CN103517666A - 用于确定阅读距离的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定观察阅读区（28）的人员（7）的阅读距离的方法，所述方法包括以下步骤：将该人员（7）定位在一个装置（2）的前面，该装置被设计成用于获取所述人员（7）的至少一个面部图像，并且用于然后处理所述图像以及输出使该人员（7）能够了解其阅读距离的信息；该人员（7）阅读所述区域（28），该区域提供在一个便携式平板（13）上并且其包括至少一个参考标记（20，21），同时假设一种自然姿势并且调整所述平板（13）的位置；该装置（2）获取至少一张图像，以便显示该人员（7）的至少一个面部参考点（15）和该阅读平板（13）上的每个标记（20，21）；通过计算对所述至少一张图像进行处理，同时将该人员（7）的面部参考（15）位置和所述平板（13）的每个标记（20，21）的位置考虑在内；以及该装置（2）输出表明该阅读距离的信息。

Description

用于确定阅读距离的方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定被促使阅读标准文本的个体的阅读距离的方法。标准文本的概念在范围上是广泛的，因为根据本发明的方法必须具体适用于不能阅读的个体。因此，标准文本可以包括常规的书面文本、或在书或杂志中常见的简单图形或图。特别是对于眼镜商而言，重要的是能够测量阅读距离，以便将此参数结合进一副眼镜的生产。

背景技术

为了更好地理解说明书，表达“用于确定阅读距离的方法”以及“确定阅读距离的测试”被理解成是等效的。

用于确定阅读距离的方法通常依赖于对阅读距离的总结和近似计值，涉及猜测成分并且在没有特定设备的情况下实施并且因此没有任何具体的严格。大多数时间这些方法具有快速确定此距离的唯一目标并且不将个体采用的姿势考虑在内。然而，取决于他们的尺寸和身体形状，每个个体将倾向于使他们的身体和/或头部倾斜至更大或更小的程度并且倾向于在空间上调整阅读介质的定向，以便获得最佳的阅读条件并使他们自己尽可能舒适。为了严格，阅读距离的测量必须结合身体和阅读介质的位置和定向的所有这些调整。术语“阅读介质”是通用术语并且表示文本或图在其上的任何装置并且可以包括例如书或杂志。

发明内容

根据本发明的用于确定阅读距离的方法是完整且精确的，因为一方面，其考虑了个体采用的姿势和阅读介质的倾斜，并且另一方面，其允许自动地传递与阅读距离相关的信息。此外，它们是用户友好和快速的，允许读者采用舒适的阅读位置，没有任何具体的限制并且没有特定的设备，在已经实施该方法后（就在阅读阶段之后）阅读距离被立即传达至个体。

更确切地说，本发明的一个主题是一种用于确定被促使观察阅读区的个体的阅读距离的方法，包括以下步骤：

-将该个体定位在一个装置的前面，该装置被设计成用来获取所述个体的至少一张正面图像，然后处理所述图像，并且最后对允许该个体了解其阅读距离的信息进行传递；

-由该个体阅读所述区，该区放置在一个便携式平板上并且配备有至少一个位置标记，该个体采用自然位置并且调整所述平板的位置；

-通过该装置获取至少一张图像，该图像允许该个体的至少一个面部参考点和该阅读平板的每个标记；

-计算性地处理所述至少一张图像，将该个体的面部参考点的位置和所述平板的每个标记的位置考虑在内；以及

-通过该装置传递表明该阅读距离的信息。

原则上，根据本发明的方法在于捕获阅读该平板上的阅读区的个体的至少一张图像，然后在于准确指出该平板的每个标记的位置和所述至少一张图像上的面部参考点的位置。了解了该个体相对于该装置的距离，并且在由之前指出准确位置过程造成的角度考虑的基础上，可以精确地确定该阅读距离。假设精确地已知将该个体的面部参考点和其眼睛的平面分离开的距离以及将该标记与该阅读区分离开的距离，以便将这些距离整合到该阅读距离的计算中。该阅读平板是一个可以轻易拿起的轻物体，并且该阅读区位于该物体上。在该个体不能阅读的情况下，该阅读区可以采取能够有利地替代书面文本的绘图或简单图形的形式。该阅读平板的每个标记位于该阅读平板的正面，以便当该个体使所述平板倾斜以便对该文本和/或绘图进行译码时出现在影片中或照片上。该装置可以是可移动的或者固定在适当的位置上。可以通过任何可能的装置（无论其是口述的还是视觉的）传递该阅读距离，对于该信息而言，主要事情是清晰，并且对于该信息，在已经处理图像之后在没有等待期的情况下立即传递该信息。该面部参考点可以或者是一个自然参考点（即，在图像上可以容易地准确指出的面部的一部分，如例如眼瞳）或者是一个位于至少一个标记上的人造参考点。关于其自身内的阅读阶段，对该个体的姿势或位置没有限制，该个体完全自由采用对舒适度最佳的阅读姿势，仅有的限制在于其保持面向该装置。以此方式，该个体将在其头部和/或胸部的倾斜与该平板的合适空间定位之间找到可接受的折中。

优选地，该个体佩戴着一副眼镜，并且用牢固地固定在夹子（其固定在所述这副眼镜上）上的至少一个标记对该面部参考点进行标记。以此方式，该眼镜用于支持这些标记，并且这些标记接近眼睛允许它们代表图像中的眼睛。该夹子可以支撑或者位于两只眼睛之间的一个单独标记或者两个被放置成与每只眼睛对齐的标记，标记的数量不受限制。通常，这些标记相对于眼睛的位置稍微偏移，此偏移尺寸小并且是众所周知的，允许其结合到该阅读距离的计算中。

有利地，该平板配备有三个位置标记，一个在所述平板上具有一个正面位置，另外两个具有侧面位置。具体地，当所述平板在该个体阅读的阶段过程中倾斜幅度大时，这些标记允许在图像中准确指出该平板的位置。换言之，如果该平板被缩减成一个具有一个正面和一个背面的薄部分时，该阅读区将位于该背面上，并且这些标记将位于该正面上。

优选地，用于获取至少一张图像的装置是一台视频摄像机。确切地，对于捕获图像而言，视频摄像机是最完整和灵活的装置，允许制作连续的影片并且此影片可以停顿在特定图像上，允许选择最好的图像。这种类型的摄像机还允许一个接一个连续地拍摄多个场景，无论是放大还是缩小。

在根据本发明的方法的一个第一优选实施例中，该个体的面部参考点和该平板的每个参考点同时出现在同一张图像中。对于此配置而言，假设该分辨率对于精确区分该个体的面部参考点和该阅读平板的每个标记两者而言足够高；在这种情况下，单幅画面足以确定该阅读距离。

在根据本发明的方法的另一个优选实施例中，该视频摄像机获取至少两张图像，一个第一图像，在其中出现该个体的至少一个面部参考点，和一个第二图像，在其中出现该平板的每个标记，在从所述图像上收集的信息的基础上实施该计算处理。对于此配置而言，可以假设该分辨率在一定距离外不够高，到如下程度：在同一快照中不可能区分该个体的面部参考点和该平板的每个标记。

有利地，在旨在捕获该第一图像的一个第一位置和旨在捕获该第二图像的一个第二位置之间移动该视频摄像机。确切地，会很简单的是如下情况：该视频摄像机不能够拍出轮廓足够分明的快照，在该快照中出现该个体的面部参考点和该阅读平板的每个标记。在这些条件下，该视频摄像机获取该面部参考点和该平板的每个标记这两个元素之一的一个第一镜头，并且然后随后移动该视频摄像机，以便获取另一个元素的一个第二镜头，这些两张图像的处理结合了该摄像机在空间中的两个位置。确切地，为了能够有效地使从这两个快照上收集的信息与确定该阅读距离的目的相联系，需要了解在拍这些两个快照时该视频摄像机在空间中的坐标。

有利地，所述至少一张图像的处理包括：连接该个体的面部参考点和该图像获取摄像机的一个第一矢量与连接该平板上的阅读区和所述摄像机的一个第二矢量之间的一个减法步骤，通过直接从显示器上读取信息来传递该信息。通过角度调整和对这些矢量的调整来补充所述矢量减法步骤，这些矢量将该阅读阶段过程中引起的各种倾斜和该面部参考点与眼睛的平面之间的偏移以及该平板的每个标记与该阅读区之间的偏移考虑在内。

本发明还涉及一种用于实施根据本发明的方法的便携式阅读平板，所述平板包括一个旨在用于阅读的面和用于准确指出所述平板的空间位置的至少一个标记，所述至少一个标记被配置成用于允许该平板位于甚至低亮度条件下。根据本发明的平板的主要特征在于其包括一个阅读第一面，通过一个倾斜10°到80°角的第二面来延伸该第一面，所述第二面包括三个标记，一个具有一个正面位置，并且另外两个具有侧面位置，所述三个标记允许在空间中准确指出所述平板的位置。该阅读面可以包括或者文本（分离开的字母或数字）或者图。通常，此面包括任何类型的可以被个体阅读的字符。该标记优选地放置在此平板相对于该阅读面的背部，以便甚至当在阅读过程中平板大幅度倾斜时允许准确指出所述平板在照片中的位置。与其颜色相关联的标记的几何学必须允许在任何种类的亮度条件下可以容易地并且清晰地准确指出该标记，包括非常低的亮度条件。

有利地，该平板包括一个阅读第一面，通过一个相对于所述第一面倾斜10°到80°角的第二面来延伸该第一面，所述第二面在其背部包括三个标记，一个在正面位置上，并且另外两个具有侧面位置，所述三个标记允许准确指出所述平板的空间位置。术语“面”此处表示壁。以此方式，当在阅读过程中该平板倾斜时，这些标记将在从前面拍的图像或影片上保持清晰可见。

根据本发明的用于确定阅读距离的方法具有完整的优点，因为除了提供简单、快速并且无限制的测试以外，其还包括一个最终步骤，在该步骤中自动将该测试的结果以精确的方式传递至该个体。此外，其具有用户友好的优点，允许有待被拍摄或拍照的个体成为焦点并且眼镜配备有一个标记夹。最后，这些方法是安全、可靠并且完全可重复的。

附图说明

以下参见图1至图3c给出了根据本发明的用于确定阅读距离的方法的优选实施例的详细描述以及根据本发明的阅读平板的详细描述。

-图1为被提供成用于应用根据本发明的方法和显示阅读阶段过程中的个体的设备的侧视图；

-图2为根据本发明的平板的侧视图，示出了与该平板的阅读区和标记相关的各坐标和角度；

-图3a为根据本发明的阅读平板的正视图；

-图3b为图3a中的平板的俯视图；以及

-图3c为图3a中的平板的剖面图。

具体实施方式

参见图1，旨在实施根据本发明的用于确定阅读距离的设备1使用了配备有视频摄像机3（该视频摄像机允许获取至少一张图像）的装置2、用于处理所述图像的装置5以及用于一旦加工完就传递所述图像的装置6。该装置2采取包括该视频摄像机3的固定竖直柱状物的形式，可以根据接受该测试的个体7的尺寸调整该视频摄像机的位置和高度。理想地，调整该视频摄像机3的高度以便与该个体2的眼睛水平对齐。用于传递经过处理的图像的装置6包括一个显示屏9，该显示屏可以或者直接结合到该柱状物2中，或者通过适当的电缆连接到该柱状物上。有利地，该显示器9面向该个体7，以便允许该个体直接看到其自己的图像和在不移动的情况下以该装置2计算的阅读距离阅读外显地和即时地出现在所述屏幕9上的此信息。该个体7可以在站立或坐着的位置上接受根据本发明的用于确定其阅读距离的测试，将其胸部10与该视频摄像机3分离开的距离大约为1.3m。该柱状物2包括一个平面半镀银反射镜11，该平面半镀银反射镜将该视频摄像机3隐藏起来并且允许该个体7参照所述反射镜11内反射的其自己的图像将其自己正确地定位在所述柱状物2的前面。以此方式，该个体7尽力差不多保持在该柱状物2的前面，并且防止其自己偏离该柱状物显著距离。该柱状物2还包括一个突出支座12，可以将被提供成用于确定阅读距离的阅读平板13放置在该突出支座上，在两次测试之间使用此支座12。在眼镜商处测量的情况下，该个体7配戴着含有校正性镜片的一个眼镜架14。因为该方法的原理至少依赖于在该个体7的眼睛的平面的位置的精确识别的基础上进行处理的图像的获取，所以重要的是能够严格地准确指出一个点或区的位置，完全了解该点或区相对于所述平面的位置。因为由于低亮度水平而不总可以准确指出自然面部参考点，所以该眼镜14配备有标记15，这些标记允许准确指出眼睛8的任一只或所述眼睛8之间的中心点。这些标记15由一个杆16支撑，该杆可以在实质上水平的位置被夹到所述眼镜14的眼镜架上，在每个镜片上方，此夹子16可能例如类似于专利申请US2009/0262302中所述的夹子。该装置可以配备有允许增加周围亮度水平和改进图像获取条件的照明装置。通过便携式阅读平板13实施根据本发明的方法过程中的阅读阶段，此平板为一个小尺寸的轻物体，该个体7将该平板握在其手中并且放在离其眼睛8一定距离外以便继续进行此阶段。此平板13包括文本或绘图，文本或绘图的尺寸与书中可以遇见的文本或绘图的尺寸类似。

参见图3a、图3b和图3c，允许个体7在用于确定阅读距离的测试过程中阅读文本的阅读平板13为一个具有小且恒定厚度的物体，并且该物体由两个平坦且成矩形的壁17、18组成，这两个壁在它们之间形成一个包括在10°和80°之间的角度。该第一壁17包括一个阅读面19，采取文本或图或绘图形式的阅读区28位于该阅读面上。相对于该第一壁17倾斜的该第二壁18配备有三个标记20、21，一个20具有一个中心且正面的位置，并且另外两个21具有侧面位置。更确切地说，该第二壁18的一个面22配备有一个中心环形突出23，该环形突出界出一个穿过所述第二壁18的孔径24，在该中心位置上的标记20位于所述突出23上。如果假设该第二壁18放置在该第一壁17的前面，则该中心标记20将位于该第二壁18的最前面部分。这三个标记20、21完全相同并且每一个由一个被细分成四个更小的正方形26、27的正方形25组成，两个小的正方形26位于被着上深色的同一对角线上，另外两个27位于被着上浅色的另一条对角线上。有利地，通过灰度在之间区分这些正方形26、27。不论周围亮度水平，可以容易地正确指出此类标记20、21。这些三个标记20、21相对于该第二壁18的平面倾斜并且放置在所述第二壁18的面22上，该面与包括该阅读区28的第一壁17的面19相反。这两个壁20、21之间的倾斜和这些标记20、21的定位允许该个体7在该阅读阶段过程中在由该视频摄像机3拍摄的影片或照片中准确指出该平板13的位置，并且在此过程中，所述平板13冒着被倾斜的风险。

参见图2，对于确定该阅读距离而言，该图像的计算处理首先在于确定将该夹子16的标记15连接到该视频摄像机3上的矢量，然后在于确定将该平板13的标记20、21连接到该视频摄像机3上的矢量。然后从彼此上减去这些两个矢量以获得一个第三矢量，该第三矢量的长度为将标记的两个族15、20、21分离开的距离。最后，以将该夹子16的标记15与眼睛的平面分离开的距离和以将该平板13的标记20、21与该阅读区28分离开的距离补充此距离。将该夹子16的标记15与眼睛的平面分离开的距离通常是小的，约几厘米，并且可以精确地对其进行测量。相比之下，由于所述平板13的倾斜，将该平板13的标记20、21与该阅读区28连接起来的矢量需要在角度考虑和校正距离的基础上进行稍微更复杂的计算。以下描述了用于计算阅读距离的方法的原理：

将以下突出点考虑在内：

-O：该视频摄像机3的光学中心。这是该坐标系的原点，所有测量转换到该坐标系上；

-V：该平板13的（左和右）侧面标记21的几何中心，

（xv，yv，zv）：该点V相对于该视频摄像机3的坐标，即相对于该点O，

（xv’，yv’，zv’）：与该平板13相关联的坐标系并且该坐标系的原点为该点V，

（αv，βv，γv）：该平板13相对于该视频摄像机3的横摆、纵摇和滚动姿势，即：与该平板13相关联的坐标系相对于与该视频摄像机3相关联的坐标系的对应角，允许（xv，yv，zv）与（xv’，yv’，zv’）对齐；

-L：该阅读区28的中心，

（xl’，yl’，zl’）：该点L在与该平板13相关联的坐标系内的坐标并且该坐标系的原点为该点V；

-C：该夹子16的中心，

（xc，yc，zc）：该点C在与该视频摄像机3相关联的坐标系内的坐标并且该坐标系的原点为该点O，

（αc，βc，γc）：该夹子16在与该视频摄像机3相关联的坐标系内的角并且该坐标系的原点为该点O；以及

-R：连接眼睛的旋转中心的区段的中心，

（xr’，yr’，zr’）：该点R在与该夹子16相关联的坐标系内的坐标并且该坐标系的原点为该点C，该夹子16的中心。

该坐标系（Xv，Yv，Zv）与旋转后的坐标系（Xv’，Yv’，Zv’）一致，已经应用了该坐标系（Xv，Yv，Zv）的矩阵，其是该乘积Mv=Rz(γv)Rx(βv)Ry(αv)，其中：

$R_x\left(\mathrm{\θ}\right)=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}\\ 0& \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]$

$R_y\left(\mathrm{\θ}\right)=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& 0& \sin \mathrm{\θ}\\ 0& 1& 0\\ -\sin \mathrm{\θ}& 0& \cos \mathrm{\θ}\end{array}\right]$

$R_z\left(\mathrm{\θ}\right)=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\θ}& -\sin \mathrm{\θ}& 0\\ \sin \mathrm{\θ}& \cos \mathrm{\θ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]$

由于该点L在该坐标系（Xv’，Yv’，Zv’）中的坐标为（xl’，yl’，zl’），所以通过应用为Mv的倒数的旋转矩阵来计算该点L在该坐标系（Xv，Yv，Zv）中的坐标（xl，yl，zl）：

Mv^-1=Ry(-αv)Rx(-βv)Rz(-γv)。

将该矢量

分解成

该点L在该视频摄像机的坐标系内的坐标为（xv+xl，yv+yl，zv+zl）。

连接眼睛8的旋转中心的区段的中心在该视频摄像机3的坐标系中的位置的计算遵照以下步骤：

应用以上所用的方法，该坐标系（Xc，Yc，Zc）与应用该旋转后的坐标系（Xc’，Yc’，Zc’）一致，该坐标系（Xc’，Yc’，Zc’）的矩阵为该乘积Mc=Rz(γc)Rx(βc)Ry(αc)。

由于该点R在该坐标系（Xc’，Yc’，Zc’）中的坐标为（xr’，yr’，zr’），所以通过应用为Mc的倒数的旋转矩阵来计算该点R在该坐标系（Xc，Yc，Zc）中的坐标（xr，yr，zr）：

Mc^-1=Ry(-αc)Rx(-βc)Rz(-γc)。

将该矢量

分解成

该点R在该视频摄像机的坐标系内的坐标为（xc+xr，yc+yr，zc+zr）。

根据本发明的用于确定阅读距离的方法遵照以下步骤：

-将该个体7定位在该柱状物2的前面，参见在该反射镜11内反射的其自己的图像；

-由该个体7阅读该阅读区28，该个体采用一种自然且舒适姿势并且调整该平板13的位置；

-通过该视频摄像机3获取一个第一图像，配备有其标记15的夹子16出现在该第一图像中，然后移动所述视频摄像机3，以便获取一个第二图像，该平板13的标记20、21出现在该第二图像中，每个图像足够分明，以便精确区分各标记15、20、21的位置；以及

-这两个图像的计算处理。

-获取这两个图像后的几秒钟，被转成朝向该个体的显示器9然后显示所计算的阅读距离。

本发明不限于上述的和通过非限制性示例给出的各实施例。

Claims (9)

1.一种用于确定被促使观察阅读区（28）的个体（7）的阅读距离的方法，包括以下步骤：

-将该个体（7）定位在一个装置（2）的前面，该装置被设计成用来获取所述个体（7）的至少一个正面图像，然后处理所述图像并且最后对允许该个体（7）了解其阅读距离的信息进行传递；

-由该个体（7）阅读所述区（28），该区放置在一个便携式平板（13）上并且配备有至少一个位置标记（20，21），该个体（7）采用一种自然位置并且调整所述平板（13）的位置；

-通过该装置（2）获取至少一张图像，该图像允许该个体（7）的至少一个面部参考点（15）和该阅读平板（13）的每个标记（20，21）；

-计算性地处理所述至少一张图像，将该个体（7）的面部参考点（15）的位置和所述平板（13）的所述至少一个标记（20，21）的位置考虑在内；以及

-通过该装置（2）传递表明该阅读距离的信息。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该个体（7）佩戴着一副眼镜（14），并且在于，用牢固地固定在一个夹子（16）上的至少一个标记（15）对该面部参考点进行标记，该夹子固定在所述这副眼镜（14）上。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该平板（13）配备有三个位置标记（20，21），一个（20）在所述平板（13）上具有一个正面位置，另外两个（21）具有侧面位置。

4.如以上权利要求任一项所述的方法，其特征在于，用于获取该至少一张图像的装置是一台视频摄像机（3）。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该个体（7）的面部参考点（15）和该平板（13）的每个标记（20，21）同时出现在同一张图像中。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该视频摄像机（3）获取至少两个图像，一个第一图像，在其中出现该个体（7）的至少一个面部参考点（15），和一个第二图像，在其中出现该平板（13）的每个标记（20，21），在从所述图像上收集的信息的基础上实施该计算处理。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在旨在捕获该第一图像的一个第一位置和旨在捕获该第二图像的一个第二位置之间移动该视频摄像机（3）。

8.如以上权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一张图像的处理包括：连接该个体（7）的眼睛和该图像获取摄像机（3）的一个第一矢量与连接该阅读区（28）和所述摄像机（3）的一个第二矢量之间的一个减法步骤，并且在于，通过直接从一个显示器（9）上读取信息来传递该信息。

9.一种用于实施如权利要求1至8任一项所述的方法的便携式阅读平板（13），所述平板包括一个旨在用于阅读的面（19）和用于准确指出所述平板（13）的空间位置的至少一个标记（20，21），所述至少一个标记（20，21）被配置成用于允许该平板（13）位于甚至低亮度条件下，其特征在于，该平板包括一个阅读第一面（17，19），通过一个相对于所述第一面（17）倾斜10°到80°角的第二面（18）来延伸该第一面，并且在于，所述第二面（18）包括三个标记（20，21），一个（20）具有一个正面位置，并且另外两个（21）具有侧面位置，所述三个标记（20，21）允许在空间中准确指出所述平板（13）的位置。

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