评价眼镜片双目性能的方法，显示所述性能的方法及装置的制作方法

专利名称：评价眼镜片双目性能的方法，显示所述性能的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法和装置，用于以直观的方法表示眼镜片的双目性能。
背景技术：
作为显示眼镜片性能的方法，已知有用于获得镜片表面的平均屈光能力和散光，并且通过镜片表面上的等值线表示分布的方法。
不过，通常镜片表面的平均屈光能力和散光仅表示镜片表面的弯曲的特性，不可能直接表示出通过镜片观察外部世界时镜片的性能。本发明人提出一种视觉光学系统模拟方法，用于模拟通过眼镜片观察外部的三维世界时如何看到物体，作为一种方法，其中通过镜片观察外部世界时镜片的性能，通过戴眼镜者的视觉敏锐度加以考虑。该方法并非产生和使用投影到眼镜视网膜上的光学图像的方法，而是产生并使用基于旋转的视网膜图像，此基于旋转的视网膜图像被定义为在视场内相对所有物点转动眼球，并结合在视网膜凹处所捕获的图像，而得到的图像。基于旋转的视网膜图像近似为眼睛通过眼镜片所看到的图像。
基于旋转的视网膜图像和其运动的视频图像，能够表示通过眼镜片观看外部世界时所能看出的起伏、畸变和模糊。例如，在美国专利申请No.09/415,498(申请日为1999年10月12日)中描述了这种方法。不过，基于旋转的视网膜图像是这样一种效果，其中在观看图像内每个物理点时，在图像上反映出镜片成像特性，并不直接表示镜片自身的成像特性。例如，即使在图像亮度改变很小的部分，点扩展函数(“PSF”)不同，基于旋转的视网膜图像也表示出相同的结果。在初始图像具有很少象素的情况下，基于旋转的视网膜图像不能很好地反映出其范围很小的PSF。
为了解决上述问题，本发明人提出一种方法，用于以直观的方法表示通过镜片观察外部世界时眼镜片的性能，并显示性能指数。该性能指数不但包括清晰度指数，而且还包括平均放大率误差，剩余散光，畸变指数等。
不过，基于旋转的视网膜图像(RRI)和性能指数图像均以单眼视觉为基础。仅使用单眼特性不足以评价视觉性能，因为通常人们使用双眼进行观看。
本发明人提出了一种方法，用来模仿观察者通过分别设置在右眼和左眼前面的两个眼镜片用双眼观看到的图像。该图像被称为双目联带运动的基于旋转的视网膜图像。
与单目的基于旋转的视网膜图像相同，双目联带运动的基于旋转的视网膜图像也具有难于表示其自身视觉特性的问题。
本发明的目的在于提供一种用于评价眼镜片双目性能的方法。本发明不仅仅是从单目视觉到双目视觉的简单的类推。在观察者用其双眼进行观看时，许多因素对视觉特性产生影响。
本发明提供一种方法，用于表示观察者通过右和左眼镜片观看视场时，眼镜片的双目性能，该方法包括步骤定义一双目性能指数，其表示观看视场中的物点时该眼镜片的双目性能，和对于分布在所述视场上的多个物点，得出双目性能指数，以及以一种视觉上可领会的方式显示所得到的双目性能指数的大小(scale)。
本发明还涉及一种用于实现本发明方法的设备。
最佳实施例的详细说明

图1为一表示本发明实施例1产生眼镜片的双目性能指数图像的流程图2为一表示肉眼视场坐标的示意图；图3为描述对双目联带运动旋转方向定义的示意图；图4为表示通过眼镜片观察的视场的坐标的示意图；图5为描述对双目会聚角度和垂直倾斜角度(右和左视线的垂直偏移)定义的示意图；图6为描述对双目畸变指数(点畸变指数)定义的示意图；图7为表示Navarro眼睛模型的(未调节)的光学参数的图表；图8表示出描述Navarro眼睛模型的光学参数对调节能力的依赖性的公式；图9为描述PSF的示意图；图10为表示观察者观看物体时眼镜片的视觉光学系统的示意图；图11为表示入瞳分布的示意图；图12为表示双目PSF联合的示意图；图13为第一实施例的初始图像；图14为第一实施例中视线从中通过的镜片凸面上的位置图；图15表示第一实施例中右剩余波前和左剩余波前平均的剩余度的图像；图16表示第一实施例中会聚调节差的图像；图17表示第一实施例中双目垂直偏移的图像；图18表示第一实施例中双目点畸变指数的图像；图19表示第一实施例中双目清晰度指数的图像；图20为表示用于产生双目性能指数图像的视频图像的方法的总流程；以及图21为方框图，表示用于获得并显示本发明的眼镜片的双目性能的设备的结构。
下面将参照上面的附图，描述本发明第一实施例的用于表示眼镜片双目性能的方法。
本实施例的用于表示眼镜片双目性能的方法，包括产生并显示观察者通过设置于其眼睛前面的眼镜片观察视场内三维CG物体时，眼镜片双目性能指数的静止图像。此处，将该图像称为双目性能指数图像。该双目性能指数图像是视场的这样一种数字图像，对于图像中的每个象素，单色亮度或者RGB彩色亮度不表示物点的实际颜色或亮度，而表示通过右和左眼镜片用双眼观看该物点时，双目性能指数的值。
双目性能指数是一个抽象概念。可以具体为多种类型的量或值。某些量由单目视觉类推而来，如右和左眼镜片的双目剩余矫正误差，双目清晰度指数，双目点畸变指数等。其它的量是特有的，如双目垂直偏移角度，会聚与调节之间的偏离，物象不等指数(aniseikonicindex)等。
视场的图像也有多种类型。可以是初始图像，一种用肉眼观察的不包括任何畸变的图像。还可以认为是光学系统物空间中的图像。视场的图像也可以是畸变的初始图像，一种包括镜片所产生的畸变的图像。并且，可以认为是光学系统中像空间中的图像。还存在特殊类型的视场图像。例如，其水平和垂直坐标代表观察者通过眼镜片观看视场中相应物点时眼镜片(右或左)表面上的位置的图像等。这种图像可以帮助直接确定性能存在问题的位置。
本实施例的方法包括(1)产生一初始图像的步骤，(2)产生一畸变的初始图像的步骤，(3)得出眼镜框位置的步骤，(4)获得双目性能指数的步骤，以及(5)产生一双目性能指数图像的步骤。
(1)产生一初始图像该步骤包括利用计算机图形产生虚物，并将该虚物放在虚拟的三维空间中；在该虚拟三维空间中特定位置处设置双目旋转的中点；在被定义为其顶点处于双目旋转的中点且其中心轴沿特定的中心视线方向延伸的特定的棱锥形区域的视场内，产生该虚物的像作为初始图像；对于多个物点中相应于初始图像一个象素的每一个物点，获得物距，该物距被定义为物点与双目旋转的中点之间的距离。下面将详细地描述该步骤。
a.产生用于初始图像的虚物根据一种众所周知的计算机图形方法，在一虚拟的三维空间中产生并设置虚物。例如，可以将桌子、椅子和其它家具设置在虚拟房间中；或者，作为另一个例子，可以将花圃、树和交通信号放置在虚拟的室外场中。
b.产生一初始图像将被定义为两个单目旋转中心的中点的双目旋转的中点设置在该虚拟三维空间中特定位置处。然后，产生一初始图像作为在视场中所产生的虚物的像。该视场被定义为其顶点处于双目旋转的中点，且其中心轴沿特定中心视线的方向延伸的棱锥形所限定的特定区域。具体来说，如图2所示，将视场定义为其顶点位于O的棱锥A1A2A3A4，O为右单目旋转中心OR与左单目旋转中心OL的中点，且其中心轴沿垂直于线OROL的中央视线OA的方向延伸。在该视场内产生一图像，并定义为初始图像。在该棱锥视场中，用坐标μ＝y/x和ν＝z/x表示初始图像上任意点P(x，y，z)的位置，其中(x，y，z)为其坐标原点位于O的笛卡儿坐标系统中该点的坐标，且其x轴沿线AO延伸。当用这种方法对视场中的每个物点进行投影时，一般将空间中的任何直线投影为图像上的直线。因而，投影没有畸变。将根据这种投影方法对每个物点投影所产生的图像用作初始图像。
c.得到物点的物距在产生初始图像的步骤中，从其坐标值还得到物点P(x，y，z)与双目旋转中点O之间的距离，即物距。
(2)产生一畸变的初始图像在该步骤中，产生一具有通过眼镜片观察该初始视场时由眼镜片所导致的畸变的图像，并且位置处于每个眼镜片上观察每个物点所通过的位置。用联带运动的双目旋转方向表示双眼看到的物点的位置。从而对于确定双目视觉的空间感觉而言，关键是定义联带运动的双目旋转的方向。根据本发明人的研究，联带运动的双目旋转方向的定义应该满足下面的原则1.由右和左单目旋转的方向确定联带运动的双目旋转的唯一方向；2.随着右和左单目旋转方向的改变，联带运动的双目旋转的方向连续变化；以及3.在联带运动的双目旋转方向基础上的空间感，接近于在右和左单目旋转方向基础上的空间感。
定义联带运动的双目旋转方向的一种方法是使用Hering定律。在1868年，Hering提出了Hering定律，指出右眼和左眼通常旋转相同的量，或者沿相同方向，或者沿相反方向。可以将观看空间中任意点时两眼的旋转分解成两个术语，即侧转(version)和聚散度。
如图3所示，在包含单目旋转两个中心和点P的视平面内，可以将观看点P时左眼和右眼中每一个的旋转分解成侧转，沿同一方向眼睛旋转相同的量ξ；和会聚度，眼睛沿相反方向旋转相同的角度β/2。侧转的方向被定义为联带运动的双目旋转的方向，即沿等分右单目旋转方向与左单目旋转方向夹角的线的方向。当用rR和rL表示右和左单目旋转方向的单位矢量时，可以用r‾=r‾R+r‾L|r‾R+r‾L|]]>表示联带运动的双目旋转方向单位矢量。角度β为会聚角。
在Hering定律中，假设右眼和左眼完全相同。不过，实际上可观察到其中一只眼睛相对另一只眼睛起支配作用的主要眼睛的现象，虽然程度可能不同。因而，在本发明中引入系数k，并将联带运动的双目旋转方向的单位矢量定义为[公式3]r‾=kr‾R+(1-k)r‾L|kr‾R+(1-k)r‾L|]]>其中0≤k≤1。
如果将右视线与左视线夹角的等分线定义为联带运动的双目旋转的方向，则存在这样一个问题。对于所有物点，联带运动的双目旋转方向的延长线不会聚在一个点上。该问题导致必须重新定义畸变，因为即使在肉眼的情形中，物体的形状一般也发生改变。
为了避免该问题的发生，本发明人提出了一种新的联带运动的双目旋转定义方法。将联带运动的双目旋转的方向定义为从会聚凝视点(P)，在右和左视线朝向右和左目视转转中心的中点(O)会聚的方向。在肉眼的情况下，会聚凝视点正好为物点。在通过眼镜片观看物点的情形中，在确定联带运动的双目旋转的方向时，必须考虑镜片的折射效果。右眼和左眼的旋转方向均不必朝向物点取向，在离开眼镜片的各个后表面后，它们沿各自的单目主光线取向，即各个单目旋转方向。此处将单目主光线定义为从物点发出、并通过眼镜片朝向单目旋转中心的光线。从而，在肉眼的情形中，可以从右和左单目旋转方向得出联带运动的双目旋转的方向。
不过，当通过眼镜片观看物体时，从右旋转中心OR画出的并且朝向右单目旋转方向取向的右视线，与左视线一般不会聚到一点。如图5所示，包含右单目旋转方向rR和OROL的右视线平面，与包含左单目旋转方向rL和OROL的左视线平面，彼此不相互重叠。应该用这种方法定义会聚凝视点(P’)。
在本发明中，将双目视平面定义为包含方向r‾=r‾R+r‾L|r‾R+r‾L|,]]>rR与rL间夹角的平分线和OROL的平面。rR和rL在双目视平面上的投影必须具有点P’，它们在该点处彼此相交。从而将点P’定义为会聚凝视点。可以将联带运动的双目旋转的方向定义为方向r‾=r‾R+r‾L|r‾R+r‾L|,]]>rR与rL夹角的平分线，或从P’到中点O的方向。
现在已经定义了初始视场中，和通过眼镜片观看的视场中或镜片后面视场中物点的位置。畸变的初始图像是这样一种图像，其中将初始图像中的每个象素重置于由从初始视场到镜片后面视场中相应物点位置的改变所确定的新位置处。
视场中心处的物点，从初始视场到镜片后面的视场中，不应改变其位置。利用形容词“中心”称呼单眼和双眼、右眼和左眼观看该点时，相应的方向旋转和主光线，例如中心联带运动的双目旋转方向，或右中心主光线等的方向。在初始视场以及镜片后面的视场中，将中心联带运动的双目旋转方向的方向指定为笛卡儿坐标系统的各个x-轴。两个笛卡儿坐标系统均将其原点设置在中点O处。
可以用光线跟踪方法确定联带运动的双目旋转的中心方向，使得右中心主光线和左中心主光线分别在预定位置处通过右眼镜片和左眼镜片。如图4所示，当将眼镜片分别设置在视场内中心物点A(x0，0，0)与右单目旋转中心OR(0，0，-d/2)和左单目旋转中心OL(0，0，d/2)之间时，为了观看中心物体A，右眼球必须旋转到并非ORA，而是ORBR的方向，即朝向右眼镜片上右光线的位置旋转。而且，左眼球必须旋转到并非OLA，而是OLBL的方向，即朝向左镜片上左光线的位置旋转。光线ABROR和ABLOL分别为右中心单目主光线和左中心单目主光线。矢量BROR和BLOL分别表示右单目旋转的中心方向和左单目旋转的中心方向。使用它们的单位矢量rR和rL，得出中心联带运动的双目旋转方向，即镜片后面视场中的x’轴方向。
各个眼镜片上右中心单目主光线和左中心单目主光线的位置，即主光线通过位置BR和BL，不是单独设置的，而是受到单目旋转中心之间的距离d和到物点的距离的影响。
可以将镜片后面视场中其它物点的位置推导为观看物点的联带运动的双目旋转的方向。如图4所示，对于任意点P(x，y，z)，跟踪右主光线PQROR和左主光线PQLOL，得到会聚凝视点P’(x’，y’z’)。P’(x’，y’z’)是透镜后面视场中的位置。在畸变的初始图像中，从其(μ＝y/x，ν＝z/x)处初始图像中的位置，变为(μ′＝y′/x′，v′＝z′/x′)的位置。同时，还得到各个眼镜片上右主光线的位置和左主光线的位置(QR和QL)。
虽然必须针对视场内所有的物点执行光线跟踪计算，以便寻找它们的联带运动的双目旋转方向和在两个眼镜片上主光线通过的位置，不过有可能通过更少的计算来获得这些数据，同时通过使用称作仿样内插的数学方法，将计算误差控制在一定范围之内。
(3)得出眼镜框的位置在该步骤中，得到右和左镜框的边缘和隐藏标记在初始图像或畸变的初始图像中的位置，并且眼镜框标记的图像，是利用在产生一畸变的初始图像的步骤中所得到的各个眼镜片上主光线通过位置的数据产生的。通过比较镜框标记的图像与畸变的初始图像，可以精确地找出通过各个眼镜片观看图像中各个物点时，在右眼镜片和左眼镜片上的位置。
(4)获得双目性能指数在这一步骤中，得到对于初始图像或畸变的初始图像的每个象素的双目性能指数。此双目性能指数可以是双目剩余矫正误差，双目清晰度指数，双目点畸变指数，双目垂直偏移角度，会聚与调节之间的偏离，物象不等指数等。在对来自相应物点的右主光线和左主光纤进行跟踪，并且双眼朝向各个单目旋转方向旋转的条件下，得出所有这些双目性能指数。在某些情形中，如双目清晰度指数，必须将一非独立调节的目视光学系统引入右眼和左眼。可以取决于右镜片与左镜片屈光能力的不充分，或者根据眼光学理论的理想值，或其它值，单独设置双眼的调节能力。
a.得到双目剩余矫正误差如图10所示，从任意物点P发出的光线在镜片第一平面的点Q处发生折射，然后朝旋转中心O传播。可以由波前的形状表示观看点P时镜片折光效果，该波前从点P开始，作为球面波或平面波(当P处于无穷远时)，并沿主光线传播，在点R处该光线与后顶点球面相交(以旋转中心O为中心，并通过镜片后顶点C的球面)。一般说来，在原点为R且其x-轴为RO方向的局部坐标系统中，用下式表示接近点R时波前的形状xD=12Dyyy2+Dyzyz+12Dzzz2]]>可由光线追迹得到Dyy，Dyz和Dzz。同时，也可以由点R处矫正的波前形状表示具有散光的眼睛的折光状态。当远矫正的波前包括散光时，用下式表示大小和方向xC=12Cyyy2+Cyzyz+12Czzz2]]>。可以从质量要求中得到Cyy，Cyz和Czz。还可以将调节量表示为点R处的波前xA=12A(y2+z2)]]>此处A为调节能力的大小，并且假设眼睛在进行调节时没有产生额外的散光。
现在，将剩余波前定义为x＝xC-xA-xD=12(Cyy-A-Dyy)y2+(Cyz-Dyz)yz+12(Czz-A-Dzz)z2]]>=12Syyy2+Syzyz+12Szzz2]]>然后，从上面的公式中得出剩余度(a residual power)和剩余散光Save=12(Syy+Szz)]]>和Sas=12{14(Syy-Szz)2+Syz2}1/2]]>可以使用此剩余度和剩余散光来评价双目剩余矫正误差。理想情况下两者均为0。为了矫正剩余度，即Save＝0，调节能力(aaccommodation power)应该为A=12(Cyy+Czz)-12(Dyy+Dzz)=Cave-Dave]]>。不过必须将A指定为0到最大Amax范围之内的值。所以A应该表示为 在双目视觉的情形中，可以对双眼的调节能力单独赋予上式所确定的值AR和AL，或者根据生理光学理论，对双眼的调节能力赋予相同的值。相同的值A可以是AR和AL之间的最小值，AR和AL的平均值，与会聚度具有最佳平衡的值，可获得最清晰视网膜图像的值等。在本实施例中，将相同的值A赋予AR和AL。
在双目视觉的情形中，不仅需要减小双眼的剩余散光度(a residualpower astigmatism)，而且需要减小右眼与左眼之间的差。此处将平均波前和波前的差定义为xave=12(xR+xL)]]>xdiff=(xR-xL)]]>还可以将此剩余散光度用作双目剩余矫正误差。
虽然必须针对视场中所有的物点进行光线追迹计算，以获得双目剩余矫正误差，不过有可能通过更少的计算得到双目剩余矫正误差，同时通过使用称作样条内插的数学方法，将计算误差控制在一定范围之内。
b.得出会聚度和双目垂直偏移当观察者用双眼观看视场中的物体时，如图3所示，他注意到物点位于双目旋转的侧转分量的方向，并且处于可从会聚角β推导出的距离处。当他戴上眼镜片并观看同一物点时，右视线和左视线两者的方向，即单目旋转发生如图4所示的改变。如果在两个单目旋转方向QROR和QLOL的延长线处存在交点P’，则会聚角为角度OLP’OR。不过，不是总存在P’。
如图5所示，包含QROR(其单位矢量为rR)与OROL的右视线平面和包含QLOL(其单位矢量为rL)与OROL的左视线平面彼此不重叠。如在产生畸变的初始图像的步骤中所描述的，在这种情形中应该重新定义会聚凝视点(P’)。在本发明中，双目视觉平面被定义为包含方向r‾=r‾R+r‾L|r‾R+r‾L|]]>、rR与rL间夹角的平分线和OROL的平面。rR和rL在双目视觉平面上的投影必须具有它们彼此相交的点P’。于是该点P’被定义为会聚凝视点，而且会聚角β被定义为角OLP’OR。当P’在无穷远时，β等于0。由于双眼是分散的，故当P’在后侧时，β取负值。
也可以由距离OP’的倒数来评价会聚度的大小，或者近似地为Pconv=1OP′≈2tanβ2dcosζ]]>(参见图3和4)。在本发明中该值被定义为会聚度。通过这种定义，我们能够很容易地比较调节与会聚度，根据生理光学，它们彼此具有紧密的关系。当不戴眼镜片观看物点时，会聚能力和调节能力几乎相等。当戴有一对眼镜片时，可能在它们之间发生不一致。这种不一致可能是戴眼镜片时不舒适的原因。因而可以将双目性能指数定义为Pconv-A，其中A为获得双目剩余矫正误差步骤中所确定的调节能力。
戴眼镜片时不舒适的另一种原因，可能是由于右单目旋转方向与左单目旋转方向之间的垂直偏移。如图5所示，在两个视线平面彼此不一致的情形中，双眼必须彼此垂直旋转不同的角度。这可能会导致不舒适，因为根据眼睛生理学，双眼总是垂直旋转相同角度。该情形与上隐斜视或下隐斜视的情形相似。因而，可以将双目性能指数定义为双眼垂直旋转角之间的差。
可以从图5下面部分图中的四角形棱锥得到会聚角和垂直偏移，其中rR和rL为右单目旋转方向和左单目旋转方向的单位矢量，r‾=r‾R+r‾L|r‾R+r‾L|]]>为rR和rL夹角的平分线，线AB位于包含OROL和r的双眼视线平面上，线CD位于包含r并且垂直于双眼视线平面的平面上。会聚角为β＝∠AOB，垂直偏移角为δ＝∠COD。为方便起见，将垂直偏移角重新定义为200tanδ2]]>，其单位为棱镜屈光度(a prism diopte)的单位。
虽然必须针对视场内所有物点进行光线追迹计算，以便得到观察物点时的会聚角和垂直偏移，不过有可能通过更少的计算获得角度，同时通过使用称为样条内插的数学方法，将计算误差控制在一定范围之内。
c.获得点畸变指数该步骤在于获得通过右眼镜片和左眼镜片或者通过两眼镜片上特定位置观看物点时表明畸变程度的单目和双目点畸变指数。根据本发明，认为点畸变是以物点为中心的小圆，在通过眼镜片观看时其形状发生改变。在大多数情形中，可以认为畸变的形状为椭圆，所以可以使用椭圆的参数来定义畸变指数。
通过追迹物点发出的主光线附近的光线，可以获得畸变的椭圆。如图6所示，追迹来自以物点P为中心的半径为dr的小圆形轨道上每个点(dr，θ)的主光线，可以得到在镜片后面空间中的位置(dr’，θ’)，并且可以获得其轨迹，即畸变的椭圆。此处dr不表示空间中的长度，而是指距离OP不同角度的切线。
实际上，不必对该圆上点的所有主光线进行追迹。如果得到了镜片后面空间中不同角度与物空间中不同角度的偏微分函数的值 ∂μ′∂ν,∂ν′∂u,∂ν′∂ν,]]>或者得到了物空间中不同角度与镜片后面空间中不同角度的偏微分函数的值∂μ∂u′,∂μ∂ν′,∂ν∂u′,∂ν∂ν′,]]>则可以确定畸变的椭圆。可对后一种情形进行解释，其中将部分偏微分函数写作∂μ∂u′=A,∂μ∂ν′=B,]]>∂ν∂u′=C,∂ν∂ν′=D:]]>dμ＝Adμ′+Bdν′dν＝Cdμ′+Ddν′dr2＝dμ2+dν2＝(A2+C2)dμ′2+2(AB+CD)dμ′dν′+(B2+D2)dν′2=dr2[A2+B2+C2+D2)2+A2-B2+C2-D22cos2θ′+(AB+CD)sin2θ′]]]>因而，(dr′dr)2=p1+ecos2(θ′-α),]]>此处p=2A2+B2+C2+D2]]>e=(A2-B2+C2-D2)2+4(AB+CD)2A2+B2+C2+D2=(A2+B2+C2+D2)2-4(AD-BC)2A2+B2+C2+D2]]>tan2α=AB+CDA2-B2+C2-D2]]>显然p＞0，并且0＜e＜1。从而放大率 与方位角θ’之间的关系应该为椭圆。该椭圆被称作点畸变椭圆。最大和最小放大率，即点畸变椭圆的长轴和短轴分别为a=p1-e,b=p1+e]]>。在本发明中，将比例系数 、长轴与短轴的比 ，和这两个值的组合定义为点畸变指数，表示畸变的程度。此处，ab=p1-e2…=1|AD-BC|,ab=1+e1-e]]>用上述方法获得三个点畸变椭圆，即在右眼单目旋转方向基础上的单目点畸变椭圆，在左眼单目旋转方向基础上的单目畸变椭圆，和基于双目旋转方向的双目点畸变椭圆。不仅双目点畸变，而且单目点畸变的不一致，都能够导致用双目观看物点时的不舒适。将这种不一致称为物象不等(anisekionia)。本发明人定义下列比例系数的比aRbRaLbL]]>为表示此物象不等的指数。它还等价于右点畸变椭圆面积对左点畸变椭圆面积的平方根。
虽然必须针对视场中所有物点进行光线追迹计算，以便获得观看物点时的点畸变椭圆，不过有可能通过更少的计算获得点畸变椭圆，同时通过使用称作仿样内插的数学方法将计算误差控制在一定范围之内。除了对主光线附近的光线进行追迹以外，也可以通过计算先前所获得的主光线数据的仿样内插函数的偏微分函数的值，得到∂μ∂u′,∂μ∂ν′,]]>∂ν∂u′,∂ν∂ν′]]>。
d.获得PSF该步骤描述如何评价双目观看物点时的清晰度。包括获得右单目PSF和左单目PSF，并将它们结合成双目PSF。对于相应于初始图像的一个象素的每个物点，从初始图像产生步骤中所得到的物距，得到从物点到右单目旋转中心的距离和到左单目旋转中心的距离。用获得双目剩余矫正误差步骤中所描述的方法，确定右视觉光学系统和左视觉光学系统的调节能力。在包含眼镜片和非独立调节的视觉光学系统的组合光学系统中，获得右眼和左眼的单目PSF，且组合光学系统根据单目旋转的方向而旋转。通过联合两个单目PSF，得到双目PSF。下面更加详细地描述该步骤。
(i)引入非独立调节的视觉光学系统为了获得视网膜上的PSF，必须引入视觉光学系统。眼睛具有根据到物体的距离而进行调节的功能，应该考虑该功能。在本实施例中，使用R.Navarro等人报导的非独立调节的视觉光学系统。在Navarro模型中，不仅对傍轴值，而且将球差和色差调节到眼睛的实际测量值。该模型具有简单的四表面结构，并且在四个表面中有三个表面是非球面轴对称正方形表面。由于晶状体不存在梯度折射率，故易于进行追迹计算。曲率半径，厚度和非球面度的变化与调节能力的对数成成比例。图7表示出的表格，列出了未调节状态下Navarro模型的视觉光学参数。图8表示的表格，列出了视觉光学参数的调节依赖性。非球面表面被表示为y2+z2+(1+Q)x2-2rx＝0，其中Q代表非球面度。
(ii)获得单目PSFA)PSF的含义如图9所示，PSF是表示从物点发出的光线的像面上光斑群密度的函数。该函数可被表示为光斑的密度分布。在一优选光学系统中，所有光斑都集中在像点处，而且PSF的分布变为垂直于像面的直线。不过，通常该分布具有类似于高斯分布的更为常见的形状。
B)获得PSF的方法图10表示复合光学系统，用于获得通过眼镜片上的位置Q观看点P时的PSF。从物点P发出的光线在镜片表面上的点Q处被反射。在Q处该光线将其方向改变为朝向单目旋转的中心O。对于眼睛，物点P看似位于方向QO的延线上。如上所述，当观看点P时，眼球的光轴旋转到方向QO，并且根据到物点P的距离和点Q处的折光能力，设置调节能力。最好基于效果进行调节。当完成调节时，固定该光学系统，并且得到PSF。
如上所述，PSF是从物点发出并通过均匀分布在入瞳上的多个点中每个点的光线在像面上光斑的密度。入瞳确切来说位于物体一侧虹膜瞳孔的共轭位置。不过，当眼睛旋转时虹膜瞳孔改变其位置，并且在物侧其共轭位置随调节而移动。另一方面，单目旋转的中心位于一固定位置，并且到虹膜光瞳共轭点的距离远小于到物点的距离。从而，当不在眼睛前设置眼镜片时，假设入瞳位于单目旋转的中心不会引起任何麻烦。当将眼镜片设置于眼睛前面时，整个光学系统的入瞳应该位于单目旋转中心关于眼镜片的共轭点处。不过，由于取决于光线通过镜片位置的光焦度不同，当使用逐渐增加的镜片时该位置发生轻微地改变。由于改变量远小于到物点的距离，故可以假设入瞳的位置处于线PQ延长线上的点O’处，并且满足PO＝PO’。
为了获得精确的PSF，将入瞳分成多个均匀分布的小区域是很重要的。有两种分割方法栅格分割和螺旋分割，如图11所示。虽然栅格分割可以获得良好的均匀性，不过由于在其四个角落处存在浪费部分，故仅对预定数量光线的约70％进行追迹。另一方面，螺旋分割在保持均匀性的同时，不会产生无用的光线追迹。因此在本实施例中采用螺旋分割。
如上所述，通过追迹从物点发出的、并且通过由均匀分割入瞳所得到的点的多个光线，并且计算视网膜表面上的光斑密度，可以得到PSF。虽然使用上述方法，必须对每个物点发出的、并且通过入瞳各个分割点的光线进行追迹，以便获得PSF，不过使用仿样内插法，能够利用更少的计算在给定误差范围内计算出视网膜上光斑的位置，从而得到PSF，PSF为视网膜表面上的光斑密度。
当根据上面的方法所得到的畸变的初始图像和PSF为被褶积(convolute)时，可以精确地反映出通过眼镜片观察外部事物时所发现的模糊。不过，用上面的方法获得PSF需要很长的计算时间，且不便于对镜片的成像特性进行定量分析。通过将PSF近似为适当类型的函数，并使用该函数的参数进行计算，可以很容易地进行定量分析。下面将描述利用二维正态分布函数近似PSF的方法。
在下面的二维正态分布函数中p(μ,ν)-12πσμσν1-ρ2exp[-12(1-ρ2)(μ2σμ2-2ρμνσμσν+ν2σν2)]]]>μ和ν分别代表视网膜上在垂直和水平方向的偏移，σμ、σν和ρ代表正态分布的参数。这些参数满足下面的关系
-1＜ρ＜1σμ＞0σν＞0上式中幂值为-1/2的点的轨迹为下式所表示的椭圆μ2σμ2+ν2σν2-2ρμνσμσν=1-ρ2]]>上面的椭圆可以表示PSF的扩展范围。该椭圆长轴的长度与短轴长度的比值和长轴的方向与散光的程度和方向密切相关。
选择由光线数据获得二维正态分布函数的参数σμ、σν和ρ的方法，其中得到散布于像面(μ，ν)上的光斑的统计值(每个光斑相当于入瞳上的每个分割点)，并使用所获得的值作为参数σμ、σν和ρ。从而，可以按照下式得出参数的值[公式16]σμ0=1NΣiμi2]]>σν0=1NΣiνi2]]>ρ=1NΣiμiνi/σμσν]]>在上式中，N代表光线数量，(μi，νi)代表光斑坐标。当将σμ0、σν0和ρ直接用作近似正态分布的参数时，取决于分布的条件，其结果可能与实际的PSF不同。在这种情形中，必须选择适当的比例常数k，并将参数调节为σμ＝kσμ0和σν＝kσν0。
如上所述，使用视网膜上光线的光斑的统计值，可以得到用于近似PSF的二维正态分布函数的参数。有时可以很方便地将二维正态分布函数表示成极坐标函数。将μ＝rcosθ和ν＝rsinθ代入上式，并重新整理所得到的公式，可以得到下式p(r,θ)=A2-B22πexp[-r22(A-Bcos(2θ-2α))]]]>可以将该参数变换为A=12(1-ρ2)[1σμ2+1σν2]]]>B=12(1-ρ2)(1σμ2-1σν2)2+4ρ2σμ2σν2]]>tan2α=2ρσμσνσμ2-σν2]]>如上所述，当用二维正态分布函数近似PSF，并且得到后一函数的参数时，虽然必须进行光线追迹和统计计算，以便获得所有物点的二维正态分布函数的参数，不过使用仿样内插可以减少计算量，同时能够将计算误差控制在一定范围之内。
(iii)获得双目PSF一般都认为使用双眼的视觉敏锐度优于使用单眼的视觉敏锐度。因而与右单目PSF或左单目PSF单独相比，希望双目PSF具有更加陡峭的形状。在本实施例中，根据下面的原则联合右单目PSF和左单目PSF，获得双目PSF1.当右眼的单目PSF和左眼的单目PSF彼此很接近时，联合的PSF是一种比两个单目PSF中的每个分布更加集中的分布；2.当右眼的单目PSF和左眼的单目PSF彼此有很大程度的不同时，联合的PSF是一种接近于两个单目PSF之间分布最集中的PSF的分布；以及3.保持联合PSF的连续性和均匀性。
下面提出了一种从右单目PSF和左单目PSF获得联合的双目PSF的方法的例子。利用正态分布函数近似PSF，可以用椭圆表示正态分布函数r2=1[A-Bcos(2θ-2α)]]]>当用AR、BR和αR表示代表右单目PSF的椭圆的参数，并用AL、BL和αL表示代表左单目PSF的椭圆的参数时，如下式所示，可以获得代表联合双目PSF的椭圆的参数A、B和α1r2=1rR2+1rL2=AR+AL-[BRcos(2θ-2αR)+BLcos(2θ-2αL)]]]>＝A-Bcos(2θ-2α)从上式得出下面的关系式A＝AR+ALB=BR2+BL2+2BRBLcos2(αR-αL)]]>tan2α=BRsin2αR+BLsinαLBRcos2αR+BLcos2αL]]>图12a表示出代表右单目PSF和左单目PSF的椭圆(分别为右椭圆和左椭圆)，以及代表联合的双目PSF的椭圆(联合椭圆)。有时上面的方法是不适用的。在图12b所示的情形中，双眼具有很大的散光并且方向不同，联合的双目PSF分布在一个相当小的面积内。从而，必须根据右椭圆与左椭圆的相似性调节联合椭圆的尺寸。例如，通过将上面所获得的椭圆面积乘以系数κ＝2SC/(SR+SL)而进行调节，其中κ为右椭圆与左椭圆公共部分的面积S与两个椭圆的平均面积(1/2)×(SR+SL)的比值。调节的结果可以表示为A＝κ(AR+AL)B=κBR2+BL2+2BRBLcos(αR-αL)]]>tan2α=BRsin2αR+BLsin2αLBRcos2αR+BLcos2αL]]>如上所述，当用二维正态分布函数近似联合双目PSF并且得到后一函数的参数时，虽然必须获得对于所有物点的右单目PSF和左单目PSF以及双目PSF的参数，不过使用仿样内插可以减少计算量，同时将计算误差控制在一定范围之内。
(iv)从PSF得出清晰度指数清晰度指数表示PSF扩展范围的大小。清晰度指数越小，图像质量越好，看起来越清晰。如上所述，可以用椭圆来表示由二维正态分布函数近似的PSF的扩展范围。所以可以将PSF的清晰度指数定义为一表示椭圆大小的值。可以选择多种尺寸，如面积，σμ+σν，σμσν，σμ2+σν2]]>等。如果将椭圆的面积定义为清晰度指数，则当椭圆筒并成线段时，清晰度指数被减小到0。零清晰度意味着无论剩余散光多大，图像质量都很好。因而，将椭圆的面积定义为清晰度指数是不恰当的。并且，应该确保在不改变其形状而旋转椭圆时，清晰度指数保持不变。在这种情形中，不适合用σμ+σν和σμσν来定义清晰度指数。在本实施例中，将σμ2+σν2]]>定义为清晰度指数，其中σμ2+σν2]]>为与椭圆外接的矩形的对角线长度的一半。
(5)产生一双目性能指数图像该步骤在于产生一双目性能指数图像，并将获得框架位置步骤中所产生的镜框标记图像叠加在该双目性能指数图像上面。该双目性能指数图像是基于初始图像或畸变的初始图像上的。对于每个象素，根据相应于性能指数获得步骤中所获得的象素的物点性能指数的值，确定单色亮度或RGB三原色的亮度集合。
图13至19表示第一实施例中所得到的多个双目性能指数的图像。两个眼镜片为逐渐加厚的镜片，远视屈光度为0.00D加上2.50D(HOYA有限公司生产，商标名称为HOYALUX SUNINIT)。图13表示第一实施例的初始图像，表示房间中的布景。眼睛到墙壁的距离为2.5m，眼睛到桌子上白板的距离为大约80cm。水平方向视场为96°，垂直方向视场为80°。
图14为视线所通过的镜片凸面上的位置图。红线对应于右镜片，蓝线对应于左镜片。栅格的间距为10mm，以镜片的几何中心为中心的同心圆直径之间的距离也为10mm。图15表示右剩余波前和左剩余波前的平均剩余度的图像。图16表示会聚—调节差的图像。图17表示双目垂直偏离的图像。图18表示双目点畸变指数的图像。点畸变指数被定义为双目畸变椭圆的长轴与短轴的比。图19表示双目清晰度指数的图像。清晰度指数为由视角的正切所表示的双目PSF的大小。
根据本实施例，在观看实际景色场合下眼镜片的双目性能，可以通过视场的图像评价。
B.第二实施例第二实施例包括，以时间序列方式，通过改变眼睛的位置和视线的方向，产生第一实施例中性能指数分布图像的大量静止图像，而获得视频图像。除增加了产生电影情节的步骤以外，包括例如以时间序列的方式改变的眼睛位置、视线方向，以及虚物点的运动和畸变，本实施例与第一实施例基本相同。本实施例还包括将以时序方式获得的各个静止图像剪辑成运动图像，以便产生初始图像。因此，不必对图20所示的总流程进行详细讨论，并将省略详细论述。注意，在电影情节中需要让该电影情节处在镜片通过点处。可以利用仿样内插来产生电影情节，允许在不限制眼睛位置、视线方向和镜片实时通过所有点的条件下，实现视线的平滑运动。
上述的第二实施例能够获得运动的视频图像，再现改变眼睛的位置、使视线运动和改变视线在镜片上的通过位置的效果，例如，通过逐渐加厚的镜片观看外部世界时的特性。因此，有可能以一种非常接近于实际使用的方式来评价眼镜片的成像特性。另外，有可能通过在视频图像显示屏上显示出镜框标记证实视线在镜片上运动的同时，评价镜片。
下面，将简要地描述用于实现上述实施例中所述方法的装置。图21为方框图，表示用于实现该实施例方法的装置的结构。如图21所示，该装置包括一处理器61，一只读存储器(ROM)62，一主存储器63，一图形控制电路64，一显示器65，一鼠标66，一键盘67，一硬盘驱动器(HDD)68，一外存储器(FDD)69，一打印机70，一磁带装置71等。通过数据总线72连接这些部件。
处理器61总体上对整个装置进行控制。启动所必须的程序存储在只读存储器62中。用于产生和显示性能指数分布图像的程序存储在主存储器63中。图形控制电路64包含一视频存储器，并将所获得的图像数据转换成显示信号以在显示器65上显示。鼠标66是一种指示装置，用于在显示器上选择各种图标和菜单。系统程序和用于产生并显示性能指数分布图像的程序存储在硬盘驱动器68中，并且在启动装置之后将这些程序加载到主存储器63上。还临时存储诸如性能指数分布图像的数据。
外存储器69输入所需的数据，如通过外存储介质69a输入初始图像数据，或者根据需要将数据保存到外存储介质69a上。用打印机70打印出性能指数分布图像等。使用磁带装置71，根据需要将程序和数据保存到磁带上。注意可以通过使用高性能个人计算机或者传统的通用计算机来构成具有上述基本结构的装置。
如上面所详细描述的，根据本发明的表示眼镜片双目性能的方法和装置，其特征在于定义并寻找通过眼镜片观察外部世界时，表示眼镜片对于视场中所有物点双目性能的双目性能指数，并且以一种可观看的显示方式表示该特性指数的值或大小。因而，本发明允许用一种非常接近于实际使用状态的方法可视地评价眼镜片的双目性能。
发明效果本发明的优点概括如下。如上面所详细描述的，定义并得出了观察者观看视场中各个物点时，表示眼镜片双目性能的眼镜片的双目性能指数，使用所得到的双目性能指数评价眼镜片的双目性能，并显示出评价结果。由于评价和显示，故可以以一种非常接近于眼镜片实际使用的方式来评价和显示眼镜片的双目性能。
权利要求
1.一种表示观察者通过右眼镜片和左眼镜片观察视场时，眼镜片的双目性能的方法，该方法包括以下步骤定义一双目性能指数，其表示观看视场中的物点时该眼镜片的双目性能，和对于分布在所述视场上的多个物点，得到双目性能指数，以及以一种视觉上可领会的方式显示所获得的双目性能指数的大小。
2.根据权利要求1所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，包括步骤获得对于所有物点的双目性能指数，每个物点对应于覆盖所述视场的图像的一个象素，和产生一覆盖所述视场的双目性能指数图像，其中赋予各个象素的单色或RGB彩色亮度，表示用于观看相应物点时双目性能指数的值。
3.根据权利要求2所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中所述产生双目性能指数图像的步骤进一步包括产生一初始图像，包括将双目旋转的中点设置在特定位置处的步骤，该双目旋转的中点为右眼和左眼单目旋转中心之间的中点；以及在被定义为顶点在双目旋转中点的特定棱锥场的视场内，产生一图象作为初始图像的步骤；通过光线跟踪方法产生一畸变的初始图像，其中该畸变的初始图像是一具有通过眼镜片观察视场中的物点所获得的畸变的图像；通过使用在产生一畸变的初始图像步骤中获得的主光线通过位置的数据，产生表示右眼镜框和左眼镜框在初始图像或畸变的初始图像上的位置的镜框标记的图像，获得眼镜框的位置；在包括眼镜片和视觉模型的光学系统中，得到相对于多个物点的双目性能指数，每个物点对应于上面所产生的初始图像或者畸变的初始图像的一个象素；以及根据在获得双目性能指数步骤中所获得的双目性能指数的值，并将双目性能指数图像与获得眼镜框位置的步骤中所产生的眼镜框的镜框标记图像重叠，通过将所确定的单色亮度或RGB三原色彩色亮度赋予所述初始图像或所述畸变的初始图像的每个象素，产生一双目性能指数的图像。
4.根据权利要求2所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中该产生一双目性能指数图像的步骤进一步包括以下步骤(a)产生一初始图像，其进一步包括步骤(i)利用计算机图形产生虚物，并将该虚物设置于虚拟的三维空间中；(ii)将双目旋转的中点设置在虚拟三维空间中特定位置处；(iii)产生视场中虚物的初始图像，该视场被定义为其顶点处于双目旋转的中点且其中心轴沿一特定中心视线方向的棱锥；(iv)相对于多个物点，每个物点对应于初始图像一个象素，获得物距，该物距被定义为物点与双目旋转中点之间的距离；(b)产生一畸变的初始图像，其进一步包括步骤(i)通过右眼球和左眼球朝物点的单目旋转的双方向，定义观看物点时联带运动的双目旋转的方向，该联带运动的双目旋转的方向是唯一确定的；(ii)利用光线跟踪方法获得联带运动的双目旋转的中心方向，使得右单目中心主光线和左单目中心主光线分别通过各个眼镜片上特定位置，其中联带运动的双目旋转的中心方向是用于观看视场中心处物点的联带运动的双目旋转的方向，而且右单目中心主光线和左单目中心主光线分别从右眼球和左眼球朝向中心物点射出；(iii)利用光线跟踪方法，相对于每个物点，将用于观看物点的联带运动的双目旋转的方向取为镜片后视场中物点的位置，其中镜片后面的视场为其中心轴沿联带运动的双目旋转的中心方向延伸的视场；(iv)产生一畸变的初始图像，该畸变的初始图像被定义为在镜片后视场中获得的并且具有眼镜片所产生的畸变的图像；以及(v)相对于每个物点，获得右主光线通过的位置和左主光线通过的位置，其中该主光线通过的位置是眼镜片上被主光线朝向物点通过的位置；(c)通过产生镜框标记的图像而获得眼镜框的位置，其通过使用在产生一畸变的初始图像的步骤中所获得的主光线通过位置的数据，表示右眼镜框和左眼镜框在初始图像或畸变的初始图像上的位置；(d)获得双目性能指数，其进一步包括步骤(i)对于右眼和左眼，提供一非独立调节的视觉光学系统，作为该视觉光学系统的模型；(ii)相对对应于初始图像或畸变的初始图像的一个象素的每个物点，利用在产生一初始图像的步骤中所获得的物距，计算从物点到右单目旋转中心和左单目旋转中心的距离；(iii)相对对应于初始图像或畸变的初始图像的一个象素的每个物点，根据从物点到各个单目旋转中心的距离，以及在产生一畸变的初始图像步骤中所得到的各个主光线通过的位置处眼镜片的屈光能力，将右眼和左眼的调节能力设置成相同值或不同值；以及(iv)相对对应于初始图像或畸变的初始图像的一个象素的每个物点，获得在包括眼镜片和非独立调节的视觉光学系统的联合光学系统中眼镜片的双目性能指数，且其非独立调节的视觉光学系统根据单目旋转的方向而旋转；以及(e)产生双目性能指数的图像，其进一步包括步骤(i)通过将根据眼镜片双目性能指数的值所确定的单色亮度或RGB三原色彩色亮度集合赋予初始图像或畸变的初始图像的每个象素，产生一双目性能指数图像，以及(ii)将所得到的双目性能指数图像与在获得眼镜框位置步骤中所产生的镜框的框标记图像重叠。
5.根据前面任一权利要求所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，包括步骤使用计算机图形产生虚物，并将虚物设置在虚拟的三维空间中；产生一随时间而改变的眼睛位置、中心视线的方向、右镜片和左镜片中光线通过位置和该虚物的畸变和位移量的情节(story)；使用根据权利要求1到4中任一权利要求的方法，产生每个时刻眼镜片的双目性能指数图像；以及将所有时刻的双目性能指数图像编辑成视频电影(a videomovie)。
6.根据权利要求1到5中任一权利要求所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将所述双目性能指数定义为用于观看所述物点的双目剩余矫正误差。
7.根据权利要求6所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将所述双目剩余矫正误差定义为从右剩余波前或左剩余波前得出的剩余率(the residual power)或剩余散光(the residual astigmatism)。
8.根据权利要求6所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将所述双目剩余矫正误差定义为从被定义为右剩余波前和左剩余波前的平均值或差的波前得到的剩余率或剩余散光。
9.根据权利要求1到5其中任一权利要求所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将双目性能指数定义为从观看所述物点时右单目旋转方向和左单目旋转方向得到的双目垂直偏移(右视线与左视线之间的垂直偏移)。
10.根据权利要求1到5其中任一权利要求所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将双目性能指数定义为用于观看所述物点时，会聚度(the power of convergence)与调节之间不一致的程度。
11.根据权利要求10所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中该不一致的程度被定义为会聚度与调节能力(the of poweraccommodation)之间的差别。
12.根据权利要求1到5其中任一权利要求所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将双目性能指数定义为表示观看所述物点时畸变程度的双目点畸变指数。
13.根据权利要求12所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中通过确定通过眼镜片双目观看时以所述物点为中心的小圆的形状如何改变，而得到双目点畸变指数，其中该小圆的所述畸变的形状近似为椭圆。
14.根据权利要求13所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将双目点畸变指数定义为所述椭圆的长轴与短轴之比。
15.根据权利要求1到5其中任一权利要求所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将双目性能指数定义为表示观看所述物点时光学物象不等程度的物象不等指数。
16.根据权利要求15所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中通过确定在通过右眼镜片和左眼镜片观看时以所述物点为中心的小圆的形状如何改变，而获得物象不等指数，而且右眼和左眼的小圆的每个的畸变的形状近似为椭圆。
17.根据权利要求16所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将物象不等指数定义为右点畸变椭圆的面积与左点畸变椭圆的面积之比的平方根。
18.根据权利要求1到5其中任一权利要求所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中将双目性能指数定义为双目清晰度指数，其表示用双眼观看所述物点时的清晰度程度。
19.根据权利要求17所述的用于表示眼镜片双目性能的方法，其中通过确定用于观看所述物点时右眼和左眼的单目点扩展函数(PSF)而获得双目清晰度指数，并将右PSF和左PSF中每个的扩展范围近似为椭圆，且将右扩展椭圆和左扩展椭圆联合成双目扩展椭圆，及将双目清晰度指数定义为与双目扩展椭圆外接的矩形的对角线长度的一半。
20.一种用于表示观察者通过右眼镜片和左眼镜片进行观看时，眼镜片双目性能的设备，该设备包括(a)用于产生初始图像的装置，其包括(i)用于利用计算机图形产生虚物，并将该虚物设置在一虚拟的三维空间中的装置；(ii)用于将双目旋转的中点设置在该虚拟三维空间中特定位置处的装置；(iii)用于在一视场内产生该虚物的初始图像的装置，该视场被定义为顶点处于双目旋转的中点，且其中心轴沿一特定的中心视线方向延伸的棱锥；以及(iv)相对于多个物点，每个物点相当于初始图像的一个象素，用于获得物距的装置，该物距被定义为该物点与双目旋转中点之间的距离；(b)用于产生畸变的初始图像的装置，其包括(i)观看物点时，用于限定联带运动的双目旋转方向的装置，该联带运动的双目旋转方向是唯一地通过右眼球和左眼球朝向该物点的单目旋转方向确定的；(ii)利用光线追迹方法用于得到联带运动的双目旋转的中心方向的装置，使得右单目中心主光线和左单目中心主光线分别通过各个眼镜片上的特定位置，其中联带运动的双目旋转的中心方向是观看位于视场中心的物点时联带运动的双目旋转的方向，并且右单目中心主光线和左单目中心主光线分别从右眼球和左眼球射向该中心物点；(iii)利用光线追迹方法，相对每个物点，用于获得观看作为镜片后视场中物点位置的物点时联带运动的双目旋转方向的装置，其中该镜片后的视场为其中心轴沿联带运动的双目旋转的中心方向的视场；(iv)用于产生畸变的初始图像的装置，该畸变的初始图像被定义为在镜片后视场中获得的、并且具有该眼镜片所产生的畸变的图像；以及(v)相对于每个物点，用于获得右主光线通过位置和左主光线通过位置的装置，其中该主光线通过位置是眼镜片上主光线朝向该物点所通过的位置；(c)用于获得镜框位置的装置，通过使用产生一畸变的初始图像步骤中所获得的主光线通过位置的数据，产生表示初始图像或畸变的初始图像上右镜框和左镜框位置的镜框标记的图像；(d)用于获得双目性能指数的装置，其包括(i)用于对右眼和左眼提供一非独立调节的视觉光学系统作为视觉光学系统模型的装置；(ii)用于针对相当于初始图像或畸变的初始图像一个象素的各个物点，使用产生一初始图像步骤中所得到的物距，计算从物点到右单目旋转中心和左单目旋转中心的距离的装置；(iii)用于针对相当于初始图像或畸变的初始图像一个象素的各个物点，根据物点到每个单目旋转中心的距离，以及在产生一畸变的初始图像步骤中所获得的主光线通过位置处眼镜片的屈光度，将右眼和左眼的调节能力设置成相同值或不同值的装置；以及(iv)用于针对相当于初始图像或畸变的初始图像一个象素的每个物点，得到包括眼镜片和非独立调节的视觉光学系统的联合光学系统中眼镜片双目性能指数的装置，该联合光学系统依照单目旋转方向而旋转；(e)用于产生双目性能指数图像的装置，其包括(i)用于通过将根据眼镜片双目性能指数的值所确定的单色亮度或RGB三原色亮度集合赋予初始图像或畸变的初始图像的每个象素，产生双目性能指数图像的装置，以及(ii)用于将所得到的双目性能指数图像与获得镜框位置步骤中所产生的镜框的框标记图像叠置(overlaying)的装置。
21.根据权利要求20所述的用于表示眼镜片双目性能的设备，包括用于利用计算机图形产生虚物，并将该虚物设置在一虚拟的三维空间中的装置；用于产生一随时间而改变的眼睛位置、中心视线的方向、右镜片和左镜片中光线通过位置和该虚物的畸变和位移量的情节的装置；用于使用权利要求18的方法，产生每个时刻眼镜片双目性能指数图像的装置；以及用于将所有时刻的双目性能指数图像编辑成视频图像的装置。
全文摘要
公开了一种用于评价和表示眼镜片双目性能的方法和装置。定义一双目性能指数，其表示通过两个镜片上的特定位置进行观察时，该眼镜片对于视场中的物点的双目性能。对于视场中的所有物点，得到双目性能指数。产生并显示该视场的图像，其中根据观看相应物点时双目性能指数的数值，将单色亮度或RGB原色彩色亮度的集合赋予各个象素。
文档编号G01M11/02GK1403794SQ02131839
公开日2003年3月19日 申请日期2002年9月6日 优先权日2001年9月6日
发明者祁华 申请人:保谷株式会社