[发明专利]控制助视器的方法和设备

说明书

本发明涉及助视器的领域，更具体地说，涉及控制假体或矫正器以为其佩戴者提供视觉信息。

用视觉假体进行视力修复目的在于，沿着视网膜与大脑之间的视路刺激神经元，以便唤起视力障碍者的知觉。在神经细胞附近埋植视觉假体，于此施加一个在空间和时间上进行调制的电场。该电场被局部地施加在矩阵中设置的像素区域内。它在接受其影响的神经元膜中诱发出电势。即使光感受器及其它视网膜细胞不再起作用，也可以刺激视网膜或视觉皮质的仍具功能的细胞。

现有方法的目的在于视觉系统的不同区域。视网膜下植入体刺激视网膜的双极细胞，同时视网膜前植入体刺激通过视神经与大脑相连的神经节细胞。这两个策略都试图采用感光细胞退化后留下的视网膜细胞。另一种方法采用直接刺激视觉皮质的皮层植入体，即使在视神经受损的情况下也可以使用该方法。这三个策略已经过临床试验的测试，并且表明可以引起光幻视，并且能够识别形状，并且在有些情况下能够识别字母。

矫正器的目的是向仍具有功能的视网膜区域提供预处理的并且因此简化的视觉信息，从而提供缺失的视觉信息。由于相应的暗点，该信息会缺失，或者由于其复杂性、尺寸或差别(增强视觉)该信息一般难以实现。

向助视器(用作助视器的假体或矫正器)提供通过处理来自光捕获系统的信号得到的信号。传统策略包括捕获光线，其作为随时间规则地分隔开的图像或视频帧。例如US2010／0067825 A1中采用的这个采样方法形成多个难点。

对图像施加包括诸如特点提取或轮廓提取这样的频繁计算的图像处理，以确定助视器的激活方案。至今所采用的各种不同刺激策略尚未达到满意结果。该方法的局限性是由于传感器的动态范围较低，最多每33毫秒产生一个图像。另一方面，采用较快的CCD(电荷耦合器件)相机与处理算法的图像的复杂性不兼容，并且不适合于可便携的系统。

复制视觉系统的动态特征需要非常短的响应时间。已经证明哺乳类动物的大脑在几十毫秒内完成提取视野的特定特征。由于视网膜引起的处理延迟大约为50毫秒。在逐个图像采集样本时，需要收集多个图像，从而为了达到信息收集的目的而观察时间梯度。如果以40赫兹的频率捕获两个图像，则已经超出了视网膜建模所需的50毫秒的时间。因此，通过视网膜精确地实时提取特征在理论上需要采样频率大于60赫兹，来计算二阶时间导数、处理信号以及提取特征。

另外，由于处理视觉信息的动态非常快，所以必须在时间上以几毫秒的精度确定基础刺激的位置(见2008年2月科学第319卷中1108-1111页，由Gollisch T.等人所著的″Rapid Neural Coding in the Retina with Relative Spike Latencies(通过相对尖峰延迟在视网膜中进行快速神经编码))。具有实际采样频率的逐个画面捕获系统无法达到这一要求。

因此需要能够适当控制助视器的技术。

提出一种控制助视器的方法，其包括：

-接收表示待查看场景的输入信号，对于像素矩阵中的每个像素，输入信号包括根据与场景内像素相关的光线变化得到的一个基于事件的异步信号序列；

-空间上在像素矩阵内并且时间上沿着信号序列地转换输入信号，以产生针对助视器的像素区域的各个控制信号；以及

-将控制信号用于助视器。

采用异步信号构成助视器的控制信号具有多个优点。这些信号并非按照预定的时钟频率随时间采样，与普通视频信号中帧的时钟不同。其提供被称为待查看场景的地址-事件表达(AER)。有与每个像素相对应的基于事件的信号序列，即依靠与该像素相对应的光强度变化。在一个示例性实施例中，针对一个像素的基于事件的异步信号序列包括根据与该像素相关的光线变化在时间上确定其位置的一系列正脉冲或负脉冲。此类型采集复制视网膜光感受器的连续光采集。这利用视野内高度的时间冗余。因此：

-无需随时间重复大部分像素以普通摄像机以给定帧频所采取的方式可见的基本恒定的光级，；

-能够迅速识别局部光变化，准确地在时间上确定位置，不受帧间周期的限制。

在空间和时间上转换异步信号序列，从而提供对视觉矫正器或假体有用的信息。可采用几种方法进行这一转换。通常，有必要使信号转换的控制和由此的参数适应于佩戴者的要求。

一个方法是基于不同类型视网膜细胞的行为模型的。

为生成控制信号而转换输入信号可包括：

-通过以下操作得到第一个信号：用不同尺寸的滤波核进行的两次空间滤波操作，计算两次空间滤波操作结果之间的差，和根据差进行的时间滤波操作；以及