CN114556047A - 用于确定镜架凹槽的外形的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定眼镜架（12）的镜圈（12a）中的镜架凹槽（12c）的外形（34）的方法。该方法包括照亮镜圈（12a）、从不同的预定视角捕获被照亮的镜圈（12a）的多个图像、以及评估所捕获的图像并基于所评估的图像确定镜架凹槽（12c）的空间曲线。该方法的特征在于镜圈（12a）通过定向照明沿镜圈（12a）的整个圆周被照亮。此外，该方法的特征在于所捕获的图像的评估包括基于以下特性中的至少一个特性将所捕获的图像中包含的每个部分分配给该镜架凹槽（12c）的相应表面元素（F1，…，F4）：相应部分的阴影、相应部分的亮度和相应部分的照明的相位角。此外，本发明涉及一种设备（10）、计算机程序、用于研磨眼镜镜片的方法、以及一种用于确定眼镜镜片的几何形状的计算机实现方法。

Description

用于确定镜架凹槽的外形的方法和设备

技术领域

本发明涉及根据相应独立专利权利要求的前序部分所述的用于确定一副眼镜的镜圈中的镜架凹槽的外形的方法和设备。本发明还涉及一种计算机程序产品和用于确定顶焦度的设备的用途和/或用于创建空间分辨焦度图的设备的用途。因此，本发明尤其属于眼镜技术领域。

背景技术

为了研磨眼镜镜片以用于安装目的，即为了使眼镜镜片适应相应眼镜架的镜圈的尺寸，必须测量镜圈的外形，特别是镜圈中的凹槽的外形，使得外形的尺寸和曲线可作为数字信息使用。外形随后用于研磨眼镜镜片。传统上，凹槽或镜圈是通过触觉示踪物测量的，其测量针浸入镜圈的凹槽中，机械地探测镜圈的凹槽并在过程中沿着所谓的轨迹行进。在该过程中确定的信息通常以凹槽的三维坐标的形式提供。通常，所需的测量准确度是约1/10毫米或100 µm，以确保眼镜镜片精确地配合在眼镜架中或凹槽中。

很长一段时间以来，行业内一直期望为用户简化工作流程，特别是避免重新校准触觉示踪物经常需要的探头。已经有一些方法可以为此目的用光学测量代替触觉测量，但没有一种方法能够在经济预算内提供所需的测量准确度和可靠性。

在这种情况下，在确定镜架凹槽的外形时的要求尤其包括能够彼此单独确定眼镜架的两个镜架凹槽的外形，因为眼镜架的制造过程中的公差可能会导致两个镜圈的不对称性超过镜片的研磨公差。特别地，有必要登记导致镜圈之间偏差大于0.1 mm的不对称性。镜架外形的绝对几何不准确度不得超过0.1 mm，使得基于确定的外形研磨的镜片齐平地坐于镜架中，也就是说不会晃动。

另外，必须能够独立于镜架的材料和颜色以及独立于镜架材料的散射或反射率来检测镜圈。

DE 19937647 C1公开了一种用于确定镜架外形的设备和方法，在这种情况下，尝试通过相机和用于产生晃动运动的装置来记录凹槽的不同视图。在这种情况下，晃动运动可以a）由步进电机产生或b）通过安装在相机下方和待测量的镜架下方的可旋转镜子产生。从DE 4019866 A1已知类似的设备。

FR 2763707 A已经公开了一种用于确定一副眼镜的顶焦度和镜架外形的设备，在该设备的范围内，这副眼镜通过平面光源（例如，半透明屏幕）从后面被照亮。镜圈的2D外形是基于相机图像中可见的黑色轮廓确定的，其中一些针以电机驱动的方式或通过弹簧被引入凹槽中，另外确定针的位置以便确定凹槽的外形。

DE 4224640 A公开了旨在用于光学重建被成形为“V”形形式的凹槽的装备。在这种情况下，两条平行光束通过两个光源和适当的光学器件从两个不同的角度射向凹槽，并且反射光或散射光被相机记录下来。“V”的三个区别点是通过三角测量法重建的。在每种情况下，镜架凹槽都通过转动装置移动到测量场中。

US 9316489 B2公开了旨在用于通过激光线、相机、线性驱动器和旋转台将镜架重建为3D模型的装备。在每个图像记录中生成相应的轮廓截面。整个3D模型由整组轮廓截面产生。

DE 19727226 A1公开了一种用于确定凹槽的空间形状的设备，在该设备的范围内，光束或激光束通过偏转镜被引导到凹槽中心。凹槽的空间形状通过三角测量法来确定。在这种情况下，镜架也必须通过旋转台移动。在每个图像记录中生成相应的轮廓截面。

DE 19919311 C1描述了一种用于对眼镜架开口中的凹槽进行无接触式扫描的方法和设备，凹槽在位于眼镜架或眼镜镜片或镜片成型器的开口平面上方或下方的第一平面中被360°扫描，并且也在降低和升高的平面中被扫描。

Bernd Jähne的书第8章：“Digital Image Processing[数字图像处理]”，2002年1月1日，柏林施普林格（Springer Verlag），说明了运动分析中所谓的孔径问题。

此外，已知可以以约0.01 mm的准确度和约30秒的总测量时间（针对16 000个测量点，2个镜架开口）确定一副眼镜的两个镜圈的外形的各种触觉示踪物。在该过程中，可旋转安装的触针沿凹槽被导引。这样做时，力会施加在凹槽上，因此会施加在镜圈上，例如“http://www.ftpuso.com/brochurepdf/Huvitz/HFR-8000.pdf”中描述的，2019年9月30日检索。

没有一种已知的方法或设备能够在短时间内确定凹槽的整体外形和轮廓，也就是说仅使用一些图像记录，目标准确度是0.1 mm。

发明内容

从DE 19937647 C1出发，本发明的目的是提供一种有助于可靠、简单和成本有效地确定镜架凹槽的外形的方法和设备。

该目的通过具有相应独立权利要求的特征的方法、设备、计算机程序产品和用途来实现。优选实施例是从属权利要求的主题。

在第一方面，本发明涉及一种用于确定一副眼镜的镜圈中的镜架凹槽的外形的方法。该方法包括照亮镜圈、从不同的预定视角捕获被照亮的镜圈的多个图像、以及评估所捕获的图像并基于所评估的图像确定镜架凹槽的空间曲线。该方法的特征在于通过定向照明沿镜圈的整个圆周照亮镜圈。进一步地，该方法的特征在于所捕获的图像的评估包括基于以下特性中的至少一个特性将所捕获的图像中包含的每个部分分配给镜架凹槽的相应表面元素：相应部分的阴影、相应部分的亮度和相应部分的照明的相位角。

在另一方面，本发明涉及一种用于无接触式确定一副眼镜的镜圈中的镜架凹槽的外形的设备。该设备包括被设计为照亮镜圈的照明装置、被配置为从不同的预定视角捕获所照亮的镜圈的多个图像的图像捕获装置、以及被配置为评估所捕获的图像并提供所评估的图像以确定镜架凹槽的空间曲线的图像评估单元。该设备的特征在于，照明装置被设计为利用定向照明沿镜圈的整个圆周照亮镜圈，并且所捕获的图像的评估包括基于以下特性中的至少一个特性将所捕获的图像中包含的每个部分分配给镜架凹槽上的相应表面元素：相应部分的阴影、相应部分的亮度和相应部分的照明的相位角。

在另一方面，本发明涉及一种计算机程序产品，包括非易失性计算机可读存储介质，可执行程序代码存储在该非易失性计算机可读存储介质上，可执行程序代码被配置为提示设备执行根据本发明的方法。

在另一方面，本发明涉及用于确定顶焦度的设备或用于创建空间分辨焦度图的设备的用途，以用于确定一副眼镜或眼镜架的镜圈中的镜架凹槽的外形。

在另一方面，本发明涉及一种用于研磨眼镜镜片装入眼镜架中的方法，包括根据本发明的用于确定镜架凹槽的外形的方法。

在另一方面，本发明涉及一种用于确定眼镜镜片的几何形状的计算机实现方法，包括根据本发明的用于确定眼镜架的镜圈（12a）中的镜架凹槽（12c）的外形（34）的方法。

在这种情况下，镜圈是眼镜架的、面对插入到眼镜架的相应镜圈中的眼镜镜片并且与眼镜镜片邻接的表面。换句话说，镜圈是界定眼镜架开口的表面，可以将眼镜镜片插入眼镜架中的开口中。在这种情况下，镜圈的圆周优选地是镜圈的内圆周。在图像中可见的镜圈的内部外形也称为镜圈外形。

镜架凹槽，也仅称为凹槽，在这种情况下是存在于镜圈中的轮廓，其优选地垂直于镜圈延伸。例如，镜架凹槽可以是镜圈中的凹口和/或铣削凹陷的形式。例如，镜架凹槽的横截面可以精确地或近似地具有V形，在确定镜架凹槽的外形时能够考虑或结合关于镜架凹槽的近似或假定的横截面形状的这种信息。

在这种情况下，镜架凹槽的外形优选地是反映镜架凹槽的轮廓和/或尺寸的三维空间曲线。例如，可以通过三维坐标提供空间曲线，例如作为空间点的点集，特别是作为一组空间曲线。这里，空间点优选地是定义空间点在预定坐标系中的位置的三维坐标的三元组。预定坐标系可以优选地表示相对坐标系，例如相对于图像捕获单元的光学中心和/或相对于由标记元件定义的位置。

在这种情况下，镜圈沿整个圆周被照亮并不意味着镜圈沿其圆周被照明顺序地扫过，而是意味着镜圈的整个圆周被照明捕获。特别地，这可以通过照明从外部入射到镜圈上来实现。无需从内部照亮镜圈，也就是说使用布置在镜圈开口中的光源。在这种情况下，优选地同时照亮镜圈的整个圆周。在某些情况下，照明可能不会完全穿透镜架凹槽的事实并不妨碍沿整个圆周的照明。在这种情况下，沿其整个圆周同时照亮镜圈意味着照明指向整个镜圈。

在这种情况下，定向照明是从给定方向入射到镜圈上的照明。特别优选地，照明可以源自点光源和/或源自来自预定方向的平面照明。选择定向照明，使得定向照明在镜架凹槽上形成尽可能精确的阴影。例如，可以通过眼镜架仅从相对于图像捕获装置的方向入射，例如通过来自图像评估单元也相对于眼镜架布置的方向的入射光来获得定向照明。为此，照明装置可以通过例如一个或多个点光源提供定向照明，所述照明装置从预定方向照亮镜圈并在镜架凹槽上形成尽可能精确的阴影。例如，点光源可以是白炽灯和/或LED和/或激光二极管和/或激光器的形式。替代地或另外，可以提供一个或多个光源，其有助于镜圈的透射光照明。换句话说，可以可选地提供光源用于从眼镜架的相反方向入射照明，也就是说从眼镜架的背向图像捕获装置的一侧。为此，图像捕获装置可以具有平面发射器，例如显示器和/或OLED照明元件。特别地，这对于确定至少部分透明的眼镜架中的镜架凹槽的外形可能是有利的。特别是比如显示器和/或OLED照明元件的平面光源可以用于此目的。

这里，相应部分的阴影是由入射在该部分上的照明的不同亮度或由相应部分的由照明产生的阴影引起的相应部分的特性。不同程度地暴露于照明和/或由照明产生不同程度的阴影的不同部分相应地具有不同水平的阴影和/或不同水平的亮度。因此，可以优选地基于阴影（在图像中）在所捕获的图像中识别不同的部分，所述部分优选地被分配给镜架凹槽的表面元素（在空间中）。例如，不同亮度水平和/或阴影水平之间的过渡可以被评估为相邻部分之间的过渡，其随后也可以被评价为相邻表面元素之间的过渡。基于这些表面元素，随后可以确定多个空间点（在空间中），这些空间点表征镜架凹槽或者特别是镜架凹槽的横截面的相对位置和尺寸。例如，可以通过五个空间点，沿镜架凹槽的轮廓在镜架凹槽的每个位置处获取镜架凹槽的横截面，表面元素在这些空间点之间延伸。在简化中，在凹槽底部延伸的外形可以通过轮廓截面中的单个空间点来表征。在另一个简化中，凹槽轮廓的横截面可以仅由三个空间点表征，其中一个空间点表征凹槽底部的横截面，另外两个空间点表征凹槽侧面与镜圈之间的相应过渡部。根据其他实施例，还可以检测多于五个空间点以便对镜架凹槽的横截面轮廓进行建模。

例如，在这种情况下，表面元素是分配给所捕获的图像中的一部分的外形的虚拟和/或数学表示的连续区域，由于在透射和/或反射照明的阴影和/或亮度和/或相位角方面均匀或近似均匀的特性，该部分被识别或评价为连续部分，并且由此与其他表面元素界定开。

特别是，阴影是所捕获的图像中的亮度分布。例如，阴影可以作为线性亮度分布而存在或包括线性亮度分布。优选地，也可以使用不同的图像滤波器，例如生成其他图像通道和/或基于如此生成的图像通道执行图像的分割和/或评估。例如，照明装置可以提供相移照明，使得在使用相互相移的照明捕获的图像的情况下也可以计算相位图像和/或幅度图像和/或曲率图像。

例如，相应部分的照明的相位角是所捕获的照明相对于所捕获的图像中的其他部分的相对相位角。通过改变照明的相位，例如可以特别准确地检测凹槽或镜圈的空间轮廓。为了捕获相位角，使用透射光照明来照亮至少部分透明的眼镜架可能是特别有利的，因为在这种情况下可以特别可靠地确定阴影。

在这种情况下，从其捕获图像的不同预定视角对于确定表面元素和/或空间中的空间点的准确相对位置是有利的，例如通过三角测量法确定。特别地，该组空间曲线是基于空间点确定的。例如，在这种情况下，空间曲线延伸穿过位于镜架凹槽的对应横截面位置处的空间点或穿过沿着镜架凹槽的轮廓的外形。因此，空间曲线优选地平行于外形或镜架凹槽延伸，使得该组空间曲线包括相应的表面元素并且对应于镜架凹槽的外形。此外，捕获多个图像可能是有利的，其中定向照明从不同的预定视角入射到镜圈上，因为这允许特别可靠地确定阴影。

在这种情况下，用于确定顶焦度的设备例如是顶焦度测量装置或焦度计。这种设备可以用于测量眼镜镜片的顶焦度，眼镜镜片的顶点的光焦度能够以单独值的形式确定。

例如，图像捕获装置可以包括一个或多个传感器和/或相机。例如，可以为每个镜圈提供单独的传感器和/或单独的相机。替代地或另外，可以提供能够同时捕获两个镜圈的传感器和/或相机。

图像评估单元和几何评估单元可以是计算单元的形式和/或可以实现在计算单元中。在这种情况下，图像评估单元和几何评估单元可以分配给单个计算单元或分配给单独的计算单元。

本发明提供的优点是，仅使用一些图像记录就可以光学地确定眼镜架中的镜架凹槽的外形。本发明还提供这样的优点，即镜架凹槽的外形可以由于所使用的定向照明而特别准确和可靠地确定，因为特别是可以获得高光学对比度。本发明还提供这样的优点，即可以通过评估所捕获的图像中的阴影来实现对表面元素的特别可靠的自动识别。因此，本发明提供了提供用于确定外形的可靠、简单和灵敏的选项的优点。

为了完整起见，请注意本发明不需要对镜架凹槽进行机械探测这一事实。因此，优选无接触地确定镜架凹槽的外形。这提供了能够获得特别高的准确度的其他优势，因为不存在眼镜架由于机械探测而变形的风险；这特别在镜圈非常薄的情况下是有利的。因为，与例如机械示踪物相比，不需要手动调节装置，因此也可以实现特别高的可靠性和可信性以及对操作错误的低敏感性。另外，本发明有助于特别快速地确定外形，因为优选地仅需要一些图像记录。

进一步地，本发明提供不需要要求高精度校准的机械定位单元的优点。这可以避免显着的调整费用并降低对错误的敏感性。这也可以降低维护成本。

此外，本发明提供了能够确定镜架凹槽的轮廓截面或横截面的三维外形的优点，因此允许在研磨镜片时考虑到这一点。因此，眼镜镜片可以在研磨过程中被调整为与眼镜架特别准确地匹配，以获得眼镜镜片在镜架中的最佳可能保持。另外，确定三维外形有助于可靠且精确地研磨显着弯曲镜架的眼镜镜片，在某些情况下，仅在二维中确定的外形可能不够。进一步地，可以基于镜架凹槽和镜圈的外形对玻璃设计进行优化，使得一副成品眼镜的镜片也满足可选的审美要求。例如，这可以通过一副成品眼镜的镜片尽可能恰好地终止于镜圈的前边缘来实现。

玻璃设计被理解为是指完成后眼镜镜片所展示的眼镜镜片的空间实施例或几何形状。例如，玻璃设计可以取决于处方焦度、眼镜镜片的材料和镜片要插入其中的眼镜架的外形。另外，玻璃设计可以取决于例如其他参数，例如视点的相对位置和/或用户的预期观看习惯，然后可以在创建玻璃设计时考虑这些参数。

本发明还提供了可以通过使用照明装置独立于环境光来确定镜架凹槽的外形的优点。这样，即使在不同的环境光条件下，也可以获得可靠的可重复结果。

此外，本发明提供了可以非常快速地检测镜架凹槽的外形的优点。特别优选地，仅需要一些图像记录来登记外形。另外，本发明可以提供这样的优点，即镜架凹槽的外形的非常大或长的区段能够被登记为相应连续的部分或表面元素。例如，至少一个表面元素可以延伸镜圈的内角的至少10°。

进一步地，本发明优选地包括基于在各个图像中分配的表面元素确定一组空间曲线，该组空间曲线对应于镜架凹槽的外形。这提供了可以特别准确和可靠地确定和/或再现外形的优点。

优选地，该方法进一步包括在确定一组空间曲线之前，基于对应地分配在相应捕获的图像中的表面元素的连接来确定多个空间点，该组空间曲线以如下方式确定，即空间曲线均穿过至少一些空间点。因此，可以特别精确地确定空间曲线。

优选地，定向照明包括以下特征中的至少一个特征：准直照明、结构化照明、透射光照明、入射光照明、紫外线照明和偏振照明。这提供了能够提供特别定义的照明的优点，该照明提供多个参数，这样允许评估所捕获的图像。在这种情况下，定向照明例如是从一个方向入射到镜圈上的照明。定向照明可以优选地通过点光源来提供。在这种情况下，定向照明具有在镜架凹槽上形成精确阴影的作用，因此具有这些部分的可精确分配的阴影。例如，照明装置可以包括一个或多个白炽灯、LED和/或激光二极管。优选地，所述照明装置包括以下照明元件中的至少一个照明元件：幻灯机、数字条纹投影仪、激光线投影仪和激光点图案投影仪。例如，用于定向照明的照明装置可以包括例如一个或多个LED。LED照明的位置优选地定位在相机平面之外最多90°，以便在镜圈处将光充分散射到照明装置的视场中。可选地，照明装置可以包括用于透射光照明的一个或多个光源，该一个或多个光源可选地布置在镜圈的背向图像捕获装置的一侧。例如，这些可以是平面发射器的形式。这提供了可以将入射光和透射光测量组合用于至少部分透明的眼镜架的优点。

优选地，图像的评估可以包括特别是在图像通道中过滤所捕获的图像和/或其他预处理步骤的实现。特别地，图像通道可以是条纹图像的相移处理的输出图像，也就是说，输出图像基于输入图像，输入图像是用结构化照明照亮镜圈来记录的，例如条纹投影，并随后使用相移算法进行评估。在这样的条纹图像中，基本强度、幅度图像和相位图像通常可用作单独的图像通道。例如，这对于图像的进一步处理和/或评估是有利的，和/或简化和/或改进几何评估。在这种背景下，使用“微相移”方法特别有利；参见M. Gupta和SK Nayar的“Micro Phase Shifting [微相移]”，2012年IEEE计算机视觉和模式识别会议，普罗维登斯，罗德岛州，2012年，第813-820页，doi: 10.1109/CVPR.2012.6247753。

图像的评估和/或捕获可以优选地包括多个图像的相加和/或相减。例如，可以计算多个捕获的图像的像素亮度的平均值，并且可以将由这样的平均值组成的一个或多个图像用于进一步的图像评估。

根据另一优选实施例，该装置可以被设计为提供镜圈的准直照明，例如通过激光线投影提供。为此，优选地，将光学特征投影到镜圈上，所述光学特征能够在从各个视角捕获的图像中相互关联并简化外形的确定。这提供了可以以特别定义的方式提供照明的优点。

例如，准直照明可以通过激光二极管或通过激光器来提供。替代地或另外，当从发散或会聚发射光源开始时，可以通过镜片和/或曲面镜获得准直照明。

例如，可以通过将图案投影和/或成像到镜圈上来获得结构化照明。例如，可以将线图案和/或点图案投影和/或成像到镜圈上，从而有助于可靠地确定外形。例如，结构化照明可以通过照明装置提供，该照明装置包括幻灯机，特别是用于投影静态图案，和/或数字条纹投影仪和/或激光线投影仪和/或激光点图案投影仪。例如，图像评估单元可以被配置为确定图像中的投影图案特征的图像位置。例如，几何评估单元可以被配置为在每种情况下从对应的或关联的图像特征的图像位置计算或确定相应特征的空间位置，并从中确定例如外形。可选地，结构化照明的至少两种不同布置投影到镜圈上，其中从每个布置中的不同视角中的每一个视角捕获至少一个图像，使得镜圈的每个部分被捕获至少一次作为结构化照明的不同结构中的图像。例如，可以首先捕获其中镜圈的某些部分位于投影条纹照明的暗区域中的图像，其次捕获其中相同部分位于投影镜圈照明的亮区域中的图像。为了改变结构化照明的布置，特别地可以改变条纹照明的相位。这意味着条纹图案的周期性变化的发光强度至少部分地垂直于条纹的延伸方向而改变，也就是说不平行于条纹的延伸方向，因此条纹被移动或“迁移通过图像”。例如，本领域技术人员从现有技术中已知的微相移可以用于该过程中（例如参见M. Gupta等人的“Micro Phase Shifting [微相移]”；IEEE计算机视觉和模式识别会议（CVPR），第1-8页，2012年6月）。这种相移允许由投影条纹照明捕获的镜圈的所有部分在照明的暗部分中被捕获至少一次，并且在照明的亮部分中被捕获至少一次。在这种情况下，相位是条纹图案的至少近似正弦强度曲线的相位。

使用图案的照明可以优选地与使用准直照明的图像的图像捕获相结合，例如以便能够可靠地应用边缘检测的原理。这提供了能够促进特别可靠地确定外形的优点。例如，如果将数字条纹投影仪用于图案投影，则可以捕获一系列相移条纹图像，优选地使用已知的相移条纹投影方法。从这些图像，可以例如使用已知方法（例如，平均每种情况下所有图像上的相应像素）计算平均图像（所谓的基本强度）和/或相位梯度的梯度图像和/或幅度值的图像。因此，可以将一个或多个条纹图像的幅度图像通道用于边缘检测。可以特别有利地对其应用边缘检测，因为与常规灰度值图像相比，另外提供了对边缘检测有用的其他信息。特别地，幅度图像中的对比度特别详细，通过从相位图像导出和评估曲率信息而变得可见的曲率强度也一样。

例如，透射光照明可以通过从镜圈的与图像捕获装置相反的一侧照亮镜圈来获得。透射光照明可以是有利的，特别是在部分透明的眼镜架的情况下，其中照明可以至少部分地穿透眼镜架、特别是至少部分地穿透镜圈。优点在于，即使眼镜架缺乏反射率使得仅使用入射光照明的确定不可能或仅仅有可能但困难，也有助于外形的可靠确定。

可以特别是通过从镜圈的也布置有图像捕获装置的同一侧照亮镜圈来实现入射光照明。例如，光源和图像捕获装置的光轴可以恰好地或近似地位于一个平面中。入射光照明提供了能够捕获被镜圈反射和/或散射的光的优点。入射光照明对于照明不能穿透或至少不能穿透到足够程度的不透明镜圈可能是特别有利的。

例如，可以例如通过UV灯和/或通过激光器来提供紫外线照明。紫外线照明特别是对于能够减少特别是金属表面上的反射效应的作用可能是有利的。

例如，可以通过使用以偏振方式发射的光源和/或通过偏振滤波器来实现偏振照明。偏振照明优选地是线性偏振照明。这提供了照明的反射特性可以适应镜圈和/或可以改变的优点。在这种情况下，对于能够获得镜圈的不同部分或段之间的强度差异或亮度差异的增强和/或能够获得破坏性反射的抑制的作用，特定的偏振可能也是有利的。

优选地，照明包括镜圈的可切换照明，使得透明或半透明材料的镜圈和比如金属的非透明材料的镜圈可以被记录，其方式是各种表面段在所捕获的图像中是可区分的。在这种情况下，在半透明材料的情况下优选地使用透射光照明（所谓的背光），而在不透明或非透明材料（例如金属）的情况下优选地使用入射光照明，因为可选地在半透明材料的情况下透射光和在不透明材料的情况下反射光提供更高的光学对比度。照明的强度，也就是说照明强度，特别有利地可适应于材料的吸收程度 — 在吸收明显的情况下可以提高照明强度，而在反射率或散射明显的情况下可以降低照明强度。

优选地，所捕获的图像通过图像分割来至少部分地评估。这提供了能够实现特别可靠的自动图像评估的优点。在这种情况下，图像分割可选地包括以下步骤：镜圈分割或镜架分割、内镜圈的外形检测、边缘检测和通过数学优化方法完成凹槽轮廓的边缘。

例如，可以通过前景/背景分割来实现镜圈分割或镜架分割，为此透射光照明可能是特别有利的。在这种情况下，镜架的黑色外形的图像优选地通过将镜架放置在照明与相机之间并且镜架在背景中突出来而生成。在图像中，镜架的黑色外形的像素比背景暗。因此，可以通过阈值方法对镜架进行分割，其结果是二值图像。为了进一步提高对比度，例如可以在阈值化和二值化之前形成黑色外形图像与无镜架的空白背景图像之间的差异图像。内镜圈的外形线可以优选地通过传统的边缘提取方法、例如通过形态算子从二值图像中导出。为了进一步提高准确度，优选地可以在镜圈外形区域进行亚像素准确边缘检测。可以使用例如文档“Stable Segmentation of 2D Curves [2D曲线的稳定分割]”中的亚像素canny方法，AWJ Fritzgibbon，博士论文，1997年，爱丁堡大学。

属于凹槽轮廓的边缘的边缘检测特别地可以在分割的镜圈或镜架的二值图像内实现，并且可以优选检测平行于或几乎平行于内镜圈的外形线延伸的边缘。这里，例如可以通过形成梯度或确定直线拟合来计算的方向向量优选地分配给相应线的点或区段。可选地从其他计算中去除其方向向量更明显偏离给定最大角度的边缘区段。

例如，通过数学优化方法完成边缘可以包括成本函数的最小化。

在这种情况下，优选使用包含自由参数的待确定外形线模型。例如，可以假设镜架凹槽的V形横截面并且其可以包括在优化方法中。边缘到模型的距离优选地作为数据项包含在成本函数中。例如，为此目的可以使用最小二乘法。优选地在优化循环内确定成本函数被最小化的一组参数。可选地，例如评价相应外形线的平滑度的其他项可以被包括在成本函数中以用于正则化目的。例如，该模型可以包括复值傅里叶级数，其中自由参数确定级数的系数以及分别对外形点的x和y值进行编码的实部和虚部。其他可用的外形模型可以基于例如多项式样条、NURBS或圆锥曲线。

优选地，从不同的预定视角捕获图像包括从围绕旋转轴线的不同预定观察角度捕获图像。这提供了可以以特别少的费用和/或以特别可靠的方式采用不同视角的优点。为此，例如，眼镜架可以相对于图像捕获装置成不同的角度布置。例如，眼镜架可以为此枢转到不同的位置。优选地，用于枢转眼镜架的旋转轴线平行于眼镜架的上边缘延伸。然而，替代地或另外，也可以改变图像捕获装置的位置，以便有助于从不同的视角和/或观察角度捕获图像。也可以使用多个图像捕获装置，其有助于从不同的预定观察角度或视角捕获图像，而无需枢转和/或移位眼镜架和/或图像捕获装置。

可选地，眼镜架相对于不同视角的图像捕获装置成不同角度布置。这提供了使用图像捕获装置从不同角度捕获眼镜架的选项。从一些不同的角度，然后可选地可以观看眼镜架的可能无法从不同的角度和视角观看到的部分。因此，可以以简单有效的方式实现从不同视角观察眼镜架。

可选地，眼镜架可围绕旋转轴线枢转，旋转轴线平行于眼镜架的上边缘延伸。这允许即使图像捕获装置布置在镜圈之外，也可以从不同的角度或视角看到镜架凹槽。换句话说，不必将图像捕获装置定位在镜圈内，也就是说，在为要插入眼镜镜片而设置的区域中。而是，使用图像捕获装置从外部观察镜圈就足够了。这可以降低用于无接触式确定镜圈中的镜架凹槽的外形的设备的复杂性，此外，图像捕获装置可以同时捕获镜圈或镜架凹槽的较大区域。可选地，在这种情况下可以同时捕获整个镜圈。

可选地，基于图像捕获装置的改变后的位置从不同视角捕获图像。换句话说，为了从不同视角捕获图像的目的，可选地改变图像捕获装置相对于眼镜架的位置和/或取向，和/或可选地改变眼镜架相对于图像捕获装置的位置。这有助于从不同视角捕获图像的简单实现和技术实现。

可选地，使用多个图像捕获装置从不同的预定观察角度捕获图像。这提供了从多个视角同时捕获镜圈的图像的选项。可选地，这避免了引起眼镜架相对于图像捕获装置的相对位置和/或方向的改变的要求。这可以减少确定镜架凹槽的外形所需的时间量。

可选地，以图像捕获装置在图像区域中捕获眼镜架的两个镜圈的方式捕获多个图像。这样可以节省时间，因为不强制要求分两次单独的测量捕获两个镜圈。同样，两个镜圈的图像评估可以在一个过程中实现，而不必评估各个镜圈的多个不同图像。

优选地，进一步提供了标记元件，标记元件以这样的方式布置在唯一预定位置，使得镜圈相对于标记元件的唯一定位可通过所捕获的图像确定。这提供了通过标记元件确定眼镜架的唯一位置以及因此镜架凹槽相对于图像捕获装置的外形的选项。为此，标记元件优选地具有相对于图像捕获装置的精确限定的位置。因此，可以基于眼镜架相对于标记元件的相对位置来确定眼镜架相对于图像捕获装置的相对位置。

优选地，标记元件具有至少一个显著特征，该特征可以在来自图像捕获装置的所捕获的图像中非常准确地定位，并且如果图像捕获装置包括多个相机，则在所有涉及的相机的图像中非常准确地定位，并且具有与镜圈的固定空间关系。这提供了有助于简单定向和/或确定在所捕获的图像中的位置的优点。特别地，确定此标记元件的图像位置以便确定镜圈相对于所涉及的相机的相对位置和取向。这有助于以成本有效的方式实现倾斜装置，因为可以省去眼镜架在设备中的可重复准确定位。进一步地，这有助于于使用成本有效的机械部件，例如成本有效的保持设备。标记元件可以优选地具有部分透明的设计，以允许在入射光照明和透射光照明两者中确定一个或多个显着特征。在这种情况下，显着特征是可以在所捕获的图像中非常可靠地和非常准确地唯一确定其位置的特征。

优选地，该设备包括保持设备，该保持设备被设计为保持这副眼镜相对于照明装置和相对于图像捕获装置既位置固定上又取向固定。可选地可相对于镜圈重新布置在多个不同位置的图像捕获装置不是障碍物，因为位置固定和取向固定的定位与图像捕获装置在各种视角之一中的相应固定布置有关。优选地，保持设备还被设计为将这副眼镜保持在相对于照明装置和相对于图像捕获装置的至少两个不同的取向上，该至少两个不同的取向限定图像捕获装置相对于镜圈的不同的预定观察角度。特别优选地，图像捕获装置被设计为使眼镜架围绕旋转轴线旋转或枢转，以便允许图像捕获装置从至少两个不同的预定视角、特别优选地从多个不同的预定视角捕获照亮的镜圈的图像。

优选地，保持设备包括具有弹簧元件的眼镜保持器，用于将这副眼镜稳定地保持在不同的枢转位置。这有助于眼镜的简单紧固和移除、以及在确定镜架凹槽的外形的同时牢固地保持这副眼镜。

优选地，根据本发明的设备进一步被设计为确定保持在设备中的一副眼镜的眼镜镜片的以下两个特性中的至少一个特性：顶焦度和空间分辨光焦度图。换句话说，该设备优选地设计为顶焦度测量装置和/或用于测量空间分辨光焦度图的设备，并且可以在其他功能中使用以确定一个镜架凹槽的外形或确定两个镜架凹槽的外形。这提供了这样的优点，即相同的装备可以用于多种目的，因此，可以减少调节和/或完成一副眼镜所需的装备的数量。特别地，这提供了这样的优点，即，特别优选地，相同的照明装置、相同的图像评估单元和相同的保持设备可以用于不同的目的。

优选地，可以在测量范围内确定两个镜架凹槽的外形，也就是说每个镜圈中的相应镜架凹槽。特别优选地，可以同时检测两个外形。这有助于特别快速地确定外形。例如，图像评估单元可以被配置为在每个图像记录中捕获两个镜圈。例如，为此，图像捕获装置可以被设计为在图像区域中捕获两个镜圈。替代地或另外，图像捕获装置可以包括多个传感器和/或相机以便用单独的传感器和/或单独的相机捕获每个镜圈。优选地，图像捕获装置包括至少两个相机。特别优选地，两个相机中的每一个相机被排列成使得相应相机的光轴延伸穿过两个镜圈或外形中的一个或穿过由相应镜圈跨越的一副眼镜中的开口。

优选地，图像捕获装置包括至少一个“高动态范围”（HDR）相机。替代地或另外，图像捕获包括在每种情况下使用一系列照明状态（例如，不同的照明强度）记录眼镜架的每个布置或枢轴位置的多个图像，使得从镜圈到凹槽的过渡和凹槽底部两者均在具有一系列照明状态中的合适照明状态的图像中的至少一个图像中清晰可见。

可选地，图像捕获装置包括至少一个相机，其中至少一个相机的光轴延伸穿过两个镜圈或外形中的一个或穿过由相应的镜圈跨越的一副眼镜的开口。在这种情况下，至少一个相机指向至少一个镜圈的开口。因此，可以从外部观察镜圈，并且因此，不需要将相机定位在镜圈内，也就是说，在为要插入眼镜镜片而设置的区域中。

优选地，对该组空间曲线中的空间曲线之间的距离进行插值，以便例如在图像中的外形局部隐藏的情况下仍然能够完全确定外形。这尤其在眼镜架围绕水平轴线的倾斜或枢转受到限制的情况下是有利的，因为在这种情况下，左右镜圈处的外形可以在所有旋转位置中被隐藏。在围绕竖直轴线的旋转受到限制的情况下，这优选地适用于上/下镜圈。

优选地，在优化循环内存在图像评估单元和几何评估单元的迭代应用，几何评估单元的结果在每种情况下被使用以便被包括在图像评估单元中作为其他输入。换句话说，评估所捕获的图像、确定多个空间点和确定该组空间曲线的步骤在迭代循环内重复执行。以这种方式可选地扩展的图像评估单元的优点在于使检测结果更精确 — 这样允许改进边缘检测的结果，尤其是在对比度低的区域中。

优选地，几何评估单元进一步被配置为在确定空间曲线组之前，基于在相应捕获的图像中对应分配的表面元素的连接来确定多个空间点，并以如下方式确定空间曲线组，即空间曲线均穿过至少一些空间点。这提供了允许特别精确地确定空间曲线的优点。

应当理解，不仅上述特征和实施例以及下面解释的特征和实施例应被认为是在各个明确提及的组合中公开，而且其他技术上有利的组合和实施例也包括在本公开中。

附图说明

现在应参考附图基于以下示例和优选实施例更详细地解释本发明的其他细节和优点，

在附图中：

图1 示出了用于无接触式确定镜架凹槽的外形的设备10；

图2 示出了根据优选实施例的保持设备28；

图3A至图3C 示出了根据优选实施例的设备10的保持设备28的三个不同的立体图；

图4A和图4B 示出了以示例性方式捕获的眼镜架的图像；

图5 示出了以示例性方式确定或重建的镜圈中的镜架凹槽12c的外形的示意图；

图6 示出了从不同视角捕获图像的示例性表示；以及

图7A至图7C 示出了与外形建模有关的示例性解释。

具体实施方式

图1A和图1B分别以侧视图（图1A）和平面图（图1B）示出了根据优选实施例的用于无接触式确定眼镜架12的镜圈中的镜架凹槽的外形的设备10的示意图。

设备10包括照明装置14，该照明装置是根据所示实施例的显示器的形式。例如，显示器可以包括可购买到的计算机显示器或可以这样设计。照明装置14被设计为向眼镜架12的镜圈提供定向照明，作为沿着镜圈12a的整个圆周的透射光照明。在这种情况下，眼镜架12包括两个镜圈12a和两个镜腿12b。根据其他实施例，设备10可以包括其他照明装置和/或光源，其被设计为提供入射光照明，使得光从眼镜架12的面向图像捕获装置的一侧入射到眼镜架12上。

进一步地，设备10包括图像捕获装置16，通过该图像捕获装置可以捕获被照亮的镜圈12a的多个图像。在这种情况下，眼镜架12布置在图像评估单元16与照明装置14之间，使得照明装置14提供的定向照明，作为透射光照明，至少部分地穿过眼镜架12的镜圈12a或多个镜圈12a并被图像捕获装置16捕获。根据所示的实施例，图像捕获装置16包括两个光学相机18，这些光学相机被布置，其方式是使得它们的光轴延伸穿过由眼镜架12的镜圈12a跨越的开口。在这种情况下，相机18被设置，其方式是使得眼镜架12的镜圈12a布置在相机18的焦距范围100内，使得图像捕获装置16能够捕获镜圈12a的清晰或聚焦的图像表示。在这种情况下，两个相机18被布置成彼此挨着，其方式是使得它们的横向间距大致对应于镜圈12a跨越的开口的两个中心之间的距离。然而，有助于对镜圈12a进行成像的相机18的其他布置也是可能的。

根据其他实施例，图像捕获装置还可以包括仅一个相机或传感器，或多于两个相机或传感器，通过相机或传感器，可以捕获镜圈12a的图像。替代地，根据其他实施例，设备10可以被设计为仅确定眼镜架12的两个镜圈12a之一的镜架凹槽的外形。使用这样的设备，镜圈12a的两个凹槽的外形可以随后依次相继地被捕获。

进一步地，图像捕获装置16可枢转，其方式是使得图像捕获装置16可以从不同的预定视角捕获镜圈12a的图像。替代地或另外，设备10可以包括合适的保持设备，通过该保持设备可以将眼镜架12a布置在不同的取向上，以便使用图像捕获装置16包含来自不同预定视角的图像。

根据所示实施例，设备10进一步包括计算单元20，在该计算单元中集成有或实现有图像评估单元22和几何评估单元24。根据另一个实施例，图像评估单元22和几何评估单元24也可以形成在单独的计算单元中。在这种情况下，计算单元具有与图像捕获装置的数据通信链路，以便接收和评估所捕获的图像。

图像评估单元22评估图像捕获装置16捕获和提供的图像，并将其中包含的每个部分分配给镜架凹槽的相应表面元素。分配是基于相应部分的阴影和/或亮度来实现的。

几何评估单元24随后基于从不同视角捕获的图像中的表面元素的连接来确定空间中的多个空间点，也就是说眼镜架12的物体空间中的多个空间点，并且确定一组空间曲线。这种连接可以优选地通过三角测量法来实现。每条空间曲线延伸通过至少一些空间点。在这种情况下，该组空间曲线对应于镜架凹槽的外形。

此外，设备10包括用于封闭设备10的其他部件的壳体26。优选地，壳体26是不透明的并且设计成使得设备10的布置在壳体26内的部件被屏蔽以免受环境光的影响。这提供了在确定外形时能够避免破坏性背景照明的优点，并且因此允许提高确定的准确度和/或可靠性。另外，可以独立于周围环境的亮度和/或照明来确定外形。

优选地，根据所示实施例的设备10是也被设计为确定顶焦度和/或创建空间分辨光焦度图的设备10。换句话说，设备10可以被设计为既确定顶焦度和/或空间分辨光焦度图，也确定镜圈12a中的凹槽的外形。这提供了如下优点，例如配镜师可以使用单件装备执行多个任务或功能。

眼镜架或不带镜片的眼镜架12可以布置在用于确定镜圈的外形的设备10中。在其他测量中，眼镜架12，这次包括眼镜镜片，可以再次布置在设备中，以确定顶焦度和/或空间分辨光焦度图。

优选地，相机是具有至少10兆像素的高分辨率相机的形式。该设备优选地被配置为在眼镜架12的整个视觉表面上同时测量插入到这副眼镜中的两个眼镜镜片的光焦度。相机优选地彼此精确校准，例如准确度为1/10 mm或以上，并且指向用于保持眼镜架12的保持设备。在这种情况下，照明设备14的显示器可以优选地被配置为显示光学图案，使得图案的一个图像或多个图像可以透过眼镜镜片通过图像捕获装置16或通过相机被捕获。优选地，相机被调整，其方式是使得相对焦点位置准确地设置在眼镜架12的眼镜镜片上。

优选地，眼镜架12可以通过保持设备以机械方式非常精确地保持在适当位置，并且可以移位和/或枢转或转动，使得图像捕获装置能够从至少两个预定视角捕获被照亮的镜圈的图像，这样允许确定镜圈12a中的凹槽12c的外形34。

优选地，该设备例如通过保持设备28有助于眼镜架或眼镜架12相对于相机或相对于图像捕获装置16的以下指定的三种机械运动中的至少一种：

A）眼镜架相对于相机的平移（例如，水平或竖直）

B）眼镜架旋转经过相机（例如，相对于水平延伸的旋转轴线）

C）旋转和平移的组合

在这种情况下，可以设想到相机相对于眼镜架移动和/或眼镜架相对于相机移动。在旋转的情况下（选项B和/或C），旋转轴线可以自由地定位在空间中 — 也就是说，旋转轴线不必一定要平行于任何其他直线或表面。

根据特别优选的实施例，包括其镜圈12a的眼镜架围绕水平旋转轴线200枢转，该旋转轴线被布置成平行于和两个相机的光轴垂直的连接线。这有助于使眼镜圈12a既位于焦距范围内，又位于相机的竖直和水平有限的视场中，即使在旋转的情况下也是如此。

从多个视角或观看角度捕获镜圈的多个图像。特别优选地，该设备和该方法被配置，其方式是使得不使镜圈在相机的视场中的不同位置或布置中有阴影。另外，非常精确的机械固定设备（例如参见图2）是有利的，通过该机械固定设备可控制眼镜架的定位和/或取向的变化，从而使眼镜架的定位和/或取向可控。特别地，该设备优选被实施，其方式是眼镜架由保持设备固定，其方式是使得眼镜架12或眼镜架的位置和/或取向不改变，即使是在相对于保持设备的定位和/或取向变化的情况下也是如此。

图2示出了根据优选实施例的保持设备28的示意图，通过该保持设备，可以将眼镜架12或眼镜架保持或固定在设备10中。

保持设备28包括三个保持臂30，通过这些保持臂，可以将眼镜架12保持或固定在相对于图像捕获装置16的预定位置和/或取向。根据所示实施例，一个保持臂30固定眼镜架12的鼻梁架，而另外两个保持臂30各自固定一个镜腿12b。在这种情况下，眼镜架12也可以简单地放置在保持臂30上。然而，保持臂30优选地被设计，其方式是使得保持臂牢固地固定这副眼镜并且稳定住这副眼镜防止滑动。

例如，保持臂30在它们的高度或长度方面可以是可变的，使得眼镜架12可以至少部分地围绕旋转轴线200在指定的角度范围内枢转或旋转。例如，后保持臂30的长度可以延长和/或前保持臂30可以缩短，使得眼镜架12向前倾斜，反之亦然。为此，保持臂30例如可以是伸缩臂的形式。替代地或另外，整个保持设备28可以例如被设计为可旋转的或可枢转的或可倾斜的，以便有助于这副眼镜12围绕旋转轴线200的枢转。

另外，根据其他实施例，旋转轴线200可以布置在不同的位置和/或在不同的方向上延伸。在这种情况下，保持设备28然后优选地配置为使眼镜架12围绕相应的旋转轴线200枢转。

进一步地，根据所示实施例的保持设备28包括标记元件32，该标记元件在其相对于保持设备28的位置和取向方面是固定的。另外，设备10优选地被配置和校准，其方式是使得标记元件相对于图像捕获装置的位置和取向是精确已知的（在各个视角），以便能够尽可能准确地确定在图像捕获装置16捕获的图像中镜圈12a的外形的准确位置，即使是眼镜架12的相对于图像捕获装置16的相对位置和/或取向最初并未精确地确定。换句话说，标记元件32可以优选地用于提供用于确定眼镜架12的外形的准确位置和/或取向的参考点。

图3A至图3C示出了根据优选实施例的设备10的保持设备28的三个不同的立体图。

在这种情况下，眼镜架12紧固在保持设备28中，其方式是使得保持设备28的三个保持臂30固定眼镜架12。根据所示的实施例，固定这副眼镜的镜腿12b的两个后保持臂30具有刚性形式。相比之下，前保持臂30具有可移动的设计并且允许镜圈12a被升高和/或降低以有助于从不同的视角捕获镜圈12a的图像。相应地，用于固定眼镜架12的主夹持器以夹持的方式实现在眼镜架的鼻梁架上，并且即使眼镜架12的重心发生变化，这也能固定眼镜架。进一步地，如果需要，镜架的两个镜腿12b被夹紧，使得柔性镜腿，例如在Titanflex眼镜的情况下，不遮盖图像捕获装置16的视场。

在本示例性实施例中，保持设备28将眼镜架保持在图像捕获装置16的相机18前方的水平相对位置。从这个相对位置，眼镜架可以例如通过步进电机围绕水平旋转轴线旋转一个或多个预定角度，向上和向下旋转精确定义的角度。在此期间，图像捕获装置针对每个离散采用的位置记录镜架及其镜圈。

为了改进镜圈几何形状的重建，算法可以优选地通过镜圈的各种照明设置来辅助。例如，可以使用包括条纹投影的照明。

标记元件32被设计为前保持臂30的整体组成部分，因此以简单的方式实现了标记元件32相对于保持设备28的固定定位和取向。

图3C此外示出了照明装置14，该照明装置为镜架凹槽12c的外形的无接触式确定以及顶焦度和/或空间分辨光焦度图的确定提供照明。

图4A和图4B以示例性方式示出了眼镜架的捕获的图像，这些图像示出了眼镜架12的镜圈12a。在该过程中，使用透射光照明照亮镜圈12a，从而使相应镜圈12a中的镜架凹槽12c清晰地出现在图像中。图5B共享一个镜圈12a的截面的两个放大视图，其更清楚地示出了镜架凹槽12c。特别地，因为镜架凹槽12c由于凹陷而在照明下产生阴影，因此可以这里可以识别出的是，可以基于不同部分的阴影识别出镜架凹槽12c。因此，可以通过不同水平的阴影或不同水平的亮度来识别和检测所捕获的图像中的阴影作为部分。因此，具有相同阴影的部分可以优选地非常准确地分配给表面元素。

图像捕获装置从不同的预定视角捕获的图像，可以分别如图4A和图5B中描绘的那样可获得，然后被提供给图像评估单元。下面基于优选实施例以示例性方式解释所捕获的图像的评估。

基于用于已知的图像分割方法的图像评估被设计为检测属于镜圈或镜架凹槽的各个部分或表面段的图像区域。合适的方法在现有技术中是已知的并且例如在在线百科全书维基百科中的术语“图像分割（Image segmentation）”下进行了描述。

例如，在本上下文中可以使用以下程序：

- 镜圈分割，特别是借助使用透射光记录的图像和前景/背景分割；

- 分段镜圈内的边缘检测，优选几乎平行于镜圈延伸的边缘；

- 在优化方法的帮助下完成边缘，在该优化方法的范围内，成本函数被最小化。

作为图像评估的结果，例如可以存在一组表面元素F1至F4和/或空间曲线K1、K2、K3、K4和K5，并且对于图像栈中的每个图像，存在空间点的点列表或多边形的像素链。例如，这些被传输到几何评估单元。

例如，可以借助经过适当训练的神经网络来执行边缘检测。在该过程中，人类专家例如对尽可能不同的多个镜架的镜圈和边缘进行注释。随后，基于这些数据训练神经网络，例如，在镜架未知的情况下，在图像中确定属于空间曲线K1至K5的、图像中的镜圈和边缘。在这种情况下，例如两阶段方法是有利的，在每种情况下，首先在整个图像中确定镜圈并且基于所述镜圈沿着镜圈确定一组图像窗口。使用固定大小的图像窗口是有利的。属于图像中的空间曲线K2、K3、K4的边缘因此分别在图像窗口内确定。

也可以使用其他机器学习方法来代替神经网络，例如主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）。

图5示出了镜圈中的镜架凹槽12c的确定或重建的外形的示意图。以示例性方式假定外形的V形轮廓截面并用作确定形状边缘外形的基础，以便确定或重建外形34。在横截面中，外形由空间点P1到P5定义或确定。在这种情况下，空间点P1、P2、P4和P5表征了镜圈，而P3确定了镜架凹槽12c的凹口或凹陷的底部。因此，凹槽的“V形”特别被以示例性方式描绘的空间点P2、P3和P4跨越。尽管示例性空间点P1至P5仅针对沿外形的一个横截面位置进行了描绘，但每个横截面位置自然具有对应的空间点。在这种情况下，空间点P1至P5的相对位置通过连接从不同预定视角捕获的图像中的相应点来确定。这可以通过三角测量法来实现。

进一步地，外形由空间曲线K1至K5确定，空间曲线K1至K5延伸穿过相应空间点P1至P5并且穿过布置在横截面的相应位置上的所有其他空间点。换句话说，空间曲线K1延伸穿过空间点P1，并且穿过在镜圈的横截面中在沿着镜圈的其他位置处对应于点P1的所有点。相应的说明适用于空间曲线K2到K5和空间点P2到P5。此外，根据所述优选实施例对在相应的相邻空间曲线之间延伸的表面段F1至F4进行建模。例如，表面段F1在空间曲线K1和K2等之间延伸。

基于空间曲线K1至K5，特别是基于表面段F1至F4，随后可以再现或确定镜架凹槽12c的外形34并且提供该外形作为用于适配相应的眼镜镜片、例如用于研磨的信息。

图6示出了根据优选实施例从不同的预定视角捕获被照亮的镜圈12a的多个图像的示意图。

在这种情况下，图像捕获装置16从两个不同的视角指向眼镜架12或镜圈12a，这两个视角的不同在于图像捕获装置16从不同的位置或取向指向眼镜架12。在这种情况下，不同的位置或取向或视角对应于围绕旋转轴线200的不同角度位置，不同的角度位置包括角度α。

尽管在图6中描绘了两个图像捕获装置16，但这可以是在两种情况下相对于眼镜架12布置在不同位置处的单个图像捕获装置16。图像捕获装置16相对于眼镜架12的不同位置可以通过眼镜架12的和/或图像捕获装置16的可移动性来实现。这里，图像捕获装置16的光轴分别被描绘为虚线。图像捕获装置16优选地包括两个相机，这些相机指向眼镜架12的眼镜架的相应镜圈12a。

下面基于图6解释用于校准目的和用于确定眼镜架12的镜架凹槽的外形或几何评估单元的功能的示例性方法。

在第一步骤中存在固有校准，其中，特别校准图像捕获装置16，使得图像捕获装置16的相机的相机像素到视线的分配在相应相机的坐标系中是已知的。示例性视线由S1和S2表示。

进一步地，旋转轴线200的位置和取向相对于图像捕获装置16的围绕旋转轴线200位于不同位置和/取向的相机被校准。这可以在校准步骤的范围内借助具有已知几何形状的校准物体来实现，例如，借助其上印刷有棋盘图案的板，或者借助与镜架（例如，参见图2）有固定空间关系的标记元件32来实现，所述标记元件相对于图像捕获装置16的空间位置和方向能够在单个记录的图像的帮助下确定。总之，在这个步骤之后，光学中心Z1和Z2以及轴线A在空间中的位置是已知的。在这个步骤之后，已知将两个图像的相机像素、也就是说来自两个不同视角的图像分配给空间中的视线。

此外，为了确定来自第一视角的图像的相机像素与来自第二视角的图像的相机视线平面的连接，确定核面。这种方法在现有技术中被称为核面几何学并且例如在维基百科在线百科全书中进行了解释。整个核面组始终延伸通过两个光学中心Z1和Z2。确定第一图像的像素与第二图像上的像素组的连接（通常，这些像素组形成核曲线；如果在固有校准范围内使用附加的图像畸变校正，它们会形成核线；如果使用了附加的图像校正，它们位于第二相机图像的图像列上）。

此外，在第一相机图像，也就是说来自第一视角的相机图像中选择像素Q1，所述像素属于空间曲线Kj上的镜圈上的任何寻找的空间点P。作为选择像素Q1的基础，由图像评估单元提供的分配给空间曲线的多边形链是。

然后，确定第二相机图像、也就是说来自第二视角的图像的像素的核面和一组点M2，核面和该点组分别分配给像素Q1或与该像素连接，因此，特别是核面包含视线S1。特别地，核面包含寻找的空间点P。

随后，从基于到第二图像中的空间曲线Kj的多边形链的点组M2确定像素Q2。在该过程中，例如可以确定交点，其中M2的核曲线或核面与多边形链相交。如果使用图像纠正，已经可以基于图像列选择多边形链的表示，因此可以直接读取相关像素。

此外，还有视线S1和S2的三角测量。了解了Q1和Q2，借助来自固有校准的校准信息，可以从Q1确定视线S1，并且可以从Q2确定视线S2。在这种情况下，空间中与S1和S2距离最小的点形成所寻找的点P的近似值。

随后可以针对空间曲线的所有空间点迭代地执行所描述的方法，以便获取整个外形。

通过使用固有校准范围内的图像畸变校正和在确定核面的范围内使用图像纠正来高效确定核面，使得分配给第一图像中的图像列的像素的核面彼此相同，反之，分配给第二图像中的图像列的相机像素的核面同样相同。

如果使用多于两个预定视角，则优选地推荐核线图像的构建以进行更高效的计算。

针对空间曲线的所有空间点P，一起执行视线的三角测量，最小距离标准被包括作为以迭代优化中的成本函数项为形式的优化目标。附加项可以优选地包括在成本函数中，例如空间曲线的平滑条件。由于凹槽是在制造过程的范围内形成的，因此可以例如就平滑度方面做出某些假设。在这种情况下，可以对空间曲线处的切向向量进行数值计算，并且可以将相邻切向向量之间的差异的度量结合在成本函数中。统计测量也是可能的，例如借助对眼镜架中的多个已知凹槽形状的主成分分析。

为了估计凹槽轮廓的外形曲线的相对位置的准确度，根据以示例方式解释的实施例，使用了以下数据：

相机的图像大小[像素]： 3840 × 2748（10.6 MP）

视场[mm]： 150 × 107.3

物体侧像素尺寸[mm]： 0.039

由于散焦和由阴影中的差异产生的外形线的可选地出现的低对比度，针对边缘检测的准确度，没有估计出亚像素准确检测。在这种情况下，物体侧像素尺寸被估计为不准确度的度量。

相比之下，在具有高对比度的外形线的情况下，可以使用亚像素准确的检测技术来获得更高的准确度。在工业计量学中，可以估计大约1/5到1/20像素的亚像素准确度（例如，参见ZEISS O-SELECT：物体像素大小大约 35 µm；指定的测量准确度4.5 µm；见“https://www.zeiss.de/messtechnik/produkte/systeme/optische-messtechnik/o-select.html”和“https://applications.zeiss.com/C1257A26006EFF9E/0/A6DDC43030E4AAFBC1257F0100378040/$FILE/O-SELECT_DE_60_020_0003I.pdf”), 2019年9月30日检索。

具有亚像素准确度的外形确定技术是亚像素Canny边缘滤波器[参见：Gioi、Gregory Randall的Rafael Grompone：“亚像素边缘检测器：Canny/Devernay算法的实现”，2017年，“https://www.ipol.im/pub/art/2017/216/article_lr.pdf”]。有关其他技术，请参见维基百科：https://en.wikipedia.Org/wiki/Edge_detection#Subpixel，2019年9月30日检索。

另外，在三角测量过程中估计了三维误差。

当镜架旋转过角度ß = 30度以便通过三角测量确定外形曲线的空间点时，获得以下关系以确定相机光轴方向上的误差Δz，下面表示为“z方向”：

或

在ß = 30度和Δx = 40 μm的外形检测中的横向误差的情况下，因此获得了在z方向上的偏差Δz = 1.73 • Δx = 69 μm。

此外，在实践中，凹槽的轮廓或外形可能偏离以示例性方式假定的V形到V形的尖端具有曲率半径的程度。

下面使用金属镜架的CT扫描作为示例。图7A以示例性方式示出了通过CT扫描捕获的眼镜架的镜圈的横截面，在这种情况下，镜架凹槽的尖端或底部具有0.15 mm的曲率半径r。V形角具有大约80°的角度。距离300的长度的测量值表示“V”的两个上端之间的距离，得到0.9 mm。

当从两个不同的预定视角观察凹槽底部时，例如沿着视线S1和S2，灰度值过渡或亮度过渡的中心与这个模型中的凹槽底部的中心相同（见图7B）。类似的说明适用于测量所使用的所有灰度值过渡或亮度过渡。总体而言，这产生了镜架凹槽的外形的多边形链模型，多边形链的节点500位于镜架凹槽12c的弧600的中心上，如图7C中示例性方式所示。

附图标记清单

10 设备

12 眼镜架

12a 眼镜的镜圈

12b 眼镜的镜腿

12c 镜架凹槽

14 照明装置

16 图像捕获装置

18 相机

20 计算单元

22 图像评估单元

24 几何评估装置

26 壳体

28 保持设备

30 保持臂

32 标记元件

34 外形

100 图像捕获装置的聚焦区域

200 旋转轴线

300 “V”的上端之间的连接路线

400 灰度值过渡的位置

500 节点

600 弧

S1，S2 视线

Z1，Z2 图像捕获装置16的光心

Q1 第一相机图像中的像素

Q2 第二相机图像中的像素

P 镜圈上的空间点。

Claims (23)

1.一种用于确定眼镜架（12）的镜圈（12a）中的镜架凹槽（12c）的外形（34）的方法，该方法具有以下步骤：

- 照亮该镜圈（12a）；

- 从不同的预定视角捕获被照亮的镜圈（12a）的多个图像；

- 评估所捕获的图像并基于所评估的图像确定该镜架凹槽（12c）的空间曲线；其特征在于，

- 该镜圈（12a）的照亮通过定向照明沿着该镜圈（12a）的整个圆周进行；

- 所捕获的图像的评估包括基于以下特性中的至少一个特性将所捕获的图像中包含的部分表面分别分配给该镜架凹槽（12c）的表面元素（F1，...，F4）：相应部分表面的阴影、该相应部分表面的亮度和相应部分表面的照明的相位角。

2.如权利要求1所述的方法，其中，该镜圈（12a）的照亮沿着该镜圈（12a）的整个圆周同时进行。

3.如权利要求1或2所述的方法，此外包括基于在分别捕获的图像中所分配的表面元素（F1，...，F5）确定一组空间曲线（K1，...，K5），其中该组空间曲线（K1，...，K5）对应于该镜架凹槽（12c）的外形（34）。

4.如权利要求3所述的方法，此外包括在确定该组空间曲线（K1，...，K5）之前，基于在分别捕获的图像中相应地分配的表面元素（F1，...，F5）的连接确定多个空间点（P1，...，P5），其中进行该组空间曲线（K1，...，K5）的确定，使得这些空间曲线（K1，...，K5）分别延伸穿过这些空间点（P1，...，P5）中的至少一部分。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该定向照明具有以下特征中的至少一个特征：准直照明、结构化照明、透射光照明、入射光照明、紫外线照明和偏振照明。

6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所捕获的图像的评估至少部分地通过图像分割进行。

7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，从不同的预定视角捕获图像包括从围绕旋转轴线（200）的彼此不同的预定观察角度捕获图像。

8.如权利要求7所述的方法，其中，在这些不同视角中该眼镜架相对于图像捕获装置成不同角度布置。

9.如权利要求8所述的方法，其中，该眼镜架能够围绕该旋转轴线（200）枢转，并且该旋转轴线平行于该眼镜架的上边缘延伸。

10.如权利要求7至9中任一项所述的方法，其中，从这些不同的视角捕获这些图像借助于该图像捕获装置的改变的位置进行。

11.如权利要求7至10中任一项所述的方法，其中，使用多个图像捕获装置从彼此不同的预定观察角度捕获图像。

12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，进行多个图像的捕获，使得该图像捕获装置在图像区域中捕获眼镜架的两个镜圈。

13.一种用于无接触式确定眼镜架（12）的镜圈（12a）中的镜架凹槽的外形（34）的设备（10），包括：

- 照明装置（14），其被设计用于照亮该镜圈（12a）；

- 图像捕获装置（16），其被配置为从不同的预定视角捕获被照亮的镜圈（12c）的多个图像；

- 图像评估单元（24），其被配置为评估所捕获的图像并提供所评估的图像以便确定该镜架凹槽（12c）的空间曲线；

其特征在于，

- 该照明装置被设计为利用定向照明沿着该镜圈（12a）的整个圆周照亮该镜圈（12a）；

- 所捕获的图像的评估包括基于以下特性中的至少一个特性将所捕获的图像中包含的部分表面分别分配给该镜架凹槽的表面元素（K1，...，K5）：相应部分表面的阴影、相应部分表面的亮度和相应部分表面的照明的相位角。

14.如权利要求13所述的设备，此外包括几何评估单元（24），其被配置为基于在分别捕获的图像中所分配的表面元素（F1，...，F4）确定一组空间曲线（K1，...，K5），其中该组空间曲线（K1，...，K5）对应于该镜架凹槽（12c）的外形（34）。

15.如权利要求13或14所述的设备（10），其中，该照明装置（14）包括以下照明元件中的至少一个照明元件：幻灯机、数字条纹投影仪、激光线投影仪和激光点图案投影仪。

16.如权利要求13至15中任一项所述的设备（10），此外包括至少一个标记元件（32），其中该标记元件（32）唯一地布置在预定位置处，使得该镜圈（12a）相对于该标记元件（32）的唯一定位能够通过所捕获的图像确定。

17.如权利要求13至16中任一项所述的设备（10），此外包括保持设备（28），其中该保持设备（28）被设计为保持眼镜相对于该照明装置（14）和相对于该图像捕获装置（16）既位置固定又取向固定。

18.如权利要求17所述的设备（10），其中，该保持设备（28）此外被设计为将该眼镜（12）保持在相对于该照明装置（14）和相对于该图像捕获装置（16）的至少两个不同的取向上，其中所述至少两个不同的取向限定该图像捕获装置（16）相对于该镜圈（12a）的彼此不同的预定观察角度。

19.如权利要求13至18中任一项所述的设备（10），其中，该设备此外被设计为确定安装在保持在该设备（10）中的眼镜架（12）中的眼镜镜片的以下两个特性中的至少一个特性：顶焦度和空间分辨光焦度图。

20.如权利要求13至19中任一项所述的设备，其中，该图像捕获装置具有至少一个相机，并且其中，该至少一个相机的光轴延伸穿过两个镜圈或外形中的一个或穿过由相应的镜圈跨越的该眼镜的开口。

21.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括非易失性计算机可读存储介质，在该存储介质上存储有可执行程序代码，该可执行程序代码被配置为促使如权利要求7至13中任一项所述的设备（10）执行如权利要求1至6中任一项所述的方法。

22.一种用于研磨眼镜镜片装入眼镜架中的方法，其中，该眼镜架（12）的镜圈（12a）中的镜架凹槽（12c）的外形（34），包括如权利要求1至6中任一项所述的用于确定镜架凹槽的外形（34）的方法。

23.一种用于确定眼镜镜片的几何形状的计算机实现方法，包括根据权利要求1至6中任一项所述的用于确定眼镜架的镜圈（12a）中的镜架凹槽（12c）的外形（34）的方法。

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