CN110785113A - 用于确定受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的方法以及相关装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定受试者的眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的方法，所述方法包括：‑提供眼睛的几何模型，其中，通过用于所述眼睛的巩膜(30)的一个球面(C1)以及用于所述眼睛的角膜(10)的一个椭圆面(C2)对所述眼睛进行建模，此眼睛的眼睛转动中心的位置是所述巩膜的中心(P1)与所述角膜的顶点(13)之间的距离(d_ERC)并且是基于个人参数集(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)来确定的，所述个人参数集至少包括所述眼睛的第一几何尺寸(D_I)，每个个人参数与所述眼睛转动中心的所述位置不同；‑确定所述受试者的每个个人参数的值；以及‑根据所述几何模型基于所述个人参数的值来确定所述眼睛转动中心的所述位置的第一近似值。本发明还涉及一种用于基于对眼睛转动中心的位置的这种确定来计算用于所述受试者的眼睛的个性化眼科镜片的方法。本发明最后涉及一种用于使用此方法来确定受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的装置。

Description

用于确定受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的方法以及相 关装置

技术领域

本发明涉及验光和光学测量领域。

更精确地，本发明涉及一种用于确定受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的装置和方法。

本发明还涉及一种用于使用此方法来计算眼科镜片的方法。

背景技术

为了给特定受试者定制眼科镜片，需要确定受试者和/或受试者戴着他/她的眼镜时的几何参数、姿势参数以及行为参数。

在这些参数中，确定至少一只眼睛的转动中心的位置。

受试者的每只眼睛的运动通常可以被认为是围绕被称为眼睛的转动中心或“眼睛转动中心”(下文中还被称为ERC)的特定点的转动的组合。

希望确定这个特定点的位置，例如用于通过针对要正确装配到受试者所选的镜架上的矫正镜片的光线跟踪来执行个性化光学设计的计算。

在目前的实践中，可以通过假定眼睛的半径的平均值(通常值为约15毫米(mm))从角膜的位置大致推断出ERC的位置。例如在文件EP 2963482中进行了此类推断，其中，ERC被认为是位于眼睛的角膜顶点后方13mm处。

不幸的是，眼睛的半径在不同受试者之间变化很大，从而这种近似法导致对个性化光学设计计算的针对性非常不利的明显错误。

为了确定ERC的位置，还已知一种基于图像处理的方法，其中，在受试者看向图像捕捉设备的同时通过此图像捕捉设备捕捉配备有参照配件的受试者的至少两个面部图像。

这些图像被处理以确定ERC。参照配件给予受试者的头部与图像捕捉装置的相对位置的信息。

在文件US 2013/083976中披露了另一种方法，其描述了例如通过根据使用者的面部的数字图像确定出其两个眼球的中心点的位置来确定使用者(注视监视器屏幕)的头部的位置和相对运动的方法。

如其图6详细示出的，文件US 2013/083976使用基于古尔斯特兰德(Gullstrand)的模型眼、补充有一般生理数据的简单眼睛模型。基本上，文件US 2013/083976确定视虹膜盘(呈现为椭圆形)的中心点并且认为眼球中心点简单地是光轴上的与瞳孔相距一个半径距离的点。

但是，此类方法需要花费时间来执行并且不是特别适合在眼睛护理从业者的商店里快速执行。

而且，此类方法非常精确，然而需要较低水平的精确度来例如辨别ERC的位置位于正常范围之外的那些患者。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种容易实施的方法以便特别是在不需要使用参照配件的情况下快速确定受试者的ERC的位置的近似值。

根据本发明，通过一种用于确定受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的方法来实现上述目的，所述方法包括：

-提供眼睛的几何模型，其中，基于个人参数集来确定此眼睛的眼睛转动中心的位置，所述个人参数集至少包括眼睛的第一几何尺寸，每个个人参数与眼睛的眼睛转动中心的所述位置不同；

-确定所述受试者的每个个人参数的值；以及

-根据所述几何模型基于所述个人参数的值来确定所述受试者的眼睛转动中心的所述位置的第一近似值。

眼睛的“几何模型”理解为适于概括光穿过人眼的光学路径以及还有此眼睛的运动的任何物理模型。

由于人眼的生理结构非常复杂，因此考虑到光穿过眼睛的光学路径所涉及的所有光学表面和物理介质，很难精心制作眼睛的完整几何模型。

有利地，可以使用简单的几何模型，其中，仅通过彼此相嵌的两个球面对眼睛的几何形状进行部分建模(参见Lefohn A等人，“An ocularist's approach to human irissynthesis”，IEEE计算机图形学与应用，第23卷，第6期，2003年11月至12月)。一个球面的第一部分可以被设想为眼睛的巩膜：眼睛转动中心定位在此球面的中心。另一个球面的第二部分可以被设想为眼睛的角膜。

可以使用另一个可能的几何模型，其中，通过用于眼睛的巩膜的一个球面以及用于眼睛的角膜的一个椭圆面对眼睛的几何形状进行建模。在此模型中，眼睛转动的位置可以根据以下来确定：

-眼睛的长度；

-眼睛的虹膜的外直径；

-角膜的偏心率；以及

-眼睛的前房的深度。

角膜的偏心率可以通过使用被称为电脑验光仪(还被称为“AKR”)的设备(例如来自美国公司伟视力的VX120多功能诊断仪)进行测量来找到。

通过此设备，容易地得到角膜的3D轮廓并且可以接着找到以最佳方式对角膜进行建模的椭圆面。

根据本发明的方法的其他有利的且非限制性的特征包括：

-所述个人参数集进一步至少包括所述眼睛的第二几何尺寸，测量所述第一几何尺寸并且评估所述第二几何尺寸；

-所述评估所述第二几何尺寸的步骤包括基于包括若干条目的列表数据来估计所述眼睛的至少一个特定剩余几何尺寸，每个条目包括与所述受试者的至少一个对应个人特征相关联的所述第二几何尺寸的值；

-所述对应个人特征包括所述受试者的年龄、性别、和/或种族；

-所述评估所述第二几何尺寸的步骤包括使用光学模型来估计所述眼睛的所述第二几何尺寸，所述光学模型允许基于所述眼睛的光焦度以及所述受试者的视觉矫正需求来确定所述第二几何尺寸；

-所述眼睛的所述第一几何尺寸包括以下项中的至少一项：所述眼睛的虹膜的外直径；所述眼睛的晶状体的前部形状和/或后部形状；和/或角膜顶点与所述眼睛的所述晶状体或与所述眼睛的瞳孔或所述瞳孔的平面之间的距离；

-所述几何模型是所述眼睛的巩膜和角膜的模型，所述巩膜通过具有第一半径的第一球面进行建模，并且所述角膜通过具有第二半径的第二球面进行建模，所述第一球面和所述第二球面分别具有第一中心和第二中心，所述第一中心和所述第二中心限定所述眼睛的光轴；

-所述方法进一步包括：

-获取所述受试者的所述眼睛的至少一个面部图像；以及

-处理所述至少一个面部图像以从所述至少一个面部图像推导出所述眼睛的虹膜的外直径作为所述眼睛的所述第一几何尺寸；

-所述方法进一步包括：

-将所述眼睛转动中心的位置的所述第一近似值与参考值进行比较；以及

-基于所述比较的结果来确定所述眼睛转动中心的所述位置的第二近似值；

-所述方法进一步包括校准步骤，所述至少一个面部图像包括预定长度的校准比例尺，并且处理步骤包括根据所述面部图像中的所述校准比例尺的尺寸对图像进行处理；

-当所述比较的结果显示所述第一近似值与所述参考值之间的差异大于预定阈值时，所述确定所述眼睛转动中心的位置的所述第二近似值的步骤包括：

-在所述受试者朝两个不同注视方向观看的同时由图像捕捉装置捕捉所述眼睛的至少两个图像；

-在每个图像上标识所述眼睛的瞳孔的图像，并且确定所述瞳孔的图像的、与所述瞳孔的此图像的形状相关联的几何特征；以及

-根据针对所述多个图像中的每个图像确定的所述瞳孔的图像的所述几何特征来确定所述第二近似值。

-当所述比较的结果显示所述第一近似值与所述参考值之间的差异小于预定阈值时，所述确定所述眼睛的所述眼睛转动中心的位置的第二近似值的步骤包括：

-将所述第一近似值提供至几何数据库，所述几何数据库存储多个受试者的所述眼睛转动中心的位置的值；以及

-将所述第二近似值估算为等于所述第一近似值；并且

-所述预定阈值等于0.5毫米、优选地等于0.1毫米。

本发明还涉及一种用于计算用于受试者的个性化眼科镜片的方法，所述方法包括：

-利用根据本发明的确定方法来确定所述受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的第一近似值；

-将所述眼睛转动中心的位置的所述第一近似值与参考值进行比较；以及

-当所述比较的结果显示所述第一近似值与所述参考值之间的差异小于预定阈值时，基于所述受试者的眼睛转动中心的位置的第一近似值来计算所述个性化眼科镜片。

本发明最后涉及一种用于确定受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的装置。

根据本发明，所述装置包括：

-图像捕捉设备，所述图像捕捉设备被配置用于获取所述眼睛的包括所述校准比例尺的至少一部分的至少一个面部图像；

-图像处理器件，所述图像处理器件被配置用于处理所述至少一个面部图像以确定所述眼睛的虹膜的外直径的测量值；以及

-计算器件，所述计算器件被配置用于根据所述眼睛的虹膜的外直径的所述值以及眼睛的几何模型来确定所述眼睛转动中心的所述位置的第一近似值，其中，基于个人参数集来确定眼睛的眼睛转动中心的位置，所述个人参数集至少包括眼睛的虹膜的外直径，每个个人参数与眼睛转动中心的所述位置不同。

所述装置进一步包括校准系统。

在第一实施例中，校准系统包括预定尺寸的校准比例尺，图像捕捉设备进一步被配置用于获取眼睛的包括所述校准比例尺的至少一部分的至少一个面部图像。

在第二实施例中，校准系统包括图像捕捉设备，所述图像捕捉设备被配置用于获取所述眼睛的两个不同的面部图像，图像处理器件被配置用于基于两个不同的面部图像来确定所述眼睛的虹膜的外直径的测量值。

例如，在所述第二实施例中，图像捕捉设备包括彼此间隔开预定分开距离的第一图像捕捉设备和第二图像捕捉设备，每个图像捕捉设备被配置用于获取所述眼睛的至少一个面部图像。

具体实施方式

以被视为非限制性实例的附图进行充实的以下描述将有助于理解本发明并明白其是如何实现的。

在附图中：

-图1是受试者的眼睛的结构的截面视图；

-图2是用于本发明的一个几何模型的示意图；

-图3是通过根据本发明的装置所获取的受试者的眼睛的面部图像；

-图4是用于受试者的眼睛的光学模型的近轴表示；

-图5是示出了眼睛长度随着60岁的受试者的虹膜的外直径而变化的曲线；

-图6是示出了眼睛转动中心的位置随着受试者的年龄和受试者的视觉矫正需求而变化的3D图。

图1中展示了人眼1(受试者的两只眼睛中的一只，所述受试者在图1中未表示)的简化生理结构的截面视图。此结构基本上很好地近似为绕光轴3的旋转形状，所述光轴3穿过眼睛1的眼睛转动中心2(下文中用ERC表示)。

众所周知，眼睛1主要包括角膜10、具有可变光焦度的眼内晶状体20(下文中被称为晶状体20)、以及巩膜30。

角膜10由两个表面11、12形成：前(前面的)面11以及后(后面的)面12。在几何学上，这些表面实际上非常复杂，例如是非球面的，然而在实践中并且在本申请的框架中，将假设前面11和后面12是大致球形表面，以所述光轴3为旋转轴线(两个球面的相应中心在此光轴上)，所述光轴3与所述表面11、12在点13、19(参见图1)处交叉。在下文中，交叉点13将被称为角膜10的“顶点”。在光学上，角膜10的前面11和后面12形成具有半径R_C,1和R_C,2的两个光学球面(凹面)屈光度，所述屈光度在图1所选的几何惯例(参见此图的顶部处的箭头，其指示了传播光的方向)的情况下在此具有正值。

角膜10的正后方是眼睛1的前房14，前房含有液体(“房水”)，所述液体是折射率n_AH为大约1.33的光学透明介质。因此，此前房14从后面12延伸到晶状体20的前面21，所述前面21压靠眼睛1的虹膜18(虽然图1中为了清楚起见而不是这种情况)，使得晶状体20的前面21与眼睛1的瞳孔15大致共面。“前房深度”(下文中还被称为“ACD”)是从角膜10的后顶点19到晶状体20的前顶点24的距离d_AC。此距离d_AC通常包含在3mm与4mm之间、并且随着受试者的年龄而减小(参见下文)。眼睛1的虹膜18紧贴到角膜10上并且在两个过渡区域16、17处的巩膜30还被称为眼睛1的“角膜缘”。

与角膜10类似，晶状体20由绕光轴3的两个旋转表面21、22形成：晶状体20的前面21和后面22。这些晶状体表面21、22不仅具有非常复杂的形状(通常是非球面的)，而且还随着眼睛1的调节而改变形状(通过改变前表面21和后表面22的前部和/或形状来增大眼睛1的光焦度)。为了简单起见，将认为在以下描述中，眼睛1在此处于静止，即没有进行调节并且具有最低光焦度。在此构型中，晶状体20在晶状体20的前顶点24与后顶点25之间的基厚度t_L包含在3mm到5mm之间(晶状体20的厚度t_L也随着调节而变化)。在光学上，晶状体20的前面21和后面22形成被晶状体20的基厚度t_L分开的、具有半径R_L,1(凹面，为正)和R_L,2(凹面，为负)的两个光学球面屈光度。

眼睛1的其他部分由巩膜30和玻璃体32形成，巩膜占据眼睛1的圆周的大约5/6^th，玻璃体基本上是透明的水性液体，所述水性液体容纳在眼睛1中、填充晶状体20的后面22与视网膜31之间包括的空间，视网膜部分地覆盖巩膜30的内表面。眼睛1的光轴3与视网膜31在中央凹区33(也被称为中央凹)处交叉，中央凹区是视网膜31具有最高视敏度(最高浓度的敏感光受体)的区域，受试者看到的物体或人的图像光学上形成在此区域。

ERC 2在光轴3上、与角膜10的顶点13以及巩膜30的中央凹33对齐。从顶点13到中央凹33的距离L_E(参见图2)被称为眼睛1的“长度”并且通常包含在20mm与30mm之间、更常见地在22mm与27mm之间。ERC 2的位置可以例如通过角膜10的顶点13与ERC 2之间的距离d_ERC(参见图1)的原始数据来决定。

可以看到，人眼1的上述结构相当复杂。ERC 2的位置可能难以直接确定，不仅是因为ERC 2在眼睛1内部，而且还因为其实际位置取决于许多其他参数，其中大多数参数(如前房深度d_AC、晶状体厚度t_L、眼睛长度L_E)难以直接测量。直接测量是指例如用简单的刻度尺进行简单的几何测量。

因此，本发明的一个目的是允许通过直接测量受试者的眼睛1的至少一个几何尺寸来间接确定ERC 2的位置。

更精确地，根据本发明，提出了一种用于确定受试者的眼睛1的ERC 2的位置的方法，所述方法包括以下步骤：

-提供眼睛的几何模型，其中，基于个人参数集来确定眼睛转动中心的位置，所述个人参数集至少包括眼睛的第一几何尺寸，每个个人参数与眼睛的眼睛转动中心的所述位置不同；

-确定所述受试者的每个个人参数的值；以及

-根据所述几何模型基于所述个人参数的值来确定所述受试者的眼睛转动中心的所述位置的第一近似值。

在本发明的在此呈现的优选实施例中，个人参数集仅包括眼睛1的几何尺寸。

图2中表示了图1的眼睛1的可能的几何模型。此几何模型建立在巩膜30和角膜10分别是第一球面和第二球面的一部分的假设上。

更精确地，此几何模型是眼睛1的巩膜30和角膜10的模型，所述巩膜30通过具有第一半径R₁的第一球面(参见图2中绘制的第一圆C₁)进行建模(参见图2)，并且所述角膜10通过具有小于第一半径R₁的第二半径R₂(R₂<R₁)的第二球面(参见图2中绘制的第二圆C₂)进行建模，所述第一球面和所述第二球面分别具有第一中心P₁和第二中心P₂，所述第一中心P₁和所述第二中心P₂在限定眼睛1的光轴3的直线A上对齐。

如图2明显示出的，两个中心P₁与P₂之间的距离P₁P₂使得P₁P₂<(R₁2-R₂2)^1/2。在图2中还注意到，这两个球面用两个圆C₁、C₂表示，其用实线(---)绘制的部分分别对应于角膜10和巩膜30。圆C₁、C₂的在图2中用虚线(--)绘制的部分没有物理实体并且仅出于理解目的而在此表示。

在此简单的几何模型中，ERC 2定位在第一圆C₁的中心P₁处。通过此几何模型，认为图1中的眼睛1的角膜缘16、17对应于第一圆C₁与第二圆C₂的交叉点P₆、P₇。连接交叉点P₆、P₇的线段[P₆P₇]可以被认为与眼睛1的瞳孔15和虹膜18处于同一平面上：所述平面在点P₅处垂直穿过直线A(即光轴3)。

容易理解的是，在此简单的几何模型中仅存在三个自由度：

i)第一圆C₁(对巩膜30和中央凹33进行建模)的第一半径R₁(R₁＝P₁P₄)；

ii)第二圆C₂(对角膜10和顶点13进行建模)的第二半径R₂(R₂＝P₂P₃)；以及

iii)第二圆C₂的中心P₂(没有物理意义)与第一圆C₁的中心P₁(与眼睛1的ERC 2相对应)之间的距离d₂₁＝P₂P₁。

然而，这三个几何尺寸R₁、R₂、d₂₁不可以简单的方式在受试者上直接测量。于是，更喜欢围绕以下三个几何尺寸重建图1的眼睛1的几何模型，即(参见图2)：

i’)点P₃(即顶点13)与点P₄(即中央凹33)之间的距离：此距离是眼睛1的几何尺寸、或眼睛长度L_E；

ii’)点P₃与点P₅(可以被认为是晶状体20的前顶点24)之间的距离：此距离是前房14的几何尺寸，即前房深度d_AC；以及

iii’)点P₆(上角膜缘)与点P₇(下角膜缘)之间的距离：此距离是受试者的眼睛1的虹膜18的几何尺寸，更精确地是其外直径D_I。

计算出图2的三角函数，可以示出三个几何尺寸L_E、d_AC、D_I与ERC 2(在几何上位于第一圆C₁的中心P₁)的位置(例如从角膜10的顶点13到ERC 2的距离d_ERC)之间的以下关系(被称为公式(1))：

因此，确定ERC 2的位置的问题等同于确定重建的几何模型的三个几何尺寸L_E、d_AC、D_I的问题。

在所选的几何尺寸L_E、d_AC、D_I中，虹膜18的外直径D_I可以容易地进行几何测量。因此可以将虹膜18的外直径D_I选择为要在几何模型中包括的受试者的眼睛1的第一几何尺寸。

在优选实施例中，测量虹膜18的外直径D_I的第一值的步骤包括：

-图像获取的第一子步骤，其中，获取受试者的所述眼睛1的面部图像4(参见图3)，所述面部图像4包括预定长度的校准比例尺5(在图3的情况下为1mm，意味着无论面部图像4中的实际长度是多少，比例尺5的真实长度为1mm)；以及

-图像处理的第二子步骤，其中，处理面部图像4(通常是数字图像)以从所述面部图像4和面部图像4中的所述校准比例尺5的尺寸(即其实际长度)推导出虹膜18的外直径D_I。

为了实施此方法，本发明还提供了一种用于确定受试者的眼睛1的眼睛转动中心2的位置d_ERC的装置，所述装置包括：

-类似图3中绘制的预定长度的校准比例尺；

-例如数码相机等图像捕捉设备，所述图像捕捉设备被配置用于获取眼睛的包括所述校准比例尺的至少一部分的至少一个面部图像；

-图像处理器件，所述图像处理器件被配置用于处理面部图像以确定所述眼睛的虹膜的外直径的测量值；以及

-计算器件，所述计算器件被配置用于根据虹膜18的外直径D_I的所述值来确定眼睛转动中心的所述位置的近似值，所述计算器件实施如上所述的用于确定眼睛转动中心的所述位置的方法。

本装置显然不限于校准比例尺，并且可以设想将被配置为使得计算器件可以基于眼睛的面部图像来确定眼睛转动中心的位置的近似值的任何其他校准系统。

因此，计算器件包括受试者的眼睛的几何模型，例如上述模型(2球面模型)。

图像处理器件和计算器件可以是接收来自图像捕捉设备的面部图像的计算机。

在另一个实施例中，用于确定受试者的眼睛的眼睛转动中心的位置的装置包括：

-彼此间隔开预定分开距离的第一图像捕捉设备和第二图像捕捉设备，每个图像捕捉设备被配置用于获取所述眼睛的至少一个面部图像；

-图像处理器件，所述图像处理器件被配置用于处理由两个图像捕捉设备所获取的两个面部图像以确定所述眼睛的虹膜的外直径的测量值；以及

-计算器件，所述计算器件被配置用于根据所述眼睛的虹膜的外直径的所述值来确定眼睛转动中心的所述位置的近似值。

在本申请人名下的文件WO 2015/101737中描述了此类装置。

在方法的变体中，测量虹膜18的外直径D_I的第一值的步骤可以包括：

a)确定受试者的两只眼睛之间的真实瞳孔间距(这可以在眼镜店容易地完成)；

b)获取受试者的整个面部的面部图像，所述图像包括受试者的两只眼睛的图像；

c)估计整个面部的面部图像中的眼睛的两个图像之间的瞳孔间距的实际尺寸；以及

d)从瞳孔间距推导出眼睛的外直径D_I的值。

接着，在根据本发明的方法中，评估几何模型的剩余几何尺寸的剩余值，即眼睛长度L_E；以及前房深度d_AC(在图2中点P₃与P₅之间的距离)。

在本发明的在此描述的优选实施例中，基于在大量受试者中收集的列表数据来估计前房深度d_AC。前房深度可以使用称为电脑验光仪(auto kerato-refractometer)(还被称为“AKR”)的设备((例如来自美国公司伟视力(Visionix)的VX120多功能诊断仪(Multi-Diagnostic Unit))测得。

有利地，可以基于受试者的年龄、性别和/或种族来对前房深度的测量值进行分类，使得可以内插和/或外推数学规则以根据受试者的这些个人参数评估前房深度d_AC的值。

在此阶段，得到：

1)受试者的眼睛1的虹膜18的外直径D_I的测得的第一值；以及

2)基于取决于受试者的个人参数的列表数据的前房深度d_AC的评估值。

根据以上Eq.1，现在将评估眼睛长度L_E的值以便确定受试者的眼睛1的ERC 2的位置(在此为距离d_ERC，参见图2)。

与前房深度d_AC类似，可以基于最终取决于受试者的个人参数的其他列表数据来估算眼睛长度L_E。

然而，在这里描述的优选实施例中，使用光学模型来估计眼睛长度L_E，所述光学模型允许基于所述眼睛1的客观光焦度P_E以及所述受试者的视觉矫正的主观需求K(光焦度P_E和视觉矫正的需求K都用屈光度表示)来确定所述眼睛长度L_E。

同样，所述眼睛1的光焦度P_E可以被直接测得(使用例如相同的设备VX110)或使用最终取决于受试者的个人参数的列表数据直接估计出。

在此，优选使用眼睛1的完整光学模型，其中，可以根据眼睛1的几何参数和光学参数以近轴近似法来计算眼睛长度L_E，所述眼睛长度是角膜10的顶点13与巩膜30的中央凹33之间的几何距离。

在图4中已经以近轴近似法表示了受试者的眼睛1的示意性光学图，所述受试者在此具有与受试者的视觉矫正需求K相对应的矫正眼科镜片6。

在此图4中的不同参考如下：

-n₀：环境空气的折射率；

-n_K：矫正眼科镜片6的折射率

-S_K,1和R_K,1：眼科镜片6的第一屈光度(空气/镜片)的顶点和曲率半径；

-S_K,2和R_K,2：眼科镜片6的第二屈光度(镜片/空气)的顶点和曲率半径；

-d_VO：眼科镜片6与眼睛1之间的距离；

-e_C、n_C：角膜10的厚度和折射率；

-S_C,1和R_C,1：角膜10的第一屈光度(空气/角膜)的顶点和曲率半径；

-S_C,2和R_C,2：角膜10的第二屈光度(角膜/空气)的顶点和曲率半径；

-n_AH：房水的折射率；

-d_AC：前房深度；

-e_L、n_L：眼内晶状体20的厚度和折射率；

-S_L,1和R_L,1：角膜10的第一屈光度(房水/晶状体)的顶点和曲率半径；

-S_L,2和R_L,2：角膜10的第二屈光度(晶状体/玻璃体液)的顶点和曲率半径；

-n_VH：玻璃体液的折射率；

-F’_SYS：眼科镜片形成的整个光学系统的图像焦距。通过其屈光矫正并且静止，眼睛1使得F’_SYS定位在视网膜平面7上(近轴近似)、更精确地在中央凹33处。

根据图4，清楚的是，眼睛长度L_E是从角膜10的顶点S_C,1(图1的顶点13)到图像焦距F’_SYS(图1的中央凹33)的距离：

角膜10以及其两个顶点S_C,1和S_C,2可以以近轴近似法通过具有光焦度P_C的有中心的系统进行建模，所述光焦度由众所周知的古尔斯特兰德方程给出：

并且，主点H_C(物方)和H’_C(像方)由以下方程给出：

以相同的方式，晶状体20以及其两个顶点S_L,1和S_L,2可以以近轴近似法通过具有光焦度P_L的有中心的系统进行建模，所述光焦度由古尔斯特兰德方程给出：

并且其中，主点H_L(物方)和H’_L(像方)使得：

使用公式(6)和(10)，得到：

并且通过以下公式得到眼睛1的客观光焦度P_E：

同样，使用古尔斯特兰德方程，推导出眼睛1(由角膜10和晶状体20联合构成)的主点H_E(物方)和H’_E(像方)为：

接着，得到：

通过定义，眼睛的物方焦距f_E和像方焦距f’_E由以下方程给出：

使得：

现在，认为整个光学系统由以下项形成：

-受试者最终配戴的具有光焦度P_K(P_K＝K)的矫正眼科镜片6(如果受试者不需要任何视觉矫正，则P_K＝0)；以及

-受试者的眼睛1，

并且计算此系统的总光焦度P_SYS为：

而且，再次使用古尔斯特兰德方程，得到：

并且，最后，获得最后公式，基于图4的所有光学参数给出了受试者的眼睛长度L_E：

根据这些计算，可以得出以下结论：

A)眼睛长度L_E取决于(参见图4)：

-环境空气的折射率n₀≈1.00；

-眼睛1的所有几何参数或光学参数：e_C、n_C、R_C,1、R_C,2、n_AH、e_L、n_L、R_L,1、R_L,2、n_VH；

-前房深度d_AC；

-镜片-眼睛等效距离

(取决于镜片的几何或光学特性，即e_K、n_K、R_K,1、R_K,2以及镜片-眼睛实际距离d_VO)；以及

-受试者的视觉矫正需求K(P_K＝K)。

B)上述变量n₀、e_C、n_C、R_C,1、R_C,2、n_AH、e_L、n_L、R_L,1、R_L,2、n_VH、d_AC可以使用列表数据测得或估算出，所述列表数据可以最终取决于受试者的个人数据，如年龄、性别和/或种族；

C)如果受试者不需要任何视觉矫正，即K＝0，则P_K＝0并且F′_SYS≡F′_E(P_SYS＝P_E)，使得

图5示出了根据受试者的眼睛1的虹膜18的外直径D_I计算出的眼睛长度L_E的结果的实例。此结果已经使用针对上述变量制表的数据获得，所述变量来自Tan，Bo，“OpticalModeling of Schematic Eyes and the Ophthalmic Applications”-博士学位论文，田纳西大学，2009-http://trace.tennessee.edu/utk_graddiss/63。

已经根据受试者的年龄和受试者的视觉矫正需求K制得列表。以下是在图5的计算中使用的不同变量的表达式：

·n_C＝1.3771

·e_C＝0.55

·R_C,1＝7.75+0.016*K

·R_C,2＝6.5+0.013*K

·n_AH＝1.3374

·d_AC＝3.909-0.0105*年龄

·n_L＝1.42

·e_L＝3.46+0.013*年龄

·R_L,1＝12.283-0.0438*年龄

·R_L,2＝-6.0

·n_VH＝1.336

对于图5，假设其为标准电脑验光仪所使用的公共值。接着针对60岁(年龄＝60)的受试者描绘了眼睛长度L_E的曲线8。

在此图中，可以看到，眼睛长度L_E包含在大约20mm与28mm之间。

而且，可以看到，曲线8是准直线，示出了眼睛长度L_E随着视觉矫正需求K而线性地变化。

最后，根据此图5，重新获得这样的事实，一方面，近视眼睛(需要负矫正焦度，即发散眼科镜片)比“正常”眼睛(不需要矫正焦度，K＝0)长，并且另一方面，远视眼睛(需要正矫正焦度，即会聚眼科镜片)比“正常”眼睛短。

图6示出了受试者的眼睛1的ERC 2的位置dERC随着年龄和视觉矫正需求K(以屈光度为单位)而变化的3D图。

在此图中，重新发现，需要负矫正的近视眼睛(K<0，发散眼科镜片)比没有这种需求(K＝0)的“正常”眼睛长。对于过短的远视眼睛(需求K>0；会聚眼科镜片)同样如此。对于40岁的年龄，看到：

-对于“正常”眼睛(K＝0)，眼睛1的ERC 2的位置d_ERC是大约13.5mm；并且

-对于两种极端情况(K＝-6δ以及K＝+6δ)，位置d_ERC的差异高达2mm(对于大约25mm的眼睛长度而言)。

优选地，在已经执行以上不同步骤来确定ERC 2的位置d_ERC的第一近似值之后，接着将所述第一近似值与例如在几何数据库中找到的参考值d_ERC,ref进行比较，所述数据库存储随着年龄、视觉矫正需求、性别和/或种族等…而变化的大量位置d_ERC的测量值；以及基于所述比较的结果来确定眼睛转动中心的所述位置的第二近似值。

在实践中，当比较的结果显示近似值d_ERC与参考值d_ERC,ref之间的差异Δd_ERC＝|d_ERC-d_ERC,ref|小于预定阈值(等于0.5毫米、优选地等于0.1mm)时，确定所述眼睛的位置的第二近似值的步骤包括：

-将所述第一近似值d_ERC提供给几何数据库，所述几何数据库存储多个受试者的所述眼睛转动中心的位置的值；以及

-将所述第二近似值估算为等于所述第一近似值d_ERC。

相比之下，当比较的结果显示近似值d_ERC与参考值d_ERC,ref之间的差异大于预定阈值时，确定所述眼睛转动中心的位置的第二近似值包括：

-在个体朝两个不同注视方向观看的同时由图像捕捉装置捕捉所述眼睛的至少两个图像；

-在每个图像上标识所述眼睛的瞳孔的图像，并且确定所述瞳孔的图像的、与所述瞳孔的此图像的形状相关联的几何特征；以及

-根据针对所述多个图像中的每个图像确定的所述瞳孔的图像的所述几何特征来确定所述第二近似值。

可以在本申请人名下的未公开的文件EP 16 306 302.7中找到确定所述眼睛转动中心的位置的第二近似值的此步骤的描述。

Claims (14)

1.一种用于确定受试者的眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的方法，所述方法包括：

-提供眼睛(1)的几何模型，其中，通过用于所述眼睛(1)的巩膜(30)的一个球面(C1)以及用于所述眼睛(1)的角膜(10)的一个椭圆面(C2)对所述眼睛(1)进行建模，此眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)是所述巩膜(30)的中心(P1)与所述角膜(10)的顶点(13)之间的距离(d_ERC)并且是基于个人参数集(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)来确定的，所述个人参数集至少包括所述眼睛(1)的第一几何尺寸(D_I)，每个个人参数(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)与所述眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的所述位置不同；

-确定所述受试者的每个个人参数(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)的值；以及

-根据所述几何模型基于所述个人参数(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)的值来确定所述受试者的眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的所述位置(d_ERC)的第一近似值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述个人参数集(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)进一步至少包括所述眼睛(1)的第二几何尺寸(L_E)，测量所述第一几何尺寸(D_I)并且评估所述第二几何尺寸。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述评估所述第二几何尺寸的步骤包括基于包括若干条目的列表数据来估计所述眼睛(1)的至少一个特定剩余几何尺寸，每个条目包括与所述受试者的至少一个对应个人特征相关联的所述第二几何尺寸的值。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述对应个人特征包括所述受试者的年龄(年龄)、性别、和/或种族。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述评估所述第二几何尺寸(L_E)的步骤包括使用光学模型来估计所述眼睛(1)的所述第二几何尺寸(L_E)，所述光学模型允许基于所述眼睛(1)的光焦度(P_E)以及所述受试者的视觉矫正需求(K)来确定所述第二几何尺寸(L_E)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述眼睛(1)的所述第一几何尺寸(D_I)包括以下项中的至少一项：

-所述眼睛(1)的虹膜(18)的外直径(D_I)；

-所述眼睛(1)的晶状体(20)的前部形状和/或后部形状；和/或

-角膜顶点(13)与所述眼睛(1)的所述晶状体(20)或与所述眼睛(1)的瞳孔(15)或所述瞳孔(15)的平面之间的距离(d_AC)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述几何模型是所述眼睛(1)的巩膜(30)和角膜(10)的模型，所述巩膜(30)通过具有第一半径(R₁)的第一球面(C₁)进行建模，并且所述角膜(10)通过具有第二半径(R₂)的第二球面(C₂)进行建模，所述第一球面(C₁)和所述第二球面(C₂)分别具有第一中心(P₁)和第二中心(P₂)，所述第一中心(P₁)和所述第二中心(P₂)限定所述眼睛(1)的光轴(3)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，进一步包括：

-获取所述受试者的所述眼睛(1)的至少一个面部图像(4)；以及

-处理所述至少一个面部图像(4)以从所述至少一个面部图像(4)推导出所述眼睛(1)的虹膜(18)的外直径(D_I)作为所述眼睛(1)的所述第一几何尺寸。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，进一步包括：

-将所述眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的所述第一近似值与参考值(d_ERC,ref)进行比较；以及

-基于所述比较的结果来确定所述眼睛转动中心(2)的所述位置(d_ERC)的第二近似值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述比较的结果显示所述第一近似值与所述参考值之间的差异(Δd_ERC)大于预定阈值时，确定所述眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的第二近似值包括：

-在所述受试者朝两个不同注视方向观看的同时由图像捕捉装置捕捉所述眼睛(1)的至少两个图像；

-在每个图像上标识所述眼睛(1)的瞳孔(15)的图像，并且确定所述瞳孔(15)的图像的、与所述瞳孔(15)的此图像的形状相关联的几何特征；以及

-根据针对所述多个图像中的每个图像确定的所述瞳孔(15)的图像的所述几何特征来确定所述第二近似值。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述比较的结果显示所述近似值与所述参考值之间的差异(Δd_ERC)小于预定阈值时，所述确定所述眼睛(1)的所述眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的第二近似值的步骤包括：

-将所述第一近似值提供给几何数据库，所述几何数据库存储多个受试者的所述眼睛转动中心(2)的位置的值；以及

-将所述第二近似值估算为等于所述第一近似值。

12.一种用于计算用于受试者的个性化眼科镜片(6)的方法，所述方法包括：

-利用根据权利要求1至11中任一项所述的确定方法来确定所述受试者的眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的第一近似值；

-将所述眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的所述第一近似值与参考值(d_ERC,ref)进行比较；以及

-当所述比较的结果显示所述第一近似值与所述参考值之间的差异小于预定阈值时，基于所述受试者的眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的第一近似值来计算所述个性化眼科镜片(6)。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其中，所述预定阈值等于0.5毫米。

14.一种用于确定受试者的眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的位置(d_ERC)的装置，所述装置包括：

-图像捕捉设备，所述图像捕捉设备被配置用于获取所述眼睛(1)的至少一个面部图像(4)；

-图像处理器件，所述图像处理器件被配置用于处理所述至少一个面部图像(4)以确定所述眼睛(1)的虹膜(18)的外直径(D_I)的测量值；以及

-计算器件，所述计算器件被配置用于根据所述眼睛(1)的虹膜(18)的外直径(D_I)的所述值以及眼睛的几何模型来确定所述眼睛转动中心(2)的所述位置(d_ERC)的第一近似值，其中，通过用于所述眼睛(1)的巩膜(30)的一个球面(C1)以及用于所述眼睛(1)的角膜(10)的一个椭圆面(C2)对所述眼睛(1)进行建模，所述眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的位置是所述巩膜(30)的中心(P1)与所述角膜(10)的顶点(13)之间的距离(d_ERC)并且是基于个人参数集(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)来确定的，所述个人参数集至少包括所述眼睛(1)的虹膜(18)的外直径(D_I)，每个个人参数(L_E，d_AC，D_I，年龄，K)与所述眼睛(1)的眼睛转动中心(2)的所述位置(d_ERC)不同。

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