一种群体视觉活动最优视野光敏感性指标筛选系统及方法

技术领域

本发明涉及视野光敏感性指标筛选领域，特别是针对教室健康高效照明环境中对学生群体视觉活动影响最密切的最优视野光敏感性指标筛选方法。

背景技术

视网膜光敏感性是人眼对光刺激感知的能力体现。通过不同范围的视野检查可以获取各个区域的视网膜光敏感性。平均光敏感性MS和模式标准偏差PSD对舒适度、视觉作业效率等视知觉表现具有显著影响。然而，全方位的视野检查耗时较长，容易导致被测人员的疲劳，并且诸多视野生理指标与视知觉表现的影响关系复杂。如果要提取某一特定群体特征用于优化照明设计时，不仅需要大样本的测试量，众多光敏感性评价指标的换算也将导致测试的时间成本较高。前人在不断探究提高视野结果准确性的同时缩短视野检查时间的方法，但现有的视野研究与应用方法仍主要针对于医疗领域，缺乏对特定群体和日常视看功能的关注。

目前与本申请最接近的现有专利及论文如下：

1)一种基于视野检查报告的数据处理方法、装置及设备(110619332B)，该发明专利提供了一种视野计检测结果的数据处理方法。对视野检查中获取的光敏感度数据、模式偏差数值和模式偏差概率数据分别进行了卷积神经网络训练以得到对应的训练分值，进而进行权值计算得到分类结果。

该发明通过将报告的图像结果进行数据量化和单值化处理，能够更加充分的挖掘和利用视野检查报告提供的信息，有利于提高所获取的分类结果的准确度，并提高视野数据分析人员的判断效率。该发明的主要内容针对中心视野区域，未包含外周视野的处理。数据处理方法的应用场景设置为医疗评估，但仅涉及眼部生理水平的判定而未涉及视觉功能表现，从而无法评估生理水平的下降对视看功能的影响。

2)视野检查装置、视野检查装置的控制方法以及视野检查程序(111867444A)，该发明提供了一种在不影响检查值精确度的情况下缩短视野检查时间的装置和程序。通过概率密度函数的参数范围来设定刺激阈值，进而迭代发展以迅速调整，从而快速得到符合偏差要求的标准值。

该发明通过基于同类人群的大数据来决定被检测者的检查条件的方法，以第一次检查结果来决定结束检查的收敛值，从而实现快速收敛。应用该发明可以缩短一个种类的视野检查的所需的时间，同时检查的准确度未出现明显下降。该发明提供了对视野检查本身的时间成本的一种优化思路，但其优化功能作用于刺激阈值和刺激呈现次数，未对关联度最高的视野区域进行甄别。

3)检测视野缺损的方法及装置(110584588A)，该发明提出了一种新的检测视野缺损的方法及装置，用于辅助普通患者自行检测视野缺损。通过显示模块将标准图像与用户所测图像进行匹配，然后接收标准图像中特定区域的标注指示，并通过图像处理模块将特定区域放大并标识，从而识别缺损，使视野缺损患者能够顺利获取其视野内的所述信息。同时能够提供一种补偿视野缺损的方法，根据早期缺损情况可以将缺损区域的信息压缩到能够看清的周边视野区域，从而保障被测试者能够获取视野内的全部信息。

该发明开发的视野缺损检测方法和装置可以削减视野检查成本，并且不需要专业人员协助，可以实现普通用户自行标注看不清或看不见的视野区域完成自我检测，便于发现早期缺损情况。该方法也能够帮助视野缺损患者看到原本因落入其视野缺损区域而无法看到的信息，从而方便患者的日常生活。该发明提供用户自测试的方法以缩短测试时间并针对性补偿视野缺损，但较高的个体适应性无法适应公共环境中需要关注的群体水平。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种对健康高效教室照明环境目标影响最密切的视网膜光敏感性指标筛选系统和方法，本发明在明确视野生理水平对人工光环境下的视知觉表现具有显著影响的前提下，通过视野各区域视网膜光敏感性测试，建立目标建筑空间主要使用人群的群体性视野生理特征，并对视知觉感受与效率实验结果进行三级分析筛选，从而明确对特定人群在教室典型行为模式下的视知觉表现具有最高解释性的视网膜光敏感性指标。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种群体视觉活动最优视野光敏感性指标筛选系统，包括特征提取模块、典型行为提取模块、主观感受评价模块、视知觉效率模块和最优视野指标筛选模块；

所述特征提取模块，通过对教室的目标使用群体进行若干人次的中心视野抽样检测；并提取目标使用群体的平均视网膜光敏感度和模式标准偏差；建立教室目标使用群体的视野生理特征数据库；

所述典型行为提取模块，通过对既有教室的实地问卷调研和拍照提取了小学、中学、大学教室内目标使用群体进行视觉作业的典型行为模式，建立典型行为模式数据库；

所述主观感受评价模块，通过对参加过中心视野抽样检测的目标使用群体进行主观感受评价实验，目标使用群体在教室内的每种典型行为模式下进行文字阅读1分钟后对相应典型行为模式的主观感受进行评价，每种典型行为模式之间确保1分钟以上的休息时间，完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下目标使用群体的主观感受评价数据库；

所述视知觉效率模块，通过对参加过中心视野抽样检测的目标使用群体进行视知觉效率实验，视知觉效率实验包括心算任务和校字任务；目标使用群体在教室中且以每种典型行为模式分别进行心算任务和校字任务1分钟时间；完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下目标使用群体的视知觉效率数据库；

所述最优视野指标筛选模块，通过调用视野生理特征数据库分别与主观感受评价数据库和视知觉效率数据库进行Wilcoxon检验，以获得与主观感受评价和视知觉效率实验结果具有线性关系的视野生理特征指标并记作优选视野指标，最后对优选视野指标的线性分析拟合优度指标进行排序，得到线性分析拟合优度指标数值最大的优选视野指标即为最优视野指标。

进一步的，典型行为模式包括桌面状态、黑板状态、投影幕布状态、终端屏幕状态、桌面-黑板转换状态、桌面-投影幕布转换状态、黑板-投影幕布转换状态、桌面-终端屏幕转换状态、黑板-终端屏幕转换状态、多媒体教室状态。

进一步的，中心视野抽样检测的测试设备为自动视野计，自动视野计测试空间的平均背景照度为10lux，依次分别测试10°、30°、60°偏心的视网膜光敏感度的视野静态阈值，阈值检测模式分别为T10-2、T30-2、T60-4，对应测试点位数量分别为68、76和76；视觉刺激点的亮度范围为0.08asb-10000asb，出现持续时间为200ms，视野计本身背景测试亮度为10cd/m

进一步的，主观感受评价实验中的问卷采用李克特五度量表，问卷内容包括对应教室环境下每种典型行为模式的视觉舒适度和表观明度主观评价；标准题目内容为：

(1)“在当前教室环境下典型行为模式进行视觉作业时，您的视觉舒适度如何？”选项有：a、非常不舒服，b、不舒服，c、适中，d、舒服，e、非常舒服；

(2)“在当前教室环境下典型行为模式进行视觉作业时，您的视觉敏感感受如何？”选项有：a、非常昏暗，b、昏暗，c、适中，d、明亮，e、非常明亮。

进一步的，心算任务为两个两位数的100以内加法运算，以正确的题目数量占总题目数量的百分比作为评判标准，其中每种典型行为模式下总题目数量为100题；校字任务为安菲莫夫校字任务，采用标准实验范式，每8个字母校字为一组，具体是“A”,“B”,“C”,“E”,“H”,“K”,“A”,“X”的组合，不限制单个字母出现次数，要求参与者按照阅读顺序对照校字任务中的字母原表和字母题目表，并在不一致处划线，以正确的字母数占总字母数的百分比作为评判标准，每种典型行为模式下总字母数量为288个。

本发明还提供一种群体视觉活动最优视野光敏感性指标筛选方法，基于上述群体视觉活动最优视野光敏感性指标筛选系统，包括：

S1.对教室的目标使用群体进行中心视野的30人次抽样视野检测，测试设备为自动视野计，依次分别测试10°、30°、60°偏心的视网膜光敏感度的视野静态阈值，阈值检测模式分别为T10-2、T30-2、T60-4，对应测试点位数量分别为68、76和76；目标使用群体测试过程中眼位的固视位置和变化方向由红外线摄像头全程监测并自动跟踪；群体视野生理特征提取的视野测试评价指标分别为目标使用群体的平均视网膜光敏感度MS和模式标准偏差PSD；根据视网膜测试区域的划分，直接测量参量共6个，分别是MS

S2.通过对既有教室的实地问卷调研和拍照提取小学、中学、大学教室内目标使用群体进行视觉作业的典型行为模式，并建立典型行为模式数据库；

S3.确定主观感受评价实验的受试者为参加过中心视野抽样检测的目标使用群体并满足3h以上的休息时间，主观感受评价问卷采用李克特五度量表，该实验受试者在教室内的每种典型行为模式下进行文字阅读1分钟后对相应典型行为模式的主观感受进行评价，每种典型行为模式之间确保1分钟以上的休息时间，完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下受试者的主观感受评价数据库；

S4.确定视知觉效率实验的受试者为参加过中心视野抽样检测的目标使用群体并满足3h以上的休息时间，视知觉效率实验包括心算任务和校字任务；

心算任务为两个两位数的100以内加法运算，以正确的题目数量占总题目数量的百分比作为评判标准，其中每种典型行为模式下总题目数量为100题；校字任务为安菲莫夫校字任务，采用标准实验范式，每8个字母校字为一组，具体是“A”,“B”,“C”,“E”,“H”,“K”,“A”,“X”的组合，不限制单个字母出现次数，要求参与者按照阅读顺序对照校字任务中的字母原表和字母题目表，并在不一致处划线，以正确的字母数占总字母数的百分比作为评判标准，每种典型行为模式下总字母数量为288个；

该实验受试者在教室中且以每种典型行为模式分别进行心算任务和校字任务1分钟时间；完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下目标使用群体的视知觉效率数据库；

S5.调用目标使用群体的视野生理特征数据库并分别与主观感受评价数据库和视知觉效率数据库进行Wilcoxon检验，分别筛选每种典型行为模式下对主观感受评价结果和视知觉效率实验结果产生显著影响的视野生理特征指标，包括直接测量参量和间接测量参量，其中Wilcoxon检验结果p＜0.05即表明产生显著影响；

逐次采用线性分析对每种典型行为模式下主观感受评价结果和视知觉效率实验结果与其具有显著影响关系的视野生理特征指标进行分析，获得与主观感受评价、视知觉效率实验结果具有显著线性关系的视野生理特征指标，并记作优选视野指标，其中线性分析检验结果p＜0.05即表明二者具有显著线性关系；

对优选视野指标的线性分析拟合优度指标R

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

1.挖掘潜在的公众群体视觉健康问题的社会意义；

随着社会快速发展导致用眼环境的不断改变，近视在内的眼睛损伤发病率不断增长，带来了巨大的公众视觉卫生健康风险。针对严重的视力缺陷形势，本发明提出的基于舒适、健康、高校照明环境设计目标的教室

空间使用人群的群体生理水平衡量方法与最优指标提取流程，一方面能够量化目标群体存在的视野缺损视觉健康问题，从而强化对目标人群视觉健康的认识和关注，并且可以为照明环境营造提出针对性性能优化，用于响应特定群体的视力缺陷以及缓解视觉健康风险和压力。此举提取的高解释度的单一指标，在建立特定视网膜区域对视知觉功能影响机制的基础上实现针对性性能评价，为公众视觉安全与健康提供有效支撑。

2.优选指标为实践测试和后续研究提供精简技术方法的应用意义；

本发明提出的与健康高效照明环境最密切的视野光敏感性指标筛选方法能够优化流程，节省时间成本和人力成本。通过小范围的视野指标信息可以获得更大范围的信息，不仅在群体性针对设计的过程中可以最大程度上减少额外的测试时间和被试的疲劳程度，还能将教室内典型行为与相关的视野区域建立映射用于后续研究与实践，并细化视野不同区域对应的优势视知觉功能。

3.以用户视知觉为导向的课堂照明环境性能提升的经济意义；

由于视觉健康问题已成为现今突出的公共健康问题，视觉健康产业正蓬勃发展，健康、高性能照明产品处于快速上升通道。本发明提出的方法可以为特定人群在不同功能场景下的灯光设计提供重要依据，践行并推动照明环境营造产品从“看得见”向“看得清”和“看的久”发展。高性能、更健康的课堂照明环境设计方法不仅使整体照明产品更具市场竞争力，也将推动室内照明产业进一步规范，促进产业良性发展。

4.本发明不仅用于量化潜在的公众视觉健康风险，并且可以有针对性的提升教室照明质量，促进健康、舒适、高效、节能的绿色健康建筑目标，同时帮助简化和细化人群针对性照明设计的检测流程，降低时间和人员成本。

5.本发明提供一种目标群体视野生理特征测试流程，获取待测试目标群体的视网膜光敏感性生理特征，并根据教室空间功能和学生使用人群的年龄特征在本发明提供的视觉作业典型行为模式数据库中提取待测试群体在该建筑空间内的典型行为模式。继而，在典型行为模式下，对完成视野生理特征测试的群体抽样进行主观感受评价实验和视知觉效率实验，并分别建立典型行为模式下该群体的主观感受评价和视知觉表现样本数据库。最后，通过三级筛选(差异性分析、线性分析、遴选拟合优度)获得对该群体影响最密切的视野光敏感性指标，即最优视野指标，从而实现该群体最优视野指标的筛选。

附图说明

图1是本发明最优视野光敏感性指标筛选方法的流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例提供一种群体视觉活动最优视野光敏感性指标筛选系统，包括特征提取模块、典型行为提取模块、主观感受评价模块、视知觉效率模块和最优视野指标筛选模块；

特征提取模块，通过对教室的目标使用群体进行若干人次的中心视野抽样检测；并提取目标使用群体的平均视网膜光敏感度和模式标准偏差；建立教室目标使用群体的视野生理特征数据库；

典型行为提取模块，通过对既有教室的实地问卷调研和拍照提取了小学、中学、大学教室内目标使用群体进行视觉作业的典型行为模式，建立典型行为模式数据库；

主观感受评价模块，通过对参加过中心视野抽样检测的目标使用群体进行主观感受评价实验，目标使用群体在教室内的每种典型行为模式下进行文字阅读1分钟后对相应典型行为模式的主观感受进行评价，每种典型行为模式之间确保1分钟以上的休息时间，完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下目标使用群体的主观感受评价数据库；

视知觉效率模块，通过对参加过中心视野抽样检测的目标使用群体进行视知觉效率实验，视知觉效率实验包括心算任务和校字任务；目标使用群体在教室中且以每种典型行为模式分别进行心算任务和校字任务1分钟时间；完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下目标使用群体的视知觉效率数据库；

最优视野指标筛选模块，通过调用视野生理特征数据库分别与主观感受评价数据库和视知觉效率数据库进行Wilcoxon检验，以获得与主观感受评价和视知觉效率实验结果具有线性关系的视野生理特征指标并记作优选视野指标，最后对优选视野指标的线性分析拟合优度指标进行排序，得到线性分析拟合优度指标数值最大的优选视野指标即为最优视野指标。

具体的，如图1所示，基于上述指标筛选系统，本实施例提供一种教室健康高效照明环境中对学生群体影响最密切的最优视野光敏感性指标筛选方法，具体如下：

S1.对教室的目标使用群体进行中心视野的30人次抽样视野检测。本实施例中测试设备选用重庆艾尔曦医疗设备有限公司生产的IVS201-A自动视野计，自动视野计测试空间的平均背景照度为10lux，并且在测试全程需保持测试空间环境的稳定。依次分别测试10°、30°、60°偏心的视网膜光敏感度的视野静态阈值，阈值检测模式分别为T10-2、T30-2、T60-4，对应测试点位数量分别为68、76和76。视觉刺激点的亮度范围为0.08asb-10000asb(0-50dB)，出现持续时间为200ms，视野计本身背景测试亮度为10cd/m

S2.通过既有教室的实地问卷调研和拍照提取了小学、中学、大学教室中进行视觉作业的典型行为模式，并建立了教室视觉作业功能的典型行为模式数据库。该数据库可针对不同类型的教室，提取典型的行为模式，从而支撑本实施例中涉及的视野光敏感性指标筛选方法的后续步骤。

其中，全部典型行为模式类型如下：桌面状态、黑板状态、投影幕布状态、终端屏幕状态、桌面-黑板转换状态、桌面-投影幕布转换状态、黑板-投影幕布转换状态、桌面-终端屏幕转换状态、黑板-终端屏幕转换状态、多媒体教室状态。桌面状态为学生主要视觉注视中心长时间保持在桌面上；黑板状态为学生主要视觉注视中心长时间保持在黑板上；投影幕布状态为学生主要视觉注视中心长时间保持在投影幕布上；终端屏幕状态为学生主要视觉注视中心长时间保持在终端屏幕上；桌面-黑板转换状态为学生主要视觉注视中心在桌面和黑板上频繁切换；黑板-投影幕布转换状态为学生主要视觉注视中心在黑板和投影幕布上频繁切换；桌面-终端屏幕转换状态为学生主要视觉注视中心在桌面和终端屏幕上频繁切换；黑板-终端屏幕转换状态为学生主要视觉注视中心在黑板和终端屏幕上频繁切换；多媒体教室状态为学生在多媒体教室中视觉注视中心在桌面上的计算机终端屏幕上。

S3.确定主观感受评价实验的受试者为参加过视野测试的人员，并且保证受试者在主观感受评价实验前具有3h以上的视觉休息时间。主观感受评价问卷采用李克特五度量表，问卷内容包括对应教室环境下每种典型行为模式的视觉舒适度和表观明度主观评价。标准题目内容为：

(1)“在当前教室环境下典型行为模式进行视觉作业时，您的视觉舒适度如何？”选项有：a、非常不舒服，b、不舒服，c、适中，d、舒服，e、非常舒服；

(2)“在当前教室环境下典型行为模式进行视觉作业时，您的视觉敏感感受如何？”选项有：a、非常昏暗，b、昏暗，c、适中，d、明亮，e、非常明亮。

受试者需在该教室的每种典型行为模式下进行文字阅读1分钟后对该典型行为模式的主观感受进行评价，每种典型行为模式间需休息1分钟的时间。完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下该学生群体的主观感受评价数据库。

S4.确定视知觉效率实验的受试者为参加过视野测试的人员，并且保证受试者在视知觉效率实验前具有3h以上的视觉休息时间。视知觉效率实验包括心算任务和校字任务两个子任务。

心算任务为两个两位数的100以内加法运算，以正确的题目数量占总题目数量(每种典型行为模式下总题目数量为100题)的百分比作为评判标准。安菲莫夫校字任务采用标准实验范式，每8个字母校字为一组(“A”,“B”,“C”,“E”,“H”,“K”,“A”,“X”的组合，不限制单个字母出现次数)。要求参与者按照阅读顺序对照校字任务中的字母原表和字母题目表，并在不一致处划线，以正确的字母数占总字母数(每种典型行为模式下总字母数量为288个)的百分比作为评判标准。

心算任务和校字任务在该教室中的每种典型行为模式下分别进行1分钟的时间(本模块中涉及子任务中的题目数量已经进行速度测算，受试者通常情况下无法在规定时间内全部完成)。完成实验后，收集实验数据并建立典型行为模式下该学生群体的视知觉效率数据库。

S5.最优视野指标筛选模块，首先调用目标教室使用学生群体的视野生理特征数据库分别与主观感受评价数据库和视知觉效率数据库进行Wilcoxon检验，分别筛选每种典型行为模式下对主观感受评价结果和视知觉效率实验结果产生显著影响的视野生理特征指标，包括直接测量参量和间接测量参量(Wilcoxon检验结果p＜0.05即表明产生显著影响)。继而逐次采用线性分析对每种典型行为模式下主观感受评价结果和视知觉效率实验结果与其具有显著影响关系的视野生理特征指标进行分析，获得与主观感受评价/视知觉效率实验结果具有显著线性关系的视野生理特征指标(线性分析检验结果p＜0.05即表明二者具有显著线性关系)，记作“优选视野指标”。最后，对优选视野指标的线性分析拟合优度指标(R

具体的，本实施例选择某高校中等规模教室及其使用人群进行进一步阐述。

首先，对目标空间使用人群进行人群特征、年龄、空间行为模式分析，继而抽取30人样本进行全视野区域的视网膜光敏感性检测。学生群体均为大学生，平均年龄为22.4岁。空间行为模式经典型行为模式数据库调用获得，分别为桌面状态、黑板状态以及转换状态。测试过程中允许佩戴眼镜，并允许被试在测试中感到疲劳可以随时休息。测试空间的平均背景照度为10lux，并且在测试全程保持了测试空间环境的稳定。视觉刺激点的亮度范围为0.08asb-10000asb(0-50dB)，出现持续时间为200ms，背景测试亮度为10cd/m

然后对采样人群进行典型人工照明环境下，课堂三种典型行为的视知觉任务实验，通过任务实验的正确率与反应时得到视知觉表现的评价指标作为评价标准，衡量目标人群的视知觉表现水平。

继而，调用采样人群的视野生理参数评价指标与视知觉表现的评价指标进行Wilcoxon检验，用于筛选各偏心范围的视野光敏感性指标对视知觉各方面表现的差异性影响。结果如下：对于MS，在桌面状态下，视觉舒适度、心算效率和校字效率主要受30°偏心角以内的MS(MS

进一步，对差异性分析中表现出显著影响的视野生理参量逐次进行线性分析，进一步筛选具有显著线性关系的指标，即为当前条件下对目标人群视知觉表现影响最密切的“优选视野指标”。对于桌面状态而言，视觉舒适度与30°以内的MS(MS

最后，对上述“优选视野指标”进行拟合优度排序，将R

通过上述步骤，可以得到对于目标教室空间的使用人群的视知觉表现解释度最高的最优指标，即最能体现使用者教室活动视觉感知力的最优视野指标。

本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。