【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及人工视觉增强，特别是涉及一种用于替代和补偿人体视觉功能的级联式人工视觉替代补偿机制，以及基于该机制制成的视觉辅助增强设备。
技术介绍
1、随着现代医学的发展，许多视觉疾病如白内障、青光眼、黄斑变性、视神经疾病、颅脑外伤等都可能导致视觉通路的损伤，特别是对调节视觉焦距的睫状肌功能的破坏，使得患者面临远近视距适应困难、景深失调、色彩及对比敏感度降低等问题。传统的光学矫正方法如眼镜、隐形眼镜难以有效解决这些问题，尤其是当视神经或睫状肌严重受损时。
2、现有的弱视矫正手段大多依赖于视觉放大，但忽略了对视觉适应功能(如远近适应、光适应等)的补偿。因此，急需一种新型的人工视觉替代和补偿机制，能够有效改善弱视患者的视觉感知能力，特别是对于那些无法通过传统矫正手段恢复视力的群体。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种级联式人工视觉替代补偿机制及视觉辅助增强设备，旨在通过替代和补偿动眼神经调节、去除景深信息、改善视觉适应等功能，显著提高严重弱视患者的视觉能力。该机制通过等效凸透镜成像系统和光电成像系统两大核心模块形成级联结构，分别在近端和远端实现视觉替代和补偿，从而有效地扩展患者的视觉适应范围和恢复其对真实世界的感知能力。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、基于上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种级联式人工视觉替代补偿机制，包括：
4、等效凸透镜成像系统，为通过一个或一系列光学镜片组成一个超短焦
5、光电成像系统，通过图像采集设备实时捕捉外部影像信息，去除景深信息生成优化焦距后补偿视觉适应的聚焦实像，并将处理后的聚焦实像输出至显示设备呈现到用户视野前方，补偿视神经损伤引起的视觉缺陷；
6、所述等效凸透镜成像系统作为替代机制位于视轴的近端，所述光电成像系统作为补偿成像机制位于远端，替代机制与补偿成像机制通过在光路上依次级联布置，从近端到远端依次排列，形成补偿视觉缺陷的级联结构。
7、作为本专利技术的进一步方案，所述等效凸透镜成像系统的光学镜片用于焦距修正，光学镜片的焦距f的数值不大于30毫米，所述等效凸透镜成像系统通过固定焦距将远近物体的图像呈现于固定的视觉距离。
8、作为本专利技术的进一步方案，所述等效凸透镜成像系统中光学镜片的光学路径通过菲涅尔透镜和折叠光路配置为一个最小的凸透镜模型，所构成的等效凸透镜成像系统提供不少于八倍的放大倍数。
9、作为本专利技术的进一步方案，所述等效凸透镜成像系统通过固定焦距将远近物体的图像呈现于600cm外的验光学等效视觉无穷远距离范围，从而避免因视力受损导致的视物模糊和视觉适应问题。
10、作为本专利技术的进一步方案，所述光电成像系统还包括自动对焦元器件，用于根据距离变化自动对焦调整图像清晰度，包含自动对焦元器件的光电成像系统通过图像采集设备采集周遭外部影像呈现到使用者视野前方不少于12毫米处的显示设备上呈现实像。
11、作为本专利技术的进一步方案，所述显示设备为设置在用户视野前方扁平定距输出的显示介质。
12、作为本专利技术的进一步方案，所述等效凸透镜成像系统和光电成像系统形成的级联结构中，光学镜片成像时透镜成像公式为：
13、
14、式中，f为透镜的焦距，u为物距，ν为像距，其中，像距ν为焦距f的n倍，即：
15、ν＝-n·f
16、代入透镜成像公式后，得到：
17、
18、将等式左侧的与右侧化简，得到物距u与焦距f的关系：
19、
20、因此：
21、
22、其中，物距u与倍率系数n和焦距f的关系呈正相关，当倍率系数n增大时，物距u与焦距f的差异减小，级联结构中表现为观察者实际体验到物象被呈现到视轴远端的显著特性。
23、作为本专利技术的进一步方案，所述等效凸透镜成像系统和光电成像系统形成的级联结构中还引入修正系数m，修正系数m表示晶状体退化后对外部光学系统的影响，根据修正系数m对原有的焦距进行调整，当等效凸透镜成像系统的焦距f为15毫米时,倍力系数的典型值为400,由此所呈现的虚像像距v为600厘米，修正系数m的取值范围为不大于1的正实数，其中，修正后的焦距fm定义为：
24、fm＝m·f
25、其中，f是原始外部光学系统的焦距，m是修正系数，描述晶状体对外部光学系统焦距的影响，修正焦距fm是修正后的焦距，反映了晶状体残留对光线会聚的影响；
26、在引入修正系数m后，修正后的成像公式为：
27、
28、将fm＝m·f代入该公式，得到：
29、
30、这表明修正后的焦距会影响物距u和像距v之间的关系；
31、修正后的物距与焦距关系为：
32、
33、表明，物距u与修正系数m呈线性关系，即修正系数m会影响物距的大小，随着修正系数的增大，物距u增大。
34、作为本专利技术的进一步方案，光电成像系统用于将采集的影像进行实时图像识别，并将图像识别结果使用包括文本、语音、音频提示、图形提示在内的信息载体显示，并使用包括基于transformer架构的生成式模型在内的自然语言处理机制与使用者进行持续的人机交互。
35、第二方面，本专利技术提供了一种视觉辅助增强设备，包括所述级联式人工视觉替代补偿机制，适用于眼科疾病患者、视力退化群体或视神经损伤患者，用于提供远近适应、光适应、色彩适应和对比适应的视觉恢复解决方案，该视觉辅助增强设备包括：
36、单目显示眼镜：适合弱视用户佩戴，帮助放大和增强图像；
37、手持式设备：可以灵活携带，增强用户的动态视觉能力；
38、眼镜式手持设备，为将等效凸透镜成像系统和光电成像系统分离的眼镜及手持式设备的组合，将手持式设备备中的等效凸透镜成像系统和光电成像系统分离，其中光电成像系统保持手持状态，等效凸透镜成像系统为眼镜形态，分离之后两套系统之间的间距非固定数值，而是随使用者手持位置的变化在人眼视网膜上呈现；
39、头戴式人工视觉设备：以头戴式眼镜的形式实现，适合长期佩戴，提供稳定的视觉补偿和替代；或者
40、音视频输出设备：结合音频输出设备，通过视频输出设备与用户进行互动，通过扩展的视觉感知能力增强人机交互体验。
41、第三方面，本专利技术还提供了一种单目定距输出的视觉辅助增强设备，包括所述级联式人工视觉替代补偿机制，该单目定距输出的视觉辅助增强设备用于为非视觉障碍使用者形成视觉增强解决方案。
42、该级联式人工视觉替代补偿机制及视觉辅助增强设备适用于弱视群体，特别是那些因白内障、青光眼、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统的光学镜片用于焦距修正，光学镜片的焦距f的数值不大于30毫米，所述等效凸透镜成像系统通过固定焦距将远近物体的图像呈现于固定的视觉距离。
3.如权利要求2所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统中光学镜片的光学路径通过菲涅尔透镜和折叠光路配置为一个最小的凸透镜模型，所构成的等效凸透镜成像系统提供不少于八倍的放大倍数。
4.如权利要求3所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统通过固定焦距将远近物体的图像呈现于600cm外的验光学等效视觉无穷远距离范围。
5.如权利要求1所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述光电成像系统还包括自动对焦元器件，用于根据距离变化自动对焦调整图像清晰度，包含自动对焦元器件的光电成像系统通过图像采集设备采集周遭外部影像呈现到使用者视野前方不少于12毫米处的显示设备上呈现实像；所述显示设备为设置在用户视野前方扁
6.如权利要求1所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统和光电成像系统形成的级联结构中，光学镜片成像时透镜成像公式为：
7.如权利要求6所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统和光电成像系统形成的级联结构中还引入修正系数m，修正系数m表示晶状体退化后对外部光学系统的影响，根据修正系数m对原有的焦距进行调整，其中，修正后的焦距fm定义为：
8.如权利要求1所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，光电成像系统用于将采集的影像进行实时图像识别，并将图像识别结果使用包括文本、语音、音频提示、图形提示在内的信息载体显示，并使用包括基于transformer架构的生成式模型在内的自然语言处理机制与使用者进行持续的人机交互。
9.一种视觉辅助增强设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的级联式人工视觉替代补偿机制，该视觉辅助增强设备包括：
10.一种单目定距输出的视觉辅助增强设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的级联式人工视觉替代补偿机制，该单目定距输出的视觉辅助增强设备用于为非视觉障碍使用者形成视觉增强解决方案。
...【技术特征摘要】
1.一种级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统的光学镜片用于焦距修正，光学镜片的焦距f的数值不大于30毫米，所述等效凸透镜成像系统通过固定焦距将远近物体的图像呈现于固定的视觉距离。
3.如权利要求2所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统中光学镜片的光学路径通过菲涅尔透镜和折叠光路配置为一个最小的凸透镜模型，所构成的等效凸透镜成像系统提供不少于八倍的放大倍数。
4.如权利要求3所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述等效凸透镜成像系统通过固定焦距将远近物体的图像呈现于600cm外的验光学等效视觉无穷远距离范围。
5.如权利要求1所述的级联式人工视觉替代补偿机制，其特征在于，所述光电成像系统还包括自动对焦元器件，用于根据距离变化自动对焦调整图像清晰度，包含自动对焦元器件的光电成像系统通过图像采集设备采集周遭外部影像呈现到使用者视野前方不少于12毫米处的显示设备上呈现实像；所述显示设备为设置在用户视野前方扁平定距输出的显示介质。
6.如...
【专利技术属性】
技术研发人员：王世伟，赖启文，莎伦·席德克，温慎洁，
申请(专利权)人：温慎洁，
类型：发明
国别省市：
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