用于确定定心参数的计算机实施的方法与流程

使用定心参数来将眼镜镜片正确地布置在眼镜架中或在眼镜架中居中，使得眼镜镜片相对于戴着眼镜的人的眼睛布置在正确位置上。在此，这些定心参数部分地是相关人的解剖学参数，例如瞳孔间距、部分纯粹是镜架特定参数，比如镜片宽度或镜片高度，并且部分是解剖学参数和镜架特定参数的组合，例如顶点距离和配适点高度。在日期为2013年10月的dineniso13666中提供了常规定心参数的概述。

与眼镜镜片的生产和研磨相关的距离和尺寸在用于使眼镜镜片定心的定心设备的帮助下被测量出。重要的是，眼科配镜师具有尽可能快速且无误差的工作流程以获得高品质建议，该建议关注的是最终客户并且不受技术过程的支配。在此背景下，需要一种尽可能无中断（鲁棒）的运行模式，同时自动方法精度高。这可以通过数字图像分析和机器学习（包含模型知识）的过程来实现。在此，定心设备配备有同时记录最终客户的多个图像的多个相机。在先前的定心设备中，客户在过程中戴着镜架。比如瞳孔中心和镜架镜圈等特征被自动检测并且其子像素准确位置在图像中被自动确定。随后，用于眼镜镜片定心的相关参数可以基于这些测得的图像位置并且在定心算法的帮助下被确定。但是，这不能对不在从眼镜商的商店中购买的眼镜架进行定心测量。

us6,792,401b1已经披露了一种用于装配眼镜镜片和眼镜的方法，其中，在测试镜架的帮助下将受试者的头部的图像数据与眼镜架的视图相关联。us2015/0055085a1披露了一种在开篇阐述的类型的方法，其中，使用受试者的多个经校准的图像来产生描述其眼睛部位的点云。镜架“放置”到“头部”上，头部用点云的形式以虚拟的方式呈现，所述镜架已经可以以镜架制造商提供的cad数据记录的形式获得。但是，如果无法从镜架制造商获得cad数据记录，则不能执行这种方法，镜架制造商通常将所述cad数据记录看做是公司机密。此外，参考物体被用来将头部模型缩放到正确大小。

因此，本发明的目的是开发一种有利于顾客更好选择眼镜架的方法，该方法是开篇阐述的类型。

从us2015/0055085a1开始，如权利要求1所述的方法通过不需要参考物体（比如测试镜架）而实现了提供一种更简单的方法的目的，例如，该测试镜架通常让客户感觉不舒服。

根据us2015/0055085a1，如权利要求3所述的方法实现了提供一种即使在没有来自镜架制造商的数据的情况下仍有利于确定定心参数的方法的目的。

根据us2015/0055085a1，如权利要求6所述的方法实现了提供一种更简单的方法的目的。点云相比于cad数据记录包括的数据更少，并且因此执行方法所需的计算能力没有那么大。

本发明基于以下构思：也使用眼镜架对顾客进行定心测量，这种眼镜架不存在于商店中，而仅作为3d数据记录存在。结果是，可以为顾客提供比商店里的眼镜架多得多的眼镜架以便进行选择。此外，为客户专门个体化的眼镜架还可以在生产之前被测量。这允许客户可以试戴变化大得多的眼镜架，并且这些眼镜架甚至在眼镜架不必被戴上的情况下同时进行测量。在此，如果描述眼镜架的几何参数（描述眼镜架的几何形状）的数据记录作为至少一个三维点云被提供–不需要比如眼镜镜片的跟踪轮廓等元数据，那么这是足够的。在该过程中，提供相对于彼此校准的图像。校准包括记录图像的相机的或记录图像的相机的非固有特性，比如其光轴的相对对准和在空间中相对于彼此的相对布置，以及这些相机的固有特性，即多个相机自己的或相机自己的特性，这些特性限定空间中的位于相应相机的内坐标系中的点是如何映射到所记录的图像的像素坐标中的。校准相机的详细说明在书名为“multipleviewgeometryincomputervision[计算机视觉中的多视图几何学]”的教科书，richardhartley和andrewzisserman，第2版，剑桥大学出版社，2004年，特别地在其第8页中找到。

通过几何位置确定来确定描述眼睛的位置的几何参数。提供描述眼镜架的几何参数的三维数据记录，并且眼镜架的几何参数与描述眼睛的位置的几何参数通过刚性变换而彼此相关联。随后，根据描述眼镜架的以及描述眼睛的位置的几何参数来计算定心参数。刚性变换理解为是指平移、旋转或镜像或其组合。

出于简化方法的目的，可以通过眼镜架的轮廓分割在各个图像中和/或通过3d重建方法和/或通过用于机器学习的方法来生成描述眼镜架的几何参数的数据记录。

机器学习是根据经验“人造”产生知识的概括术语：人造系统从实例中学习，并在学习阶段结束后可以推广这些实例。也就是说，不是简单地记住实例；替代地，人工系统“辨别”学习数据中的模式和规律。因此，系统还可以评估未知数据。在“机器学习”维基百科文章中提供了机器学习的概述，该文章附在本申请中并且在本文中明确引用。前述维基百科文章还提供了这里可能使用的各种方法和算法的概述。

分割是数字图像处理和机器视觉的一个分支。根据一定的同质性准则通过将相邻像素组合起来产生在内容方面相关的多个图像区域被称为分割。分割通常用于在图像中找到物体或边缘。在“分割（图像处理）”维基百科文章中提供了分割的概述以及各种算法方法。该文章附到本申请中并且在本文中明确引用。

3d重建方法应该理解为是指以下内容：传统相机通过将三维场景投射到二维平面（即，图像平面）上来产生图像。在此成像期间丢失尺寸，所述尺寸与图像的深度，即相机与成像物体之间的距离相对应。深度信息可以通过3d重建方法根据从不同观察方向记录的两个（或更多个）图像被重新获得。场景的三维模型（即，3d重建）可以根据获得的图像深度立刻形成并且随后可以使用相机图像为该三维模型添加纹理。

通常，3d重建方法如下进行：

•在两个图像中找到对应点。

•考虑相机的内外几何形状（校准），对所有发现的对应关系进行三角测量，以便获得三维点。

描述眼镜架的几何参数的数据记录可以以多个点云的形式被提供，每个点云描述眼镜架的一部分。此外，优选地，描述眼镜架的几何参数的数据记录包括点云在空间中的取向。作为其替代方案，还可以通过自动识别镜架的各个部分并且将镜腿朝优选方向定向（例如，朝向后方）来计算点云在空间中的取向。

描述眼镜架的几何参数的数据记录方便地包括眼镜架的预定或计算的显著点，特别地是显著点序列。这些点可以是镜腿的铰链的轴线的位置和/或取向和/或鼻梁中心和/或耳朵支撑点和/或镜架内镜圈和/或镜片外镜圈和/或镜腿的终点。如果描述眼镜架的几何参数的数据记录被投射到二维平面上，则实现了方法的进一步简化。根据本发明的有利发展，根据描述眼镜架的几何参数的数据记录确定属于眼镜架的镜片边缘。在此，方便地，眼镜的镜片的三维模型大致适于确定的镜片边缘。眼镜镜片的这种三维微型可以包括镜片表面和/或镜片平面、或在更简单的变体中可以由镜片平面构成。

此外，还可以使眼镜架的三维模型和/或眼镜架的多个部分和/或眼镜的镜片大致适于三维数据记录。

三维模型可以是参数模型，其参数通过优化方法适于三维数据记录，该三维数据记录例如包含点云或多个点云。但是，还可以通过机器学习根据实例数据产生三维模型。

各种方法可以应用于几何位置确定。但是，优选地，几何位置确定包括三角测量方法。还可以通过三角测量方法产生描述眼镜架的几何参数的数据记录。

优选地，根据本发明的计算机实施的方法使用权利要求22中大体上描述的并且在附图的以下描述中详细描述的设备来执行。

根据本发明确定的定心数据可以有利地用于使眼镜镜片在眼镜架中居中和/或用于研磨眼镜镜片以装到眼镜架中。在此，在一个方法步骤中，使用确定的定心参数使至少一个眼镜镜片在眼镜架中居中，或基于确定的定心参数研磨至少一个眼镜镜片以便布置到眼镜架中。眼镜镜片和眼镜可以以这种方式制造。在下文中，将基于附图中示意性地展示的示例性实施例来更加详细地说明本发明。在图中：

图1a、图1b以透视图和前视图示出了用于确定定心参数的设备；

图2a、图2b示出了眼镜架在进行空间定向之前和之后的图示，以及

图3将根据图2b的眼镜架的图示示出为配适有镜片平面的三维点云。

附图中展示的设备10用于确定用来配适眼镜的定心参数。该设备具有柱12，该柱以高度可调节的方式承载刚性相机载体14，进而该相机载体承载多个相机16a、16b。在平面图中，相机载体14弯曲成大致圆形形状并且在两个自由端18之间延伸，这两个自由端被布置成彼此相距一定距离。相机载体14的内面20围成内部22，围到前方、即朝向柱12并且围到侧边，当相机16a、16b记录图像时受试者的头部位于该内部中。在自由端18之间延伸的方向上，内面20以凹形方式弯曲并且具有例如圆柱体的侧面的一部分的形式，其中，圆柱体可以具有圆形或椭圆形底座。升降装置（没有任何更详细地展示）布置在柱12中以便能够将相机载体14定位在相对于受试者的头部的正确高度处，可以通过所述升降装置以马达驱动的方式上下移动相机载体14。

所有相机16a、16b布置在相机布置26中，该相机布置在自由端18之间延伸。在本示例性实施例中，相机布置26被实施为相机行26，其相机16a、16b都处于相同的高度，这些相机的光轴指向内部22。在本示例性实施例中，相机行26包括：布置在相机载体14的中心的正面相机16a，所述正面相机的光轴正向地指向受试者的面部；以及关于延伸穿过正面相机16a的光轴的垂直对称平面成对地对称布置的八个侧面相机16b，在各自情况下，所述侧面相机中的四个从左边指向至受试者的面部并且四个从右边指向试者的面部。此外，相机16a、16b以这样的方式校准，使得这些相机能够同时记录受试者的经校准图像。校准包括非固有特性，比如其光轴的相对对准和在空间中相对于彼此的相对对准，以及其固有特性，即相机本身的特性，这些特性限定空间中的位于相应相机的内坐标系中的点是如何映射到所记录的图像的像素坐标中的。

相机载体14将内部22围成到前部、朝向柱12并围到侧边的内部，即围到受试者的头部的左侧和右侧。所述内部朝向顶部、底部以及后侧30敞开，其中，自由端18彼此之间的距离为至少25cm，使得受试者可以舒适地从后侧接近。在示出的示例性实施例中，距离是70到80cm。

为了照亮内部22，提供照明装置，该照明装置具有在相机行26的上方延伸的上灯条32以及在相机行26的下方延伸的下灯条34，所述灯条具有在各自情况下作为照明手段的多个led。上灯条32和下灯条34各自在某一长度上连续地或间断地延伸，该长度至少与在自由端18之间的圆周方向上测得的相机行26的长度的长度一样长。这与至少160度的圆周角度相对应。靠近自由端18处，上灯条32和下灯条34在各自情况下通过在竖直方向上延伸的另一个灯条36而彼此连接。因此，相机行26由至少一行led构成其整个框架。此外，设备10具有开环或闭环控制装置（在图中没有任何更详细地展示），借助于该装置，led发射的光强度可以根据相机16a、16b检测到的光强度受到控制和调节。在此，灯条32、34、36的led组合成扇区，其发射的光强度可以彼此分开地控制或调节。此外，提供的是，各个led发射的光强度还能够借助于开环或闭环控制装置而彼此分开地控制或调节。

为了能够使受试者正确地定位在内部22中，最靠近正面相机16a的两个侧面相机16b被配置用于测量受试者的头部与相机载体14的中心38的距离。通过显示单元向受试者示出他们是否正确地站立，这没有任何更详细地展示。显示单元具有布置成行的多个不同颜色的光源。当受试者正确地站立时，中央光源发出绿色光。从中央光源开始，在每个方向上以这种顺序存在黄色光源、橘色光源以及红色光源，所述光源根据其颜色指示受试者是略微地、明显地还是过于远离相机载体14的中心38或受试者是略微地、明显地还是过于靠近中心38。为了确保当确定定心参数时受试者的观察方向指向无限远，提供布置在相机载件14处的注视装置42，所述注视装置针对受试者产生斑纹图案形式的注视图案。注视图案被布置成略微高于正面相机16a，使得受试者凝视正面相机。以这种方式，这些受试者的面部可以以最大可能程度记录下来。

设备10特别地还适合产生受试者的头部的虚拟替身，该虚拟替身可以用于确定定心参数。为此，没戴眼镜或眼镜架的受试者的头部的经校准图像被相机16a、16b记录下来。头部的深度轮廓通过用于几何位置确定的例如三角测量法等合适方法创建，该深度轮廓作为近似值对该头部很好地成像。用大量点对头部成像，这些点可以借助于网格图案或存储为点云的其他图案而彼此连接。在随后的确定定心参数中，由于受试者配戴的眼镜或眼镜架的几何特性，因此确定的虚拟替身可以用于确定不能确定或只能大致确定的定心参数。举例来说，宽镜架镜腿在侧面记录中可能覆盖眼睛，以至于顶点距离不能被确定或只能非常不准确地被确定。此外，着色或强反射性眼镜镜片不能允许识别或仅非常差地识别眼睛。为了将此抵消，将虚拟替身的深度轮廓投射到戴着眼镜或眼镜架的受试者的由相机16a、16b记录的图像上，并且借助于虚拟替身的图像数据确定定心参数，由于视景受到眼镜或眼镜架的限制，因此这些定心参数仅可以非常不令人满意地确定。在此，出于使偏差最小的目的，虚拟替身可以配适到戴着眼镜或眼镜架的受试者的图像上。

作为产生虚拟替身的替代方案或除其之外，如下所述，设备10可以用于执行用于确定定心参数的计算机实施的方法。

首先，相机16a、16b提供受试者的头部的同时记录的经校准图像。根据这些图像通过几何位置确定、特别是通过三角测量法来确定描述眼睛的位置的几何参数。特别地，上述虚拟替身也可以用于此目的。如图2a所示，接着基于眼科镜架50提供描述眼镜架的几何参数的三维数据记录。出于简化目的，眼科镜架50（可作为三维点云获得）在图2a中用实线而不是用点的形式以简化方式展示。通过刚性变换或刚体模拟，使描述眼科镜架50的三维点云进入与限定眼睛的位置的参数相关的配戴位置，为此目的，该眼科镜架旋转并且虚拟地“放置”在头部上。图2b说明了旋转到相机16a、16b的坐标系，其中，z方向由正面相机16a的观察方向预先确定。例如基于描述眼睛的位置的几何参数以及描述配戴位置上的眼镜架的几何参数来确定定心参数，例如顶点距离。出于简化方法的目的，眼镜的镜片用平面52大概地表示，如图3所示，其中，眼镜架50还用点云表示。出于这种目的，根据描述眼镜架的几何参数的数据记录确定属于眼镜架的镜片边缘，并且眼镜的镜片的三维模型大致配适于确定的镜片边缘，这个模型由镜片平面52构成。

本发明的优选实施例在以下条款中重现：

1.一种用于确定定心参数的计算机实施的方法，其中，提供该头部的至少两个图像，这些图像从不同观察方向被记录并且相对于彼此校准，并且其中，通过几何位置确定来确定描述这些眼睛的位置的几何参数，其中，提供描述该眼镜架的几何参数的三维数据记录，其中，该眼镜架的这些几何参数与描述这些眼睛的位置的这些几何参数通过刚性变换而彼此相关联，并且其中，根据描述该眼镜架的这些几何参数以及描述这些眼睛的位置的这些几何参数来计算这些定心参数。

2.根据条款1所述的计算机实施的方法，其特征在于，描述该眼镜架的这些几何参数的该数据记录作为至少一个三维点云被提供。

3.根据条款2所述的计算机实施的方法，其特征在于，提供该眼镜架的不同部分的多个点云。

4.根据条款2或3所述的计算机实施的方法，其特征在于，描述该眼镜架的这些几何参数的该数据记录包括该至少一个点云在空间中的取向。

5.根据条款2和3中任一项所述的计算机实施的方法，其特征在于，计算该至少一个点云在空间中的取向。

6.根据前述条款中任一项所述的计算机实施的方法，其特征在于，描述该眼镜架的这些几何参数的该数据记录包括该眼镜架的一个或多个预定点。

7.根据前述条款中任一项所述的计算机实施的方法，其特征在于，根据描述该眼镜架的这些几何参数的该数据记录确定属于该眼镜架的镜片边缘。

8.根据前述条款中任一项所述的计算机实施的方法，其特征在于，该眼镜架的三维模型和/或该眼镜架的多个部分和/或该眼镜的镜片大致配适于该三维数据记录或所确定的镜片边缘。

9.根据条款8所述的计算机实施的方法，其特征在于，这些眼镜镜片的三维模型包括镜片表面和/或镜片平面（52）和/或由其构成。

10.根据条款8和9中任一项所述的计算机实施的方法，其特征在于，该三维模型是参数模型，其参数是配适的。

11.根据前述条款中任一项所述的计算机实施的方法，其特征在于，该几何位置确定包括三角测量方法。

12.一种具有程序代码的计算机程序，该程序代码用于当该计算机程序被加载到计算机上并且在计算机上执行时实施所有根据前述条款中任一项所述的方法步骤。

13.用于实施根据条款1至9中任一项所述的计算机实施的方法的设备（10）的用途，其中，该设备（10）包括相机载体（14），该相机载体部分地围成顶部、底部、后侧（30）敞开的内部（22），并且该相机载体承载至少三个相机（16a，16b），这些相机被布置在该相机载体（14）的两个自由端（18）之间并且指向该内部（22），其中，该相机载体（14）具有用于照亮该内部（22）的照明装置（32，34，36）。

14.一种包括存储器和处理器的计算机，其中，根据条款12所述的计算机程序存储在所述存储器中，该处理器用于执行存储在该存储器中的该计算机程序。

15.根据条款14所述的计算机，其特征在于，该处理器被配置用于提供该头部的从不同观察方向同时记录的至少两个经校准的图像、并且通过几何位置确定来确定描述这些眼睛的位置的几何参数、提供描述该眼镜架的几何参数的三维数据记录、通过刚性变换使该眼镜架的这些几何参数与描述这些眼睛的位置的这些几何参数彼此相关联、并且根据描述该眼镜架的以及描述这些眼睛的位置的这些几何参数来计算定心参数。