计算机视觉目标检测教程（付晶教授：浅谈立体视觉的检测和训练）

如何看待同视机的检查结果？傅菁教授立体视觉的检测与训练

编者按

双目立体视觉是通过双眼视角的差异感知深度的能力，在距离估计、物体识别、物体抓取或涉及手部精细动作的任务中起着重要作用。各种眼科疾病，如斜弱视、屈光不正、神经病等，都会导致立体视觉的下降。立体视觉的损害不仅可以 不能准确判断物体的深度。不能从事精细的工作，但也可以 不安全驾驶，降低生活质量。，立体视觉检测和良好的训练恢复尤为重要，现有的立体视觉检测和训练 有很多种，各有优缺点。近年来，首都医科大学附属北京同仁医院付静教授团队开展了一系列立体视觉检测和训练的研究。本文详细阐述了立体视觉的形成机制及其检测和训练 。

探究双眼视觉的形成机制

出生后婴儿视觉向成人双眼视觉的过渡，是在视觉系统不断适应环境 ，不断建立神经间联系的条件下形成的。一般在9岁时，立体视觉功能趋于成熟，包括视觉、融合视觉和立体视觉。人类认识立体视觉的过程，离不开科技的飞速发展。回顾立体视觉的发展历史，可以追溯到20世纪60年代随机点立体图的发明。证明双眼视差是立体视觉的基础，即双眼视网膜上的物体之间存在一定的层次差，称为双眼视差。双目水平视差引起的深度知觉是立体视觉的基础。20世纪70年代，受傅里叶光学信息处理的影响，双目视觉从 视差 几何光学领域到 空间频率 物理光学领域。立体视觉信息的处理涉及许多视觉中枢区域，包括从枕叶皮层到顶叶皮层的区域，覆盖初级视觉皮层V1，次级视觉皮层V2对视差有不同的选择性，V4对双眼视差也很敏感，携带立体深度信息，对交叉差异有强烈的偏好。V5神经元与视觉运动信息的处理密切相关。随着人类对皮层神经元认识的逐步深入和人工智能领域的进展，对立体视觉的认识已经渗透到大脑高级整合区复杂的计算和认知过程中。

详解立体视检测 ——传统 和新技术

传统立体视检测

立体视觉检测是眼科的一项重要检查，经历了测深仪、图形立体视觉检查法和随机点检查法的不断演变，包括近距离立体视觉检测和远距离立体视觉检测。

近立体视觉检查，常用的图形立体视觉检查 有Titmus检查图和Randot检查图。Titmus检测法具有操作方便、易于被考生理解的优点，已被广泛应用。但其假阴性率高，准确性差。，考察属于主观考察，受考察者和被考察者影响的因素很多；Randot试验在双眼视觉正常的受试者中重复性好，但在双眼视觉差的受试者中重复性低。以上所有的图形立体视觉检测 都可以 摆脱不了单眼线索的干扰。常用的随机点立体视觉检测 有检测法、弗里斯比检测法和Yan s立体视觉检测。除了TNO需要戴红绿眼镜，弗里斯比和第三代颜氏don t不需要戴眼镜，避免了辅助眼镜的干扰，更适合年龄较小的孩子，特别是没有单眼线索和眼镜，对环境要求低，容易掌握。先前的研究比较了上述四种 (弗里斯比、兰多特、蒂特穆斯、TNO)，并在两个不期进行了立体视觉测量。发现Fri y和Titmus在被试中重复性更好

远视立体视觉检查的常用 有同视机法和距离随机法。同视机可以检查三视功能，检查过程比较复杂。国外一项研究3发现，距离Randot适用于6岁及以上儿童的立体视觉检测，2-3岁儿童的立体视觉检测可能只能用于定性检查。，FD2测试和深度计也可以作为远距离立体视觉的检测。

上述传统的立体视觉检查 具有以下缺点(1)不可能测量立体视觉的所有级别，并且只能提供视差级别，可以 t给出一个准确的值；(2)单眼线索明显受到头部运动或倾斜的影响；(3)有可能通过猜测来完成检查。

立体视检测新技术

随着3D、VR等技术的发展，立体视觉检查 的传统设置中加入了高科技元素，旨在减少上述弊端带来的误差，与时俱进。3D显示可以用来替代传统的立体视觉检查。小行星测试和立体视敏度测试App也作为近距离立体视觉的新检测手段进行了尝试。，基于随机点立体图的计算机视觉图表系统(CVC)为评估IXT s远立体视觉损伤。CVC包含大多数眼科检查，可用于各种眼科检查。

目前，立体视觉检测的研究重点主要集中在两个方向。一是探讨不同检查 在不同人群中的检查效果，找到最适合的检查 。之前的研究比较了不同年龄、不同疾病、不同应用场景下的检测 ，以期找到适合不同人群的检测 。二是探索新的检验技术和 。一些研究对原有的检查 进行了改进，如更换FD2试验的背景板以消除线索，或在Titmus中通过佩戴偏光眼镜和旋转检查图表来降低假阴性率。有些研究是探索传统技术与科技的结合，比如小行星检查法，将随机点立体图与autostereo技术结合，应用于平板电脑。

阐述视觉训练 类型及目标

视觉训练是由专业医生根据患者情况制定的系统。视觉条件通过光学、心理学、物理学等 。

列训练方案。视觉训练可以治疗视疲劳、眼球运动障碍、阅读障碍等双眼视觉疾病，达到舒适、协调使用双眼的目的，在降低斜视的复发率，提高手术的远期成功率，提高患者的生存质量方面发挥着不容小觑的作用。

视觉训练分为单眼视觉训练和双眼视觉训练。单眼视觉训练旨在提高单眼视敏度，增进单眼视力和提升单眼的视觉功能。双眼视觉训练旨在提升双眼单视功能，眼球运动功能和双眼的协调性，提升双眼调节 功能，以及增进视觉技巧，开发视觉潜能，在斜视的非手术治疗和术后康复治疗中发挥重要作用。斜视后双眼的视觉方向不再平行，从而导致双眼视觉功能破坏。双眼视觉功能的丧失也意味着中枢对眼位的控制能力变差，进而促进斜视的发展。斜视的治疗不仅是手术达到双眼正位，术后双眼视觉的康复也同样重要4。

传统的训练 包括同视机训练法、手描实体镜、遮盖、串珠子等。目前传统视觉训练面临着训练方式和时机选择的不确定性的难题，依从性差也是视觉训练一直以来的挑战。现阶段应运而生的视感知觉训练是利用大脑神经系统的可塑性，通过特定的视觉 和学习激活视觉信号通路，减少优势眼的抑制、增强弱视眼的信号来达到平衡，训练内容丰富、符合儿童心理特点，在家中电脑上即可完成，患儿依从性好。

速览视感知觉训练的国内外研究进展

视感知觉训练能有效改善立体视功能，提高手术效果。近些年，视感知觉训练在内容和途径、 上不断创新。

付晶教授团队5前期通过比较不同视觉训练方式对年龄≥9岁的共同性斜视患者术后的眼位控制及双眼视觉功能重建效果，发现大龄儿童及成年共同性斜视患者术后通过视感知觉训练在知觉水平上可以获得更稳定的眼位控制并更好地重建远立体视功能。

更进一步6，比较不同训练方式对间歇性外斜视患者术后斜视度及双眼视觉功能的疗效，发现间歇性外斜患者术后经过训练，其同视机Ⅰ级功能恢复率、Ⅱ级功能恢复率及近立体视恢复率均比训练前提高。视感知觉训练组及传统训练组患者的同视机Ⅲ级功能恢复率，训练后3个月及6个月均显著高于训练前。而观察组患者，不但其同视机三级功能恢复率无提高，而且随着时间的延续其远近斜视度却均表现为增大的情况。

，付晶教授团队7引入视感知觉可塑性评分检查训练系统，评价该检测 在临床应用中预测共同性外斜视术后立体视恢复状况的准确度以及灵敏度和特异度。结果发现，视感知觉检查训练系统中，可塑性评分可以有效地预测共同性外斜视患者术后远、近立体视功能的恢复状况，为术后患者制定进一步的诊疗策略提供依据。

国内针对儿童的研究发现，基于VR的视感知觉推拉模型训练 是弱视治疗领域的新理念，可提供更为个性化的、强烈反馈的视觉训练方案8。

国外针对成人的研究利用VR创建的游戏来训练立体视觉缺陷的成年患者对立体线索的感知能力，发现其能减少眼间抑制，提高立体视功能，展示了VR为各种感知训练提供的潜在力量9。

伯克利大学2018年的研究10对21名弱视成年人进行为期4-6周的3D视频射击游戏视感知觉训练，发现沉浸式3D视频游戏可能在弱视患者立体视觉下降的恢复方面具有潜在的治疗价值，对斜视性弱视和屈光参差性弱视的立体视觉恢复都有好处。

立体视觉对人类的生存质量、工作技能需要、心理状态等方面都有着重要意义，合理量化评估和训练立体视功能至关重要。立体视功能检测 繁多，各有利弊，临床医生要选择适合患者的检查 、多种 结合起来全方位评估患者的立体视功能。，还应继续探索不同的检查 对不同患者群体的有效性和实践性。在立体视功能的恢复训练上，要把握好患者立体视功能恢复的更佳时机、合理选择训练 ，探索适用于不同阶段的立体视功能恢复 。付晶教授团队未来将会继续探究适宜化立体视检测和训练 ，以及深入立体视形成的中枢神经 机制，以帮助患者更好地恢复双眼视觉功能，加强大脑对双眼眼位的控制力，实现立体视检测和训练的个性化、适宜化。

参考文献

1. Parker AJ, Smith JE, Krug K. Neural architectures for stereo vision. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2016371.

2. Chen CH, Lan GW, Chen CY, Huang YH. Stereo Imaging Using Hardwired Self-Organizing Object Segmentation. Sensors (Basel). 202020.

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4. 张容菡, 付晶. 斜视对双眼视觉功能的影响及术后康复 %J 国际眼科纵览. 201842:179-183.

5. 孟昭君, 付晶, 李蕾, et al. 视觉训练对共同性斜视患者术后眼位控制及双眼视觉功能重建疗效的临床研究 %J 中华眼科医学杂志(电子版). 202111:166-172.

6. 李蕾, 付晶, 孟昭君, 赵博文, 阎丽. 不同训练方式对间歇性外斜视患者术后斜视度及双眼视觉功能的疗效观察 %J 中华眼科医学杂志(电子版). 202010:20-26.

7. 张容菡, 付晶, 赵博文, et al. 视感知觉检查系统对共同性外斜视术后立体视功能重建的相关预测因素 %J 中华眼视光学与视觉科学杂志. 202022:895-901.

8. 韦仕岗, 蓝剑青, 谢文娟, et al. 虚拟现实视感知觉平台在近视性屈光参差性弱视患者立体视功能可塑性的临床应用研究 %J 中国斜视与小儿眼科杂志. 201927:13-15.

9. Vedamurthy I, Knill DC, Huang SJ, et al. Recovering stereo vision by squashing virtual bugs in a virtual reality environment. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2016371.

10. Li RW, Tran KD, Bui JK, et al. Improving Adult Amblyopic Vision with Stereoscopic 3-Dimensional Video Games. Ophthalmology. 2018125:1660-1662.

专家简介

付晶

眼科学博士，公共卫生事业管理学硕士

美国约翰霍普金斯大学博士后，美国哈佛大学访问学者，主任医师，教授、博士研究生导师。现担任北京同仁医院斜视与小儿眼科主任。中华医学会眼科分会青年委员/神经眼科学组委员；中国医师协会眼科医师分会儿童眼健康专业委员会副主任委员；中国医疗保健国际交流促进会视觉健康分会委员；中华预防医学会儿童保健分会视觉保健学组委员；中国医药教育协会眼科专业委员会常务委员；北京医师协会眼科专科医师分会眼视光专业委员会副主任委员；北京医师协会眼科专科医师分会小儿眼科分会副主任委员；北京眼视光学会副理事长等。《中国斜视与小儿眼科杂志》副主编，《眼科》编委，《中华眼科医学杂志》编委。

毕业于北京大学医学部，从事眼科临床工作20余年,擅长斜弱视、屈光不正等儿童眼病及视光方面功能性眼病、神经眼科传出疾病的诊治。为北京市卫生系统高层次技术人才的学科骨干。北京市医管局知名专家团队-斜弱视、视光及儿童眼病团队的领衔专家。近年来以之一作者或通讯作者发表医学论著等90余篇，其中24篇为SCI收录。主持国家级、省部级等十余项科研项目。曾在美国哈佛大学波士顿儿童医院/麻省眼耳医院作为访问学者，在约翰霍普金斯大学Wilmer眼科中心作为博士后进行工作学习。

立体视觉的检测 融合立体视觉如何训练