AT521699B1 - Verfahren zum Bestimmen des optischen Mittelpunkts der Gläser einer für einen Brillenträger anzufertigenden Brille - Google Patents

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des optischen Mittelpunkts der Gläser einer für einen Brillenträger anzufertigenden Brille beschrieben, dessen Kopf mit einer digitalen Kamera (10) von vorne abgebildet wird, wobei die Lage der Pupillen (16) und der Pupillenabstand (20, 21) zur Festlegung des optischen Mittelpunkts der Gläser mithilfe eines Bildauswerteprogramms bestimmt werden. Um vorteilhafte Bedingungen zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Gesicht des Brillenträgers mit einem über eine Nasenauflage (4) und Ohrenbügeln (3) am Kopf gehaltenen Messgestell (1) mit einem auf einen der Kamera (10) ortsfest zugeordneten Fixierpunkt (13) gerichteten Blick abgebildet wird, dass in einem Frontbereich (2) des Messgestell (1) zwei seitliche Markierungspunkte (7) und ein diesen seitlichen Markierungspunkten (7) frontal vorgelagerter mittlerer Markierungspunkt (8) vorgesehen sind, dass aus den in der Gesichtsabbildung gemessenen gegenseitigen Abständen und Lagen der Bildpunkte der drei Markierungspunkte (7, 8) und der Pupillen (16) die Winkel der Blicklinien (15) gegenüber der Bildebene mithilfe des Bildauswerteprogramms bestimmt werden, bevor die hinsichtlich paralleler Blicklinien (17) korrigierten Messpunkte (19) zur Bestimmung der Pupillenabstände (20, 21) in Bezug auf die Nasenauflage (4) ermittelt werden.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des optischen Mittelpunkts der Gläser einer für einen Brillenträger anzufertigenden Brille, dessen Kopf mit einer digitalen Kamera von vorne abgebildet wird, wobei die Lage der Pupillen und der Pupillenabstand zur Festlegung des optischen Mittelpunkts der Gläser mithilfe eines Bildauswerteprogramms bestimmt werden.

[0002] Um Brillen vor ihrer Fertigung an Brillenträger anpassen zu können, ist es bekannt (US 2018/0005448 A1), den Kopf des Brillenträgers mit aufgesetzter Brille durch eine mittlere digitale Kamera und zwei seitliche digitale Kameras zu erfassen, um mithilfe der erfassten Abbildungen ein dreidimensionales Modell des Kopfes mit Brille zu berechnen. Anhand eines die Gesichtsabbildung der mittleren Kamera wiedergebenden Bildschirms kann aufgrund der erfassten Daten des dreidimensionalen Modells die vom Brillenträger aufgesetzte Brille aus der angezeigten zweidimensionalen Gesichtsabbildung ausgeblendet und durch die Abbildung einer aus verschiedenen Modellen ausgewählten Brille ersetzt werden, die in einer Ausrichtung entsprechend der zusammen mit dem Kopf des Brillenträgers digital erfassten Brille abgebildet und der Gesichtsabbildung überlagert wird. Anhand der dreidimensionalen Erfassung des Kopfes kann außerdem der für die Bestimmung des optischen Mittelpunkts der Gläser der auszuwählenden Brille erforderliche Pupillenabstand ermittelt werden, und zwar unter Berücksichtigung eines allfälligen Winkels zwischen den Blicklinien der beiden Augen. Der Drehwinkel der Augäpfel kann nämlich über die Lage der Iris zwischen den Augenliedern erfasst werden. Nachteilig bei diesem und ähnlichen bekannten Verfahren zum Anpassen einer erst zu fertigenden Brille an die anatomischen Gegebenheiten eines Brillenträgers ist nicht nur der große Rechenaufwand zur Erstellung eines digitalen, dreidimensionalen Kopfmodells, sondern auch der Umstand, dass zwar die Anordnung der Augäpfel in Bezug auf den Kopf sowie der Pupillenabstand mit ausreichender Genauigkeit ermittelt werden können, die Lage der Pupillen gegenüber den Brillengläsern der auszuwählenden Brille aber nicht bestimmt wird.

[0003] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Bestimmen des optischen Mittelpunkts der Gläser einer für einen Brillenträger anzufertigenden Brille so auszugestalten, dass mit vergleichsweise geringem Rechenaufwand der optische Mittelpunkt der Gläser der anzufertigenden Brille mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann, und zwar mit einem geringen Handhabungsaufwand.

[0004] Ausgehend von einem Verfahren der eingangs geschilderten Art löst die Erfindung die gestellte Aufgabe dadurch, dass das Gesicht des Brillenträgers mit einem über eine Nasenauflage und Ohrenbügeln am Kopf gehaltenen Messgestell mit einem auf einen der Kamera ortsfest zugeordneten Fixierpunkt gerichteten Blick abgebildet wird, dass ein Frontbereich des Messgestells zwei seitliche Markierungspunkte und einen diesen seitlichen Markierungspunkten frontal vorgelagerten mittleren Markierungspunkt aufweist, dass aus den aus der zweidimensionalen digitalen Gesichtsabbildung gemessenen gegenseitigen Abständen der Bildpunkte der drei Markierungspunkte und der Pupillen die Winkel der Blicklinien gegenüber der Bildebene mithilfe des Bildauswerteprogramms bestimmt werden, bevor die hinsichtlich paralleler Blicklinien korrigierten Messpunkte zur Bestimmung der Pupillenabstände in Bezug auf die Nasenauflage ermittelt werden.

[0005] Durch das Aufsetzen eines Messgestells, das sich wie eine Brille über eine Nasenauflage und Ohrenbügel am Kopf eines Brillenträgers abstützt, kann die Lage dieses Messgestells gegenüber den Pupillen der beiden Augen mithilfe von Markierungspunkten am Messgestell durch eine bloß zweidimensionale digitale Gesichtsabbildung erfasst werden, und zwar unter der Voraussetzung, dass der Abstand des Frontbereichs des Messgestells zwischen den beiden Ohrenbügeln zu den beiden Augen angenähert gleich ist, wovon bei einem guten Brillensitz ausgegangen werden muss.

[0006] Die zumindest drei Markierungspunkte im Frontbereich des Messgestells, von denen der mittlere den beiden seitlichen Markierungspunkten frontal vorgelagert ist, stellen sicher, dass /7

AT 521 699 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt bei einer digitalen Gesichtsabbildung aufgrund der sich aus den Bildpunkten dieser Markierungspunkte ergebenden gegenseitigen Lagen und Abständen der Abstand und die Lage der Kamera in Bezug auf diese Markierungspunkte und damit gegenüber dem Messgestell ermittelt werden können, weil sich ja aufgrund der vorgegebenen gegenseitigen geometrischen Zuordnung diese Markierungspunkte in einer eindeutigen Abhängigkeit von der Ausrichtung der optischen Achse des Objektivs und der Entfernung des Objektivs von den Markierungen in der Bildebene abbilden lassen. Dies bedeutet, dass in der zweidimensionalen Gesichtsabbildung aufgrund der Ausrichtung der Bildebene gegenüber dem Messgestell die Bildpunkte der Pupillen ebenfalls gegenüber dem Messgestell ausgerichtet sind.

[0007] Allerdings kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Blicklinien der beiden Augäpfel parallel verlaufen. Es wird daher das Gesicht mit auf einen der Kamera zugeordneten Fixierpunkt fokussierten Augen erfasst, sodass aufgrund dieser Fokussierung die Blicklinien der beiden Augen mit der Bildebene Winkel einschließen, sodass der Bildabstand der beiden Pupillen nicht dem Pupillenabstand bei parallelen Blicklinien entspricht. Da bei einer frontalen Gesichtsabbildung die Bildebene zumindest angenähert parallel zum Frontbereich des Messgestells verläuft und gegebenenfalls die Bildpunkte aufgrund der erfassten Ausrichtung der Kamera gegenüber dem Messgestell diesbezüglich korrigiert werden können, können die Blicklinien durch eine entsprechende Drehung um die Drehpunkte der Augäpfel zueinander parallel ausgerichtet werden, was eine entsprechende Verlagerung der Bildpunkte der Pupillen in der Bildebene bedingt, sodass durch diese Verlagerung der Bildpunkte der Pupille korrigierte Messpunkte zur Bestimmung des Pupillenabstands aus der zweidimensionalen Gesichtsabbildung zur Verfügung stehen. Mit der durch die Nasenauflage bedingten Ausrichtung des Messgestells gegenüber der Nase sind auch die korrigierten Bildpunkte der Pupillen gegenüber dem Messgestell eindeutig festgelegt. Die korrigierten Bildpunkte der Pupillen bestimmen somit den optischen Mittelpunkt von Brillengläsern, die in einem entsprechend dem Messgestell über eine Nasenauflage und Ohrenbügeln abgestützten Brillengestell gehalten sind.

[0008] Besonders einfache Handhabungsbedingungen ergeben sich für das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die von der digitalen Kamera aufgenommene zweidimensionale Gesichtsabbildung auf einem der Kamera zugeordneten Bildschirm angezeigt wird, weil in diesem Fall nicht nur die Koordinaten des optischen Mittelpunkts für die zu fertigenden Gläser einer Brille einfach angezeigt werden können, sondern auch die Voraussetzung geschaffen wird, in der auf dem Bildschirm angezeigten Gesichtsabbildung das ausgeblendete Messgestell mit einer Abbildung einer entsprechend dem Messgestell ausgerichteten Brille zu überlagern, sodass die anzufertigende Brille in der Gesichtsabbildung auf dem Bildschirm sichtbar wird, wobei sich die optischen Mittelpunkte für die Gläser unmittelbar durch die korrigierten Messpunkte der Pupillen ergeben.

[0009] Das Anpassen der Abbildung der anzufertigenden Brille an die durch das Messgestell vorgegebenen Abstützungen über die Nasenauflage und die Ohrenbügel erfordert nicht nur eine frontale, sondern auch eine seitliche Erfassung des Messgestells über entsprechende Markierungspunkte. Zu diesem Zweck kann mit der Kamera ein digitales seitliches Bild des Kopfes mit aufgesetztem Messgestell erstellt werden, das zur Lageerfassung der Ohrenbügel mit wenigstens einem zusätzlichen, einem Ohrenbügel zugeordneten Markierungspunkt versehen ist.

[0010] Zur Durchführung eines solchen Messverfahrens kann von einer Vorrichtung mit einer digitalen Kamera und mit einer an einen Bildschirm angeschlossenen Bildauswerteeinheit für von der Kamera aufgenommene digitale Gesichtsabbildungen ausgegangen werden. In diesem Fall sind ein eine Nasenauflage und Ohrenbügel zur Abstützung am Kopf des Brillenträgers aufweisendes Messgestell mit wenigstens drei im Frontbereich des Messgestells angeordneten Markierungspunkten, nämlich zwei seitlichen Markierungspunkten und einem diesen seitlichen Markierungspunkten frontal vorgelagerten mittleren Markierungspunkt, sowie eine Bildauswerteeinheit vorzusehen, die aus einer von der Kamera erfassten Gesichtsabbildung mit aufgesetztem Messgestell aus den Bildpunkten der Markierungspunkte und den Bildpunkten der auf einen der Kamera zugeordneten Fixierpunkt ausgerichteten Pupillen die Winkel der Blicklinien

2/7

AT 521 699 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt gegenüber der Bildebene ermittelt und daraus hinsichtlich paralleler Blicklinien korrigierte Messpunkte für die Bestimmung des Pupillenabstands errechnet.

[0011] Besonders einfache Konstruktionsvoraussetzungen ergeben sich, wenn das Messgestell die Form einer Tragrandbrille aufweist, was den Ersatz des Messgestells in der Gesichtsabbildung durch eine Brille erleichtert, deren Zuordnung zum Kopf des Brillenträgers auf einer mit dem Messgestell übereinstimmenden Abstützung am Kopf des Brillenträgers beruht. Zu diesem Zweck ist allerdings auch die Lage der Brillenbügel zu erfassen, was in einfacher Art dadurch möglich wird, dass das Messgestell im Bereich der Ohrenbügel wenigstens einen weiteren Markierungspunkt aufweist, sodass der Sitz des Messgestells mit einer zweiten seitlichen Kopfabbildung festgelegt werden kann.

[0012] In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen [0013] Fig. 1 ein beim erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Messgestell in einer Seitenansicht, [0014] Fig. 2 das Messgestell der Fig. 1 in einer Draufsicht und [0015] Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung.

[0016] Das zu Einsatz kommende Messgestell 1 weist eine Form entsprechend einer Tragrandbrille ohne Gläser auf und umfasst einen Frontbereich 2 mit zwei Ohrenbügeln 3. Der Frontbereich 2 ist mit einer Nasenauflage 4 versehen, die in üblicher Weise aus von einem Nasensteg 5 getragenen Auflagepolstern 6 geformt sein kann. Das Messgestell 1 wird daher wie eine Brille über die Nasenauflage 4 und die Ohrenbügel 3 am Kopf abgestützt. Zur Lagebestimmung ist das Messgestell 1 im Frontbereich 2 mit zwei seitlichen Markierungspunkten 7 und mit einem mittleren Markierungspunkt 8 ausgestattet. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der mittlere Markierungspunkt 8 dem Nasensteg 5 zugeordnet ist, die beiden seitlichen Markierungspunkte 7 jedoch im Übergangsbereich vom Frontbereich 2 zu den Ohrenbügeln 3 angeordnet sind, und zwar gegenüber dem mittleren Markierungspunkt 8 in frontaler Richtung zurückgesetzt. Außerdem sind die Ohrenbügel 3 mit zusätzlichen Markierungspunkten 9 versehen, was die Lageerfassung des Messgestells 1 im Raum erleichtert. Zur besseren optischen Erfassung der Markierungspunkte 7, 8, 9 weisen diese eine Würfelform mit kontrastreichen Zentrierfeldern auf.

[0017] Um den optischen Mittelpunkt der Gläser einer für einen Brillenträger anzufertigenden Brille vorab bestimmen zu können, wird gemäß der Fig. 3 der Kopf des Brillenträgers mit aufgesetztem Messgestell 1 mithilfe einer digitalen Kamera 10 frontal aufgenommen. Die erhaltene digitale zweidimensionale Gesichtsabbildung zeigt die zur Lageerfassung des Messgestells 1 erforderlichen Markierungspunkte 7 und 8 in einer durch die Projektion in Richtung der Achse des Objektivs der Kamera 10 bestimmten gegenseitigen Relativlage, sodass aufgrund der Kenntnis der gegenseitigen geometrischen Zuordnung dieser Markierungspunkte 7, 8 und den optischen Daten des Objektivs der Kamera 10 aus den gegenseitigen Abständen und der gegenseitigen Lage der Bildpunkte dieser Markierungspunkte 7, 8 in der zweidimensionalen Gesichtsabbildung die Entfernung und Ausrichtung der Bildebene in Bezug auf das Messgestell 1 mittels einer der Kamera 10 zugeordneten Bildauswerteeinheit 11 berechnet werden.

[0018] Gemäß der Fig. 3 ist die Kamera 10 mit der Bildauswerteeinheit 11 und einem Bildschirm 12 zur Anzeige der digitalen Gesichtsabbildung zu einer gemeinsamen Handhabungseinheit zusammengefasst, wie sie beispielsweise in Form von Mobiltelefonen bekannt ist. Die auf dem Bildschirm 12 angezeigte Gesichtsabbildung kann auch dazu benützt werden, das ausgeblendete Messgestell 1 durch das Bild einer zur Auswahl stehenden Brille zu ersetzen, und zwar in der durch das Messgestell 1 vorgegebenen, über die Nasenauflage 4 und die Ohrenbügel 3 bestimmten Lage gegenüber dem Kopf des Brillenträgers.

[0019] Da die Blicklinien der geradeaus in die Ferne gerichteten Augen durch die optischen Mittelpunkte der Gläser verlaufen sollen und eine solche Augenausrichtung vom Brillenträger nicht erwartet werden kann, wird der Kamera ein Fixierpunkt 13 zugeordnet, der keineswegs

3/7

AT 521 699 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt durch das Objektiv der Kamera 10 gebildet werden muss. In der Fig. 3 wird dieser vom Brillenträger zu fokussierende Fixierpunkt 13 beispielsweise auf dem Bildschirm 12 angezeigt. Aufgrund dieser Fokussierung des Fixierpunkts 13 ergeben sich zwischen dem Drehpunkt der Augäpfel 14 und dem Fixierpunkt 13 Blicklinien 15, die je einen Winkel mit der Bildebene einschließen. Diese Bildebene fällt im Ausführungsbeispiel mit der Bildschirmebene zusammen, was jedoch nicht zwingend ist.

[0020] Die mit dem Anvisieren des Fixierpunkts 13 bedingte Ausrichtung der Pupillen 16 führt allerdings zu einer fehlerhaften Bestimmung des Pupillenabstands, weil für die Bestimmung des optischen Mittelpunkts der Gläser parallel Blicklinien maßgebend sind, wie sie strichpunktiert angedeutet und mit dem Bezugszeichen 17 versehen sind. Die Pupillenlage muss daher entsprechend den Winkeln der Blicklinien korrigiert werden, um die gegenüber der aufgenommenen Pupillenlage 18 korrigierten Messpunkte 19 zur Bestimmung des Pupillenabstands in die zweidimensionale Gesichtsabbildung eintragen zu können.

[0021] Bei der Aufnahme des Gesichts des Brillenträgers wird die Bildebene der Kamera 10 nur angenähert parallel gegenüber dem Frontbereich 2 des Messgestells 1 ausgerichtet sein. Um dadurch bedingte Lagefehler der korrigierten Messpunkte 19 zu vermeiden, kann eine entsprechende Neigung α der Bildebene gegenüber der Frontalebene des Messgestells 1 berücksichtigt werden. Diese Neigung α ergibt sich ja durch die Ausrichtung der Objektivachse der Kamera 10 gegenüber dem Messgestell 1 und wird durch die Bildauswertung der Markierungspunkte 7, 8 bestimmt.

[0022] Mit den korrigierten Messpunkten 19 lassen sich die linken und rechten Pupillenabstände 20, 21 gegenüber dem Messgestell 1 und damit die optischen Mittelpunkte für Gläser mit hoher Genauigkeit und einem vergleichsweise geringen Aufwand bestimmen, und zwar unabhängig von der Art der zu fertigen Gläser, weil durch das Messgestell die Lage der anzupassenden Brille gegenüber dem Kopf vorgegeben wird, sodass die parallelen Blicklinien 17 die optischen Mittelpunkte für die Gläser jeder anzufertigenden Brille bestimmen.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen des optischen Mittelpunkts der Gläser einer für einen Brillenträger anzufertigenden Brille, dessen Kopf mit einer digitalen Kamera (10) von vorne abgebildet wird, wobei die Lage der Pupillen (16) und der Pupillenabstand (20, 21) zur Festlegung des optischen Mittelpunkts der Gläser mithilfe eines Bildauswerteprogramms bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gesicht des Brillenträgers mit einem über eine Nasenauflage (4) und Ohrenbügeln (3) am Kopf gehaltenen Messgestell (1) mit einem auf einen der Kamera (10) ortsfest zugeordneten Fixierpunkt (13) gerichteten Blick abgebildet wird, dass ein Frontbereich des Messgestells (1) zwei seitliche Markierungspunkte (7) und einen diesen seitlichen Markierungspunkten (7) frontal vorgelagerten mittleren Markierungspunkt (8) aufweist, dass aus den in der Gesichtsabbildung gemessenen gegenseitigen Abständen und Lagen der Bildpunkte der drei Markierungspunkte (7, 8) und der Pupillen (16) die Winkel der Blicklinien (15) gegenüber der Bildebene mithilfe des Bildauswerteprogramms bestimmt werden, bevor die hinsichtlich paralleler Blicklinien (17) korrigierten Messpunkte (19) zur Bestimmung der Pupillenabstände (20, 21) in Bezug auf die Nasenauflage (4) ermittelt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der digitalen Kamera (10) aufgenommene zweidimensionale Gesichtsabbildung auf einem der Kamera (10) zugeordneten Bildschirm (12) angezeigt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der auf dem Bildschirm (12) angezeigten Gesichtsabbildung das ausgeblendete Messgestell (1) mit einer Abbildung einer entsprechend dem Messgestell (1) ausgerichteten Brille überlagert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Kamera (10) ein digitales seitliches Bild des Kopfes mit aufgesetztem Messgestell (1) erstellt wird, das zur Lageerfassung der Ohrenbügel (3) mit wenigstens einem zusätzlichen, einem Ohrenbügel (3) zugeordneten Markierungspunkt (9) versehen ist.

5. Vorrichtung zum Bestimmen des optischen Mittelpunkts der Gläser einer für einen Brillenträger anzufertigenden Brille mit einer digitalen Kamera (10) und mit einer an einen Bildschirm (12) angeschlossenen Bildauswerteeinheit (11) für von der Kamera (10) aufgenommene digitale Gesichtsabbildungen, dadurch gekennzeichnet, dass ein eine Nasenauflage (4) und Ohrenbügel (3) zur Abstützung am Kopf des Brillenträgers aufweisendes Messgestell (1) mit wenigstens drei im Frontbereich (2) des Messgestells (1) angeordneten Markierungspunkten (7, 8), nämlich zwei seitlichen Markierungspunkten (7) und einem diesen seitlichen Markierungspunkten (7) frontal vorgelagerten mittleren Markierungspunkt (8) , vorgesehen ist und dass die Bildauswerteeinheit (11) aus einer von der Kamera (10) erfassten Gesichtsabbildung mit aufgesetztem Messgestell (1) aus den Bildpunkten der Markierungspunkte (7, 8) und den Bildpunkten der auf einen der Kamera (10) zugeordneten Fixierpunkt (13) fokussierten Pupillen (16) die Winkel der Blicklinien (15) gegenüber der Bildebene ermittelt und daraus hinsichtlich paralleler Blicklinien (17) korrigierte Messpunkte (19) für die Bestimmung des Pupillenabstands (20, 21) errechnet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgestell (1) die Form einer Tragrandbrille aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgestell (1) im Bereich der Ohrenbügel (3) wenigstens einen weiteren Markierungspunkt (9) aufweist.