:评估市面上各种类型的老花眼眼镜
本站原创2022-10-30 13:16:25


视觉是人类理解和导航日常世界的主要交互模式之一。不幸的是,老化过程伴随着眼睛晶状体的硬化;最终的结果是,到了40多岁或50多岁时,大多数人都很难以清晰的焦点观察伸手可及的物体。这种住宿范围的缩小,称为老花眼,影响超过10亿人,并且随着人口老龄化将变得更加普遍。


虽然存在几种类型的眼镜和隐形眼镜来矫正老花眼,这些传统的修正形式在某种程度上都不尽如人意。双焦点镜片、渐进镜片和其他多焦点镜片会降低深度感知和边缘对比敏感度,增加跌倒受伤的风险;由于其他感官,例如前庭和躯体感觉系统,随着年龄的增长而退化,老年人更依赖视觉。此外,比较正规的买球软件研究人员在执行需要左右头部运动的任务时表现不佳并患有周边散光。阅读眼镜或电脑眼镜等单光眼镜避免了这些问题,但人们经常避免使用它们,因为携带多副眼镜不便,或者更糟糕的是,忘记了另一副。最后,与双光眼镜和单光眼镜相比,单视和同时视接触在视力、立体视力和近距离任务表现等指标上有所不足。


这些方法的共同点是,它们使用固定焦点元件来接近曾经由佩戴者眼睛中的柔性晶状体实现的视力。这表明,一种更自然的老花眼疗法要么恢复晶状体的柔韧性,要么使用某种形式的焦距可调镜片元件。旨在降低晶状体硬度或用可调节的人工晶状体代替它的手术方法是研究的活跃领域。然而,除了进行侵入性手术的风险之外,这些手术方法主要是实验性的,尚未证明长期可靠性。


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或者,也可以将焦点可调元件放置在眼睛之外。可调焦透镜的早期实现是Alvarez透镜,它使一对互补的立方相位板相对于彼此移动以改变光功率。从那时起,人们一直在努力开发用于老花眼矫正的宽视场焦点可调光学器件。这些建议有多种形式,包括用于眼镜和隐形眼镜的液体和液晶镜片。大型镜头的大部分工作的重点通常涉及提高镜头的光学质量、速度、视野、重量、功耗和焦距范围。有些人走得更远,将这些可调焦镜片整合到眼镜中。虽然其中许多需要某种形式的手动控制,但Hasan等人。采用单像素飞行时间深度传感器,可根据佩戴者正前方的物体自动更新镜片。


然而,请注意,当老花眼佩戴时,这些可调焦矫正器均未经过经验评估或验证,优于传统的固定焦距矫正方法。此外,这些解决方案都没有,包括Hasan等人的解决方案。,真正捕捉到年轻人习惯的适应行为:只需环顾四周,即可无缝调整焦点。虽然深度传感器是一个重要步骤,但它仍然需要佩戴者移动他们的头部,而不是他们的眼睛,以固定在物体上。在涉及透明或移动物体的情况下,它也有功能上的缺点,例如当透过窗户看或在有人经过的情况下阅读标志时。更自然的解决方案是眼动追踪,由于虚拟现实系统的需求,最近在尺寸和功率方面取得了进展。目前的VR存在辐辏-调节冲突,这种情况的根源是由固定焦距引起的,很像老花眼,并且已经在焦距可调镜头中找到了潜在的解决方案.新兴的VR显示器利用眼动追踪来自动调整这些镜头并更新虚拟屏幕距离。


我们的主要目标是对可调焦眼镜作为老花眼矫正方法进行评估。为此,我们设计并构建了一个包含电子控制液体镜片的可穿戴原型;宽视场立体深度相机;并且,与以前的方法不同的是,双目眼动追踪。这种“自动对焦”系统能够根据眼动仪的输入自动调整液体镜片的焦度。然而,即使是每个眼动仪中0.5°的注视方向误差,也足以感知锐度的变化。因此,我们设计了一种包含深度相机的自定义传感器融合算法;深度作为额外的信息流来不断调整眼动追踪中的错误。


使用我们的系统,我们发现焦点可调眼镜在一系列指标上平均优于传统的矫正形式。根据距离,它们在视敏度和对比敏感度方面优于或媲美渐进式和单视;佩戴自动对焦的用户还可以更快、更准确地完成重新对焦任务。与之前提出的深度跟踪解决方案相比,用户对我们的眼动追踪自动对焦表示出明显的偏好,这表明选择用于调整镜片度数的技术可能会对最终用户对可调焦眼镜的接受度产生重大影响。


随着人类年龄的增长,由于晶状体的硬化,他们逐渐失去了适应或重新聚焦到近距离的能力。这种被称为老花眼的情况影响着全世界近20%的人。我们设计并构建了一种新的老花眼矫正器,自动对焦,以从外部模拟自然调节反应,结合眼动仪和深度传感器数据来自动驱动可调焦镜片。我们评估了19位用户的视力、对比敏感度和重新聚焦任务。与单视和渐进镜片相比,自动对焦表现出更好的视力,同时保持相似的对比敏感度。在重新对焦任务中,自动对焦更快,并且与渐进式相比,也明显更准确。在另一项研究中,37位用户中有23位将自动对焦列为最容易重新对焦的矫正。我们的工作证明了自动对焦优于目前的老花眼矫正形式,并可能影响数百万人的生活。


在将我们的自动对焦原型的性能与传统形式的校正进行比较时,我们专注于几个关键指标:视力、对比敏感度和重新对焦任务性能以及自然观看条件下的一般偏好。请注意,实验条件,例如焦距可调镜头控制算法,在指标上略有不同。为了确定要使用的正确偏移镜片,用户要么提供他们当前的处方,要么我们使用GrandSeikoWAM-5500自动折射仪对其进行测量,然后手动进一步细化球面偏移。


老花眼,一个近乎普遍存在的老年问题,仍然没有一个理想的解决方案。新兴的眼动追踪和可调焦镜片技术显示出前景,并可能使矫正眼镜接近自然调节的理想状态。为此,我们设计并构建了一个自动对焦系统,用于评估凝视条件老视矫正的功效。我们表明,我们的自动对焦原型在多个指标上通常优于传统的校正形式,尽管只是早期实施。此外,用户认为眼动追踪自动对焦优于其他形式的校正,以便于重新对焦。


尽管佩戴者仍然可以感知到重新对焦动作,但由于眼跳抑制,自然调节反应可能会被忽视,但这种对自动对焦眼镜的偏好仍然存在。在我们的自动对焦系统中,这种延迟是控制机制所固有的。只有在佩戴者注视物体后才能估计注视距离;因此,解决方案是在眼跳结束之前预测他们的眼睛将落在什么物体上。


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随着眼动仪和自动对焦的其他组成部分的改进,自动对焦将获得好处。例如,如果可调焦镜片扩展到支持足够大的范围,那么除了老花眼外,还可以矫正近视和远视;对处方的任何更改都可以在软件中更新,随着老花眼的增加,无需购买新镜片。此外,虽然我们的测量验证了当前可调焦镜片的光学质量、速度、尺寸和焦距范围足以用于眼镜,但它们需要做得更轻,也许使用衍射液晶镜片。此外,镜片和眼动仪都会增加功耗。


传统的视力矫正是被动的,而可调焦镜片和眼动仪都需要电池。为了优化功耗,仅需要功率来改变焦点的可调焦镜头可能比需要恒定电流输入以保持非零镜头功率的镜头更好。降低眼动追踪所需的功率是一个活跃的研究领域。随着眼动追踪技术的成熟和变得更加准确,额外的深度摄像头可能会过时,从而进一步降低功耗。


尽管有功率要求和仍然存在的工程挑战,但我们的研究表明,向数字眼镜的范式转变是有价值的,其好处不仅限于老花眼矫正。起初似乎是一个缺点,需要电池,实际上为更多功能打开了大门。由于电源的存在,可以结合其他不限于深度感测的传感器,例如低功率惯性测量单元。IMU可用于检测姿势并在跌倒时寻求帮助,或跟踪姿势不稳定性的增加,以检测包括帕金森病在内的多种疾病的发作。Autofocals在我们指标上的改进性能已经对提高现实世界的任务表现和生活质量产生了重要影响;有了额外的传感器,数字眼镜可以成为一个先进的健康和幸福感测和监测平台——就像早上戴上眼镜一样容易使用。




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