CN103163663A - 估计观众所戴一副眼镜中矫正镜片的屈光度的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度的方法，其特征在于包含如下步骤：获取位于用于获取这个观众的脸部的两个相继图像的装置前面的这个观众的脸部的两个相继图像，这些图像之一是戴着眼镜获取的而另一个没有；相对于另一个图像校准两个所获取图像之一；识别每个图像中每只眼睛的虹膜的位置；评估每个成像虹膜的放大率或尺寸缩小率；以及根据评估的放大率或缩小率估计矫正镜片的屈光度。

Description

估计观众所戴一副眼镜中矫正镜片的屈光度的方法和设备

技术领域

本发明涉及估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度(opticalpower)的方法。

背景技术

本发明属于在屏幕上观看媒体流的领域。在这个领域中，可能有必要按照有关观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度的数据调整在这些屏幕上观看的媒体流的处理。因此，例如，可能通过校正的观众视图调整在3D屏幕上观看的媒体流的景深效果，以便当观看媒体流时不打扰观众。

本发明要解决的问题是获取观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度，因此能够调整要在屏幕上观看的媒体流的处理。

获取有关这种屈光度的数据的第一种做法是请观众通过用户接口提供像眼科医生、验光师、或眼镜供应商那样的医疗专业人士确定的实际和具体数据。但是，当观众想在屏幕上观看媒体流时，获知和输入这种数据是不切实际的，因为观众往往得不到这样的数据。另外，取决于不同国家，这种数据用不同度量单位表达，在它们之间没有任何必然的对应关系，使得难以使用这种数据调整要应用于观看的媒体流的处理。

另一种做法是利用，例如，镜片计物理地测量镜片的屈光度。但是，这样的测量仪器由于其成本而不能得到广泛部署，因此是为专业人士保留的。

发明内容

按照本发明，一般说来，从位于坐在那里观看屏幕上的媒体流的观众前面的摄像头拍摄的观众脸部的两个图像中估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度。

按照其一个方面，本发明涉及估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度的方法。这种方法的特征在于其包含如下步骤：

-获取位于用于获取这个观众的脸部的两个相继图像的装置前面的这两个图像，这些图像之一是戴着眼镜获取的而另一个没有；

-相对于另一个图像校准两个所获取图像之一；

-识别每个图像中每只眼睛的虹膜的位置；

-评估每个成像虹膜的放大率或尺寸缩小率；以及

-根据评估的放大率或缩小率估计矫正镜片的屈光度。

与现有技术的其他方法相比，这种方法是快速的，并且可以容易地被观众使用。

本发明还涉及可以存储在媒体上和/或从通信网络下载的计算机程序。这种计算机程序包括当所述程序被计算机系统或处理器执行时，实现上述方法的指令。本发明还涉及包括这样计算机程序的存储装置。

按照其另一个方面，本发明还涉及包含实现上述方法的装置的设备。

附图说明

上述发明的特征以及其他东西将通过阅读特定实施例的如下描述更清楚地呈现出来，所述描述是参考附图作出的。在附图中：

图1示意性地示出了显示在屏幕上以促进观众脸部的定位的标记的例子；

图2示意性地示出了估计用户戴的一副眼镜中的镜片的屈光度的方法的步骤的图形；

图3示意性地示出了按照图2的方法的一个实施例估计一副眼镜的矫正镜片的屈光度的例子；以及

图4示意性地示出了实现图2的方法的设备的一个实施例的方块图。

具体实施方式

本发明适用于远视或近视观众。在远视的情况下，矫正镜片是会聚透镜，当从前面观察观众时，眼睛变大。对于近视透镜，矫正镜片是发散透镜，眼睛戴眼镜比不戴眼镜看起来小。

如图2所示，估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度的方法的特征在于它包含步骤1，获取位于用于获取这个观众的脸部的两个相继图像Ia和Is的装置前面的这个观众的脸部的两个相继图像Ia和Is。这些图像之一Ia是在观众戴着眼镜时获取的，而这些图像的另一个Is是在观众未戴着眼镜时获取的。

实际上，可以将像摄像头那样的获取装置安装或集成在像旨在观看媒体流的屏幕那样的观看设备上或中。也可以将其安装在像描述成“机顶盒”或STB的设备那样的视频信号接收和解码设备上。然后请观众站在摄像头前面的特定位置上。为此目的，如图1所例示，可以将脸部的眼睛、鼻子和轮廓那样的标记显示在屏幕上，以便它们重叠在摄像头看到的观众脸部的图像上。将摄像头用于产生镜像效果有助于定位观众。让观众站在使他的眼睛、鼻子和脸部尽可能与这些标记对齐的位置上。设置摄像头的变焦功能也能够有助于适当调整观众的眼睛、鼻子和脸部。

正如我们后面将看到的那样，根据常用在多媒体系统中的摄像头，对观众的这种初始定位为获取足够分辨率的两个图像来确定眼睛的半径创造了条件。

该方法继续执行相对于像Is那样的另一个图像校准像Ia那样的两个图像之一的步骤2，后面接着识别每个图像中每只眼睛的虹膜的位置的步骤3，评估每个成像虹膜由矫正镜片引起的放大率或尺寸缩小率的步骤4，以及估计矫正镜片的屈光度的步骤5。

优选的是，在获取两个图像期间观众的脸部与像摄像头那样的获取装置之间的距离保持不变。但是，如果情况不是这样，则优选地通过相对于矫正镜片提取和映射位于图像区外部的图像基元从一个脸部相对应另一个脸部计算比例因子S。

按照该方法的一个实施例，该比例因子S通过

给出，其中D_s是图像Is中两个基元点之间用像素表达的距离，然后将其取作基准，D_a是图像Ia中两个相同基元点之间用像素表达的距离。

关于图像中虹膜的位置的识别，已知使用，例如，与虹膜相对应的区域的特定纹理。

按照这样识别的一个实施例，在围绕像在3D屏上看到的标记之一的中心那样的所选位置设置的一个窗口中，通过应用像，例如，Canny边缘检测器那样的边缘检测器检测图像中眼睛的虹膜的边缘。然后，使用霍夫（Hough）变换来检测圆圈，因此确定该圆圈用像素表达的半径。当应用于识别每个图像中每只眼睛的虹膜时，这种做法使得可以确定观众戴着眼镜时图像Ia的左眼的虹膜的半径

和右眼的虹膜的半径

两者、和观众未戴着眼镜时图像Is的左眼的虹膜的半径

和右眼的虹膜的半径

两者。

Canny边缘检测器和霍夫变换的结合使用为估计虹膜的半径提供了子像素精度。

然后，通过将例如Is图像当作基准图像，计算因子

和

以便评估右眼K_R或左眼K_L的虹膜的放大率或尺寸缩小率。应该注意到，比例因子S是唯一可选的。

然后，通过从因子K_L估计的镜片的焦距f′_L倒数给出矫正眼镜的左镜片的屈光度P_L，以及通过从因子K_R估计的镜片的焦距f′_R倒数给出矫正眼镜的右镜片的屈光度P_R。

为此目的，必须已知或估计镜片与观众的一只眼睛的虹膜之间的距离e。验光师将14mm的平均值用作估计值。考虑到高斯近轴近似，可以看出，可以从虹膜K_L和K_R的半径的尺寸的明显变化中计算镜片焦距

在图3中，F′是焦点，线L是通过光心O的半径（未因镜片的矫正而偏转），线D是因镜片的矫正而相对于光轴发生偏转、从焦点F'的半径，Ox是镜片的光轴，点B和B′是线L与眼睛的虹膜（图3中的阴影）之间的交点，以及点A和A′是图像Ia和Is中虹膜与光轴Ox的交点。

因此，如果

是没有矫正眼镜的眼睛的虹膜的半径，和

是通过眼镜的眼睛的成像虹膜的半径，则K_L或K_R的值通过

给出。这个值对应于位置OA的眼镜镜片的放大率M。这个值M也可以表达成：

$M=\stackrel{\‾}{A^{\′}{B}^{\′}}/\stackrel{\‾}{\mathrm{AB}}=\stackrel{\‾}{{\mathrm{OA}}^{\′}}/\stackrel{\‾}{\mathrm{OA}}$

如果距离e是

则我们得出

将这些值代入将所谓的笛卡儿公式应用在中心上得出的共轭公式—

中，通过

提供焦距f′_L，其中和

从这个图3中考虑，通过用因子K_R取代K_L类似地给出焦距f′_R。

在一些应用中，不必知道焦距f′，知道放大率值M就足够了。

当需要确定光线从相对于观察点定义的原始角向θ_A在使用了眼镜镜片之后朝着感觉角向θ_A′偏转时，就是这种情况。

在这种情况下， ${\mathrm{\θ}}_{A^{\′}}=a\tan \left(\frac{\stackrel{\‾}{\mathrm{OA}}\·\tan \left({\mathrm{\θ}}_A\right)}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{OA}}^{\′}}}\right)=a\tan \left(\frac{\tan \left({\mathrm{\θ}}_A\right)}{M}\right)=a\tan \left(\frac{\tan \left({\mathrm{\θ}}_A\right)}{k}\right)$

并且，有关估计距离e的误差没有什么影响。

图4示意性地例示了实现图2的方法的设备的结构的实施例。

设备400包含通过通信总线401连接的如下装置：

-处理器、微处理器、微控制器（标记为μc）或CPU（中央处理单元）402；

-随机访问存储器403；

-只读存储器404；

-像摄像头405那样获取观众脸部的图像的装置；

-屏幕406；以及

-像触摸屏和/或一组按钮那样的人机接口407的装置。

微控制器402能够执行从只读存储器404，从外部存储器（未示出），从像SD卡或其他媒体那样的存储媒体，或从通信网络装载到随机访问存储器403中的指令。当设备400被接通时，微控制器402能够从随机访问存储器403中读取指令并执行它们。这些指令形成使微控制器402实现上面参照图2所述的一些或所有算法的计算机程序。

上面参照图2所述的一些或所有算法可以通过执行像DSP（数字信号处理器）那样的可编程机器或像微控制器402那样的微控制器上的一组指令经由软件来实现，或通过像FPGA（现场可编程门阵列）或ASIC（专用集成电路）那样的机器或专用组件经由硬件来实现。

装置407可以用于像改变摄像机的变焦功能那样使用户与设备交互。装置402、403和404共同起识别每个图像中眼睛的虹膜的位置、评估每个成像虹膜的放大率或尺寸缩小率、以及从如此评估的放大率或缩小率中估计矫正镜片的屈光度的装置的作用。

Claims (7)

1.一种估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度的方法，其特征在于包含如下步骤：

-获取位于用于获取这个观众的脸部的两个相继图像的装置前面的这个观众的脸部的两个相继图像，这些图像之一是戴着眼镜获取的而另一个没有；

-相对于另一个图像校准两个所获取图像之一；

-识别每个图像中每只眼睛的虹膜的位置；

-评估每个成像虹膜的尺寸放大率或尺寸缩小率；以及

-根据评估的放大率或缩小率估计矫正镜片的屈光度。

2.按照权利要求1所述的方法，其中识别每个图像中每只眼睛的虹膜是通过如下步骤实现的：

-在围绕所选位置设置的一个窗口中，通过将边缘检测器应用于图像在图像中检测虹膜的边缘，以及将霍夫变换用于确定定义每个像素的每个虹膜的圆圈的半径

-然后通过图像中与虹膜相对应的两个圆圈的半径之间的比值估计如此成像的虹膜的放大率或尺寸缩小率；以及

-通过然后从两个圆圈的半径之间的比值和镜片与虹膜之间的距离估计的镜片的焦距的倒数，然后给出针对虹膜的一副矫正眼镜中的镜片的屈光度。

3.按照权利要求1所述的方法，其中如此成像的虹膜的放大率或尺寸缩小率是通过一个比例因子加权的，该比例因子通过两个所获取图像之一上的两个基元点之间的距离与另一个图像的相同两个基元点之间的距离之间的比值来定义。

4.一种按照权利要求1到3之一所述的估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度的方法的使用，用于调整应用于观众打算在3D屏幕上观看的媒体流的处理。

5.一种计算机程序，其特征在于包含当所述程序被设备的处理器执行时，由所述设备实现按照权利要求1到4之一所述的方法的指令。

6.一种存储装置，其特征在于其存储计算机程序，所述计算机程序包含当所述程序被设备的处理器执行时，由所述设备实现按照权利要求1到4之一所述的方法的指令。

7.一种估计观众所戴的一副眼镜中的矫正镜片的屈光度的设备，其特征在于包含执行如下步骤的装置：

-获取位于用于获取这个观众的脸部的两个相继图像的装置前面的这个观众的脸部的两个相继图像，这些图像之一是戴着眼镜获取的而另一个没有；

-相对于另一个图像校准两个所获取图像之一；

-识别每个图像中每只眼睛的虹膜的位置；

-评估每个成像虹膜的尺寸放大率或尺寸缩小率；以及

-根据评估的放大率或缩小率估计矫正镜片的屈光度。

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