CN110037649A - 一种瞳距测量方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种瞳距测量方法及系统，方法包括i、获得一张同时包含有纹理图案与被测者眼部图像的检测图片；ii、读取出所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息；计算出所述检测图片中纹理图案在宽度方向上的像素宽度；iii、识别计算出所述两个瞳孔中心点之间的像素距离；iv、通过纹理图案宽度方向上的像素宽度与其实际物理宽度尺寸计算出比例关系系数，通过该比例关系系数与被测者两个瞳孔中心点之间的像素距离计算出被测者实际的瞳距信息。本发明中方法及系统可以被一般大众在包括家中的场景下使用，不但降低了视力筛查的设备成本，而且可以让用户日常使用以提高筛查频率，还有助于婴幼儿在家中或学校等熟悉的环境中放松以配合完成筛查。

Description

一种瞳距测量方法及系统

技术领域

本发明涉及眼科检查领域，具体涉及一种瞳距测量方法及系统。

背景技术

瞳距是基本视光指标之一，指双眼瞳孔中心的距离。测量瞳距常见的应用是配眼镜时，确保镜片中心距离与瞳距匹配，保证镜片设计上的屈光度修正分布与实际一致，否则可能使佩戴者不适。

现有的瞳距测量通常有如下方法：

1、手工测量：利用如直尺一类的测量工具，依赖检查者直接测量；

2、图像测量：将如直尺一类的已知尺寸的参照物放置在眼周围，检查者从正面将双眼和参照物拍摄在同一照片内，通过人工测量参照物在图像中的尺寸与瞳距在图像中的尺寸，换算出瞳距的物理尺寸；

3、专用测量设备。例如对被检查眼拍照，同时准确测量被检查者到设备的距离，结合预先标定的尺寸换算规则，推算出瞳距。

上述方法都具有这样那样的缺陷，比如手工测量和图像测量主要依赖人工测量及换算，存在误差可能性。而通过专用测量设备测量则不够便携，不能满足多样化多场景的测量需求。

名词解释：

分辨率--显示屏或图片所包含的像素数量。对应地，包含物理像素的数量称为物理分辨率；包含逻辑像素的数量称为逻辑分辨率。现实中，智能设备显示屏的物理分辨率不一定与逻辑分辨率相等。例如，某物理分辨率为320x480的智能手机，逻辑分辨率为640x960。

像素尺寸--从一个像素点到另一个像素点的距离(若干个像素)。对应地，物理像素间的距离称为物理像素尺寸；逻辑像素间的距离称为逻辑像素尺寸。

物理尺寸--在现实中，空间或者平面上两个点的距离(若干厘米)。

逻辑结构--不考虑显示过程中可能出现的形变，纹理图案本身的结构。例如，快速反应码，即通常意义上的二维码，其逻辑结构总是呈正方形，且在三个角上有黑白纹理间隔为1:1:3:1:1的定位码。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提出一种易用的瞳距测量方法及系统。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（一）是：一种瞳距测量方法，包括以下步骤：

i、获得一张同时包含有纹理图案与被测者眼部图像的检测图片，所述纹理图案被水平放置到与被测者眼部位于同一纵向平面内的，所述纹理图案承载有能够被机器视觉所能识别的信息，所述信息包括该纹理图案的实际物理宽度尺寸信息；

ii、读取出所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息；计算出所述检测图片中纹理图案在宽度方向上的像素宽度；

iii、识别出所述检测图片中被测者两个瞳孔中心点的像素位置并计算出所述两个瞳孔中心点之间的像素距离；

iv、通过纹理图案宽度方向上的像素宽度与其实际物理宽度尺寸计算出比例关系系数，通过该比例关系系数与被测者两个瞳孔中心点之间的像素距离计算出被测者实际的瞳距信息。

进一步的，所述纹理图案用于显示在手机屏幕上，所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息是根据其所占用屏幕横向上物理像素点个数并结合该屏幕的硬件DPI参数计算得到。

进一步的，在所述步骤i中，所述纹理图案为通过手机生成的二维码图案，生成所述二维码图案时包括以下子步骤

a、根据拟编码信息的信息量确定拟生成的二维码图案的逻辑图像分辨率大小，所述拟编码信息包括预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息；

b、获取屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率，并计得屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率的对应关系；

c、根据上述对应关系及二维码图案的逻辑图像分辨率大小计算出所述二维码图案横向占用屏幕的物理像素点个数，再结合该屏幕的硬件DPI参数计算出二维码图案实际物理宽度尺寸信息；

d、将拟编码信息中预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息替换成二维码图案实际物理宽度尺寸信息并生成最终确定的二维码图案的图案结构。

进一步的，所述拟编码信息还包括用于被自动录入的被测者身份信息。

进一步的，所述纹理图案为二维码图案，在所述步骤i中，还包括对所获得的检测图片进行正畸的操作，在所述正畸操作时，

先根据检测图片中二维码图案的正方形形变情况建立相应的透视变换矩阵，

再根据所述透视变换矩阵对所述检测图片进行正畸。

进一步的，在所述步骤i中，所述纹理图案被打印在平面介质上，所述平面介质用于粘贴在被测者的脸上。

进一步的，在所述步骤i中，所述纹理图案被打印在平面介质上，还包括一副供被测者佩戴的眼镜框，所述眼镜框的顶部设有用于水平固定所述平面介质的支架。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（二）是：一种瞳距测量系统，包括

图像获取装置，其适于获得一张同时包含有纹理图案与被测者眼部图像的检测图片，所述纹理图案被水平放置到与被测者眼部位于同一纵向平面内的，所述纹理图案承载有能够被机器视觉所能识别的信息，所述信息包括该纹理图案的实际物理宽度尺寸信息；

像素点计数模块，其适于读取出所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息，计算出所述检测图片中纹理图案在宽度方向上所占的像素宽度；识别出所述检测图片中被测者两个瞳孔中心点的像素位置并计数出所述两个瞳孔中心点之间的像素距离；

瞳距计算模块，其适于通过纹理图案宽度方向上的像素宽度与其实际物理宽度尺寸计算出比例关系系数，通过该比例关系系数与被测者两个瞳孔中心点之间的像素距离计算出被测者实际的瞳距信息。

进一步的，还包括纹理图案生成显示装置，所述生成显示装置具有液晶显示屏幕，所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息是根据其所占用所述屏幕横向上的物理像素点个数并结合该屏幕的硬件DPI参数计算得到。

进一步的，所述纹理图案生成显示装置为手机，所述纹理图案为通过手机生成的二维码图案，所述手机在生成所述二维码图案时进行以下步骤操作

a、根据拟编码信息的信息量确定拟生成的二维码图案的逻辑图像分辨率大小，所述拟编码信息包括预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息；

b、获取屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率，并计得屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率的对应关系；

c、根据上述对应关系及二维码图案的逻辑图像分辨率大小计算出所述二维码图案横向占用屏幕的物理像素点个数，再结合该屏幕的硬件DPI参数计算出二维码图案实际物理宽度尺寸信息；

d、将拟编码信息中预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息替换成二维码图案实际物理宽度尺寸信息并生成最终确定的二维码图案的图案结构。

本发明的有益效果是：

本发明中方法及系统能通过使用智能手机等智能拍摄设备实现测量功能。由于智能手机普及度很高，并且其操作方法广为一般用户熟悉，因此本发明技术方案可以被一般大众在包括家中的场景下使用，不但降低了视力筛查的设备成本、技术人员配置成本，而且可以让用户日常使用以提高筛查频率，还有助于婴幼儿在家中或学校等熟悉的环境中放松以配合完成筛查。

使用流程简单快捷，测试结果实现自动化分析。本发明技术方案在一次短至数秒的检查中完成测量并录入被测者信息，分析过程无需人工干预，不但减少了人力成本，而且避免差错。通过软件计算，在纹理图案中编码了纹理图案的物理尺寸信息。通过软件纠正了图像的形变，提升了计算结果的精确度。

附图说明

下面结合附图对本发明的瞳距测量方法及系统作进一步说明。

图1是手机作为纹理图案显示装置的测量示意图；

图2是纸张作为纹理图案打印介质并粘贴在被测者额头时的测量示意图；

图3是通过眼镜框连同纸张介质的测量示意图；

图4是实施例一中某一场景下的测量流程图；

图5是在检测图片中定位双眼位置的原理示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及一种瞳距测量方法，包括以下步骤：

第i步，

获得一张同时包含有纹理图案（图形标度装置）与被测者眼部图像的检测图片。

纹理图案可以是一幅或多幅组合的例如QR码的标准二维码，纹理图案也可以是刻度清晰的普通标尺。

纹理图案被水平放置到与被测者眼部位于同一纵向平面内的，纹理图案承载有能够被机器视觉所能识别的信息，该信息包括该纹理图案的实际物理宽度尺寸信息。

图形标度装置可以是一台显示有特定纹理图案的智能设备(如智能手机)，也可以是打印了纹理图案的普通打印纸。当图形标度装置是智能手机时，纹理图案用于显示在手机屏幕上，纹理图案的实际物理宽度尺寸信息是根据其所占用屏幕横向上物理像素点个数并结合该屏幕的硬件DPI参数计算得到的。

具体在本实施例中作为优选的是：在步骤i中，纹理图案为通过手机生成的二维码图案，生成二维码图案时包括以下子步骤：

子步骤a、根据拟编码信息的信息量确定拟生成的二维码图案的逻辑图像分辨率大小，拟编码信息包括预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息；作为进一步优选的是，拟编码信息还可以包括用于被自动录入的被测者身份信息。

子步骤b、获取屏幕逻辑分辨率（逻辑像素）与屏幕物理分辨率（物理像素），并计得屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率的对应关系。其中，物理像素：智能设备的显示屏，是由一个个物理像素点组成的。每一个物理像素点记为一单位物理像素。逻辑(虚拟)像素：智能设备中，软件在逻辑上所能处理的最小图像单位。像素尺寸：从一个像素点到另一个像素点的距离(若干个像素)，物理尺寸：在现实中，空间或者平面上两个点的距离(若干厘米)。对应地，物理像素间的距离称为物理像素尺寸；逻辑像素间的距离称为逻辑像素尺寸。

现实中，逻辑像素和物理像素不一定一一对应，例如某物理分辨率为320x480的智能手机其逻辑分辨率为640x960，则一个物理像素点对应四个逻辑像素点。

子步骤c、根据上述对应关系及二维码图案的逻辑图像分辨率大小计算出二维码图案横向占用屏幕的物理像素点个数，再结合该屏幕的硬件DPI参数（一英寸长的距离中紧密排列的物理像素点的个数）计算出二维码图案实际物理宽度尺寸信息，可以将该换算结果以毫米为单位计。

子步骤d、将拟编码信息中预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息替换成二维码图案实际物理宽度尺寸信息并生成最终确定的二维码图案的图案结构。

整个第i步在具体的检查场景中可能体现为：

如图4所示，在检查开始前，被测者输入信息并预备纹理图案。如果使用智能设备，则在智能设备上输入并自动生成二维码图案。如果打印，则在如电脑的输入终端上输入并打印为预设尺寸预备。如图1、图2和图3所示，纹理图案的展示方式可以是被测者双手举持显示有纹理图案的手机、在额头部粘贴纹理图案介质纸片或者将该介质通过支架安装在无镜片眼镜框上。

在检查过程中，被测者站定或坐定在半暗室内，纹理图案（二维码图案）紧贴额头且不遮挡双眼。采集者在其正面，手持智能手机或将其固定在支架上以准备进行采集。采集者通过将相机预览界面上标示的双眼位置与被试者双眼大致对齐以将手机到被试眼距离调整至合适。随后，采集者点击采集按钮。此时，采集软件快速地拍照两张，第一张闪光灯关闭，第二张闪光灯开启。通过软件快速地分析所采集的图像是否达标，若不达标，提示检查者重拍；若达标，则完成拍摄。至此，采集结束，被试者可离开。

在判断达标与否时，可以根据图像中人脸的朝向以及纹理图案的形变情况，判断：1)人脸是否基本正对镜头；2)纹理图案所在平面是否与人脸平面基本同平面。若人脸基本正对镜头，且纹理图案基本与人脸同平面，则认为达标。

如果拍照者没有正对被测者，获取的检测图像出现轻微的侧向畸变，则在步骤i中，还可以包括对所获得的检测图片进行正畸的操作，在正畸操作时，先根据检测图片中二维码图案的正方形形变情况建立相应的透视变换矩阵，再根据透视变换矩阵对检测图片进行正畸，此技术不再赘述。

第ii步，

对采集到的检测图片，可以首先识别图像标度尺，包括其位置、逻辑像素尺寸、亮度和编码信息，并衡量其可靠性。如果使用智能设备显示图形标度装置，由于其主动发光，闪光灯开启的照片中其会发生过曝而可靠性低，闪光灯关闭的照片可靠性高。如果使用打印的版本，则闪光灯关闭的照片中不可见或过暗而可靠性低，闪光灯开启的照片可靠性高。可靠性较高的图片中二维码信息会被后续使用。

通过对检测图片进行图像识别，对纹理图案部分进行读取。如纹理图案为二维码图案或者其它具有类似快速识别功能的图案码，可以直接读取出纹理图案的实际物理宽度尺寸信息L。如果是具有刻度的标尺则可以通过图像识别功能识别出其实际物理尺寸信息。同时计算出检测图片中纹理图案在宽度方向上的像素宽度w。具体的通过定位到纹理图案在检测图片中的位置，获取其像素尺寸。例如，对于二维码，读取其坐下角的像素点坐标(x1,y1)，以及右下角的像素点坐标(x2,y2)，通过计算w = sqrt((x1-x2)^2+(y1-y2)^2)得到其像素宽度。

如果二维码图案中还具有其它关于被测者的身份信息，则可以一并读取，实现自动录入，减少人工录入工作并且能够杜绝人工登记出现的错误。

第iii步，

识别出检测图片中被测者两个瞳孔中心点的像素位置。如图5所示，识别被测者双眼位置的方法为以深度学习为代表的模式识别，需要预先训练一个能够识别双眼位置的模型，并应用在待处理图像上，即可估算出双眼的位置和范围。虹膜定位的方法为：考虑到虹膜与皮肤颜色显著相异，圆形的虹膜周围的巩膜(俗称眼白) 固定为白色，并且两者间存在显著的亮度对比(亚洲人虹膜通常是黑色，对比尤为明显)，通过结合计算亮度值梯度进行边界检测和霍夫圆变换或其他圆形识别算法，即在每只眼的范围内计算、搜索最为接近圆或圆弧的几何图像边界并将之确定为虹膜边界，对应的圆心即为瞳孔中心。

计算出两个瞳孔中心点之间的像素距离d。具体为：读取左眼瞳孔中心的像素点坐标(x3,y3)，以及右眼瞳孔中心的像素点坐标(x4,y4)，通过计算d = sqrt((x3-x4)^2+(y3-y4)^2)得到瞳孔中心间的像素距离。

第iv步，

通过纹理图案宽度方向上的像素宽度w与其实际物理宽度尺寸L计算出比例关系系数r= w/L。

通过该比例关系系数r与被测者两个瞳孔中心点之间的像素距离d计算出被测者实际的瞳距信息pd，（pd = d/r =d*L/w）。瞳距信息可以以毫米为单位计。

实施例二

本实施例是在实施例一中方法基础上的应用，具体一种瞳距测量系统，包括，图像获取装置、像素点计数模块和瞳距计算模块。

图像获取装置，其适于获得一张同时包含有纹理图案与被测者眼部图像的检测图片，纹理图案被水平放置到与被测者眼部位于同一纵向平面内的，纹理图案承载有能够被机器视觉所能识别的信息，信息包括该纹理图案的实际物理宽度尺寸信息L。

像素点计数模块，其适于读取出纹理图案的实际物理宽度尺寸信息，计算出检测图片中纹理图案在宽度方向上所占的像素宽度w。识别出检测图片中被测者两个瞳孔中心点的像素位置并计数出两个瞳孔中心点之间的像素距离d。

瞳距计算模块，其适于通过纹理图案宽度方向上的像素宽度w与其实际物理宽度尺寸计算L出比例关系系数r，通过该比例关系系数与被测者两个瞳孔中心点之间的像素距离d计算出被测者实际的瞳距信息。

可以作为优选的是：还包括纹理图案生成显示装置，生成显示装置具有液晶显示屏幕，纹理图案的实际物理宽度尺寸信息是根据其所占用屏幕横向上的物理像素点个数并结合该屏幕的硬件DPI参数计算得到。

进一步的，纹理图案生成显示装置为手机，纹理图案为通过手机生成的二维码图案，手机在生成二维码图案时进行以下步骤操作：

a、根据拟编码信息的信息量确定拟生成的二维码图案的逻辑图像分辨率大小，拟编码信息包括预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息；

b、获取屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率，并计得屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率的对应关系；

c、根据上述对应关系及二维码图案的逻辑图像分辨率大小计算出二维码图案横向占用屏幕的物理像素点个数，再结合该屏幕的硬件DPI参数计算出二维码图案实际物理宽度尺寸信息；

d、将拟编码信息中预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息替换成二维码图案实际物理宽度尺寸信息并生成最终确定的二维码图案的图案结构。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种瞳距测量方法，包括以下特征步骤：

i、获得一张同时包含有纹理图案与被测者眼部图像的检测图片，所述纹理图案被水平放置到与被测者眼部位于同一纵向平面内的，所述纹理图案承载有能够被机器视觉所能识别的信息，所述信息包括该纹理图案的实际物理宽度尺寸信息；

ii、读取出所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息；计算出所述检测图片中纹理图案在宽度方向上的像素宽度；

iii、识别出所述检测图片中被测者两个瞳孔中心点的像素位置并计算出所述两个瞳孔中心点之间的像素距离；

iv、通过纹理图案宽度方向上的像素宽度与其实际物理宽度尺寸计算出比例关系系数，通过该比例关系系数与被测者两个瞳孔中心点之间的像素距离计算出被测者实际的瞳距信息。

2.根据权利要求1所述瞳距测量方法，其特征在于：所述纹理图案用于显示在手机屏幕上，所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息是根据其所占用屏幕横向上物理像素点个数并结合该屏幕的硬件DPI参数计算得到。

3.根据权利要求2所述瞳距测量方法，其特征在于：在所述步骤i中，所述纹理图案为通过手机生成的二维码图案，生成所述二维码图案时包括以下子步骤

a、根据拟编码信息的信息量确定拟生成的二维码图案的逻辑图像分辨率大小，所述拟编码信息包括预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息；

b、获取屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率，并计得屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率的对应关系；

c、根据上述对应关系及二维码图案的逻辑图像分辨率大小计算出所述二维码图案横向占用屏幕的物理像素点个数，再结合该屏幕的硬件DPI参数计算出二维码图案实际物理宽度尺寸信息；

d、将拟编码信息中预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息替换成二维码图案实际物理宽度尺寸信息并生成最终确定的二维码图案的图案结构。

4.根据权利要求3所述瞳距测量方法，其特征在于：所述拟编码信息还包括用于被自动录入的被测者身份信息。

5.根据权利要求1所述瞳距测量方法，其特征在于：所述纹理图案为二维码图案，在所述步骤i中，还包括对所获得的检测图片进行正畸的操作，在所述正畸操作时，

先根据检测图片中二维码图案的正方形形变情况建立相应的透视变换矩阵，

再根据所述透视变换矩阵对所述检测图片进行正畸。

6.根据权利要求1所述瞳距测量方法，其特征在于：在所述步骤i中，所述纹理图案被打印在平面介质上，所述平面介质用于粘贴在被测者的脸上。

7.根据权利要求1所述瞳距测量方法，其特征在于：在所述步骤i中，所述纹理图案被打印在平面介质上，还包括一副供被测者佩戴的眼镜框，所述眼镜框的顶部设有用于水平固定所述平面介质的支架。

8.一种瞳距测量系统，其特征在于：包括

图像获取装置，其适于获得一张同时包含有纹理图案与被测者眼部图像的检测图片，所述纹理图案被水平放置到与被测者眼部位于同一纵向平面内的，所述纹理图案承载有能够被机器视觉所能识别的信息，所述信息包括该纹理图案的实际物理宽度尺寸信息；

像素点计数模块，其适于读取出所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息，计算出所述检测图片中纹理图案在宽度方向上所占的像素宽度；识别出所述检测图片中被测者两个瞳孔中心点的像素位置并计数出所述两个瞳孔中心点之间的像素距离；

瞳距计算模块，其适于通过纹理图案宽度方向上的像素宽度与其实际物理宽度尺寸计算出比例关系系数，通过该比例关系系数与被测者两个瞳孔中心点之间的像素距离计算出被测者实际的瞳距信息。

9.根据权利要求8所述瞳距测量系统，其特征在于：还包括纹理图案生成显示装置，所述生成显示装置具有液晶显示屏幕，所述纹理图案的实际物理宽度尺寸信息是根据其所占用所述屏幕横向上的物理像素点个数并结合该屏幕的硬件DPI参数计算得到。

10.根据权利要求9所述瞳距测量系统，其特征在于：所述纹理图案生成显示装置为手机，所述纹理图案为通过手机生成的二维码图案，所述手机在生成所述二维码图案时进行以下步骤操作

a、根据拟编码信息的信息量确定拟生成的二维码图案的逻辑图像分辨率大小，所述拟编码信息包括预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息；

b、获取屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率，并计得屏幕逻辑分辨率与屏幕物理分辨率的对应关系；

c、根据上述对应关系及二维码图案的逻辑图像分辨率大小计算出所述二维码图案横向占用屏幕的物理像素点个数，再结合该屏幕的硬件DPI参数计算出二维码图案实际物理宽度尺寸信息；

d、将拟编码信息中预设的二维码图案假想物理宽度尺寸信息替换成二维码图案实际物理宽度尺寸信息并生成最终确定的二维码图案的图案结构。