DE102009033931B4

DE102009033931B4 - Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung eines ringförmigen Bestandteils eines Auges in einem Abbild

Info

Publication number: DE102009033931B4
Application number: DE102009033931.0A
Authority: DE
Inventors: Günter Meckes; Thomas Schuhrke
Original assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Current assignee: Carl Zeiss Meditec AG
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2029-07-21
Also published as: DE102009033931A1

Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung eines ringförmigen Bestandteils (21) eines Auges in einem von einer Kamera erzeugten Abbild (10) zumindest eines Ausschnitts des Auges während einer Augenbetrachtung, bei dem ein erstes Filterelement (11) und ein zweites Filterelement (12) zur digitalen Bildfilterung über das Abbild (10) gelegt werden und das Abbild (10) über die Filterelemente (11, 12) gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass dass das erste Filterelement (11) zur digitalen Bildfilterung und das zweite Filterelement (12) zur digitalen Bildfilterung als eigenständige, voneinander unabhängige Filterelemente ausgebildet sind, a) dass das erste Filterelement (11) zur digitalen Bildfilterung, welches ringsegmentförmig ausgebildet ist, derart über das Abbild (10) gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils (21) des Auges korreliert, und dass ein erstes Filterergebnis (13) erzeugt wird; b) dass das zweite Filterelement (12) zur digitalen Bildfilterung, welches ringsegmentförmig ausgebildet ist, derart über das Abbild (10) gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils (21) des Auges korreliert, und dass ein zweites Filterergebnis (14) erzeugt wird; c) dass aus den beiden Filterergebnissen (13, 14) bestimmt wird, ob eine Größenveränderung und/oder Positionsveränderung des ringförmigen Bestandteils (21) des Auges im Abbild (10) aufgetreten ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung charakteristischer Bestandteile eines Auges in einem von einer Kamera erzeugten Abbild zumindest eines Ausschnitts des Auges während einer Augenbetrachtung gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, bei dem ein Filterelement zur digitalen Bildfilterung über das Abbild gelegt und das Abbild über das Filterelement gefiltert wird.
Beim so genannten Tracking eines Auges während einer Operation, beispielsweise einer Katarakt-Operation, zum Zweck des Einblendens von Hilfskonturen kann es vorkommen, dass der Operateur gegenüber dem Zeitpunkt, bei dem das Auge das erste Mal lokalisiert und dabei die Augengröße bestimmt wird, den Zoom verändert.
Beispielsweise ist es bei der Hornhautchirurgie zur Beseitigung von Fehlsichtigkeiten des menschlichen Auges, bei der ein Teil der Hornhaut mittels eines Lasers abgetragen wird, für den Chirurgen von Interesse, an welchem Punkt die Sehachse des Patienten die Hornhaut durchstößt. Anhand der exakten Bestimmung dieses Punktes, auch während der Operation, kann die Laserabtragung von diesem Punkt aus präziser erfolgen, als bei der Wahl eines theoretisch angenommenen oder geschätzten Mittelpunktes der Hornhaut.
Ein weiteres Beispiel ist eine Kataraktoperation, bei der eine natürliche Linse des menschlichen Auges, welche sich getrübt hat, durch eine künstliche Linse ersetzt wird. Einen solchen Eingriff nimmt der Chirurg unter einem Operationsmikroskop vor. Nach einer kreisrunden Eröffnung des vorderen Kapselblattes wird üblicherweise die Linse zertrümmert und abgesaugt. Anschließend wird in den leeren Kapselsack eine künstliche Linse eingesetzt.
Aus der DE 10 2004 055 683 A1 ist ein Operationsmikroskop für die Augenchirurgie bekannt, das dem zu operierenden Auge ein Muster überlagert. Das Muster kann eine Hilfestellung zum Ansetzen der Schnittposition geben, es kann aber auch als Orientierungshilfe beim Einsetzen von Intraokularlinsen dienen oder auch eine Hilfestellung beim Einbringen einer Naht bei einer Hornhauttransplantation geben. Zur Positionierung des Musters an der richtigen Stelle ist es notwendig, die Position der Pupille beziehungsweise der Iris an dem zu behandelnden Auge zu bestimmen. Idealerweise wird die Position auch während der Operation immer wieder neu bestimmt oder nachgeführt, da es während des Eingriffs zu Bewegungen des gesamten Auges beziehungsweise der Pupille kommen kann.
Auch für andere Anwendungen im Bereich der Augenchirurgie ist es von Bedeutung, die Position oder den Durchmesser der Iris oder der Pupille des zu behandelnden Auges zu bestimmen. Beispielsweise ist der Durchmesser der Iris notwendig, um die Stärke einer, nach einer Kataraktoperation zu implantierenden, Intraokularlinse zu berechnen. Darauf und auf weitere mögliche Anwendungen, sowie auf ein Verfahren zur Bestimmung von Positionen und Größenordnungen innerhalb eines Augenabschnitts wird in der DE 101 08 797 A1 genauer eingegangen.
Es sind einige Verfahren bekannt, bei denen anhand der aktuellen Aufnahme des zu operierenden Augenabschnitts, welche mit einer Kamera am Operationsmikroskop gewonnen wird, die Position der Pupille ermittelt wird. Sowohl in der DE 10 2004 055 683 A1 als auch in der DE 101 08 797 A1 werden Verfahren vorgeschlagen, bei denen als erstes anhand einer Schwellwertbildung ein Binärbild erzeugt wird, um die dunklen Bereiche im Bild zu bestimmen. Danach wird nach dem größten zusammenhängenden Bereich in den dunklen Regionen gesucht, welcher als Pupille identifiziert wird. Um den Rand der Pupille beziehungsweise Iris detaillierter zu bestimmen, wird bei diesem Verfahren üblicherweise eine Kantendetektion vorgenommen.
Aus den Druckschriften DE 10 2007 055 921 A1 , DE 10 2007 055 922 A1 , DE 10 2007 055 923 A1 , EP 0 884 694 A1 und US 2004/0143244 A1 sind verschiedene Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung charakteristischer Bestandteile eines Auges bekannt.
In der DE 10 2007 055 924 A1 wird ein Verfahren zur Ermittlung des Radius beziehungsweise der Position des Zentrums charakteristischer Augenbestandteile, insbesondere des Limbus oder der Pupille, beschrieben. Das Verfahren wird während einer Augenuntersuchung oder -behandlung eingesetzt. Es wird ein digitales Bild zumindest eines Ausschnittes eines Auges mit der Kamera aufgenommen. Dieses Bild wird mit ringförmigen Filterelementen unterschiedlicher Größe so korreliert, dass sich die größte Übereinstimmung zwischen Bild und Vergleichsobjekt beim Zusammentreffen des ringförmigen Filterelements mit einem ringförmigen Dichtesprung gleichen Radius im Bild ergibt. Die Vergleichsobjekte mit der größten Übereinstimmung mit dem digitalen Bild werden ermittelt und der Radius des größten/zweitgrößten gut übereinstimmenden Vergleichsobjektes wird als Limbus-/Pupillenradius und/oder das Zentrum seiner am besten übereinstimmenden Position als Limbus-/Pupillenzentrum gewählt.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, bei jedem Bild eine komplette Lokalisierung des Auges mit Radienvariation des Filterelements durchzuführen. Dies ist jedoch relativ zeitaufwendig und daher für die Verarbeitung von Videodaten nicht geeignet.
Eine andere Möglichkeit sieht vor, dass das Gerät, das den Zoomvorgang durchführt, dies an den Trackingalgorithmus meldet. Die Daten können aber auch von nicht integrierten Fremdgeräten stammen, die diese Möglichkeit nicht besitzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass auf einfache Weise und ohne Erhöhung der Rechenzeit sowohl Größenveränderungen als auch Positionsveränderungen charakteristischer Bestandteile eines Auges ermittelt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie den Zeichnungen.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung eines ringförmigen Bestandteils eines Auges in einem von einer Kamera erzeugten Abbild zumindest eines Ausschnitts des Auges während einer Augenbetrachtung bereitgestellt, bei dem ein erstes Filterelement und ein zweites Filterelement zur digitalen Bildfilterung über das Abbild gelegt werden und das Abbild über die Filterelemente gefiltert wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
dass das erste Filterelement zur digitalen Bildfilterung und das zweite Filterelement zur digitalen Bildfilterung als eigenständige, voneinander unabhängige Filterelemente ausgebildet sind,

a) dass das erste Filterelement zur digitalen Bildfilterung, welches ringsegmentförmig ausgebildet ist, derart über das Abbild gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils des Auges korreliert, und dass ein erstes Filterergebnis erzeugt wird;
b) dass das zweite Filterelement zur digitalen Bildfilterung, welches ringsegmentförmig ausgebildet ist, derart über das Abbild gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils des Auges korreliert, und dass ein zweites Filterergebnis erzeugt wird;
c) dass aus den beiden Filterergebnissen bestimmt wird, ob eine Größenveränderung und/oder Positionsveränderung ringförmiger Bestandteile des Auges im Abbild aufgetreten ist.

Bevorzugt ist das Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung des Limbus oder der Pupille des Auges ausgebildet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden zwei Filterergebnisse erzeugt. Vorteilhaft kann dabei vorgesehen sein, dass die Erzeugung der Filterergebnisse zeitlich nacheinander erfolgt, so dass zunächst mit dem ersten Filterelement ein erstes Filterergebnis erzeugt wird und dass anschließend mit dem zweiten Filterelement das zweite Filterergebnis erzeugt wird. Allerdings ist es nicht erforderlich, dass die Erzeugung der Filterergebnisse zeitlich nacheinander erfolgt. Es ist auch möglich, dass die beiden Filterergebnisse gleichzeitig, das heißt parallel erzeugt werden. Wichtig ist lediglich, dass aus den beiden Filterergebnissen bestimmt wird, ob eine Größenveränderung und/oder Positionsveränderung ringförmiger Bestandteile des Auges im Abbild aufgetreten ist, und dass die beiden Filterelemente eigenständige, voneinander unabhängige Elemente sind.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass aus den von den beiden Filterelementen erzeugten Filterergebnissen bestimmt wird, ob eine Größenveränderung und/oder Positionsveränderung ringförmiger Bestandteile des Auges im Abbild aufgetreten ist. Das bedeutet, dass die einzelnen Ergebnisse zur Grundlage der Bestimmung gemacht werden. Dabei können die Filterergebnisse jeweils einzeln für sich betrachtet werden. Vorteilhaft kann aber auch vorgesehen sein, dass das erste Filterergebnis und das zweite Filterergebnis addiert werden, und dass aus der Summe der beiden Filterergebnisse bestimmt wird, ob eine Größenveränderung und/oder Positionsveränderung ringförmiger Bestandteile des Auges im Abbild aufgetreten ist. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Größenveränderung des ringförmigen Bestandteils des Auges festgestellt werden soll.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann insbesondere eine automatische Zoomerkennung realisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren detektiert nicht nur, dass der Zoom geändert worden ist, sondern auch, um wie viel der Zoom geändert wurde, so dass alle Parameter des Trackings der geänderten Situation angepasst werden können. Dies geschieht, ohne die für das normale Tracking der Augenposition notwendige Rechenzeit wesentlich zu erhöhen, das heißt, insbesondere ohne eine neue zeitaufwendige Neulokalisierung. Beim Tracking eines Auges handelt es sich insbesondere um das Auffinden des Auges beziehungsweise von charakteristischen Bestandteilen des Auges in einem Abbild.
Gegenüber einer kompletten neuen Lokalisierung durch Radienvariation des Filterelements ist das erfindungsgemäße Verfahren sehr schnell.
Im Gegensatz zu dem in der DE 10 2007 055 924 A1 beschriebenen Tracking wird das Bild gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mit einem ringförmigen Filterelement, sondern mit zwei ringsegmentförmigen, beispielsweise halbkreisförmigen, Filterelementen erzeugt, beispielsweise gefaltet, woraus zwei Filterergebnisse resultieren. Je nach Ausgestaltung kann dabei auch vorgesehen sein, dass die beiden Filterergebnisse zeitlich nacheinander erzeugt werden und/oder dass die beiden Filterergebnisse anschließend addiert werden.
Das Verfahren kann vorteilhaft im Zusammenhang mit einem Mikroskop, beispielsweise einem Operationsmikroskop, eingesetzt werden. Ein Mikroskop erzeugt in der Regel zunächst ein Bild für den Beobachter, beispielsweise den Operateur. Weiterhin werden nicht selten auch digitale Bilder über eine Kamera erzeugt, wobei diese Bilder denselben Inhalt darstellen wie das Bild, das der Beobachter sieht. Die von einer solchen Kamera erzeugten Bilder stellen insbesondere die Eingangsdaten für das erfindungsgemäße Verfahren dar.
Nicht selten verfügt ein solches Mikroskop auch über ein Zoomsystem, mit dem die Größe des beobachteten Bereichs verändert werden kann. Ändert sich dabei der Zoomfaktor, wird auch die Größe des betrachteten Bereichs im durch die Kamera erzeugten Abbild verändert.
Bei der in der DE 10 2007 055 924 A1 offenbarten Lösung wird ein Filterelement in Form eines Rings verwendet. Im besten Fall umschließt dieser den charakteristischen Bestandteil des Auges, beispielsweise den Limbus oder die Pupille. Bei dem Limbus handelt es sich um den Übergangsbereich zwischen der Hornhaut (Cornea) und der Lederhaut (Sclera) des Augapfels.
Erfindungsgemäß ist das Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung eines ringförmigen Bestandteils eines Auges, insbesondere des Limbus oder der Pupille, in einem von der Kamera erzeugten Abbild zumindest eines Ausschnitts des Auges während einer Augenbetrachtung ausgebildet und dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringsegmentförmige Filterelement zur Erzeugung des ersten Filterergebnisses derart über das Abbild gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils des Auges korreliert, und dass das zweite ringsegmentförmige Filterelement zur Erzeugung des zweiten Filterergebnisses derart über das Abbild gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils des Auges korreliert.
Vorteilhaft wird anhand der Korrelation der zu analysierenden digitalen Bildaufnahme mit den ringsegmentförmigen Filterelementen der größte ringförmige Hell-Dunkel-Übergang in der Aufnahme ermittelt. Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass bei den im Rahmen einer Augenuntersuchung- oder -behandlung aufgenommenen Bildern des Auges der Limbus-/Pupillenradius jeweils das größte/zweitgrößte ringförmige Übergangsobjekt darstellt und dass dieses anhand des Vergleichs mit einem entsprechenden Filterelement, beispielsweise über eine Faltung mit einem entsprechenden ringsegmentförmigen Filterelement unter Differenzbildung besonders einfach und zuverlässig zu finden ist.
Die Suche nach dem größten/zweitgrößten ringförmigen Übergangsobjekt ist stabil gegenüber Beeinträchtigungen, die das Bild dominierende Merkmale während der Operation die Aufnahme verfälschen können, wenn beispielsweise Instrumente in der Aufnahme zu sehen sind oder der gesamte Augapfel im Lauf der Operation verformt oder zusammengedrückt wird. All dies ändert nichts daran, dass der Limbus-/Pupillenradius weiterhin, wenn auch als ausgesetztes oder leicht verformtes, ringförmiges Element im Bild bestehen bleibt.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren der Limbusradius ermittelt. Es hat sich gezeigt, dass dieser unabhängig von der Aufnahmequalität, den Eigenschaften des Auges und dem Verlauf der Operation immer zuverlässig das größte ringförmige Gebilde in dem aufgenommenen Ausschnitt ist. Während die Pupille durch die Operation stark beeinträchtigt sein kann und auch bei sehr dunklen Augen kaum von der Iris zu unterscheiden ist, kann der Übergang vom Limbus zum Weißen des Augapfels immer zuverlässig ermittelt werden. Insbesondere ist er aber immer der größte Hell-Dunkel-Übergang und damit eindeutig und zuverlässig zu identifizieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ringsegmentförmige Filterelemente verwendet. Selbstverständlich können auch Filterelemente mit an eine ringsegmentförmige Struktur angepasster Kontur verwendet werden, etwa entsprechend ausgebildete Vielecke oder dergleichen. Vorteilhaft können das erste ringsegmentförmige Filterelement und das zweite ringsegmentförmige Filterelement kreissegmentförmig, insbesondere halbkreisförmig ausgebildet sein und zur Erzeugung von Filterergebnissen über das Abbild gelegt werden.
Vorzugsweise kann das erste und das zweite Filterergebnis erzeugt werden, indem die Filterung des Abbilds, über das die Filterelemente gelegt werden, mittels einer Faltung realisiert wird. Bei einem derartigen Faltungsverfahren handelt es sich um ein für den Fachmann unter dieser Bezeichnung geläufige Berechnungsmethode. Dabei geht es um eine bestimmte Filteroperation, die auf digitale Bilder angewendet werden kann, beispielsweise um eine Kantendetektion vorzunehmen. Faltungsfilter basieren generell auf einer so genannten Faltungsfunktion.
Die ringsegmentförmigen Filterelemente sind vorzugsweise so gewählt, dass sich immer dann eine maximale Filterantwort ergibt, wenn das ringsegmentförmige Filterelement auf einer Begrenzung des charakteristischen, ringförmigen Bestandteils des Auges zu liegen kommt, beispielsweise dem Limbus oder der Pupille.
Vorteilhaft können die vom ersten Filterelement und vom zweiten Filterelement erzeugten Filterergebnisse durch ein Verfahren zur Schwellwertbildung in Binärbilder umgewandelt werden. Damit wird das Bild nicht mit einem ringförmigen Filter, sondern mit zwei, vorteilhaft halbkreisförmigen, Filterelementen gefaltet, woraus zwei Filterergebnisse resultieren, die wiederum durch Schwellwertbildung in Binärbilder verwandelt werden.
Bei der Binärisierung eines Bildes wird folglich ein Schwellwert vorgegeben. Alle Bildpunkte eines Bildes, die unter dem Schwellwert liegen, werden im Ergebnisbild auf den Farbwert „0” gesetzt. Die übrigen Bildpunkte erhalten den „Farbwert „1”. Bei der Binärisierung handelt es sich somit um eine einfache Form der Segmentierung. Vorteilhaft wird von den Binärbildern jeweils der Schwerpunkt ermittelt.
In anderer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass bei den vom ersten Filterelement und vom zweiten Filterelement erzeugten Filterergebnissen das Maximum der Filterergebnisse, insbesondere das Maximum des Helligkeitswerts, bestimmt wird. Die Bestimmung des Schwerpunkts erfolgt dann nicht durch eine Binarisierung und Schwerpunktbildung, sondern es wird das Maximum des Filterergebnisses in jedem Bild verwendet.
Vorzugsweise können von den ermittelten Schwerpunkten die Schwerpunktkoordinaten in Richtung zumindest einer Koordinatenachse bestimmt werden. Beispielsweise kann es sich bei dem Koordinatensystem um ein zweidimensionales Koordinatensystem mit einer X-Achse und mit einer Y-Achse handeln. Die ermittelten Schwerpunkte können dann jeweils X-Koordinatenwerte und/oder Y-Koordinatenwerte haben. Je nach Orientierung der ringsegmentförmigen Filterelemente können die Schwerpunktkoordinaten in Richtung unterschiedlicher Koordinatenachsen bestimmt werden. Verwendet man beispielsweise ein nach links und ein nach rechts orientiertes ringsegmentförmiges Filterelement, bietet sich beispielsweise die Bestimmung der X-Koordinatenwerte an. Verwendet man anders orientierte ringsegmentförmige Filterelemente, beispielsweise, ein oberes und ein unteres Filterelement, bietet sich beispielsweise die Bestimmung der Y-Koordinatenwerte an. Da die Breite der Bilder aber in der Regel größer ist als ihre Höhe, stößt man damit in der Regel eher an die Bildkanten.
Vorteilhaft kann der Radius des im Abbild dargestellten ringförmigen Bestandteils des Auges berechnet werden nach der Formel r = (Filterradius + X2 – X1)/2. In diesem Fall wurden die Schwerpunktkoordinaten in Richtung der X-Koordinatenachse bestimmt.
Der Radius r der gefundenen ringförmigen Struktur im Bild, das heißt des Auges, beträgt dann r = (Filterradius + X2 – X1)/2 mit Filterradius gleich dem Radius der beiden Filterelemente, X1 der Schwerpunktkoordinate des ersten Filterelements auf der X-Achse und X2 der Schwerpunktkoordinate des zweiten Filterelements auf der X-Achse. Wurde seit der Berechnung des Filters nicht gezoomt, so gilt r = Filterradius. Ist r ≠ Filterradius, so wird ein neuer Filter mit Filterradius = r berechnet.
In weiterer Ausgestaltung können die Filterergebnisse des ersten und zweiten Filterelements um den Wert des halben Filterradius auf einer gemeinsamen Koordinatenachse in positiver und negativer Richtung gegeneinander verschoben addiert werden, wobei aus dem Additionswert vorteilhaft das Filterergebnis eines Vollrings erzeugt wird beziehungsweise entsteht, mittels dessen die Position des im Abbild dargestellten ringförmigen Bestandteils des Auges bestimmt wird.
Zusätzlich zur Information über den Zoom kann man auf diese Weise auch die Information über die Position des Auges erhalten. Indem man das Filterergebnis des linken und rechten ringsegmentförmigen Filterelements um den Filterradius/2 in +X beziehungsweise –X-Richtung gegeneinander verschoben addiert, erhält man gerade wieder das Filterergebnis eines Vollkreises und kann daraus, wie in der DE 10 2007 055 924 A1 beschrieben, deren Offenbarung insoweit in die Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung mit einbezogen wird, die Augenposition bestimmen.
Bei Lösung gemäß DE 10 2007 055 924 A1 ist vorgesehen, dass jeweils geprüft wird, welches ringförmige Filterelement passt. Die vorliegende Erfindung geht einen anderen Weg. Anstelle eines ringförmigen Filterelements werden nunmehr zwei ringsegmentförmige, insbesondere halbkreisförmige, Filterelemente verwendet. Zunächst wird das erste Filterelement über das Abbild gelegt und ein erstes Filterergebnis erhalten. Dann wird das zweite Filterelement über das Abbild gelegt und ein zweites Filterergebnis erhalten. Aus den beiden Filterergebnissen, die beispielsweise auch addiert werden können, kann bestimmt werden, ob sich die Größe des charakteristischen Bestandteils des Auges verändert hat.
Dabei handelt es sich bei den beiden Filterelemente um eigenständige Elemente.
Die Filterergebnisse der beiden Filterelemente werden vorteilhaft addiert und wieder überlagert. Das bedeutet, dass die Teilergebnisse in einem solchen Fall aufsummiert werden und man am Ende wieder das Ergebnis eines Vollkreises erhält, so wie bei der DE 10 2007 055 924 A1 . Der Rechenaufwand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist dabei nicht höher. Allerdings gewinnt man eine zusätzliche Information, nämlich eine Information über die Größe des charakteristischen Bestandteils des Auges.
In den Filterergebnissen entstehen insbesondere helle Spots, die sich insbesondere in der geometrischen Mitte der Filterelemente befinden. Dort, wo das Filter den Maximalwert liefert, ist es am hellsten. Wenn sich die Größe des charakteristischen Bereichs des Auges nicht verändert, ist der Abstand zwischen diesen hellen Spots gleich dem Radius des Filters.
Die hellen Spots können beispielsweise durch Umwandlung der Bilder in binäre Bilder mittels Schwellwertbildung erhalten werden. Alles was oberhalb des Schwellwerts liegt, wird dann beispielsweise „weiß” dargestellt, während alles, was unterhalb des Schwellwerts liegt, beispielsweise „schwarz” dargestellt wird, oder umgekehrt.
Zur Ermittlung eines geeigneten Schwellwerts kann beispielsweise zunächst der Wert des Maximums, beispielsweise der maximale Helligkeitswert, der Filterergebnisse, ermittelt werden. Dazu werden die Filterergebnisse überprüft. Das Maximum ist beispielsweise der größte Wert, den der Filtervorgang ergeben hat. Der Schwellwert ist dann vorteilhaft ein prozentualer Wert des Maximums, beispielsweise 80% oder 90% des Werts des Maximums.
Durch diese Vorgehensweise entsteht beispielsweise eine – insbesondere zusammenhängende – Wolke von Punkten. Nun wird der Schwerpunkt dieser Punktewolke bestimmt. Der Schwerpunkt des Binärbildes ist dann der Schwerpunkt dieser Punktewolke.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass neben der Größe des charakteristischen Bestandteils des Auges auch dessen Positionierung bestimmt werden kann. Weiterhin kann das Verfahren auch angewendet werden, wenn Geräte angeschlossen sind, die außer dem durch die Kamera erzeugten Bild nichts übertragen, insbesondere keine Zoomfaktoren.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
1 in schematischer Darstellung die Faltung eines Bildes mit zwei halbkreisförmigen Filterelementen und eine Schwellwertbildung der Filterergebnisse; und
2 in schematischer Darstellung die Relation des Radius der Filterelemente zum Abstand der Schwerpunkte der erzeugten Binärbilder.
In 1 ist dargestellt, dass ein Abbild 10 mit charakteristischen Bestandteilen 21 eines Auges, beispielsweise des Limbus oder der Pupille, nacheinander mit zwei halbkreisförmigen Filterelementen 11, 12 gefaltet wird, wobei zunächst die Filterung in der oberen Reihe von 1 und anschließend die Filterung in der unteren Reihe von 1 durchgeführt wird. Natürlich kann die Reihenfolge der Filterschritte auch umgekehrt gewählt werden. Aus den beiden Filterschritten resultieren zwei Filterergebnisse 13, 14, die wiederum durch Schwellwertbildung 15, 16, in Binärbilder 17, 18 verwandelt werden.
In den beiden Binärbildern 17, 18, wird jeweils der Schwerpunkt 19, 20 bestimmt, und zwar in Form von Koordinatenwerten X1 und X2.
Der Radius r der gefundenen ringförmigen Struktur 21 im Bild 10, das heißt des Auges, beträgt dann r = (Filterradius + X2 – X1)/2
Wurde seit der Berechnung des Filters nicht gezoomt, so gilt r = Filterradius. Ist r ≠ Filterradius, so wird ein neuer Filter mit Filterradius = r berechnet.
Wie in 2 weiter verdeutlicht ist, entstehen in den Binärbildern 17, 18 helle Spots, bei denen es sich um die Schwerpunkte 19, 20 handelt, und die sich jeweils in der geometrischen Mitte der Filterelemente 11, 12 befinden. Wenn sich die Größe des charakteristischen Bereichs 21 des Auges nicht verändert, ist der Abstand a zwischen den hellen Spots 19, 20 gleich dem Filterradius r.
Zusätzlich zur Information über den Zoom hat man auch nach wie vor die Information über die Position des Auges. Indem man das Filterergebnis des linken und rechten Halbkreiselements 11, 12 um Filterradius/2 in +X bzw. –X-Richtung gegeneinander verschoben addiert, erhält man gerade wieder das Filterergebnis eines Vollkreises und kann daraus die Augenposition bestimmen.
Bezugszeichenliste

10: Abbild eines Ausschnitts eines Auges
11: Filterelement
12: Filterelement
13: Filterergebnis
14: Filterergebnis
15: Schwellwertbildung
16: Schwellwertbildung
17: Binärbild
18: Binärbild
19: Schwerpunkt
20: Schwerpunkt
21: Charakteristischer Bereich eines Auges

Claims

Verfahren zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung eines ringförmigen Bestandteils (21) eines Auges in einem von einer Kamera erzeugten Abbild (10) zumindest eines Ausschnitts des Auges während einer Augenbetrachtung, bei dem ein erstes Filterelement (11) und ein zweites Filterelement (12) zur digitalen Bildfilterung über das Abbild (10) gelegt werden und das Abbild (10) über die Filterelemente (11, 12) gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass dass das erste Filterelement (11) zur digitalen Bildfilterung und das zweite Filterelement (12) zur digitalen Bildfilterung als eigenständige, voneinander unabhängige Filterelemente ausgebildet sind, a) dass das erste Filterelement (11) zur digitalen Bildfilterung, welches ringsegmentförmig ausgebildet ist, derart über das Abbild (10) gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils (21) des Auges korreliert, und dass ein erstes Filterergebnis (13) erzeugt wird; b) dass das zweite Filterelement (12) zur digitalen Bildfilterung, welches ringsegmentförmig ausgebildet ist, derart über das Abbild (10) gelegt wird, dass es zumindest punktuell mit der Begrenzung des ringförmigen Bestandteils (21) des Auges korreliert, und dass ein zweites Filterergebnis (14) erzeugt wird; c) dass aus den beiden Filterergebnissen (13, 14) bestimmt wird, ob eine Größenveränderung und/oder Positionsveränderung des ringförmigen Bestandteils (21) des Auges im Abbild (10) aufgetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Filterergebnis (13) und das zweite Filterergebnis (14) addiert werden und dass aus der Summe der beiden Filterergebnisse (13, 14) bestimmt wird, ob eine Größenveränderung und/oder Positionsveränderung ringförmiger Bestandteile (21) des Auges im Abbild (10) aufgetreten ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste ringsegmentförmige Filterelement (11) und das zweite ringsegmentförmige Filterelement (12) kreissegmentförmig ausgebildet sind und zur Erzeugung von Filterergebnissen über das Abbild (10) gelegt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Filterergebnis (13, 14) erzeugt werden, indem die Filterung des Abbilds (10), über das die Filterelemente (11, 12) gelegt werden, mittels einer Faltung realisiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom ersten Filterelement (11) und vom zweiten Filterelement (12) erzeugten Filterergebnisse (13, 14) durch ein Verfahren zur Schwellwertbildung (15, 16) in Binärbilder (17, 18) umgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass von den Binärbildern (17, 18) jeweils der Schwerpunkt (19, 20) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von den ermittelten Schwerpunkten (19, 20) die Schwerpunktkoordinaten (X1, X2) in Richtung einer Koordinatenachse bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei den vom ersten Filterelement (11) und vom zweiten Filterelement (12) erzeugten Filterergebnissen (13, 14) das Maximum der Filterergebnisse bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum des Helligkeitswerts bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r) des im Abbild (10) dargestellten ringförmigen Bestandteils des Auges berechnet wird nach der Formel r = (Filterradius + X2 – X1)/2.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterergebnisse des ersten und zweiten Filterelements um den Wert des halben Filterradius auf einer gemeinsamen Koordinatenachse in positiver und negativer Richtung gegeneinander verschoben addiert werden und dass aus dem Additionswert das Filterergebnis eines Vollrings erzeugt wird beziehungsweise entsteht, mittels dessen die Position des im Abbild dargestellten ringförmigen Bestandteil des Auges bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses zur Ermittlung einer Größenveränderung und/oder Positionsveränderung des Limbus oder der Pupille des Auges ausgebildet ist.