多功能动态视力检测与训练装置研制

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1、—————————————————————多功能动态视力检测与训练装置研制—————————————————————DevelopmentofMulti-functionDynamicVisualAcuityTestingandTrainingDevice作者姓名：王仕洋专业名称：信号与信息处理指导教师：马海涛副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2015年6月7日摘要多功能动态视力检测与训练装置研制近年来随着我国交通事业地迅速发展，以及私家车数量的井喷式增长，迫使驾乘人员必须面对更加复杂的交通环境，因此驾驶人员的驾驶技术也

2、得到了空前挑战，一些交通发达的国家已经将动态视力纳入机动车驾驶员的资格考核中，另外，动态视力对某些项目的运动员以及飞行员等特殊职业者完成特殊任务的质量上都有着直接影响。因此，能够实现对动态视力测试的普及具有相当大的社会意义。本文的主要目的是搭建多功能动态视力检测与训练系统，最终目的是解决动态视力检测难的问题。本文针对DVA动态视力和KVA动态视力测试，完成了多功能动态视力检测与训练装置的研制。整个装置的实现难点为动态视标的设计与生成、眩光模拟实际环境、外围硬件的设计实现、PC机软件系统开发以及眼动监测部分的眼动图像采集与

3、基于Hough变换的瞳孔识别。在动态视标设计与生成方面，本文根据物体成像与1分视角原理，分析“C”型和“E”型视标开口方向与视角大小的关系，采用“C”型视标作为动态视力测试视标，通过“C”型视标视角计算对应的动态视力值。在动态视力测试中，视标的开口有八个方向，因此在软件生成视标时，指定视标出现方式，并且采用随机数理论实现视标出现时开口方向随机出现，让检测者无法确定下一次视标开口方向的规律性。除此之外，本文还针对DVA动态视力与KVA动态视力的不同，分别指定DVA和KVA动态视标生成策略。本文眩光由不同颜色的LED灯组件组

4、成，分布在视标显示器周围，模拟实际环境。为保证眩光强度的稳定性，本文根据眩光理论以红色眩光为例实现眩光定标。外围硬件部分，主控制模块、手柄控制模块以及眩光控制模块分别由各自单片机控制与PC机软件实现主从式通信。为了探究测试者眼睛在观察视标过程中瞳孔中心变化规律，本装置设置有眼动监测模块，进行眼部图像采集与瞳孔识别。图像采集采用VC4000采集卡对相机图像进行采集，采集程序使用VC++结合OpenCV编程实现；对采集的图像进行基于Hough变换的瞳孔识别，先对图像进行灰度化预处理，然后进行基于Canny算子的边缘检测，边缘

5、检测中使用自适应中值滤波代替高斯平滑处理，采用Hough连接瞳孔边缘。本文在研究动态视力测试装置的基本结构以及原理的基础上，结合系统测试流程、上位机与下位机控制模块通信过程、用户软件功能和数据分析与管理等具体要求，制定了多功能动态视力检测与训练装置PC软件的整体架构，并完成了PC软件的设计与实现。该软件采用VC++6.0的MFC进行开发，根据三种登陆I权限进入各自的操作界面，实现不同的功能。测试者通过对软件操作可以实现两种动态视力检测与训练，后台对测试结果根据不同测试人群进行合理评判。本装置采用关系型数据库Access进

6、行数据的存储与管理，具有强大的数据处理功能，另外，还加入了常模分析，可以针对不同测试人群进行测试结果的常模分析。上位机与下位机通过RS-485实现通讯，PC软件根据严格的通讯指令与三个控制单片机进行通讯。关键词：动态视力，DVA，KVA，瞳孔识别IIABSTRACTDevelopmentofMulti-functionDynamicVisualAcuityTestingandTrainingDeviceInrecentyears,withtherapiddevelopmentofChina’stransportation

7、industryandthenumberofprivatecarsmassivegrowth,forcingtheoccupantstofacemorecomplextrafficenvironment,therefore,thedriver’sdrivingskillshasbeenanunprecedentedchallenge.Sometrafficdevelopedcountrieshavethedynamicvisualacuityintothemotorvehicledriverqualificationex

8、amination.Anddynamicvisualacuityhasadirectimpactonthecompetitivelevelofathletesandthequalityofspecialtasksofpilots.Therefore,toachievethepopularizationofdynami