CN1082690C - 眼镜形状式样设计系统 - Google Patents

Abstract

一种眼镜形状式样设计系统，首先将使用者脸部图像数据经过彩色补偿及轮廓加强等处理，抽出脸部特征，据此设定许多水平、垂直、及倾斜补助线，及补助线上之补助点，决定界定眼镜镜片与镜框之形状之百杰(Bezier)曲线之拉椿点(Anchor Point)；将百杰曲线转换成由极座标所构成的数据，传送至加工工具；根据表示眼镜的所需式样图像之字控制设在拉椿点之控制点；可根据个人特征及爱好自动地产生眼镜透镜及镜框形状。

Description

眼镜形状式样设计系统

本发明是关于眼镜镜片形状式样及眼镜镜框前镜边形状的设计系统。

在眼镜镜框制造业中，通常装配于眼镜镜框之中的镜片的周边形状是在未考虑各眼镜使用者脸部特征的情况下设计的。因此，制造大量具有一定型式之标准眼镜，并经由零售商卖给消费者。

各使用者皆具有其脸部特征，每个人具有不同的审美观，及式样之嗜好。因此，在设计眼镜时，必须考虑各使用者的脸部特征及其审美感。然而，目前制造厂商及零售商只盲目地大量提供各种式样、以及不同尺寸的眼镜镜框以满足消费者之所需。

因此，消费者被迫选购大量生产的一定型式的镜片及镜框，而这些镜片及镜框均是在未考虑各个消费者之脸部特征及审美感的情况下设计的。

造成上述问题之一部分原因，是在为了以低成本制造一定型式的产品而设计之生产系统中的生产系统及控制系统所用加工工具所造成。

因此，需要有一种根据脸部特性的个人信息资料来设计眼镜形状式样的设计系统。

本发明之一目的为，提供一种设计镜片及镜框之前镜边形状式样的设计系统，其中根据各个使用者脸部特征的信息及其所需眼镜式样自动地设计其形状式样。

本发明之另一目的为，将式样信息转换成控制数据，并将控制数据传送至加工工具以便研磨镜片及成型镜框之镜边。

因此，依照本发明之一要旨，可提供一种根据脸部特性信息设计眼镜形状式样设计系统，其中包括：将个人脸部图像作为图像数据输入的装置；产生例如图像数据的彩色补偿及轮廓加强的装置；抽出表示脸部轮廓特征及头发、眉毛、眼睛、鼻子、及嘴巴特征之特征点的装置；根据特征点设定多条水平、垂直、及倾斜补助线及补助线上之补助点的装置；及决定界定镜片形状及眼镜前框架之形状的百杰(Bezier)曲线之拉椿点(anchor point)。

依照本发明之另一要旨，可提供一种眼镜形状式样的设计系统，其包括将人物脸部图像作为图像数据输入的装置；对图像数据进行图象处理的装置；抽出表示脸部轮廓特征及人物的头发、眉毛、眼睛、鼻子以及嘴巴特征的特征点的装置；根据各特征点设定多条水平补助线、垂直补助线、倾斜补助线、以及各补助线上的补助点的装置；决定界定眼镜镜片及前眼框形状的百杰曲线的拉椿点的装置；其中还包括将有关表示界定形状之百杰曲线的数值信息转换成由极座标系统中的座标值所构成的信息的装置；以及将转换过的信息传送至加工工具的装置。

依照本发明之另一要旨，根据表示眼镜的所需图像之字控制百杰曲线之拉椿点。

下面依照附图说明本发明最佳实施例。在图中：

第1图为本发明设计镜片及前镜边所需要的脸部轮廓啄脸部中心部分之特征点的说明图；

第2图为用来说明设定表示眉毛特征之特征点的方法的说明图；

第3图为用来说明设定表示眼睛特征之特征点的方法的说明图；

第4图为用来说明设定表示鼻子特征之特征点的方法的说明图；

第5图为用来说明设定表示嘴巴特征之特征点的方法的说明图；

第6图为用来说明设定表示脸部轮廓线之特征之特征点的方法的说明图；

第7图为用来说明在眉毛及眼睛上的垂直补助线的说明；

第8图为水平补助线的说明图；

第9图为倾斜补助线的说明图；

第10图为限制镜片及镜边之形状的补助线的说明；

第11、12、13、14、15及16图为设定拉椿点的方法的说明图；

第17、18、19、20及21图为依照本发明之实施例的设计系统设计的眼镜之例；

第22图为本发明系统的方块图；

第23图为本发明设计系统之动作的流程图。

本发明中，首选将使用人之脸部图像以电脑利用图像处理技术进行处理，以便执行彩色补偿、轮廓加强等。然后，从图像中抽出表示脸部特征之特征点。根据特征点之位置设定垂直、水平及倾斜补助线及补助线上之任意补助点，以便形成百杰曲线拉椿点。根据对应于百杰曲线之控制点之拉椿点，产生基本形状以便设计最后形状。

镜片之周边形状及镜框之镜边的形状系由曲线所构成。借助使用所谓之百杰曲线，可改变拉椿点及控制点位置而任意地形成曲线。由百杰(Bezier)所发明，使用参数表示特种表现公式的曲线被称为百杰曲线。

所谓之“特征点”系指在所产生的脸部图像中之各不同部分之轮廓线上的任意点；而所谓之“补助点”系指从特征点划出的补助线间之交点。各特征点、补助线及补助点系由2个英文字母所构成之名称，或由一个字母及一个数字所构成之组合表示。

第1图表示脸部中央部分之轮廓及特征点，在设计镜片及镜框前边时需要使用。脸部轮廓中有10个特征点，分别为表示发线特征的点FA，FB，FH，表示从前额至颊部区域之特征的点F1，FC，FG，FJ，及表示颚部特征之点FD、FE及FF。

划出连结点FA与点FE之垂直补助线，连结点FI与点FJ之水平补助线，及连结点FC与点FG之水平补助线cg，以便形成位于脸部中央部分之交点。各交点被界定为补助点FS、FK。关于头发之特征，系界定为通过脸部中央部分之垂直线与表示头发顶部之轮廓之轮廓线交叉之点HO。

其次，设定表示脸部眉毛、眼睛、鼻子及口等各部分特征之特征点。如第2图所示，关于眉毛系设定4个点作为特征点，包括眉毛内端之点B0，眉毛顶部之点B1，及表示眉毛下方区域之特征之点B3。

如第3图所示，关于眼睛系设定8个点作为特征点，包括瞳孔中心之点P0，眼睛黑圈之轮廓上之点P6、P7，表示眼脸特征之点P1、P2、P3、P4、P5。上述眼睛特征点之定义适用于眼睛张开时的图像。

如第4图所示，关于鼻子，其特征点是鼻子尖部N0点，及鼻子翼部之顶部N1点、N2点。

如第5图所示，关于嘴唇是设定6个点作为特征点，包括上唇中央之凹部之点M0，M1，M5，嘴唇两端之点M2、M4，及下唇下端之点M3。

根据上述特征点的位置计算各特征点间的距离，而且为了设定百杰曲线之拉椿点而划出补助线。

如第6图所示，在脸部轮廓之特征点中，划出依次连接8个特征点(除了点FI及FJ以外)，间之补助线f1，f2，f3，f4，f5，f6，f7，f8。同时又划出通过特征点FA之水平补助线fa，及通过特征点FE之补助线fe。

如第7图所示，在眉毛及眼睛上划出垂直补助线m1至m8；

补助线m0为通过眉毛之特征点B0之垂直线；

补助线m1为通过眼睛黑圈轮廓最内部边缘之特征点P6之垂直线；

补助线m2为通过瞳孔中心之特征点P0的垂直线；

补助线m3为通过眼睛黑圈轮廓最外部边缘之特征点P7的垂直线；

补助线m4为通过眼睛白色部分之最外部边缘之特征点P3的垂直线；

补助线m5为通过将眉毛之特征点B0至眼睛之内部端缘之特征点间之水平距离分成一半之点的垂直线；

补助线m6为通过眼睛白色部分之最内部边缘之特征点P1的垂直线；

补助线m8为通过位于眼睛特征点P1与P4间之水平距离之2/3位置之点的垂直线。

如第8图所示，划出水平补助线k0至k9；

补助线k0是一条水平直线，通过位于特征点P0上方的一个位置，该位置与P0的距离等于沿补助线m2的眼睛特征点P0与P5之间的垂直；

补助线k1为通过眼睛特征点P2的水平线；

补助线k2为通过眼睛特征点P0的水平线；

补助线k3为连结右眼与左眼间之特征点P5的水平线；

补助线k4为通过位于补助线k3下方相等于水平线k3与k2间之垂直距离之位置的水平线；

补助线k5为通过补助线k3下方相等于水平线k3与k0间之垂直距离之位置的水平线；

补助线k7为通过连结下部眼脸之特征点之补助线k3下方相等于眉毛之水平线k3与特征点B3间之垂直距离之位置的水平线；

补助线k8为通过鼻尖之特征点N0的水平线；

补助线k9为连结嘴唇右端之特征点M2与嘴唇左端之特征点M4的水平线；

补助线k6为位于连结各瞳孔中心之补助线k3与通过鼻尖特征点之补助线k8之垂直中心位置的水平线。

如第9图所示，划出倾斜补助线n0～n4：

补助线n0为连结眉头之特征点B0与眉尾特征点B2之线；

补助线n1为从水平补助线k2与中央垂直线之交点FS划至鼻子特征点N1及N2的直线；

补助线n2为平行于补助线n1而且通过后述之拉椿点AI之线；

补助线n3为连结各眉毛之特征点B0与B3之线；

补助线n4为连结各眉毛之特征点B0与B1之线；

如第10图所示，划出限制镜片及镜框镜边之形状的补助线gr及gl。各线限制镜片及眼镜镜边之最大水平宽度，并且垂直相交于通过特征点FA的水平线fa及通过特征点FE的水平线fe。补助线gr为位于脸部右侧的垂直线，而补助线gl为位于脸部左侧的垂直线。

朝向水平向的补助线gr及gl根据脸部特征点FA及FE间之垂直距离而改变。

假设补助线gr与gl间的水平距离为X，特征点FA与FE间之垂直距离为Y，则X在y/1.414至y/1.613之间的范围内。该范围内的数值X、Y之数值根据判断后述之脸部型式的结果来决定。

补助线fa，fe，及gr，gl总括地称为基本脸部线。

其次，利用根据特征点决定之特征点及补助线，可决定百杰曲线之控制点，亦即拉椿点补助点，以便划出镜片及镜框镜边之形状。

用来控制百杰曲线及脸部特征点之拉椿点与补助点间的位置关系依照如下的步骤决定。此时，各拉椿点系由英文字母所构成的名字表来表示。此后，拉椿点系假设使用相同之定义于脸部右半部与左半部而设定。

如第11图所示，拉椿点AA位于补助线k0上，而且位于从脸部之中央垂直线朝向右方向及向左方向离开各特征点P1间之距离，亦即各眼睛内端部之距离乘以一定值之距离之位置。

然后，依照补助线n3与水平方向所形成之倾斜度如下述的设定拉椿点AB及AD。

(1)如第11图所示，补助线n3与水平方向间之角度小于一定角度，而眼睛特征点P1较眉毛特征点B0更靠近脸部中央时，将拉椿点AB设定于补助线m6上，眉毛特征点B0下方一定距离之位置，将拉椿点AD设定于补助线m4与从拉椿点AB平行于补助线n3划出的直线之交点的位置。

如第12图所示，假设特征点P1与B0之水平位置相同而其他条件亦相同时，拉椿点AB系设定在补助线m5上，眉毛特征点B0下方一定距离之位置，而拉椿点AD系设在补助线m4与从拉椿点AB平行于补助线n3划出之线的交叉点。

(2)如第13图所示，假设补助线n3与水平方向之角度大于一定角度，而眼睛特征点P1较眉毛特征点B0更靠近脸部中央时，将拉椿点AD设定于特征点B3，将拉椿点AB设定于补助线m6与从拉椿点AD平行于补助线n4划出之线的交叉点位置。

如第14图所示，假设特征点P1与B0之水平位置相同而其他条件亦相同时，拉椿点AD系设定在特征点B3，而拉椿点AB系设定在补助线m5与从拉椿点AD平行於补助线n4划出之线的交叉点位置。

拉椿点AE及AF之位置系根据测试脸部轮廓线之各特征点间之相对距离，由补助线qr及ql界定之基本脸部线的位置，及设计对象人物之性别的脸部分类结果来决定。

脸型可根据脸部轮廓线上之各特征点之相对距离分类为圆型、长四方型、短型、倒三角型、菱形、下巴丰满型、长型、及柠檬型。

对于分类之各脸型，将拉椿点AE及AF设定于水平补助线与圆弧之交叉点。

首先，将第1圆弧的圆弧半径RA界定为相等于中央垂线ae与补助线qr及ql间之水平距离的数值。

然后，设定第2圆弧的圆弧半径RB使其等于将瞳孔左右中心之特征点P0之间的距离与中央垂直线ae和补助线qr及ql之间的水平距离相加之水平距离。

此外，如第15图所示，将两种圆弧之中心点位置定义为：

中心位置Q1为补助线k0上，而且距离qr或ql相当于圆弧半径RB之点；

中心位置Q3为补助线k3上，而且距离qr或ql相当于圆弧半径RB之点；

中心位置Q6为补助线k0上，而且距离qr或ql相当于圆弧半径RA之点；

中心位置Q8为补助线k3上，而且距离qr或ql相当于圆弧半径RA之点；

中心位置Q10为补助线k5上，而且距离qr或ql相当于圆弧半径RA之点。

如第15图所示，圆脸的男人或女人之拉椿点AE为补助线k0与补助线qr及ql之交叉点，而拉椿点AF为中心点位于中央位置Q1之补助线k4与圆弧半径为RB之圆弧之交点。

短形脸的男人之拉椿点AE为补助线k0与中心点位于中央位置Q3之半径为RB之圆弧的交叉点，而拉椿点AF为补助线k4与补助线qr及ql之交叉点。

短形脸的女人之拉椿点AE为补助线k0与中心位于中央位置Q8之半径为RA之圆弧之交叉点，而拉椿点AF为补助线k4与补助线qr及ql之交叉点。

短型脸的男人之拉椿点AE为补助线k0与位于中央位置Q3中心之半径为RB之圆弧的交叉点，而拉椿点AF补助线k4与补助线qr及ql之交点。

短型脸的女人之拉椿点AE为补助线k0与位于中央位置Q8中心之半径RA之圆弧之交点，而拉椿点AF为补助线k4与补助线qr及ql之交叉点。

倒三角形脸的男人或女人之拉椿点AE为补助线k0与位于中央位置Q10之半径为RA之圆弧之交点，而拉椿点AF为补助线k5与补助线qr及ql之交点。

菱形脸的男人或女人之拉椿点AE为补助线K0与补助线qr及ql之交叉点，而拉椿点AF为补助线k4与补助线qr及ql之交叉点。

下巴丰满型脸的男从或女从之拉椿点AE为补助线k0与位于中央位置Q3中心之半径RB之圆弧之交叉点，而拉椿点AF为补助线k4与位于中央位置Q6中心的半径为RA之圆弧之交叉点。

长型脸的男人或女人之拉椿点AE为补助线k0与位于中央位置Q3中心之半径RB之圆弧之交点，而拉椿点AF为补助线k4与补助线qr及ql之交叉点。

柠檬型脸的男人或女人之拉椿点AE为补助线k0与位于中央位置Q3中心之半径RB之圆弧之交点，而拉椿点AF为补助线k4与补助线qr及ql之交叉点。

如第16图所示，拉椿点AH位于垂直补助线m8与水平补助线k7之交点，或位于垂直补助线m8与水平补助线k6之交点。

拉椿点AI位于脸部之水平补助线k5上，而距离脸部之中心垂直线相当于将特征点N1与N2之间的距离，亦即鼻孔间之宽度乘以一定数值的距离。

拉椿点AJ位于水平补助线k3与从拉椿点AI平行于补助线n1划出之补助线n2的交点。

各拉椿点间之垂直及水平距离系由特征点AE及AF之间的距离，及脸部之眼睛或嘴巴等之不同部分的特征点间之水平及垂直距离所界定。

根据上述方法选择之百杰曲线之各拉椿点中，控制点系依照下述之步骤界定，以便控制各拉椿点之曲率。

在以下说明中，将拉椿点与控制点间之距离称为百杰曲线的“发之长度”。

百杰曲线的发之长度，或拉椿点与控制点间之距离对应于包括“软和”，“尖锐”等之大约60个字。这种表现方式通常是使用于表示眼镜形状之设计时需要考虑的所需要图像。发之长度是根据通用于全部拉椿点的一定的分类法予以分类。因此，百杰曲线的各发之长度可根据表示需要设计眼镜之人物所具有的所需图像之字而改变。因此，可依照字所表示的图像产生形状。

百杰曲线的发之最大长度为与从各拉椿点划出至切线之交点之距离。此外，各拉椿点的发长则依照如下的方程式调整。

发长＝最大长度×乘算系数上式中乘算系数为系对各分类设定不同的数值。在以上计算中，对各拉椿点设定及选择性地使用不同群之乘算系数。乘算系数又根据需要设计眼镜的人物性别而变化。

各拉椿点的发之方向基本上系需要产生的镜片及镜边形状之切线向，而由与将各拉椿点之角度分割成两个相等部分之线成为垂直之线所表示。然而，各发之方向系根据需要设计眼镜的人物之性别，以与决定各发长时使用之方法相同之方法改变及调整。例如，当该人物为男性时，拉椿点AA的发之方向系决定为垂直。当该人物为女性时，拉椿点AA的发之方向系决定为符合于通过眼睛特征点P0之法线之方向。

设计时系采用上式步骤设计。在此，必须注意表示式样的信息系以百杰曲线之函数产生。这种数据不适合于控制研磨镜片的研磨机，或形成眼镜镜框镜边之成型机。

通常加工工具系以由极座标值所形成的信息所控制。在研磨镜片及形成镜边时，刀具、研磨轮及曲柄通常系依照由2或3次元极座标值所构成的信息来控制。因此，最好将依照上述步骤产生之百杰曲线值转换极座标值，并且将之传送至加工工具。如此可促进加工工具的控制。

本发明中，将百杰曲线的数值转换成表示离开镜框之拳击系统(Boxing system)中心之辐射状距离的数值，或瞳孔中心之特征点P0。如此产生之数值被传送至加工工具作为极座标，以便将镜片及镜框加工成所需的形状。

第17图至第21图表示利用上述方法设计的眼镜。第17图表示为特定女性设计的眼镜之形状，第18图表示为特定男性设计的眼镜之形状。由第17图至第18图可知，对不同人物采用不同式样，因为各人之特征点之位置皆不相同，而各人选择表示眼镜之所需图像的不同字。

第19图及第第20图表示为相同女性设计的眼镜之形状。各式样表示眼镜之形状随着选择不同之字来表示眼镜图像改变。第19图所示拉椿点之曲率与第20图所示者不相同。例如，第19图所示式样中，拉椿点AE与AF间之线几乎为直线，而第20图之式样中，各线鼓起。第21图表示不同之式样，其中镜框右半部与左半部不相同。

第22图为本发明一实施例的设计系统的方块图。该系统基本上包括CPU10，存储器11，接口电路12、13、17，视频摄像机14，具有CRT的显示器15，以及键盘16。视频摄像机14摄取各人的脸部图像后，将之传送至CPU10，CPU10依照存储于存储器11中的控制程序执行镜片及镜框的设计。设计出来的形状被显示于显示器15的CRT上。然后利用键盘16选择表示所需图像及输入所需信息之字。

设计系统经由接口电路17连接于加工工具(未图示)以便传送由极座标所构成的数据。

第23图为本发明实施例的设计系统动作的流程图。在步骤100时从视频摄像机输入表示脸部图像的图像数据，并于步骤101进行例如彩色补偿及轮廓加强等图像处理。然后于步骤102抽出包括表示脸部轮廓之特征点及表示头发、眉毛、眼睛、鼻子及嘴巴等特征之特征点之表示脸部特征之特征点。

在步骤103，根据抽出的特征点设定垂直补助线及倾斜补助线。在该步骤中，又将补助点设定于补助线上。如此，可决定百曲线之拉椿点，以便界定镜片及镜框之形状。

此外，在步骤105中，输入由各人选择及表示所需式样图像之字，而于步骤106中决定各拉椿点的发之方向及长度，以便决定各拉椿点的控制点。在步骤107中，决定表示百杰曲线之函数之系数，并于步骤108中，在CRT上显示由百杰曲线所表示之形状。在步骤109中，将表示百杰曲线的数据转换成极座标，并于步骤110中将转换的数据传送至加工工具。

依照本发明的设计系统，镜片及镜框边之形状系根据从脸部特征中抽出，表示脸部特征之特征点，及表示使用者所需的图像之字来决定。因此，可自动的产生适合于各使用者的镜片及镜边。

对于每一个人，适合其眉毛形状之线借助于设定拉椿点AA、AB、AD而形成。沿着脸部轮廓之线系根据拉椿点AE，AF形成。此外，朝向与脸部成为垂直之方向的镜片之位置根据拉椿点AH来决定，该位置适合于脸部长度及鼻子结构。

因此，各线是根据拉椿点AI、AJ，沿着鼻子而形成的。例如缓和的曲线及靠近直线之线等任意之线系根据表示所需图像之字控制百杰曲线上之向量的方向及数值而自动地产生。

本发明所采用的方法与传统的方法完全不同。传统方法系由眼镜制造厂商在未考虑各使用者之特征的情况下决定眼镜的式样。但依照本发明，镜边之形状及眼镜之镜边缘可在眼镜店依照各使用者之特征设计。即使眼镜零售商缺乏对眼镜方面的良好之审美感，仍可任意地产生适合各使用者的形状或式样。

此外，依照本发明，各使用者可依照与传统步骤不同的步骤选择眼镜。通常使用者必须从陈列于眼镜店中的许多眼镜中选择适当的眼镜。依照本发明的系统，可提供各使用者适合于其本身的眼镜式样或形状。如此，使用者可根据提供的式样选择许多成品眼镜中之一种。因此，本发明对于使用者在选择许多成品眼镜时亦非常有用。因为本发明之系统可协助使用者选择反映各使用者之脸部特征及各人所需的式样。

依照本发明的系统，将表示已产生的自由曲线的百杰曲线转换成极座标。依照座标控制各种加工工具，可产生为各使用者设计之形状之镜片及前镜边。如此，使得眼镜之制造较有通融性。

本发明不受上实施例之限制，可在不超越其要旨之范围内变更实施。

Claims (4)

1.一种眼镜形状式样设计系统，它是利用视频摄像机把戴眼镜的人的脸部图像作为电脑图像数据输入，从而借助电脑设计眼镜形状，其特征在于具有可执行如下步骤的CPU装置：

(1)对上述图像数据进行颜色补正、轮廓强调的图像处理；

(2)抽出表示脸部轮廓特征、头发、眉毛、眼睛、鼻子、及嘴巴特征之特征点；

(3)根据上述各特征点设定许多水平方向补助线、垂直方向补助线、及倾斜方向补助线，及各补助线上之补助线；

(4)根据上述特征点补助线及补助点设定百杰曲线的控制点的拉椿点的位置，以决定眼镜片及前镜框的形状。

2.根据权利要求1的眼镜形状式样设计系统，其特征在于所述CPU装置执行的步骤还包括：

(5)将上述百杰曲线的形状值信息转换成由中心向多个方向的放射状的极座标值而传送。

3.如权利要求1的系统，其中百杰曲线的拉椿点上的控制点是根据表示眼镜的所需式样图像之字来控制。

4.如权利要求2的系统，其中百杰曲线的拉椿点上的控制点是根据表示眼镜的所需式样图像之字来控制。

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