CN110471194A - 人眼前倾角的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人眼前倾角的测量方法，本方法建立图像处理模型，固定人脸及相机的位置及姿态，且相机高度与人眼高度一致，对人眼上下眼眶目标位置进行标记并采集侧脸图像，对采集的图像提取人眼位置特征及标记颜色特征，根据颜色特征进行二值化处理，对目标像素进行从上到下和从左到右的扫描检测，图像中标记区域对角线与自然垂直面的夹角为人眼前倾角，通过反正切函数值求得人眼前倾角值。本方法通过获取人眼图像并对面部待测位置作相应标记，经计算机计算测量，得到人眼前倾角测量数据，其测量过程简单方便，提高测量精度，且方便数据储存。

Description

人眼前倾角的测量方法

技术领域

本发明涉及一种人眼前倾角的测量方法。

背景技术

人眼前倾角指的是当人头部摆正的时候，眼睛上下眼眶连线与自然垂直面的夹角。眼镜的前倾角指的是镜腿处于水平状态时，镜圈平面与自然垂直面的夹角，镜片佩戴的角度会影响实际的眼镜佩戴度数。人眼前倾角的测量在眼镜的设计过程中具有重要的作用，合适的眼镜设计方式是眼镜的前倾角与人眼的前倾角一致，达到最佳的舒适度。但是每个人的面部形状存在差异，因此人眼前倾角的角度也是不一样的。

在传统的眼镜设计过程中，由于厂家的生产限制，眼镜前倾角的值是固定的，大致符合顾客使用就可以了。但是随着生产能力的提高，3D打印机等的出现，眼镜生产可以向个性化定制的方向发展。如果可以测量每个人眼睛的各种参数如前倾角等信息，就可以定制一款个性化的眼镜，对顾客在佩戴眼镜时的舒适度，美观度，健康度就可以起到很重要的作用。而这些信息中，人眼前倾角参数就是很重要的一个部分。

目前对人眼前倾角的测量主要是机械的方法，通过使用各类角度标尺进行测量，通常将角度标尺固定在头部，或采用头戴式的机械角度测量装置实现人眼前倾角；这些测量方式在测量过程中需要进行佩戴调试，并选取合适的测量角度，因此在实际测量过程中会有一定的不便，且测量的精度较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种人眼前倾角的测量方法，本方法通过获取人眼图像并对面部待测位置作相应标记，经计算机计算测量，得到人眼前倾角测量数据，其测量过程简单方便，提高测量精度，且方便数据储存。

为解决上述技术问题，本发明人眼前倾角的测量方法包括如下步骤：

步骤一、将人头部和相机的相对位置固定，相机高度与人眼高度一致，相机镜头与人侧脸方向平行；

步骤二、相机采集人眼部位标准区域的图像并显示，校正相机位置及姿态，使人眼部位标准区域的显示图像与实际图像一致；

步骤三、对相机镜头一侧人眼的上下眼眶目标位置进行标记，通过相机提取经标记的人眼部位图像；

步骤四、将提取的图像变换为二值图像，对二值图像进行从上到下和从左到右的扫描检测，在发现第一行和第一列不全为零处停止，将该处之前扫描到的部分删除；

步骤五、对删除后的图像旋转180度继续进行同样的扫描检测操作，最后获得一个n×m像素的图像，该图像中的标记区域对角线与自然垂直面的夹角为人眼前倾角，则m与n比值的反正切函数值为所求的人眼前倾角值。

进一步，所述人眼上下眼眶目标位置采用有色胶带黏贴标记，且有色胶带颜色与背景颜色对比明显，无色彩失真。

进一步，所述人头部位置采用设于支架的额托和颚托固定。

进一步，所述相机提取经标记的人眼部位图像的分辨率为r×c，则包括标记在内的眼睛位置坐标在(r₁，c₁)至(r₂，c₂)的矩形区域之间，对图像进行处理并裁剪获得人眼部位目标位置的图像。

进一步，所述提取的图像变换为二值图像过程为，对图像中目标颜色的rgb 值进行提取，其中，白天颜色的rgb值范围为(r_白，g_白，b_白)，晚上颜色的 rgb值范围为(r_黑，g_黑，b_黑)，分别对符合白天颜色和晚上颜色的像素计数并且记为m_白和m_黑，若m_白>m_黑，则同时符合白天颜色rgb值的像素修改为255，其他像素的像素值修改为0；若m_黑>m_白，则同时符合晚上颜色rgb值的像素修改为255，其他像素的像素值修改为0。

进一步，在对二值图像进行从上到下和从左到右的扫描检测时，当发现出现255像素的第一行和出现255像素的第一列停止，记扫描过的行数为r₃、列数为c₃，对原图像从左到右删除c₃列，从上到下删除r₃行，之后图像进行180 度旋转，进行同样的扫描检测操作，记扫描过的行数为r₄、列数为c₄；则获得的人眼前倾角计算如下：

其中，r、c分别为人眼部位图像的横纵分辨率，r₁、c₁及r₂、c₂为包括标记在内的眼睛位置坐标，r₃、c₃为二值图像扫描检测时出现255像素后已扫描的行数和列数，r₄、c₄为图像旋转后扫描的行数和列数，m、n为图像二值化后图像的横纵像素。

由于本发明人眼前倾角的测量方法采用了上述技术方案，即本方法建立图像处理模型，固定人脸及相机的位置及姿态，且相机高度与人眼高度一致，对人眼上下眼眶目标位置进行标记并采集侧脸图像，对采集的图像提取人眼位置特征及标记颜色特征，根据颜色特征进行从上到下和从左到右的扫描检测，图像中标记区域对角线与自然垂直面的夹角为人眼前倾角，通过反正切函数值求得人眼前倾角值。本方法通过获取人眼图像并对面部待测位置作相应标记，经计算机计算测量，得到人眼前倾角测量数据，其测量过程简单方便，提高测量精度，且方便数据储存。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明人眼前倾角的测量方法中人头部和相机位置固定示意图；

图2为本方法中人眼部位标准区域图像采集示意图。

具体实施方式

实施例如图1和图2所示，本发明人眼前倾角的测量方法包括如下步骤：

步骤一、将人头部1和相机2的相对位置固定，相机2高度与人眼高度一致，相机2镜头与人侧脸方向平行；

步骤二、相机2采集人眼部位标准区域的图像并显示，校正相机2位置及姿态，使人眼部位标准区域的显示图像与实际图像一致；

步骤三、对相机2镜头一侧人眼的上下眼眶目标位置进行标记3、4，通过相机2提取经标记的人眼部位图像；

步骤四、将提取的图像变换为二值图像，对二值图像进行从上到下和从左到右的扫描检测，在发现第一行和第一列不全为零处停止，将该处之前扫描到的部分删除；

步骤五、对删除后的图像旋转180度继续进行同样的扫描检测操作，最后获得一个n×m像素的图像，该图像中的标记区域对角线5与自然垂直面6的夹角为人眼前倾角，则m与n比值的反正切函数值为所求的人眼前倾角值。

优选的，所述人眼上下眼眶目标位置采用有色胶带黏贴标记，且有色胶带颜色与背景颜色对比明显，无色彩失真。

优选的，所述人头部1位置采用设于支架11的额托12和颚托13固定。

优选的，所述相机2提取经标记的人眼部位图像的分辨率为r×c，则包括标记在内的眼睛位置坐标在(r₁，c₁)至(r₂，c₂)的矩形区域之间，对图像进行处理并裁剪获得人眼部位目标位置的图像。

优选的，所述提取的图像变换为二值图像过程为，对图像中目标颜色的rgb 值进行提取，其中，白天颜色的rgb值范围为(r_白，g_白，b_白)，晚上颜色的 rgb值范围为(r_黑，g_黑，b_黑)，分别对符合白天颜色和晚上颜色的像素计数并且记为m_白和m_黑，若m_白>m_黑，则同时符合白天颜色rgb值的像素修改为255，其他像素的像素值修改为0；若m_黑>m_白，则同时符合晚上颜色rgb值的像素修改为255，其他像素的像素值修改为0。

优选的，在对二值图像进行从上到下和从左到右的扫描检测时，当发现出现255像素的第一行和出现255像素的第一列停止，记扫描过的行数为r₃、列数为c₃，对原图像从左到右删除c₃列，从上到下删除r₃行，之后图像进行180 度旋转，进行同样的扫描检测操作，记扫描过的行数为r₄、列数为c₄；则获得的人眼前倾角计算如下：

其中，r、c分别为人眼部位图像的横纵分辨率，r₁、c₁及r₂、c₂为包括标记在内的眼睛位置坐标，r₃、c₃为二值图像扫描检测时出现255像素后已扫描的行数和列数，r₄、c₄为图像旋转后扫描的行数和列数，m、n为图像二值化后图像的横纵像素。

本方法在人脸姿态，相机姿态及相机与人脸相对位置全部固定时，采集侧脸图像，并对人眼上下眼眶位置作出标记，通过对标记的检测计算标记的角度就可以获得人眼前倾角。人眼上下眼眶位置使用有色胶带进行黏贴，有色胶带使用与背景颜色差异较大的颜色。在图像采集前对相机进行标定，对校正区域进行图像采集，并不断调整相机姿态直到图像中的校正区域在采集到的图像中符合标准图像。之后对采集的图像进行处理，提取人眼位置特征、标记颜色特征以及标记颜色区域中的对角线角度值，从而得到人眼前倾角。本方法通过图像的采集处理直接获得人眼前倾角值，提高了人眼前倾角测量的效率，为眼镜镜框倾角的设计提供了一种简便、精确的测量方法。

如图1和图2所示，在实际测量过程中，通过设置于支架11的额托12和颚托13固定人头部1，并在一侧固定相机2，相机2高度与人眼高度一致，相机2的镜头与人侧脸方向平行，对相机2位置和姿态进行校正，显示标准区域的图像，调整相机位置和姿态直到标准区域显示的图像与实际标准图像重合，之后对人眼上下眼眶目标位置作出标记3、4，并进行图像采集。以获得 2240×3968大小的图像为例，人眼上下眼眶目标位置标记3、4的连线5与自然垂直面6的夹角即为所求的人眼前倾角。

使用MATLAB工具对所采集的图像进行处理，第一步为颜色的提取，以蓝色标记为例，白天蓝色的rgb值分别为(17-25，25-50，17-25)，晚上蓝色的rgb值分别为(0-40，45-80，55-150)。对原图像进行全局的像素检测，对每一个像素点进行rgb值的检测，将符合白天蓝色的点的像素数目与符合晚上蓝色的点的像素数目进行比较，若白天蓝色点多，则提取符合白天蓝色点的像素，并设置其像素值为255，其他像素值设置为0；若晚上蓝色点多，则提取符合晚上蓝色点的像素，并设置其像素值为255，其他像素值设置为0；第二步为在处理后图像上进行眼睛位置区域的裁剪，假设获得包括标记在内的 450×300大小的图像，在450×300大小的图像上进行像素值的从左到右的扫描，当扫描到出现255值的列时停止，记录此时的扫描列数假设为20，继续进行从上到下的扫描，在扫描到出现255值的行时停止，记录此时的扫描行数假设为30，对该图像进行180度的旋转，在旋转之后，继续进行从上到下和从左到右的扫描，假设获得扫描过的行数和列数分别为16和60，则人眼前倾角可通过下式计算得到，

本方法实际操作较为简单，测量对象只需要在面部待测位置作出标记就可以完成测量，测量计算可直接通过计算机实现，对测量数据的保存整理有很大的便利性。与传统的机械测量方式相比较，本方法以数字化为基础，所采集的图像中包含大量的信息，经图像处理即可获得人眼前倾角的信息，有效提高测量效率及精度，将传统机械式测量方式变换为图像处理方式，减少了人工劳动，测量结果保存在计算机内，方便进行数据的提取和整理，具有非常实际的应用前景。

Claims (6)

1.一种人眼前倾角的测量方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、将人头部和相机的相对位置固定，相机高度与人眼高度一致，相机镜头与人侧脸方向平行；

步骤二、相机采集人眼部位标准区域的图像并显示，校正相机位置及姿态，使人眼部位标准区域的显示图像与实际图像一致；

步骤三、对相机镜头一侧人眼的上下眼眶目标位置进行标记，通过相机提取经标记的人眼部位图像；

步骤四、将提取的图像变换为二值图像，对二值图像进行从上到下和从左到右的扫描检测，在发现第一行和第一列不全为零处停止，将该处之前扫描到的部分删除；

步骤五、对删除后的图像旋转180度继续进行同样的扫描检测操作，最后获得一个n×m像素的图像，该图像中的标记区域对角线与自然垂直面的夹角为人眼前倾角，则m与n比值的反正切函数值为所求的人眼前倾角值。

2.根据权利要求1所述的人眼前倾角的测量方法，其特征在于：所述人眼上下眼眶目标位置采用有色胶带黏贴标记，且有色胶带颜色与背景颜色对比明显，无色彩失真。

3.根据权利要求1或2所述的人眼前倾角的测量方法，其特征在于：所述人头部位置采用设于支架的额托和颚托固定。

4.根据权利要求3所述的人眼前倾角的测量方法，其特征在于：所述相机提取经标记的人眼部位图像的分辨率为r×c，则包括标记在内的眼睛位置坐标在(r₁，c₁)至(r₂，c₂)的矩形区域之间，对图像进行处理并裁剪获得人眼部位目标位置的图像。

5.根据权利要求4所述的人眼前倾角的测量方法，其特征在于：所述提取的图像变换为二值图像过程为，对图像中目标颜色的rgb值进行提取，其中，白天颜色的rgb值范围为(r_白，g_白，b_白)，晚上颜色的rgb值范围为(r_黑，g_黑，b_黑)，分别对符合白天颜色和晚上颜色的像素计数并且记为m_白和m_黑，若m_白>m_黑，则同时符合白天颜色rgb值的像素修改为255，其他像素的像素值修改为0；若m_黑>m_白，则同时符合晚上颜色rgb值的像素修改为255，其他像素的像素值修改为0。

6.根据权利要求5所述的人眼前倾角的测量方法，其特征在于：在对二值图像进行从上到下和从左到右的扫描检测时，当发现出现255像素的第一行和出现255像素的第一列停止，记扫描过的行数为r₃、列数为c₃，对原图像从左到右删除c₃列，从上到下删除r₃行，之后图像进行180度旋转，进行同样的扫描检测操作，记扫描过的行数为r₄、列数为c₄；则获得的人眼前倾角计算如下：

其中，r、c分别为人眼部位图像的横纵分辨率，r₁、c₁及r₂、c₂为包括标记在内的眼睛位置坐标，r₃、c₃为二值图像扫描检测时出现255像素后已扫描的行数和列数，r₄、c₄为图像旋转后扫描的行数和列数，m、n为图像二值化后图像的横纵像素。