用于测量佩戴眼镜的个人的几何形态参数的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于测量佩戴眼镜(21)的个人的几何形态参数的方法，所述方法实现一种独立的计算装置(1，10)，该计算装置包括一个屏幕、一个目标(8，18)、一个紧凑型图像采集系统(7，17)、以及一个用于控制图像采集系统(7，17)并处理所获得的图像的计算机，该紧凑型图像采集系统配备有确定其倾斜度的装置，所述系统(7，17)与所述屏幕连接。根据本发明的测量方法的主要特征在于，其包括以下步骤，在该步骤中，个人通过在保持他或她的双眼注视目标(8，18)的同时在一个向上的方向上转动他或她的头部来对放置于图像采集系统(7，17)已知的位置上的目标(8，18)进行观察。
【专利说明】用于测量佩戴眼镜的个人的几何形态参数的方法
【技术领域】
[0001]本发明的【技术领域】涉及用于测量佩戴眼镜的个人的形态几何参数的方法。这些参数可以例如包括瞳距ro、将瞳孔与镜片的下边缘分离开的高度H、全景角ΘΡ(其是镜片相对于个人的面部平面的倾角)、眼睛和镜片L之间的距离DLE、以及眼睛的转动中心CRO。如果要正确地个性化一副眼镜(并且具体地，一副渐进式镜片)，对这些参数的了解是必不可少的。
【背景技术】
[0002]已经存在允许对一定数量的这些形态几何参数进行测量的方法。这些方法中的第一类别采用了大的竖直测量柱，其中，将摄像机调整到眼睛高度，佩戴眼镜的个人看着反射镜。这种类型的设备非常庞大并因此需要大的房屋以实施测量，并且它使用起来相当不灵活，以致于既不能轻易地将其移动以改善测量，也不能将其分离成若干元件以便适应给定情形。
[0003]第二类方法涉及更小的设备，该设备可以具体安装在桌子上，但需要非常限制性的协议以对佩戴眼镜的个人进行测量和定位。的确，这种类型的方法迫使个人采用特殊的头部滑架，以及将配备有平衡杆的夹子安装在眼镜架上。然后，第一步骤在于使个人采取自然姿势，然后夹紧平衡杆以固定夹子与平衡杆之间的角，此角对应于全景角。在第二步骤过程中，配备有其眼镜架和夹子的个人看着固定于屏幕上方的摄像机。他必须倾斜其头部，其方式为使得夹紧的平衡杆垂直于穿过双眼和摄像机的轴线。这种方法需要复杂且精确的调整，并就佩戴眼镜的个人而言需要一定的灵活性，以便能够精确地相对于摄像机的轴线对其自身进行定位以及相应地固定平衡杆的位置。
【发明内容】
[0004]根据本发明的用于测量形态几何参数的方法实现一种设备，该设备使用灵活并且可以轻易且快速地执行对所述参数的精确且可靠的测量，同时不需要佩戴眼镜的个人采取限制性姿势。设计此类方法以消除关于形态几何参数的确定的一定数量的潜在误差源，并且其方式为便于接近自然姿势。
[0005]本发明的主题是一种用于测量佩戴眼镜的个人的形态几何参数的方法，所述方法实现一种自主计算机化装置，该计算机化装置包括一个屏幕、一个目标、一个紧凑型图像采集系统、以及一个使得可以控制该图像采集系统并处理所获得的图像的计算机，该紧凑型图像采集系统配备有一种用于确定其倾斜度的装置，所述系统与所述屏幕连接，该方法的特征在于，其包括以下步骤，
[0006]-采集当一个人正看着位于其前方无穷远的点时与他所佩戴的眼镜架的一个第一位置相关的一个信息项，其中，一个自然头部滑架处于一个基本上水平方向，该副眼镜在该个人的面部占据一个自然位置，
[0007]-由该个人对一个相对于该图像采集系统放置在一个已知位置上的该目标的进行观察，同时在不使其双眼离开该目标的情况下执行其头部的至少一次向上俯仰运动，关于该第一步骤，该副眼镜在该个人的面部上保持一个不变的位置，
[0008]-通过与用于第一姿势相同的图像采集系统采集在此转动运动过程中该个人的面部的若干图像，每张图像对应于该头部的一个具体倾斜度，
[0009]-选择最接近理想图像的图像，针对该理想图像，该面部相对于一条连接双眼与所观察的该目标的轴线的倾斜度与该面部相对于当该个人看着无穷远的点时他所采取的一个水平方向的倾斜度完全相同，
[0010]-由该计算机对所选择的图像进行处理，从而基于双眼的位置、该眼镜架在该第一姿势下的位置、该眼镜架在所选择的该图像上的位置、以及该图像采集系统的倾斜度确定该个人的这些形态几何参数，
[0011]-输出这些测量的结果。
[0012]个人针对其将仅采取两个不同且固定的姿势(一个姿势是看着位于其前面无穷远的点，并且另一姿势是看着不一定沿着水平方向对齐的目标)的方法遇到的问题是它以准系统方式引进了角差异形式的误差。的确，个人的面部相对于连接其双眼与目标的轴线的倾角度稍微不同于其面部与连接其双眼与位于无穷远的虚拟点的水平轴线所形成的倾角。即使此差保持受限，然而其可能引起个人的形态几何参数的确定值的不可忽视的差异。然后，对如此所采集的两张图像进行处理的阶段使特定算法的使用成为必要，目的在于校正此误差。根据本发明的测量方法的原理是通过选择图像来避开校正此角度差异的附加步骤，该图像将趋向于理想图像，针对理想图像，之前提到的角度误差为零。为了完成此操作，首先要求个人在向下或向上点头的同时看着目标，并且然后采集个人的面部的对应于个人的头部的各种倾斜度的一系列图像，并最终选择误差针对其趋向于零的图像。以此方式，将直接执行图像处理步骤，而不引入任何附加校正阶段。在根据本发明的方法中，在观看无穷远的点和观看目标的步骤过程中，眼镜架在个人的面部上的位置保持不变。图像采集系统可以包括至少一个高清摄影设备或至少一个高清摄像机。必须精确地了解图像采集系统的轴线的倾斜度以便具体对此倾斜度所引起的视差进行校正。可以或者以固定的方式以给定倾角或者以在倾角跨度上变动的移动方式使用图像采集系统。针对第一配置，佩戴者将以使其面部出现在摄像机的视野中心的方式调节其位置。针对第二配置，将使采集系统的倾斜度适应个人的位置，从而适当地框住其面部。归于图像采集系统的术语“紧凑”表示所述系统具有小尺寸，并且可以轻易地对其进行操纵以将其放置在一件桌子或书桌类型的标准家具上，并将其倾斜。有利地，由图像采集系统携带目标。以此方式，实现根据本发明的方法所需的这件设备分散较小。根据另一根据本发明的测量方法的优选实施例，该目标由图像采集系统自身组成。采集系统所拍摄的图像(具体地，当个人看着目标时)主要展现相对于个人的双眼而定位的眼镜架。确切地，实施图像信息处理以获得所寻求的参数所需要的所有信息通过所述眼镜架相对于个人的双眼的空间位置必须清楚地出现在所述图像中。因此，眼镜架和个人的双眼两者都清楚且精确地出现在图像中是必不可少的。然后，使用日常三角关系从所述照片轻易地导出形态几何参数。屏幕的主要功能是使得可以观看当个人采取各姿势时的所采集的图像。该屏幕还可以用于返回所寻求的形态几何参数的测量结果。可以或者由佩戴眼镜的个人本身或者由操作员(很可能是眼镜商)实施该方法。可以用各种方式执行采集与当个人水平地看向无穷远处时眼镜架的倾斜度相关的信息项的步骤，通过例如将拍摄个人的面部的快照的图像采集系统、或通过倾斜仪和/或加速计类型的电子标测装置，所述装置稳固至眼镜架或一个固定于所述眼镜架的夹子上。术语“稳固(secured)”表示可移除且可定位的电子装置或者在夹子上或者在眼镜架上，或者表示所述电子装置牢固地固定在为此目而设置在或者夹子上或者眼镜架上的壳体上，或者表示所述电子装置整合在眼镜架内或夹子内。回顾一下，俯仰运动是头部绕水平轴线从前到后的旋转运动。根据个人的就个人而言的俯仰运动，根据本发明的方法将相当赞成测量的步骤，目的是建议自然且简单的姿势的情形。这种方法所确定的参数将因此比那些需要受限姿势的参数更精确并更加可重现。
[0013]有利的是，图像采集系统为高分辨率摄像机。通常，高分辨率摄像机为具有大于I兆像素的分辨率的摄像机。的确，摄像机的清晰度越高，测量的精度越令人满意。
[0014]根据一个根据本发明的方法的第一优选实施例，基于用该图像采集系统获得的该个人的面部的一张图像实施所述获取与该眼镜架的该第一位置相关的该信息项的步骤。个人的面部在其上以居中的方式出现的简单且清晰度足够好的照片会合适。
[0015]以优先的方式，该眼镜架配备有一个标测元件，该标测元件以一个配备有多个标记并且固定在所述眼镜架上的夹子为形式，所述标记表示该眼镜架的空间定向。这种夹子表示眼镜架在个人的面部上的倾斜面，并且允许在图像上更好地观看此倾斜度。在这种情况下，仅需要一个摄像机以便从所述夹子在摄像机所捕获的图像内的尺寸特征确定此倾斜度。这种夹子是已知的。每个标记可以例如以被分成四个小正方形的正方形的形式出现，一条对角线的两个小正方形的颜色与位于另一对角线上的另外两个小正方形不同。
[0016]根据一个根据本发明的测量方法的第二优选实施例，通过一个电子标测装置实施所述采集与该眼镜架的该第一位置相关的该信息项的步骤，该电子标测装置被稳固至该眼镜架或一个固定至所述眼镜架的夹子上。本实施例不需要采集图像。可以例如由倾斜仪和/或加速计组成的电子标测装置通过导线或无线地连接至将直接处理所接收的信号的远程设备，从而提供关于眼镜架的倾斜度的信息项。由(例如，可再充电或不可再充电的蓄电池/电池类型的)常规自主或以包含USB缆线的有线的方式系统为此装置提供功率，其为佩戴眼镜的个人提供稍微多一点的运动自由度，因为不再迫使他保持固定在一个位置上以便被拍照或被摄影。优选地，电子标测装置所绑定至的夹子可以由配备有标记的夹子组成，并且所述电子标测装置已经添加至该夹子。
[0017]以有利的方式，该夹子装有无线通信模块，从而使得可以将所执行的测量上传至位于远端的装备。本实施例仍然更灵活且更加用户友好，因为个人可以自由地走来走去，而不受夹子和位于远端的处理设备之间的连接导线的限制。
[0018]优选地，用于确定图像采集系统的倾斜度的装置是倾斜仪。先验地，图像采集系统固定在给定位置上。但是可能发生的是，针对非常高的个人，需要倾斜图像采集系统以获得其双眼及其眼镜架的令人满意的图像，即，所述双眼和所述眼镜架在其中位于屏幕的中心的图像。现在，此倾斜度将在确定个人的形态几何参数中占据重要的地位，并且必须因此精确地被了解以便此后整合在所述参数的计算中。
[0019]优选地，所述方法所测量的形态几何参数为瞳孔与镜片L的下缘之间的高度H、以及全景角ΘΡ。回顾一下，当将眼镜架放置在个人的鼻子上并且个人正看向远方时，全景角对应于镜片L相对于竖直平面的倾角。
[0020]优选地，操作员位于佩戴眼镜的个人的前面，所述操作员实施对图像采集系统的调整并且控制根据本发明的测量方法的各个步骤。的确，可以由眼镜商实现该方法，以便获得佩戴眼镜的个人的形态几何参数的测量结果。因此，个人在其方便的时候操纵图像采集系统，并且给佩戴眼镜的个人配备或以其他方式配备常规夹子和/或配备3D传感器形式的电子标测装置，该传感器可以例如是倾斜仪和/或加速计。同样，它在室内引导个人获得个人的双眼和眼镜架在观看屏上的经优化的图像。相应地，个人实时观看转向他的屏幕上的所述图像。还是眼镜商触发图片拍摄和发起通过计算机进行的图像处理。已经主要对根据本发明的测量方法进行了微调以在眼镜商处进行实施。
[0021]根据另一根据本发明的方法的优选实施例，该采集系统的倾斜度是固定的，个人将其面部定位在合适的高度，以便使其出现在图像的中心。的确，会发生图像采集系统在倾斜度上是不可调的情况。在这种情况下，采集系统固定在给定位置上，并且个人移动其面部以便将面部带到所述采集系统的视野中心。针对这种配置，个人经受轻微的先前定位限制，从而提供精确且可靠测量所需的正确条件。
[0022]本发明还涉及一种用于实现根据本发明的测量方法的测量装置。根据本发明的装置的主要特征在于，其包括一个计算机、至少一个配备有倾斜仪的摄像机、一个使得可以观看所述摄像机所拍摄的图片以及这些测量的结果的显示屏幕，可以彼此独立地设置摄像机的位置和屏幕的位置。本测量装置可以等效于测量套具，其中，各个部件相互连接以便交互和产生所希望的测量结果，而不一定限制于具体安排。的确，这种类型的装置就其安装而言展现了一定的灵活性，并可以因此容易地安装在任何类型的环境下，其安装在桌子或书桌上、或非常简单地安装在地板上。可以独立于摄像机的位置来设置的屏幕位置，使得可以大大增加根据本发明的测试装置的使用的配置并通过尽可能准确地定位实现所述方法所需的各设备项来提高根据本发明的确定方法的性能。
[0023]有利的是，该测量装置由将该屏幕、辅助摄像机、该倾斜仪和该计算机集合在一起的平板、以及所述至少一个摄像机组成。应该清楚地强调，该摄像机和该平板不相关联。装置的此版本是最紧凑版本之一，并且其因此可以安装在小空间内。将该装置的若干组成组件一起集合在小尺寸的平板中进一步增加了测量装置的使用灵活性，因为个人或操作员可以基于同一物体控制整个方法，并且进行适当调整而不必相对于彼此移动或置换元件。假设平板是一个其小尺寸可以与个人或操作员的容易的手动操纵兼容的物体。可以具体地在空间容易手动地移动这种类型的物体，以便将其安装在精确的位置上和在所希望的方向上对其进行定向。此平板可以具有一个触摸屏，或者更常规地通过鼠标操作。可以将摄像机直接固定至此平板、或将其固定至使得可以固定住所述平板的支座。
[0024]以优先的方式，该测量装置包括用于以具有标记的夹子的形式对眼镜架进行标测的元件。
[0025]根据另一根据本发明的测量装置的优选实施例，所述装置包括用于对眼镜架进行标测的电子装置。优选地，该电子标测装置由倾斜仪和/或加速计组成。
[0026]优选地，该测量装置包括一个支座，在其上固定该平板和该摄像机。该支座使得可以通过允许将摄像机放置在平板附近使该装置紧凑，这两个元件之间的距离小于几厘米，并优选地小于5cm。
[0027]以有利的方式，该摄像机和该平板位于竖直平面的任一侧上并且在它们本身之间形成一个介于15°和45°之间的角。有利的是，此角等于30°。以此方式，在某一方向上定向该屏幕，并且在相反方向上定向该摄像机。这种安排允许眼镜商直接在平板的屏幕上观察佩戴眼镜的个人的面部，由放置于所述平板的背面的摄像机对其进行记录。针对这种配置，不迫使眼镜商将摄像机放置在个人的面部的高度处以便采集图像。个人仅需要将该测量装置放置在桌子或书桌上并且准确地调整平板和摄像机的倾斜度。
[0028]有利的是，该测量装置包括安装在由USB类型的缆线提供功率的电子卡上的闪光灯和电容器，所述电容器能够提供所述闪光灯的运行所需的功率。这种电容器展示了能够非常快速地对闪光灯进行充电并因此在短期内若干次触发闪光灯的优点。
[0029]根据本发明的用于测量个人的形态几何参数的方法展现了特别符合人体工程学且用户友好的优点，以至于佩戴眼镜的个人不必携带具体设备项并且不必满足一系列限制性且重复的姿势。而且，它们还具有或者通过屏幕或者通过打印文件即刻向个人或向眼镜商输出测量结果的优点。最后，根据本发明的方法中所实现的测量装置具有受限制的尺寸并且因此可以安装在小体积的房间内、或在桌子上或书桌上。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]以下参见图1至图6给出了根据本发明的测量方法的优选实施例的详细描述。
[0031]-图1是个人的头部的和摄像机的示意性轮廓图，该个人在水平方向上向前看着无穷远的点，
[0032]-图2是个人的头部的和摄像机的示意性轮廓图，该个人看着所述摄像机上的目标，
[0033]-图3为向前看着无穷远的点的个人的头部的示意性轮廓图，
[0034]-图4是看着所述摄像机上的目标的个人的头部的示意性轮廓图，
[0035]-图5是使得可以实现根据本发明的方法的装置的第一优选实施例的透视图，
[0036]-图6是使得可以实现根据本发明的方法的装置的第二优选实施例的透视图。
【具体实施方式】
[0037]参照图5，使得可以实现用于测量佩戴眼镜的个人的形态几何参数的方法的测量装置的第一优选实施例由平板I组成，该平板包括一个屏幕和一个计算机并配备有允许其静止在水平平面表面上的支座2。此支座2包括宽圆形站台3，该站台被支持杆4延长，该支持杆被安装成通过转动轴5铰接在所述站台3上。另外说明，当站台3静止在水平表面6上时，杆4相对于竖直方向处于或多或少倾斜的位置上。此杆4可以被当做细长的金属带。平板I静止在站台3上，同时由杆4支持。以高分辨率摄像机(有利地，具有大于或等于I百万像素的分辨率)为形式的图像采集系统7通过电子卡40固定至杆4，同时位于所述平板I的背面。电子卡40还支持个人的观看目标8以及闪光灯9，以便允许更好地掌握照明条件，并使得可以在摄像机7所获取并且在屏幕上可见的图像上观看每只眼睛的角膜反射，从而获得更好的测量精度。电子卡40还支持在闪光灯9附近的电容器。通过电子卡40对(可以例如表示目标8的)此电容器进行再充电，该电子卡由至少一条USB缆线41、42提供功率，所述电容器能够提供运行闪光灯9所需的能量。此电容器具有能够非常快速地对闪光灯9进行充电并且因此避免两次连续闪光之间的等待时间太长的优点。平板I可以具有一个触摸屏或通过鼠标使用。该计算机及其相关联的软件内置在所述平板I内，从而使得可以触发摄像机、检索图像、实施所述图像的处理以及显示测量结果。该屏幕的法向定向为空间中的第一方向，并且摄像机7的视轴定向为第二方向，该第二方向关于竖直平面与该第一方向相反。摄像机7装有倾斜仪，从而使得可以确定其倾斜度，而不管其在空间中的定向如何。此装置I具有小尺寸并且可以容易地安装在桌子或书桌上。其还被配置成用于由希望测量佩戴眼镜的个人的形态几何参数的操作员来操纵(该操作员可以是眼镜商)。的确，佩戴眼镜的个人21定位在摄像机7的前面，而眼镜商将自身置于面向平板I的屏幕并旋转携带摄像机7的支持杆4，从而使得眼镜架21和个人的双眼27在观看屏上被适当地框住。然后，可以开始根据本发明的测量方法。根据另一变体实施例，摄像机和平板I的屏幕可以并排而置，从而允许根据本发明的测量方法受佩戴眼镜的个人本身的控制。
[0038]参照图6，根据本发明的测量装置10的第二优选实施例包括以高分辨率视频摄像机为形式的图像采集系统17，有利地具有大于或等于I百万像素的分辨率。由支座12携带此摄像机17，展现了可变形杆14安装在宽站台13上面，可以容易地扭曲该可变形杆以采取多个位置。当站台13静止在基本上平面表面16上时，杆14相对于竖直方向处于或多或少倾斜的位置上。固定至杆14的电子卡50支撑摄像机、佩戴眼镜的个人21的观看目标18、以及闪光灯19，以便允许更好地掌握照明条件，并使得可以在摄像机17所采集的并且在屏幕上可见的图像上观看每只眼睛的角膜反射，并因此获得更好的测量精度。电子卡50支撑着一个在闪光灯19附近的电容器。因此，通过电子卡50对可以例如构成目标的此电容器进行再充电，该电子卡由至少一条USB缆线51提供功率，所述电容器能够提供运行闪光灯19所需的能量。此电容器具有能够非常快速地对闪光灯19进行充电并且因此避免两次连续闪光之间的等待时间太长的优点。此摄像机17装有倾斜仪，从而使得可以确定其倾斜度，而不管其在空间中的定向如何。与计算机相关联的观看屏(放置于所述摄像机17的中间环境中以便能够观看所述摄像机17所采集的图像、以及所获得的结果)通过数据连接线(例如像USB缆线30)连接至所述摄像机17。此缆线30使得可以向计算机分派所获得的图像以及倾斜仪的数据。本实施例的计算机提供与该第一实施例的计算机的那些相同的可能性。取决于所述屏幕的定向，可以或者由眼镜商或者由佩戴眼镜的个人本身控制根据本发明的测量方法。此图像采集装置10具有小尺寸并且可以容易地安装在桌子或书桌上。甚至可以通过简单的手动操纵在所述桌子或所述书桌上对其移动、以及或多或少的倾斜。
[0039]针对所描述的两个实施例，摄像机7、17具有纵向模式的定向，由此使得可以覆盖较宽的个人高度范围，而不需要调整所述摄像机7、17的定向。然而，针对对应于例如具有过度大的高度的、或坐着而他应该站着(并且反之亦然)的个人的非标准情形，将摄像机7、17倾斜适当角度以框住佩戴者的面部上的图像，并且倾斜仪使得可以测量此倾角，从而此后将其整合到所采集的图像的处理中以便校正所获得的测量结果。根据本发明的方法的另一变体实施例在于使用倾斜度不能被调整的固定摄像机7、17，佩戴者必须通过例如他所坐着的座位的高度调整来调节其位置，从而使得其面部呈现为在平板I的屏幕上居中。除了摄像机7、17所获得的图像之外，屏幕还使得可以用准即时的方式显示这些测量的结果。这两个测量装置1、10的计算机整合了能够触发摄像机、检索照片、实施图像处理以及高度和瞳距的计算等并能够显示结果的软件。
[0040]参照图1，佩戴眼镜的个人21 (其眼镜架配备有带有标记的夹子22)将自身置于高清摄像机7、17前面。眼镜商让个人采取第一(舒适且自然的)姿势，该姿势在于向前看着无穷远的点。则箭头24所画的视觉方向是基本上水平的。眼镜商通过倾斜(如果合适的话)摄像机7、17来调整摄像机7、17从而在与摄像机7、17连接的屏幕上看见个人的面部。一旦个人的面部已经适当地定位在摄像机7、17的视野内，眼镜商就采集第一图像。然后，计算机确定眼镜架21的夹子22的精确三维(3D)定向，并其从其中导出全景角ΘΡ1，根据夹子22相对于摄像机7、17的轴线25的角Θ夹子1、和摄像机7、17相对于竖直面的并用摄像机7、17的倾斜仪测量的角?Caml确定该全景角。夹子22通过位于夹子22上的至少三个标记执行对全景角0P1的测量，这些标记的相对位置完全已知。这些标记定义了唯一的平面，并且与图像处理软件相关联的摄像机7、17将确定这些标记在坐标系(Xe，Yc, Zc)中的3D位置、以及因此本平面相对于此坐标系的定向。此定向直接给出角Θ夹子I。用关于模式分析和机器智能的IEEE会报文章一~"透视三点问题的准确和近似解决方案(Exactand Approximate Solut1ns of the Perspective-Three-Point Problem) ” (D.大芒东(D.De Menthon)和 L.S.戴维斯(L.S.Davis) 1992 年 11 月第 14 卷 11 号第 1100-1105 页)中所描述的POSIT类型的迭代算法常规地完成对夹子22的这些标记的3D坐标的测量。
[0041]然后得到以下角关系:
[0042]ΘΡ1 = Θ 夹子 1-ΘCaml
[0043]在该方法依赖于看着置于摄像机7、17附近的目标8、18的个人的面部的第二图像的采集的假设下，所述方法将如下进行。
[0044]参照图2和图4，眼镜商让个人采取第二(舒适且自然的)姿势，该姿势在于看着置于摄像机7、17上的目标。眼镜商采集第二图像。再一次测量全景角ΘΡ2。理想地，该装置不在两个姿势(?Caml = 0Cam2 = ?Cam)之间移位，因为该摄像机的视野大到足够覆盖头部在这2个位置之间的移动。在此第二图像采集过程中激活闪光灯9、19以便获得角膜反射。从该图像提取这些角膜反射，如眼镜架21的左-右下边缘和左-右鼻侧边缘的一样，以便测量高度⑶及半瞳距(1/2TO)。夹子22还用于重定图像的比例并且因此获得正确H和H)值。参照图4，在此所测量的高度等于Hm并且包括误差，因为处于第二姿势的头部滑架不是图2和图4中用虚线26夹子22所画出的理想头部滑架，并且针对理想头部滑架，误差是零并且该理想头部滑架将对应于等于90° -?Cam的角，其中，?Cam是摄像机7、17与垂直面之间的角。该高度的真值Hr与所测量的高度Hm差异在于以下关系:Hr =Hm+ΔΗο已经通过图4中的对应于第二姿势的指示表示了角误差ΘΕπ.，并用虚线26表示头部的和对应于零角误差?Err的夹子22的位置。此角误差源于(所述个人在第一姿势的过程中所采取的)个人的面部的平面与水平方向之间的倾角不同于(以及其在第二姿势过程中所采取的)其面部的平面与连接其双眼27与目标的轴线之间的倾角的事实。
[0045]通过考虑第二图像的夹子测角误差?Err以及在图3中画出的镜片-眼睛距离(DLE)来校正高度H的误差。通过下式给出该测角误差:
[0046]Θ err = ΘΡ1_ΘΡ2_(90。-?Cam)
[0047]并且大致上通过下式给出高度的校正:
[0048]Δ H = (R 眼 +DLE) X tan (Θ Err) = d (CRO, L) X tan (Θ Err)，
[0049]其中，R眼是眼睛的半径，平均等于12mm，并且DLE是镜片-眼睛距离，平均等于15mm。参数d(CR0，L)表示眼睛的转动中心CRO与镜片L之间的距离。通过参照镜片L的位置，即，眼镜架21的或夹子22的位置，以及参照双眼的和瞳孔28的位置，图3使得可以具体地观看DLE、CRO、和R眼所表示的距离和参数。
[0050]根据本发明的方法旨在除去此角校正步骤。
[0051]以此方式，根据本发明的并使得可以通过根据本发明的测量装置确定佩戴眼镜的个人的形态几何参数的测量方法包括以下步骤:
[0052]-获取与当个人看着位于其前方无穷远的点时他所佩戴的眼镜架21的第一位置相关的信息项的步骤，其中，自然头部滑架处于一个基本上水平方向24。
[0053]根据一个根据本发明的方法的第一优选实施例，配备有标记的常规标测夹子22固定在眼镜架21上，并且用高清摄像机7、17拍摄个人的面部的照片。眼镜商关于距离和倾斜度执行对图像采集系统7、17的用法调整，从而获得佩戴眼镜架21的个人的面部在屏幕上居中的图像。例如，如果个人的面部的图像出现在屏幕的可以是两条平行线的两个预先定义的坐标系之间，则可以认为它令人满意。参照图1，然后，计算机确定眼镜架21的夹子22的精确三维定向，并从其中导出全景角ΘΡ1，根据夹子22相对于摄像机7、17的视轴25的角Θ夹子1、以及摄像机7、17相对于竖直面的角0Caml确定该全景角。
[0054]ΘΡ1 = Θ 夹子 1-ΘCaml
[0055]根据一个根据本发明的方法的第二优选实施例，以加速计和/或倾斜仪类型的3D传感器为形式的电子标测装置定位于或结合在固定至眼镜架21的夹子22上。在这种情况下，操作员优选地将电子标测装置定位在夹子22的已知位置，以便方便系统的校准。系统本身具有(并以已知的方式)自主电源系统或与电子卡40、50具有有线连接的电源系统。还可以将电子标测装置直接整合到夹子22中。在这种情况下，夹子具有整合并且自主的电源，并且该电源以有线的方式或通过为此目的所提供的底座可再充电。
[0056]该电子标测装置(以USB类型的有线连接、或WIFI或蓝牙模式类型的无线连接)连接至电子卡(40、50)，该电子卡将直接处理所接收的信号，从而提供关于眼镜架的倾斜度的信息项。
[0057]然后，眼镜商可以让佩戴者或者以自然方式在商店内到处移动几十秒，或者保持就座并采取自然头部姿势几秒钟。眼镜商具有或者(通过输入/远程控制元件)间歇性地触发对眼镜佩戴者的头部滑架的倾斜度进行测量、或者开始对眼镜佩戴者的自然头部滑架的倾斜度的自动测量的可能性。对于此第二选项，有规律地并通过统计定律执行测量，然后计算面部的倾斜度。此后，计算机确定眼镜架21的夹子的精确3D定向，并从其中导出全景角ΘΡ1，根据夹子相对于竖直轴线的角θ夹子I自然头部滑架(Θ CliplNaturalCarriage)确定该全景角。
[0058]ΘΡ1 = Θ夹子I自然滑架
[0059]-由个人观察置于相对于高清摄像机7、17的已知位置上的目标8、18的步骤，同时在不使其双眼离开目标8、18的情况下进行其头部的运动。优选地，这引起其头部向上的俯仰运动。以针对前一步骤相同的方式，眼镜商执行对高清摄像机8、18的调整，从而获得个人的面部的可利用的图像。然后，眼镜商让佩戴眼镜的个人进行向下点头，同时注视着目标8、18。可以将这些点头视为头部的绕着平行于连接个人的双肩的轴线的水平轴线的、并在竖直面内没有横向偏移地进行的转动运动。
[0060]-在此点头运动过程中采集个人的面部的若干图像的步骤，每张图像对应于头部的具体倾斜度。的确，眼镜商触发高清摄像机7、17采集个人的点头运动的视频。在此采集过程中，已经触发了闪光灯9、19，从而获得角膜反射。针对从视频所提取的每张图像，测量两个参数:
[0061]A-全景角ΘΡ2= Θ夹子2_0Cam2，其中，θ夹子2是夹子22与摄像机的轴线25的角，并且?Cam2是摄像机的轴线25与竖直面之间的角。
[0062]B-夹子测角误差 ?err = ΘΡ1-ΘΡ2_(90。-?Cam)
[0063]-选择图像的步骤，针对该图像，参数?Err的绝对值小于预先确定的阈值ε，并且其接近零。例如，此阈值可以等于0.5°。点头运动必须足够大，以便包括面部的“理想”位置，?Err针对该理想位置的值是零。
[0064]-由该计算机处理所选择的图像从而基于双眼27的位置、眼镜架21在该第一姿势下的位置、眼镜架21在该所选择的图像上的位置、以及高清摄像机7、17的倾斜度确定个人的这些形态几何参数的步骤。因此，此步骤避开通过特定算法执行的角度校正的子步骤，并因此直接提供希望的形态几何参数。
[0065]-输出这些测量的结果的步骤。
[0066]可以通过对应于这2个姿势的图像对DLE的值进行测量。相应地，使用2张图像，并且提取用标记23所获得的夹子22的位置，与通过(例如)瞳孔28、虹膜、角膜反射或接合组织提取双眼27的位置一样。
[0067]通过操作员的手动指向图像或通过计算机对这两张图像的自动检测来确定这些位置。
[0068]与接合组织相比，虹膜、角膜反射以及瞳孔是展现出当个人点头过程中被眼镜架掩蔽得更少的优点的要素。而且，将以更精确的方式完成手动指向或自动检测所述要素的图像，因为它们可更容易识别。
[0069]与接合组织对比，双眼具有转动运动并且在夹子22的坐标系中可移动。可以对2张图像之间的眼睛的运动进行补偿，从而返回到双眼本不应相对于夹子22移位的情况。因此，通过用距离dP对该第二图像内的双眼的位置进行补偿，我们恢复到物体没有相对于夹子22移动的情形。大致上，dP基本上等于瞳孔的或虹膜的或这2张图像之间的角膜反射的平移值。可以考虑眼睛的半径、摄像机与水平方向之间的角度、夹子22的角度在这2张图像之间的变化、以及眼睛的角度在这2张图像之间的变化来开展更精确的几何计算。
[0070]此外，有利地考虑了与虹膜和角膜的顶点不在同一个平面内的事实相关的几何补偿。以优先的方式，还可以将与个人的双眼27没有看着采集系统(7、17)的传感器而是看着光学物镜的顶点的事实相关的会聚缺陷的几何补偿整合在计算中，从而降低用根据本发明的方法所确定的参数的潜在不准确来源。
[0071]针对这2张图像，通过双眼27的瞳孔28的或虹膜的或角膜反射的在夹子22的坐标系中的投影确定双眼27的瞳孔28的或虹膜的或角膜反射的在夹子22的平面内的位置Yl和Y2，并且通过三角法从其中导出这两只眼睛27的CRO在夹子22的坐标系中的位置。
[0072]我们具有d(CRO，L) = (Yl-Y2)/tan(0Pl-0P2)
[0073]如果使用了双眼27的接合组织的位置，我们具有:
[0074]DLE = (Yl-Y2)/tan(0Pl_0P2)，其中，Yl和Y2是双眼的接合组织的坐标。
[0075]以任意的方式，可以设想取CRO与L之间的距离的平均值，该值可以例如等于27_。在一个第一替代方案中，在第二图像捕获过程中可以让佩戴者进一步倾斜其头部，从而具有至少10°的角差异。
[0076]在一个第二替代方案中，可以让个人转动其头部而不注视目标8、18或具体物体，并且通过使用双眼27的接合组织测量DLE。
[0077]在眼镜21佩戴者在两次图像捕获之间不倾斜其头部的情况下，我们具有ΘΡ1 =ΘΡ2。
[0078]瞳距或半距离PD、眼睛27的瞳孔28到镜片L的或眼镜架21的下边缘之间的分开高度H、眼睛27与镜片L之间的距离DLE、以及全景角Θ P是可以基于根据本发明的测量方法确定的主要形态几何参数。
【权利要求】
1.一种用于测量佩戴眼镜(21)的个人的形态几何参数的方法，所述方法实现一种自主计算机化装置(1，10)，该计算机化装置包括一个屏幕、一个目标(8，18)、一个紧凑型图像采集系统(7，17)、以及一个使得可以控制该图像采集系统(7，17)并处理所获得的图像的计算机，该紧凑型图像采集系统配备有一种用于确定其倾斜度的装置，所述系统(7，17)与所述屏幕连接，该方法的特征在于，其包括以下步骤， -采集当一个人正看着一个位于其前方无穷远的点时与他所佩戴的眼镜架(21)的一个第一位置相关的一个信息项，其中，一个自然头部滑架处于一个基本上水平方向(24)，该副眼镜(21)在该个人的面部上占据一个自然位置， -由该个人对相对于该图像采集系统(7，17)放置在一个已知位置上的该目标(8，18)进行观察，同时在不使其双眼离开该目标(8，18)的情况下进行其头部的至少一次向上俯仰运动，关于该第一步骤，该副眼镜(21)在该个人的面部上保持一个不变的位置， -通过与用于第一姿势相同的图像采集系统(7，17)采集在此转动运动过程中该个人的面部的若干图像，每张图像对应于该头部的一个具体倾斜度， -选择最接近理想图像的图像，针对该理想图像，该面部相对于一条连接双眼(27)与所观察的该目标(8，18)的轴线的倾斜度与该面部相对于当该个人看着一个无穷远的点时他所采取的一个水平方向(24)的倾斜度完全相同， -由该计算机对所选择的该图像进行处理，从而基于双眼(27)的位置、该眼镜架(21)在该第一姿势下的位置、该眼镜架(21)在所选择的该图像上的位置、以及该图像采集系统(7，17)的倾斜度确定该个人的这些形态几何参数， -输出这些测量的结果。
2.如权利要求1所述的测量方法，其特征在于，该图像采集系统(7，17)是一个高分辨率摄像机。
3.如权利要求1和2中任一项所述的测量方法，其特征在于，基于用该图像采集系统(7，17)获得的该个人的面部的一张图像实施所述采集与该眼镜架(21)的该第一位置相关的该信息项的步骤。
4.如权利要求3所述的测量方法，其特征在于，该眼镜架(21)配备有一个标测元件，该标测元件以一个配备有多个标记并且固定在所述眼镜架(21)上的夹子(22)为形式，所述标记表示该眼镜架(21)的空间定向。
5.如权利要求1至4中任一项所述的测量方法，其特征在于，通过一个电子标测装置实施所述采集与该眼镜架(21)的该第一位置相关的该信息项的步骤，所述装置被稳固至该眼镜架(21)或一个固定至所述眼镜架的夹子(22)上。
6.如权利要求5所述的测量方法，其特征在于，该夹子装有一个无线通信模块，从而使得可以将所执行的这些测量上传至一个位于远端的装备。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述用于确定该图像采集系统(7，17)的倾斜度的装置是一个倾斜仪。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法所测量的这些形态几何参数为瞳孔(28)与镜片(L)的下缘之间的高度(H)、以及全景角。
9.如权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，一个操作员位于该佩戴眼镜的个人的前面，所述操作员实施对该图像采集系统(7，17)的调整并且控制所述方法的各个步骤。
10.用于实现如权利要求1至9中任一项所述的测量方法的测量装置，所述装置包括一个计算机、配备有一个倾斜仪的至少一个摄像机(7，17)、一个使得可以观看所述摄像机(7,17)所拍摄的图片以及这些测量的结果的显示屏幕，可以彼此独立地设置该摄像机(7，17)的位置和该屏幕的位置，该测量装置的特征在于，其包括一个用于以一个具有多个标记的夹子(22)的形式对眼镜架(21)进行标测的元件。
11.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，该装置由将该屏幕、一个辅助摄像机、该倾斜仪和该计算机集合在一起的一个平板(I)、以及所述至少一个摄像机(7)组成。
12.如权利要求10和11中任一项所述的测量装置，其特征在于，该装置包括一个用于对该眼镜架(21)进行空间标测的电子装置。
13.如权利要求11所述的测量装置，其特征在于，该装置包括一个支座(2)，该平板(I)和该摄像机(7)固定在该支座上。
14.如权利要求13所述的测量装置，其特征在于，该摄像机(7)和该平板(I)位于一个竖直平面的任一侧上并且在它们自己之间形成一个介于15和45°之间的角。
【文档编号】G02C13/00GK104487886SQ201380039104
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年7月18日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】F·迪沃, P·皮诺, C·孔达, A·阿达迪 申请人:埃西勒国际通用光学公司