CN103384848A - 用于确定与使用者佩戴的眼镜架内的眼镜片的安装相关联的至少一个几何/相貌参数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，该方法包括以下步骤：(a)在使用者的头部放置一个附件，所述附件包括至少一个亮度校准要素，该亮度校准要素包括至少两个对比区；(b)使用一个图像捕获装置来捕获上面已经放置了该附件的使用者的头部的一个图像；(c)在步骤(b)中所捕获的图像上确定该附件的亮度校准要素的图像的位置；(d)确定该亮度校准要素的图像的至少一部分或位于该亮度校准要素附近的该图像的至少一部分的亮度的一个测量值；(e)依据该测量值来修改用于调整该图像捕获装置的光学图像采集条件的一个参数，以此来改进该校准要素的这些对比区的图像的对比度；(f)借助这个用于调整这些光学采集条件的经过修改的参数来捕获另一个图像；并且(g)基于所述另一个图像来确定所寻找的几何/相貌安装参数。

Description

用于确定与使用者佩戴的眼镜架内的眼镜片的安装相关联的至少一个几何/相貌参数的方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于确定与使用者佩戴的眼镜架内的眼镜片的安装相关联的至少一个几何/相貌参数的方法。

背景技术

矫正眼镜片的制造一方面包括眼镜片的折射面的光学设计和成形，另一方面包括眼镜片与所选眼镜架的适配。

本发明涉及在使用者的面部上对多个几何/相貌参数的测量，考虑到使用者的面部上的眼镜的适当配置。这些参数可能在一个矫正镜片的两个制造步骤中使用，从而使得该眼镜片最终执行设计和规定该眼镜片所依据的矫正光学功能。这显著地涉及瞳孔距离、使用者的眼睛的瞳孔相对于眼镜架的下缘的高度、和/或该眼镜架或眼镜片的一般平面相对于垂直面所形成的广角。

以一种已知的方式，可以基于使用者的头部的一个或多个捕获到的图像确定这些参数。

例如当使用者的头部与他的眼睛遵循一个移动点时，例如，在头部从左向右和/或从右向左移动的过程中，通过确定使用者的头部和凝视的取向，确定使用者的光学行为也是有用的。在头部的移动过程中的多个图像的视频采集特别适用于本目的。

上述参数的确定需要在捕获到的图像上识别安置在使用者的面部上并具有至少一个预定几何特征的至少一个参考要素的图像。

然后，通过比较参考要素的图像的几何特征及其对应的实际几何特征，可以确定所寻找的几何/相貌参数。

然而，只有当可以在捕获到的图像上识别这些参考要素时才能执行该方法。

由于太暗而不能允许识别该参考要素，因此相对于该图像捕获装置背光的使用者的定位可导致捕获一个不可用的图像。

而且，如果使用者的头部至少部分地被日光照射，使用者的头部的照度可能或者根据天空中太阳的轨迹或者在动态测量情况下根据使用者的头部相对于照射该使用者的头部的光源的位置而变化。因此，使用者的头部的多个照射条件可以是可变的。

因此，使用者的头部的这些参考要素太暗而不能在一个捕获到的图像上被精确地识别的情况是非常多的。

该问题的第一种解决方案是将该图像捕获装置放置在一个照射完全可控且恒定的位置。该解决方案的主要缺点是它相当大地限制了有利于安装该装置从而允许执行该方法的位置。

然后，验光师可能被迫将该图像捕获装置放置在一个密封的房间内。于是，尽管从一个商用的角度提供了多个优点，但他无法将它放置在一个橱窗内。

一个不同的解决方案是使用一个包括调整捕获到的图像的亮度的多个自动设备的图像捕获装置。例如，这些设备执行整个图像的平均亮度的调整，这不允许在背光的图像捕获中获取一个可使用的图像。

其他已知的图像捕获装置包括用于手动亮度调整的设备。然后，可在每次图像捕获前调整亮度设置。但这对于验光师而言具有时间长而且单调的缺点。此外，这不能以视频模式在一次连续图像采集的背景中执行。

发明内容

因此，本发明的一个目的是通过提出一种用于确定与眼镜架内的眼镜片的安装相关联的至少一个几何/相貌参数的方法来克服现有技术的上述缺点，该方法无论环境亮度条件如何都是可以执行的。

根据本发明，为此目的提出了一种在引言中定义的方法，包括：

a)在使用者的头部放置一个附件，所述附件包括至少一个亮度校准要素，该亮度校准要素包括至少两个对比区；

b)使用一个图像捕获装置捕获上面放置了所述附件的该使用者的头部的一个图像；

c)在步骤b)中捕获到的所述图像上确定所述附件的亮度校准要素的图像的位置；

d)确定该亮度校准要素的图像的至少一部分的亮度的一个测量值；

e)依据该测量值修改一个用于调整所述图像捕获装置的光学图像采集条件的参数，其方式为以此改进该校准要素的对比区的图像的对比度；

f)借助这个用于调整这些光学采集条件的经过修改的参数捕获另一个图像；并且

g)基于该另一个图像确定所述所寻找的几何/相貌安装参数。

因此，这些光学图像捕获条件的自动调整保证捕获到一个可用于确定所寻找的几何/相貌参数的图像。

为此，依据捕获到的图像上的一个亮度校准要素的图像的亮度，通过修改用于调整这些光学采集条件的一个参数来调整图像的亮度。

在本发明的一个优选实施例中，该校准要素与一个参考要素相结合，该参考要素的在图像上测量的已知实际几何特征用于确定所寻找的几何/相貌参数。

然后，实施亮度调整，其方式为以此在该参考要素的图像上进行直接优化，从而保证将可以借助用于调整这些光学采集条件的经过修改的参数在步骤f)中捕获到的图像上识别该参考要素的图像。

可替代地，可以假设将该校准要素安置在步骤g)中使用的该参考要素的附近：然后，在非常接近于该参考要素的图像的区域上执行亮度调整。

根据本发明的其他优点和非限制性特征：

-在步骤e)之后，当步骤d)中测量的亮度值在一个预定值区间之外时重复步骤b)至e)，并且当该测量值位于所述预定区间之内时执行步骤f)和g)；

-在步骤g)中，该附件进一步包括具有至少一个已知几何特征的一个参考要素，在步骤f)中捕获到的图像上识别该附件的该参考要素的至少一个几何特征；

-所述参考要素与所述亮度校准要素相结合；

-在步骤d)中，为其确定亮度的一个测量值的该亮度校准要素的图像的那一部分跨越所述两个对比区；

-在步骤d)中，确定该亮度校准要素的图像的每个对比区的亮度的一个测量值，并计算这两个值的平均值；

-在步骤e)中，

-确定在步骤d)中确定的该亮度测量值和一个目标亮度值之间的差值，

-比较该差值与该差值的一个预定最大值，

-依据该比较，修改这个用于调整该图像捕获装置的光学采集条件的参数，其方式方式为使得所述测量值向所述目标亮度值扩展；

-它包括在步骤b)之前执行的以下步骤：

pa)捕获使用者的头部的一个初步图像，

pb)确定该初步图像的至少一个还原区（reduced area）的平均亮度的一个测量值，该还原区适用于覆盖使用者的头部的图像的至少一部分，

pc)依据该测量值粗略调整这个用于调整该图像捕获装置的光学采集条件的参数，其方式为以此改进使用者的头部的捕获到的图像的对比度，

pd)使用步骤pc)中获取的这个用于调整光学采集条件的参数调整步骤b)的图像捕获的光学条件，

-特别是，在步骤pc)中，

-确定在步骤pb)中确定的该亮度测量值和一个目标亮度值之间的差值，

-比较该差值与该差值的一个预定最大值，

-依据该比较，在步骤pc)中，调整这个用于调整该图像捕获装置的光学采集条件的参数，其方式为使得所述测量值向所述目标亮度值扩展；

-在步骤c)中，它包括检测具有一个孤立的亮度峰值的多个像素组的步骤k)，该孤立的亮度峰值的大小在各个方向上比亮度校准要素小；

-提供了选择具有在步骤k)中检测到的一个孤立的亮度峰值的至少两组像素的步骤l)，从而具有与该附件的亮度校准要素中的两个要素的图像相关联的最高可能性，即至少两组像素，针对它们减小以下各项之间的差值：

-在这两组之间测量的一个距离与一个参考距离之间的差值，和/或

-在经过这两组的直线及一个参考方向之间测量的一个角与一个参考角之间的差值，和/或

-在这两组附近测量的亮度与参考亮度之间的差值，和/或

-相对于每组像素的预定相对位置的两点之间的亮度差值与参考亮度差值之间的差值；

-也可以从步骤l)中所做的选择中排除数对两组像素，针对它们，这两组间测量的距离与一个参考距离之间的差值、和/或经过这两组的直线与一个参考方向之间测量的角与一个参考角之间的差值、和/或这两组附近测量的亮度与参考亮度之间的差值、和/或相对于每组像素预定相对位置的两点之间的亮度差值与参考亮度差值之间的差值大于一个阈值；

-该方法包括对步骤b)中获取的图像重新取样的一个步骤，旨在减少图像的像素总数；

-亮度校准要素的所述对比区包括一个深灰色区和一个浅灰色区；

-每个亮度校准要素包括四个交替对比区，每个区形成与由其他区形成的直角具有一个公共顶点的直角；

-该附件固定到使用者的眼镜架上。

附图说明

遵照附图并通过一个非限制性示例给出的本说明将明确本发明的构成以及可以如何执行本发明。

在这些附图中：

-图1是本发明的一个可能实施例的步骤的示意图，

-图2是由图像捕获装置捕获的图像的示意图，

-图3是根据本发明的一个包括执行该方法的多个校准要素的附件的示意性顶视图，

-图4A是图3所示的附件的一个校准要素的示意性正视图，该校准要素至少在该附件的一个正视图中是可见的，以及

图4B是图3所示的附件的一个校准要素的示意性正视图，该校准要素至少在该附件的一个剖面图中是可见的，

-图5是在捕获到的图像的处理中使用的一个加强矩阵的系数的示意图，正如下面所述，以及

-图6是配备有眼镜架和附件的使用者的头部的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的方法的一个可能实施例的步骤。

执行该方法的目的是确定与使用者佩戴的眼镜架内的眼镜片的安装相关联的至少一个几何/相貌参数，例如像瞳孔距离、使用者的眼睛的瞳孔相对于眼镜架的下缘的高度、和/或该眼镜架或眼镜片的一般平面相对于垂直面所形成的广角。

该方法包括以下步骤，下面对这些步骤进行更详细地说明：

a)在该使用者的头部放置一个附件，该附件包括至少一个亮度校准要素，该亮度校准要素包括至少两个对比区；

b)使用一个图像捕获装置捕获上面放置了所述附件的该使用者的头部的一个图像；

c)在步骤b)中捕获到的所述图像上确定所述附件的亮度校准要素的图像的位置；

d)确定该亮度校准要素的图像的至少一部分的或位于该亮度校准要素附近的图像的至少一部分的亮度的一个测量值；

e)依据该测量值修改一个用于调整所述图像捕获装置的光学图像采集条件的参数，其方式为以此改进该校准要素的对比区的图像的对比度；

f)借助这个用于调整这些光学采集条件的经过修改的参数捕获另一个图像；并且

g)基于所述另一个图像确定所述所寻找的几何/相貌安装参数。

步骤a)

在图3示出其一个示例的附件20放置在该使用者的头部10（图6）。

图3示出的附件20在此旨在安装在使用者的眼镜架30上。它包括（图3）一个主杆25，其适于在该眼镜架的这些眼镜框的一个平均平面中被安置在眼镜架上方，其方式为以几乎平行于连接该使用者的眼睛的瞳孔的一条直线延伸。

为此，附件20在眼镜架30上具有多个安装装置，在此以从主杆25延伸的夹子28的形式呈现出。

在此提供了两个夹子28，每个夹子都适于钩在眼镜架30的这些眼镜框之一上。

该附件20还包括一个突出物26和一个突出要素27，当附件20固定到该眼镜架30上时，该突出物在几乎垂直于眼镜架的这些眼镜框的平均平面的一个平面上垂直于主杆25延伸，当附件20固定到该眼镜架上时，该突出要素在眼镜架30的平均平面上垂直于主杆25和突出物26延伸。

如图6所示，经过使用者的下眼点OR和外耳门上缘中点PO，为使用者的头部定义一个法兰克福平面PF，该外耳门上缘中点是外耳道对应于耳朵的耳屏在头骨上的最高点。当使用者采用一个自然姿势时，该法兰克福平面差不多是水平的。

例如，这种情况就是当使用者处于坐或站立的姿势，该姿势中他的头部10是直的且向远处直视他的前面（即，优选地是地平线）时。那么，使用者的注视的轴线是水平的。

也可以说，使用者采用了一个直立位或者是他施加最小力的一个位置。

一个矢面PS被定义为垂直于经过双眼的中垂线的法兰克福平面的平面。双眼的中垂线是经过分段中部的轴线，该分段由双眼的CROG、CROD的转动中心所定义且平行于法兰克福平面PF。

头部的额平面PFr还被定义为一个垂直于法兰克福平面且平行于连接双眼并经过头顶的直线的平面。

在这些情况下，头部10的一条竖直轴线AV被定义为额平面和矢面的交叉线，而头部的一条水平轴线线AH被定义为法兰克福平面和额平面的交叉线。因此，该水平轴线AH是一条垂直于使用者的头部的矢面PS的轴线。

然后，正面图像对应于一个图像，针对该图像，图像捕获装置的图像捕获平面绕使用者的头部的竖直轴线AV与使用者的头部的额平面PFr形成一个+20°和-20°之间的角。

然后，侧面图像对应于一个图像，针对该图像，图像捕获装置的图像捕获平面绕使用者的头部的竖直轴线AV与使用者的头部的矢面PS形成一个+10°和-10°之间的角，该角对应于额平面PFr和图像捕获平面之间80°和100°之间的角。

附件20包括至少一个亮度校准要素21D、21G、22H、22B、23、24，其包括至少两个对比区ZS、ZC。

此处，附件20包括八个校准要素21D、21G、22H、22B、23、24。当附件20固定到使用者的眼镜架上时，两个校准要素21D、21G安置在主杆25的末端，且取向的方式为使得至少在使用者的正面图像上是可见的。

一个校准要素22H安置在突出要素27上，而另一个校准要素22B安置在突出物26的末端，安置的方式为使得这两个校准要素22H、22B至少在使用者的正面图像上是可见的。而且，这两个校准要素22H、22B的安置方式为使得在附件的正视图中它们的位置是一个在上一个在下。

至少在从正面捕获的图像上可见的校准要素21D、21G、22H、22B在下文中被称为正面校准要素。

最后，突出物的侧面还各自承载两个校准要素23、24，这两个校准要素至少在使用者的侧面图像上是可见的且在下文中被称为侧面校准要素。

实际上，校准要素21G、21D、22H、22B、23、24在使用者的头部和图像捕获装置之间的大范围的相对倾角内是可见的。

此处，每个校准要素包括四个对比区ZS、ZC。这些对比区交替安置，每个区形成与由其他区形成的直角具有一个公共顶点的直角。亮区和暗区的所述公共顶点形成校准要素的中心。

这些校准要素也被称为“测试图案”，例如在图1中就是如此。

实际上，图4A中针对校准要素21G更详细地示出，每个正面校准要素21D、21G、22H、22B在此以一个矩形的形式呈现出，该矩形的长度L在8毫米和11毫米之间，而高度H在5毫米和8毫米之间。

可替代地，所述校准要素可以具有任何其他形状，尤其是正方形或环形。

该矩形被分成尺寸相等的四个较小矩形。较小矩形两两对角地具有相同的光度或颜色，而两两相邻地具有不同的光度或颜色。

图6B中针对侧面参考要素23更详细地示出，优选地，侧面参考要素23、24具有一个正方形形状，该正方形形状的侧面的长度C等于6毫米。该正方形被分成尺寸相等的四个较小正方形。较小正方形两两对角地具有相同的光度或颜色，而两两相邻地具有不同的光度或颜色。

在图3、图4A和图4B所示的示例中，校准要素包括光度对比区；这些对比区是颜色相同的暗区和亮区。更准确地说，此处的对比区ZS、ZC是不饱和浅灰色区和深灰色区。在这种情况下，校准要素允许光度校准，且亮度被理解为表示光度值。

此外，光度分布在正面和侧面校准要素之间是相反的（图4A和图4B）。

在红绿蓝类型的颜色编码中，例如，浅灰色区对应于强度等于225的三个分量，而深灰色区对应于强度等于51的三个分量。

优选地，对比区ZS、ZC不饱和，即它们不是黑色和白色。

可替代地，校准要素的所述对比区包括不同颜色的区域。那么，这些区域是色度对比区。例如，可以设想一个与前面描述的要素完全类似的校准要素，在该校准要素中提供了交替的红色区和绿色区。

在这种情况下，该校准要素允许色度校准，且亮度被理解为表示色度值。

那么，这些区域可具有相同的光度，或还可进行光度对比。

即使使用者移动他的头部10（参见图5），尤其是绕竖直轴线AV从左向右或从右向左进行横向移动，校准要素的矩形形状也能够对该校准要素进行有效检测，根据附件20的主杆25的轴线，该校准要素的矩形形状具有较大长度。

例如，使用一个测得长度为10毫米高度为7毫米的校准要素，如果使用者的头部绕其竖直轴线AV相对于头部方向转动45°的角度，当后者的正面平行于图像捕获装置的图像捕获平面时，则图像捕获装置捕获的使用者的头部的图像上该校准要素的图像测得长度为7毫米高度为7毫米，确保该校准要素的图像易于识别。

在此处描述的示例中，附件20包括至少在使用者的头部的正面捕获到的图像上可见的校准要素21D、21G、22H、22B以及至少在侧面上捕获到的图像上可见的校准要素23、24。

实际上，相对于图像捕获装置在大范围的头部10的取向内容易地识别附件的至少一个正面校准要素可以是有利的，例如绕使用者的头部的竖直轴线AV相对于-45°和+45°之间的图像捕获平面在头部的额平面PFr的倾角范围内。

在附件的主杆25的方向上，该倾角范围与校准要素的长度一样大。因此，可以根据头部的额平面PFr的倾角的相对范围以及在给定系列图像的捕获过程中提供的图像捕获平面调整校准要素的尺寸。

正面和侧面校准要素具有不同的对比区分布，其方式为使得容易地相互区分。

在此处描述的示例中，仅使用正面校准要素执行亮度调整。

可替代地，可以设想相对于正面和侧面校准要素执行该亮度调整。

附件20还包括具有形状和颜色特征的多个位置参考要素，这些位置参考要素使它们在图像上的位置易于确定且它们的一个实际几何特征是预先确定和已知的。

该实际几何特征与该参考要素的图像的对应几何特征相比较，以便从比较中推导出比例因子、和/或头部绕其竖直轴线AV的取向角、和/或使用者的头部绕水平轴线AH的取向角。

这时，有利地将位置参考要素与校准要素21D、21G、22H、22B、23、24相结合。实际上，亮区ZC和暗区ZS的交替产生一个测试图案，该测试图案的位置可被容易地检测（在下文更详细地阐述），且该测试图案的几何特征是已知的，并且可用于确定所寻找的几何/相貌参数。

可替代地，可设想附件包括与亮度校准要素不同的至少一个位置参考要素。

例如，该位置参考要素可以是一个安置在多个校准要素之一附近的绿色测试图案。然后，预先确定出该校准要素相对于该参考要素的相对位置。

步骤b)

使用一个图像捕获装置捕获上面放置了所述附件的使用者的头部的一个图像。

该图像捕获装置可以是任何已知的图像捕获装置，尤其是一个数字图像捕获装置。

如果该图像捕获装置是一个非数字光学装置，则在处理该图像的任何其他步骤前将捕获到的图像转换为一个数字图像。

优选地，该图像捕获装置是一个视频捕获装置，其每秒捕获在1至30之间的图像。考虑到图像处理相关联的方面，尤其是处理图像所寻找的计算时间，优选每秒捕获和处理在5至20个之间的图像。

例如，所使用的图像捕获装置每秒捕获15个图像，这些图像由此处描述的方法处理。

不是所有捕获到的图像都用于确定所寻找的几何/相貌参数，但这些图像中的一些图像允许图像捕获装置的调整实现精细调整（如下所阐述），其方式为以此改进附件20的参考要素的随后捕获到的图像的亮度，其方式为确保它们的精确识别。

实际上，在差不多规则时间区间之上因此捕获到一系列图像（图1中的方框100）。随着图像被捕获和处理，根据下面描述的步骤修改捕获装置的图像捕获参数。

例如，此处捕获到的图像是黑色和白色图像，这些图像中的每个像素具有给定光度。

例如，图2示出了该类型的图像I1。在该图2中，图像I1是使用者的头部10的一个正面图像。它包括头部的图像I10、眼镜架的图像I30和附件的图像I20，在附件的图像上可识别校准要素的图像I21D、I21G、I22H、I22B。侧面校准要素的图像I23、I24在该正面图像上是不可识别的。

以一般的方式在相对于图像捕获装置的方向上捕获使用者的头部的一个图像，从而使得至少一个之前描述的校准要素在图像上是可见的。正如之前所阐述，在使用者的头部的额平面PFr和图像捕获平面之间非常大范围的相对倾角内验证该条件。

特别是，该图像可以是使用者的头部的一个正面图像，或者是绕使用者的头部的竖直轴线AV-45°和+45°之间的图像捕获平面与头部的额平面PFr的相对倾角对应的一个图像。

可替代地，可以捕获使用者的一个侧面图像。

可替代地，还可以设想捕获一个彩色图像，即其中每个像素包含光度和色度信息，且将该彩色图像转换成一个灰色色调图像，如图1中的方框400所示。

为了做到这一点，以编码（R，G，B）（包括红色R、绿色G和蓝色B元件）捕获到的图像以一种已知的方式转变成包括光度Y和色度U、V的坐标（Y，U，V）。根据以下公式获取每个像素的光度：

Y=0.299*R+0.587*G+0.114*B。

步骤c)

在步骤b)中捕获到的图像上确定所述附件20的多个亮度校准要素21D、21G、22H、22B、23、24中的至少一个要素的图像的位置，如图1中的方框600所示。

为了做到这一点，优选地，实际上首先执行在步骤b)中获取的图像的重新取样步骤，其旨在减少图像的像素总数（图1中的方框500）。

由于计算时间随着图像的像素数量的减少而缩短，因此下面描述的后续图像处理步骤更快。

例如，重新取样效率在1.5和3之间。例如，它等于2。

可替代地，当然可以使用在步骤b)中捕获到的非重新取样图像。

为了确定每个校准要素的图像在该图像上的位置，此处通过对所捕获的图像进行处理直接确定这些校准要素的图像的位置。

可替代地，如上所述，可确定附件的位置参考要素的图像的位置，且可据此推导出校准要素的位置。

在步骤c)中，借助一个检测矩阵执行在步骤b)中捕获到的图像的至少一部分的卷积步骤i)，使多个校准要素之一的图像的预期亮度分布再现。

如上所述，根据所使用的校准要素的类型，该亮度分布可以是光度或色度分布。

在此如果给出卷积步骤i)中每个校准要素21D、21G、22H、22B的暗区ZS和亮区ZC的布置，则所述检测矩阵具有以下形式：

$\left|\begin{array}{cc}m& -m\\ -m& m\end{array}\right|$

考虑到使用者的头部的正面和图像捕获平面之间的一个设想的最大角度，检测矩阵的每个元素m是包括多个行和多个列的一个子矩阵，从而使得卷积矩阵的尺寸小于或等于多个参考要素之一的图像的像素的对应预期尺寸。

实际上，如上所述，考虑到使用者的头部绕其竖直轴线AH的旋转，校准要素的图像I21D、I21G、I22H、I22B、I23、I24（图2）不一定具有一个矩形形状。

例如，如果实际上校准要素测得10毫米长×6毫米高，则它的图像在正视图中捕获到的一个图像内达到长度20像素且高度12像素。

例如，在使用者的头部的额平面PFr相对于绕竖直轴线AV的图像捕获平面PCI转动45°时所捕获的一个图像上，校准要素的图像达到长度12像素且高度12像素。

重新取样后，则45°角上捕获到的图像上的校准要素的图像达到长度6像素且高度6像素。

因此，校准要素的每个暗区ZS和每个亮区ZC达到长度3像素且高度3像素。

那么，例如，检测矩阵的每个元素m包括3列和3行，从而使得无论使用者的头部相对于图像捕获平面的取向如何，检测矩阵的尺寸仍然小于或等于图像的尺寸。

在此描述的示例中，每个暗区或亮区的亮度是均匀的，且检测矩阵的每个元素m的系数则优选地都是相等的。

而且，为了避免卷积过程中的饱和现象，检测矩阵的正系数的总和优选地等于1。

在此处呈现的示例中，矩阵m则具有以下形式：

$m=1/18*\left|\begin{array}{ccc}1& 1& 1\\ 1& 1& 1\\ 1& 1& 1\end{array}\right|$

例如，执行步骤b)中由检测矩阵捕获到的图像的卷积，以得出图像的总数。这允许在不具备图像中的每个校准要素的位置的先验知识的情况下识别每个校准要素的图像，这在卷积一系列图像的第一个图像的过程中明显如此。

实际上，两个侧面参考要素23、24没有在此描述的图像处理过程中识别，因为它们具有与正面校准要素21D、21G、22H、22B不同的光度分布，如图3、图4A和图4B所示。所以，可执行正面和侧面校准要素的选择性检测。

实际上，此处亮区和暗区在侧面参考要素上是反向的。所以，用于确定正面参考要素的位置的检测矩阵不适于确定侧面参考要素。

还可以设想在该卷积步骤之前执行校准要素的位置的近似估计步骤。为了做到这一点，在捕获图像上识别使用者的眼睛的瞳孔的图像，且据此推导出每个校准要素具有高定义概率所在的图像的区域，从而了解相对于使用者的瞳孔对参考要素的大致位置的校准。

还可以执行校准要素的位置的跟踪：基于校准要素在使用者的头部的给定图像上的位置，可在以下图像中估计他的大致位置，例如根据两次图像捕获之间的时间区间之以及使用者的头部的平均移动速度。

实际上，通过比较在已执行的图像捕获之前的两个图像，确定头部的移动速度。

因此，在以下图像上，校准要素位于在某一区周围定中心的区域内的位置中，该区对应于校准要素的图像在前一个图像上的位置，前一个图像的半径等于两次图像捕获之间校准要素的最大预计移动距离。

然后，只有位于之前确定的区域中的一部分以下图像通过检测矩阵进行卷积。因此计算更快。

在描述的示例中，通过执行一个光度校准要素，由检测矩阵卷积的图像的区域包括属于校准要素的多组像素及不属于校准要素的其他多组像素。

然后，可以执行在步骤i)中卷积的图像的对比度加强步骤j)，在该步骤j)中通过一个加强矩阵卷积至少一部分所捕获的图像，该加强矩阵的尺寸小于或等于校准要素的图像的像素中的对应尺寸且它的系数从边缘向加强矩阵的中心增加。

图5示意性地示出该矩阵的系数分布，这根据系数在矩阵中的位置示出了系数的幅度。

该加强矩阵的尺寸取决于校准要素的图像的尺寸，因此也取决于重新取样系数。

在步骤i)中由该加强矩阵获取的图像的卷积使位于多个区域中的像素的光度增加，这些区域的光度符合每个校准要素的图像的预期分布。

因此，校准要素的位置的确定更加精确。

然后，在步骤j)中获取的图像上，或在步骤i)中获取的图像（如果对比度加强矩阵没有执行卷积）上执行搜索多个孤立的最大值的步骤k)。

更准确地说，在步骤k)中，检测到多组像素，这些组像素具有一个孤立的亮度峰值且在所有方向上尺寸小于亮度校准要素的尺寸。

为了做到这一点，在步骤i)或j)中获取的图像上引用亮度大于预先确定的亮度阈值的像素。

当然，根据所使用的校准要素的类型，这可能涉及光度或色度阈值。

然后，使用在每个引用像素上定中心的隔离矩阵的填充算法。如果该亮度大于所述阈值，该算法使用与所述引用像素相邻的像素的亮度值填充该矩阵。

根据校准要素的所寻找的图像的尺寸，选择隔离矩阵的尺寸。

如果隔离矩阵沿其边缘仍然是空的，这意味着位于引用像素周围的该组像素对应于一个孤立的最大值。

例如，通过只保留亮度最大的十组像素，在步骤k)中识别的所有组像素之间执行第一次选择。

然后，执行至少两组像素的选择步骤l)，这些像素具有在步骤k)中检测到的一个孤立的亮度峰值且具有与附件的多个亮度校准要素中的两个要素的图像相关联的最高概率，即至少两组像素，针对它们减小以下各项之间的差值：

-在这两组之间测量的一个距离与一个参考距离之间的差值，和/或

-在经过这两组的直线和一个参考方向之间测量的一个角与一个参考角之间的差值，和/或

-在这两组附近测量的亮度与参考亮度之间的差值，和/或

-相对于每组像素的预定相对位置的两点之间的亮度差值与参考亮度差值之间的差值。

为了做到这一点，确定出根据给定方向的图像上呈现出的所有的数对成组像素，例如通过考虑第一组像素及位于该第一组的左侧或右侧或该第一组的上方或下方的每个其他组像素。

每一对像素组都被分配一个总额定值，使得可量化它们与附件的一对给定校准要素的图像的相似性。

举例来说，例如，考虑安置在附件20的主杆25的每个末端上的两个校准要素21D、21G。

很明显，可对安置在附件20的突出要素和突出物上一上一下的校准要素22H、22B或安置在突出物每侧上的两个校准要素执行类似处理。

根据像素组的几何和亮度特征与考虑的该对校准要素的图像的预期特征的比较，确定每一对获得的总额定值。

例如，比较两组该对像素之间的图像上测得的距离与考虑的该对的两个校准要素的图像之间的预期距离，且将一个较大第一中间额定值被分配给考虑的这些对，这两个距离之间的差异较小。尤其是考虑到图像的重新取样，根据比例因子确定两个校准要素的图像之间的预期距离。

例如，还对经过这两组的直线和表示水平直线图像的方向之间的图像上测量的角与连接两个校准要素图像的直线和水平面图像之间的预期角进行了比较。然后，考虑的这一对被分配一个较大的第二中间额定值，这两个角之间的差异较小。

还在这两组附近测量的亮度与根据前一次图像捕获确定的参考亮度之间进行了比较。

当捕获了一系列图像时，可假设在两个连续图像上测量的亮度值将彼此接近。因此，考虑的这一对被分配一个较大第三中间额定值，上述亮度差异较小。

最后，在此可进行比较，例如，对于所述对中的每组像素而言，在参考亮度差值和选择的相对位置的两点之间的亮度差值之间比较，从而使得在该组像素是参考要素的图像的情况下，它们位于参考要素的图像的两个相邻面和/或两个对角相对面中。

这时，位于两个相邻面中的像素的亮度具有预先确定的差异，而位于校准要素两个对角相对面中的像素的亮度类似。因此，相应地确定分配给这一对的第四中间额定值。

也可以从步骤l)中所做的选择中排除多对两组像素，针对这些对两组像素，这两组间之间测量的距离与一个参考距离之间的差值、和/或经过这两组的直线与一个参考方向之间测量的角与一个参考角之间的差值、和/或这两组附近测量的亮度与一个参考亮度之间的差值、和/或相对于每组像素预定相对位置的两点之间的亮度差值与一个参考亮度差异之间的差值大于一个阈值；

在倾角的情况下，这意味着考虑到使用者的头部的倾角限于确定的角度范围并消除这些数对像素组，因为例如在经过这两组的直线与表示水平直线图像的方向之间测量的角表示使用者的头部不处于自然姿势中。

例如，消除表示使用者的头部10绕使用者的头部的水平轴线AH以大于20°的角度倾斜的多对。

例如，通过将分配给这一对的所有中间额定值相乘，获取每一对的总额定值。

可替代地，根据考虑到的准则的重要性或可靠性，将这些中间额定值加权。

根据其他方法，例如通过给所有对（它们的上述特征位于一个预定值区间之内）提供一个相同的额定值，还可分配所述中间额定值。

还可计算中间额定值，其方式为使得具有根据这一对的测量特征与对应参考值之间的差值的减小而呈现出指数增长。

具有最佳总额定值的那对像素组由校准要素的所寻找的多对图像来识别。

当在一个重新取样图像上执行校准要素的图像的位置的这种确定时，可设想由检测矩阵在非重新取样图像上重复卷积步骤，从而使得在非重新取样位置周围定中心的非重新取样图像的还原区内重现校准要素的预期图像亮度分布，该非重新取样图像对应于为重新取样图像上的校准要素所确定的每个位置（图1中方框700）。

该步骤中所使用的检测矩阵的尺寸则针对非重新取样图像被适配。

步骤d)

根据所使用的校准要素的类型、该亮度校准要素的图像的至少一部分的类型、或位于该亮度校准要素附近的图像的至少一部分的类型，确定亮度（图1中方框800）、光度或色度的测量值。

为其确定亮度测量值的该亮度校准要素的图像的那一部分在下文中被称为测量区。例如，它跨越校准要素的所述两个对比区。

该测量亮度值是整个测量区内的平均值。

这时，在跨越四个对比区的区域内执行该测量，优选地在对应于最高亮度像素的校准要素的中心上进行定中心。

此时，亮度测量区具有一个正方形形状且尺寸小于校准要素的图像的尺寸。具有这些特征的测量区的使用使得该确定的方式相对于校准要素的中心不容易在该测量区的中心出现误差。

可替代地，确定该亮度校准要素的每一部分图像的亮度的测量值，并计算这两个值的平均值。

步骤e)

依据该测量值修改一个用于调整所述图像捕获装置的光学图像采集条件的参数，其方式为以此改进校准要素21D、21G、22H、22B、23、24的对比区ZS、ZC的图像对比度。

更准确地说，在步骤e)中，执行亮度测试（图1中方框300）：

-确定在步骤d)中确定的该亮度测量值和一个目标亮度值之间的差值，

-比较该差值与该差值的一个预定最大值，

-依据该比较，对这个用于调整该图像捕获装置的光学采集条件的参数进行修改，其方式为使得所述测量值向所述目标亮度值扩展。

通过先前校准步骤预先确定目标亮度值。例如，可基于最佳亮度条件下捕获的第一个图像或基于多个可用图像的亮度测量值的平均值来确定该目标亮度值。

实际上，如果该差值大于该差值的预定最大值，则步骤e)中该用于调整图像捕获装置的光学采集条件（图1中的方框310）的参数的修改量例如等于目标亮度值与所述亮度测量值之差除以该目标亮度值与该测量值之间的差值的所述预定最大值。

如果该差值小于该差值的预定最大值，则该调整参数的修改量为零，且该方法直接进入到步骤g)（图1的方框900）。

例如，目标值和测量亮度值之间的差值的所述预定最大值取决于这个用于调整图像捕获装置的光学采集条件的参数的调整步骤数。该调整参数包括的调整步骤越多，则差值的预定最大值将越大，以便仍然允许快速调整该参数。

理想地，该调整参数的修改量取决于测量亮度值、目标值和调整参数的当前值。

亮度与调整参数之间的关系在摄像机上不一定是线性的。例如，当图像饱和或曝光不足时，调整参数的一个小修改量可能仍然没有可见的影响。

因此，根据调整参数的当前值改变差值的预定最大值可以是有利的。该用于调整图像捕获装置的光学采集条件的参数是光圈和/或增益和/或曝光时间参数。

实际上，图像捕获装置例如是一台隔行扫描PAL格式的摄像机。例如，在重新取样之前，图像的初始尺寸为720×576像素。

然后调整摄像机的“亮（bright）”参数。

“亮”参数不是摄像机的一个物理参数而是一个指令。例如，在半自动调整模式下使用摄像机。然后，摄像机根据所请求的“亮”参数自动调整以下三个硬件参数：

-光圈，

-增益，

-暂停或快门时间

步骤f)

借助这个用于调整这些光学采集条件的经过修改的参数捕获另一个图像（图1中的方框100）。

步骤g)

基于该另一个图像确定所述所寻找的几何/相貌安装参数（图1中的方框900）。

为了做到这一点，在步骤f)中捕获的图像上识别附件的参考要素的至少一个几何特征。

这时，识别亮度校准要素的几何特征。

例如，为了确定瞳孔距离，可以在步骤f)中捕获的图像上测量分隔瞳孔的距离，然后确定比例因子。

例如，该比例因子取决于图像上的校准要素的长度及其实际长度的比较。

然后，将比例因子应用于在图像上测量的瞳孔距离，以便确定使用者的实际瞳孔距离。

在步骤e)之后，当步骤d)中测量的亮度值在一个预定值区间之外时重复步骤b)至e)，当该测量值位于所述预定区间之内时执行步骤f)和g)。

因此，用于确定几何/相貌参数的图像的亮度是最佳的。

可替代地，如图1的方框100'、200和300'所示，通过下述步骤可在步骤b)之前提供对图像捕获装置的采集参数的首次粗略和快速调整：

pa)捕获使用者的头部的一个初步图像，

pb)确定该初步图像的至少一个还原区的平均亮度的一个测量值，该还原区适用于覆盖使用者的头部的图像的至少一部分，

pc)根据该测量值粗略调整该用于图像捕获装置的光学采集条件的参数，其方式为以此改进使用者的头部的捕获图像的对比度，

pd)使用步骤pc)中获取的该用于调整光学采集条件的参数来调整步骤b)的图像捕获的光学条件。

例如，在步骤pa)中捕获且在步骤pb)中使用的图像的还原区是图像I1的中央区I2（图2），该图像I1的尺寸等于整个图像的尺寸的一半。当图像从正面捕获时，该中央区一般包括使用者的眼睛。

可替代地，如果捕获图像是使用者的侧面图像，则可设想步骤pb)中使用的还原区是图像的左半边或右半边。

因此，在步骤pb)中确定图像的该还原区的平均光度或色度。

特别是，步骤pc)包括：

-确定在步骤pb)中确定的测量值和一个目标亮度值之间的差值，

-比较该差值与该差值的一个预定最大值，并且

-依据该比较，在步骤pc)中，对该用于调整图像捕获装置的光学采集条件的参数进行调整，其方式为使得所述测量值向所述目标亮度值扩展。

正如在之前描述的步骤e)中，通过先前校准步骤预先确定目标亮度值。

实际上，正如步骤e)中，步骤pc)中该用于调整图像捕获装置的光学采集条件的参数的修改量例如等于目标亮度值与所述亮度测量值之差除以该目标亮度值与该测量值之间差值的所述预定最大值。

例如，目标值和测量亮度值之间差值的所述预定最大值取决于该用于调整图像捕获装置的光学采集条件的参数的调整步骤数。该调整参数包括的调整步骤越多，则差值的预定最大值将越大，以便仍然允许快速调整该参数。

理想地，调整参数的修改量取决于测量亮度值、目标值和调整参数的当前值。

当在考虑到的图像还原区上测量的平均亮度值不在预定亮度值区间之内时，还可提供重复步骤pa)至pd)。

因此，将可以更迅速地执行校准要素亮度的更精细调整。

如果在采集一系列图像的过程中亮度突然变化，则还可设想重复该步骤。

本发明不限于描述和示出的这些实施例，但本领域内的技术人员将能够根据其意图进行任何更改。

描述了一种示例，该示例中，在跨越该校准要素的对比区的测量区上确定校准要素的亮度。

由于具有两个目标亮度值以及测量值和目标值之间差值的两个最大值，也可以分别在校准要素的亮区和暗区上工作。

如上所述，也可以设想使用颜色测试图案工作。在这种情况下，将可以在不同的彩色通道上工作，因此可能在每个通道上执行与光度处理类似的处理。

实际上，优选地选择红色和绿色校准要素，而不是蓝色校准要素，因为CCD摄像机传感器对它们几乎不敏感。

最后可以设想，执行的亮度测量触发激活了补充照明装置，例如具有安置在图像捕获装置附近的场致发光二极管，以便在以下图像捕获过程中修改照明条件。

Claims (15)

1.一种用于确定与在使用者佩戴的眼镜架（30）中安装眼镜片相关联的至少一个几何/相貌参数的方法，该方法包括以下步骤：

a)在该使用者的头部（10）上放置一个附件（20），所述附件包括至少一个亮度校准要素（21D，21G，22H，22B，23，24），该亮度校准要素包括至少两个对比区（ZS，ZC）；

b)使用一个图像捕获装置来捕获上面放置了所述附件（20）的使用者的头部（10）的一个图像（I1）；

c)在步骤b)中所捕获的所述图像（I1）上确定所述附件（20）的亮度校准要素（I21D，I21G，I22H，I22B，I23，I24）的图像的位置；

d)确定该亮度校准要素（I21D，I21G，I22H，I22B，I23，I24）的图像的至少一部分的亮度的一个测量值；

e)依据该测量值来修改一个用于调整所述图像捕获装置的光学图像采集条件的参数，其方式为以此来改进该校准要素的这些对比区（ZS，ZC）的图像的对比度；

f)借助这个用于调整这些光学采集条件的经过修改的参数来捕获另一个图像；并且

g)基于该另一个图像来确定所述所寻找的几何/相貌安装参数。

2.如权利要求1所述的方法，根据该方法，在步骤e)之后，当在步骤d)中测量的亮度值是在一个预定值区间之外时，重复步骤b)至e)，并且当该测量值是位于所述预定区间之内时执行步骤f)和g)。

3.如权利要求1和2之一所述的方法，根据该方法，该附件进一步包括一个参考要素，该参考要素具有至少一个已知的几何特征，在步骤g)中，在步骤f)中捕获的图像上识别该附件的这个参考要素的至少一个几何特征。

4.如权利要求3所述的方法，根据该方法，所述参考要素（21D，21G，22H，22B，23，24）是与所述亮度校准要素（21D，21G，22H，22B，23，24）相结合的。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，根据该方法，在步骤d)中，为其确定亮度的一个测量值的该亮度校准要素的图像的那一部分跨在所述两个对比区（ZS，ZC）上。

6.如权利要求1至4之一所述的方法，根据该方法，在步骤d)中，确定该亮度校准要素的图像的每个对比区的亮度的一个测量值，并且计算这两个值的平均值。

7.如权利要求1至6之一所述的方法，根据该方法，在步骤e)中，

-确定在步骤d)中所确定的所测量的亮度值与一个目标亮度值之间的差值，

-将这个差值与这个差值的一个预定最大值进行比较，

-根据这一比较，对这个用于调整该图像捕获装置的这些光学采集条件的参数进行修改，其方式为使得所述测量值向所述目标亮度值扩展。

8.如权利要求1至7之一所述的方法，该方法包括以下步骤，这些步骤先于步骤b)：

pa)捕获该使用者的头部的一个初步图像，

pb)确定这个初步图像的至少一个还原区的平均亮度的一个测量值，这个还原区适用于覆盖该使用者的头部的图像的至少一部分，

pc)根据这个测量值来粗略地调整这个用于调整该图像捕获装置的这些光学采集条件的参数，其方式为以此来改进所捕获的该使用者的头部的图像的对比度，

pd)使用在步骤pc)中获得的这个用于调整该图像捕获装置的这些光学采集条件的参数来调整步骤b)的图像捕获的这些光学条件。

9.如权利要求8所述的方法，根据该方法，在步骤pc)中，

-确定在步骤pb)中确定的亮度的测量值与一个目标亮度值之间的差值，

-将该差值与该差值的一个预定最大值进行比较，

-根据这个比较，在步骤pc)中，对这个用于调整该图像捕获装置的这些光学采集条件的参数进行调整，其方式为使得所述测量值向所述目标亮度值扩展。

10.如权利要求1至9之一所述的方法，该方法在步骤c)中包括一个步骤k)来检测有一个孤立的亮度峰值的多个像素组，该亮度峰值在所有方向上在大小上小于该亮度校准要素。

11.如权利要求10所述的方法，根据该方法，提供了一个步骤l)来选择至少两个像素组，这两个像素组具有在步骤k)中检测到的一个孤立的亮度峰值，从而具有与该附件的这些亮度校准要素中的两个要素的图像相关联的最高可能性，即：至少两个像素组，对于它们而言在以下各项之间的差值被减小，即

-在这两组之间测量的一个距离与一个参考距离之间的差值，和/或

-在穿过这两组的直线与一个参考方向之间测量的一个角度与一个参考角度之间的差值，和/或

-在这两组附近测量的亮度与一个参考亮度之间的差值，和/或

-相对于每组像素的预定相对位置的两个点之间的亮度差值与一个参考亮度差值之间的差值。

12.如权利要求11所述的方法，根据该方法，从步骤l)中所做的选择中排除了多对两组像素，对于它们而言以下差值大于一个阈值：在这两个组之间测量的一个距离与一个参考距离之间的差值、和/或在穿过这两个组的直线与一个参考方向之间测量的一个角度与一个参考角度之间的差值、和/或在这两个组附近测量的亮度与一个参考亮度之间的差值、和/或在相对于每个像素组预定的相对位置的两点之间的亮度差值与一个参考亮度差值之间的差值。

13.如以上权利要求之一所述的方法，根据该方法，该亮度校准要素（21D，21G，22H，22B，23，24）的所述对比区（ZS，ZC）包括一个深灰色区和一个浅灰色区。

14.如以上权利要求之一所述的方法，根据该方法，每个亮度校准要素（21D，21G，22H，22B，23，24）包括四个交替的对比区（ZS，ZC），每个区形成与由其他区形成的直角具有一个公共顶点的直角。

15.如以上权利要求之一所述的方法，根据该方法，该附件（20）被固定到该使用者的眼镜架（30）上。

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