DE102011009261A1

DE102011009261A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Rotationsparameter der Augen

Info

Publication number: DE102011009261A1
Application number: DE102011009261A
Authority: DE
Inventors: Dr. Trumm Stephan; Dr. Sessner Rainer; Dr. Uttenweiler Dietmar
Original assignee: Rodenstock GmbH
Current assignee: Rodenstock GmbH
Priority date: 2011-01-24
Filing date: 2011-01-24
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2031-01-25
Also published as: DE102011009261B4

Abstract

Die Erfindung bietet eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein Computerprogrammprodukt zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers bzw. Brillenträgers. Dazu werden Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers erzeugt, welche jeweils zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines Auges des Benutzers umfassen. Insbesondere werden zumindest erste und zweite Bilddaten beispielsweise mittels einer ersten bzw. einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung aus verschiedenen Aufnahmerichtungen erfasst. Aus den zumindest zwei Bilddaten lässt sich eine dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes bestimmen. Werden nun mehrere erste und zweite Bilddaten zu verschiedenen Zeitpunkten bzw. in verschiedenen Zeitintervallen erfasst, können daraus Bewegungsparameter für eine Bewegung des Auges bestimmt werden. Die genaue Bestimmung der Bewegungsparameter kann dabei wahlweise auf zwei verschiedene Arten erfolgen. Entweder wird neben der dreidimensionalen Position des ausgezeichneten Punktes auch noch eine Blickrichtung des entsprechenden Auges zum jeweiligen Zeitpunkt bzw. im jeweiligen Zeitintervall bestimmt. Alternativ werden die Bewegungsparameter ohne direkte Kenntnis oder zumindest ohne Berücksichtigung der tatsächlichen Blickrichtungen bestimmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren sowie ein Computerprogrammprodukt zur individuellen Bestimmung von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Brillenträgers.
Zur Anpassung von Brillen werden derzeit – neben anderen Parametern – hauptsächlich die Pupillendistanzen beim Blick in die Ferne (Fern-PD) gemessen. Eine Messung der tatsächlichen Pupillendistanzen für das Betrachten von Objekten im Nah- oder Zwischenbereich findet nur in Ausnahmefällen statt und ist oft wenig präzise und fehleranfällig. Im Fall von Gleitsichtbrillen wird üblicherweise – auch bei ansonsten hoch individualisierten Gläsern – die Fern-PD gemessen und zur Ermittlung der Nah-PD bzw. des Verlaufes der Hauptblicklinie mit einem vereinfachten Modell (Drehung des Auges um einen Punkt) und Standardparametern (üblicherweise der Augenradius aus dem Modell nach Gullstrand, siehe DIN 5340) gearbeitet. Dabei handelt es sich jedoch nur um eine Näherung. Es existieren bereits deutlich detaillierte Modelle zur Beschreibung der Anatomie des Auges und das Auge bewegenden Muskelapparats. So lassen sich für die horizontale die vertikalen Rotationen unterschiedliche Achsen mit verschiedenen Radien angeben. Ferner lässt sich zwischen dem mechanischem Augendrehpunkt und dem optischen unterscheiden. Ersterer ist der Mittelpunkt eines als Kugel angenommenen Augapfels. Letzterer wird auch als Fixierlinienkreuzungspunkt bezeichnet. Er ist als Fußpunkt des Lotes durch den mechanischen Augendrehpunkt auf die Fixierlinie definiert, die zum Blick geradeaus auf ein unendlich fernes Objekt gehört. Diese läuft temporal an dem mechanischen Augendrehpunkt vorbei, der den Mittellpunkt des Kreises (Radius etwa 0,8 mm) bildet, an dem die Fixierlinien bei Bewegung des Auges abrollen. Weiterhin ist auf Grund der Anlage des Muskelaperates mit einer Auslenkung des Auges auch eine Torsionsbwegung nach Listing verbunden.
Aus dem Bereich der Brillenoptik sind Veröffentlichungen bekannt, die auf detaillierteren Modellen basieren. Mit den meisten herkömmlichen Videozentriersystemen werden die individuellen Parameter für den Blick ins Unendliche näherungsweise erfasst, in dem ein gewisser Abstand zum Gerät eingehalten wird, der als ausreichend groß gilt.
Beim ImpressionIST und dem ImpressionIST Avantgarde wird dagegen nach der Nasenwurzelmethode vermessen und dabei eine Konvergenzkorrektur durchgeführt. In den ImpressionIST Avantgarde ist darüber hinaus ein Fixationstarget zur definierten Auslenkung des Blicks in Nullblickrichtung integriert. Ferner wird in der Anmeldung zum ImpressionIST bereits die Möglichkeit erwähnt, im Rahmen der optischen Parameter auch den Augendrehpunkt zu messen.
Bei der unter der Bezeichnung eyecode von Essilor vertriebenen Technologie wird die Position des Augendrehpunktes mit einem speziell ausgerüsteten Visioffice ermittelt. Das Videozentriersystem von Seiko bietet die Möglichkeit, eine Nah-PD durch einen Handspiegel mit integrierter Kamera zu vermessen.
Das Relaxed Vision Terminal (RVT) von Zeiss verfügt über ein Fixationstarget auf der Basis eines Spekleinterferogramms, mit dem der Blick ebenfalls ins Unendliche ausgerichtet werden soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbesserung der individuellen Anpassung von Brillengläsern insbesondere zum Blicken für verschiedene Objektentfernungen und unterschiedliche Augenstellungen zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den alternativ in Anspruch 1 bzw. Anspruch 7 angegebenen Merkmalen, ein Verfahren mit den alternativ in Anspruch 16 bzw. Anspruch 17 angegebenen Merkmalen und ein Computerprogrammprodukt mit den in Anspruch 18 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung bietet die Möglichkeit, Bewegungsparameter für zumindest ein Auge eines Benutzers bzw. Brillenträgers zu bestimmen. Dazu werden Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers erfasst bzw. erzeugt, welche jeweils zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines Auges des Benutzers umfassen. Insbesondere werden zumindest erste und zweite Bilddaten beispielsweise mittels einer ersten bzw. einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung aus verschiedenen Aufnahmerichtungen erfasst. Aus den zumindest zwei Bilddaten lässt sich eine dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes bestimmen. Werden nun mehrere erste und zweite Bilddaten zu verschiedenen Zeitpunkten bzw. in verschiedenen Zeitintervallen erfasst, können daraus Bewegungsparameter für eine Bewegung des Auges bestimmt werden. Die genaue Bestimmung der Bewegungsparameter kann dabei wahlweise auf zwei verschiedene Arten erfolgen.
Entweder wird neben der dreidimensionalen Position des ausgezeichneten Punktes auch noch eine Blickrichtung des entsprechenden Auges zum jeweiligen Zeitpunkt bzw. im jeweiligen Zeitintervall bestimmt. Hierbei werden die Bilddaten und die zugehörigen Blickrichtungen für zumindest zwei Zeitpunkte bzw. Zeitintervalle erfasst bzw. bestimmt.
Alternativ werden die Bewegungsparameter ohne direkte Kenntnis oder zumindest ohne Berücksichtigung der tatsächlichen Blickrichtungen bestimmt. Dazu werden die Bilddaten insbesondere ohne zugehörige Blickrichtungen für zumindest drei Zeitpunkte bzw. Zeitintervalle erfasst und daraus die dreidimensionalen Positionen des zumindest einen ausgezeichneten Punktes zu den zumindest drei Zeitpunkten bzw. in den zumindest drei Zeitintervallen bestimmt. Außerdem wird in diesem Fall ein Bewegungsmodell zur Beschreibung einer Augenbewegung bereitgestellt, welches zumindest einen freien Parameter enthält. Dieser zumindest eine freie Parameter der Augenbewegung wird durch Anpassen (Fitten) des Modells (Bewegungsmodells) an die zumindest drei dreidimensionalen Positionen ermittelt. Damit lassen sich die Bewegungsparameter des zumindest einen Auges aus dem Modell zur Beschreibung der Augenbewegung (Bewegungsmodell) bestimmen.
Insbesondere stellt die Erfindung gemäß der ersten Alternative eine Vorrichtung zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers bereit. Die Vorrichtung umfasst dabei zumindest eine erste und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt und angeordnet sind, jeweils erste Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem ersten Zeitintervall und zweite Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem zweiten Zeitintervall derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen.
Außerdem umfasst die Vorrichtung in der ersten Alternative eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Bilddatenanalyseeinrichtung, einer Sehaufgabenverwaltungseinheit und einer Bewegungsanalyseeinrichtung. Dabei ist die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt, anhand der ersten Bilddaten zumindest der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung eine erste dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges und anhand der zweiten Bilddaten zumindest der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung eine zweite dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges zu ermitteln. Die Sehaufgabenverwaltungseinheit ist dabei ausgelegt, eine im ersten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene erste Blickrichtung des ersten Auges und eine im zweiten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene zweite Blickrichtung des ersten Auges zumindest teilweise zu bestimmen. Die Bezeichnung „zumindest teilweise” soll hierbei zum Ausdruck bringen, dass die Blickrichtung nicht notwendigerweise in zwei Richtungsdimensionen eindeutig bestimmt werden muss. Die Blickrichtung soll zumindest in einer Dimension, also in einer Ebene bestimmt werden. Darüber hinaus, kann beispielsweise die genaue Richtung des Blickes innerhalb diese Ebene offen, also unbestimmt bleiben. Dies ist zum Beispiel in später nicht beschriebenen Lichtfeldern möglich. In weiter bevorzugten Ausführungsformen hingegen wird die Blickrichtung in beiden Richtungen bestimmt.
Die Bewegungsanalyseeinrichtung schließlich ist ausgelegt, anhand zumindest der ermittelten ersten und zweiten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges und der bestimmten ersten und zweiten Blickrichtung als Bewegungsparameter eine Änderung der Augenstellung des ersten Auges relativ zum Kopf des Benutzers zu bestimmen.
Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Datenausgabeeinrichtung, welche zur Ausgabe zumindest eines Teils der bestimmten Bewegungsparametern ausgelegt ist. Die Bewegungsparameter werden gemäß der ersten Alternative somit unter Berücksichtigung der Blickrichtung, also mit Kenntnis der Blickrichtung des zumindest einen Auges bestimmt.
Entsprechend stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers bereits, welches in der ersten Alternative folgende Schritte umfasst:

– Erzeugen von ersten Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem ersten Zeitintervall und von zweiten Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem zweiten Zeitintervall, jeweils aus zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen,
– Ermitteln einer ersten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges anhand der aus den zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugten ersten Bilddaten;
– Ermitteln einer zweiten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges anhand der aus den zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugten zweiten Bilddaten;
– Bestimmen einer im ersten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene erste Blickrichtung des ersten Auges und eine im zweiten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene zweite Blickrichtung des ersten Auges zumindest teilweise; und
– Bestimmen einer Änderung der Augenstellung des ersten Auges relativ zum Kopf des Benutzers als Bewegungsparameter für das erste Auge anhand zumindest der ermittelten ersten und zweiten dreidimensionalen Position des ersten Auges und der bestimmten ersten und zweiten Blickrichtung.

Insbesondere stellt die Erfindung gemäß der zweiten Alternative eine Vorrichtung zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers bereit. Die Vorrichtung umfasst dabei zumindest eine erste und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt und angeordnet sind, jeweils in einem ersten Zeitintervall erste Bilddaten, in einem zweiten Zeitintervall zweite Bilddaten und in einem dritten Zeitintervall dritte Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen.
Außerdem umfasst die Vorrichtung in der zweiten Alternative eine Datenverarbeitungseinrichtung mit einer Bilddatenanalyseeinrichtung, einer Modelldatenbank und einer Bewegungsanalyseeinrichtung. Dabei ist die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt, anhand der von den Bildaufnahmeeinrichtungen erzeugten ersten, zweiten und dritten Bilddaten, jeweils eine erste, zweite bzw. dritte dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges zu ermitteln. Die Modelldatenbank stellt zumindest ein Modell zur Beschreibung einer Augenbewegung eines Benutzers mit zumindest einem freien Parameter bereit. Schließlich umfasst die Bewegungsanalyseeinrichtung eine Parameteranpasseinrichtung, welche ausgelegt ist, den zumindest einen freien Parameters durch Anpassen des Modells an die zumindest drei ermittelten dreidimensionalen Positionen gemäß einem Anpasskriterium zu ermitteln. Dabei ist die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt, die Bewegungsparameter des zumindest einen Auges anhand des zumindest einen ermittelten freien Parameters aus dem Modell zur Beschreibung der Augenbewegung zu bestimmen
Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Datenausgabeeinrichtung, welche zur Ausgabe zumindest eines Teils der bestimmten Bewegungsparametern ausgelegt ist. Die Bewegungsparameter werden gemäß der zweiten Alternative somit ohne direkte Kenntnis bzw. ohne Berücksichtigung der Blickrichtung des zumindest einen Auges bestimmt.
Entsprechend stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers bereit, welches in der zweiten Alternative folgende Schritte umfasst:

– Erzeugen einer Vielzahl von Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einer Vielzahl von zumindest drei Zeitintervallen derart, dass in jedem Zeitintervall Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers, welche zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen, aus zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugt werden;
– Ermitteln einer dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges anhand der aus den zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugten ersten Bilddaten für jede der Vielzahl von Zeitintervallen;
– Bereitstellen zumindest eines Modells zur Beschreibung einer Augenbewegung eines Benutzers mit zumindest einem freien Parameter; und
– Ermitteln des zumindest einen freien Parameters durch Anpassen, d. h. Fitten, des Modells an die Vielzahl ermittelter dreidimensionaler Positionen gemäß einem Anpasskriterium (Fit-Kriterium); und
– Bestimmen der Bewegungsparameter des zumindest einen Auges anhand des zumindest einen ermittelten freien Parameters aus dem Modell zur Beschreibung der Augenbewegung.

Als Anpasskriterium dient insbesondere eine Fitfunktion als Maß für die Abweichung des Modells von den Vielzahl ermittelter dreidimensionaler Positionen. Als Anpasskriterium eignet sich besondere, wenn als Fitfunktion, welche den Abstand der ermittelten dreidimensionalen Positionen von den im Modell erwarteten Positionen beschreibt, minimiert wird. Dieser Abstand wird in einer geeigneten Metrik definiert. Eine bevorzugte Metrik ist die Summe der Quadrate der euklidischen Entfernungen.
Die Erfindung bietet damit die Möglichkeit, die tatsächliche, individuelle Bewegung zumindest eines Auges eines Brillenträgers für verschiedene Entfernungen und Augenauslenkungen sicher und zuverlässig zu bestimmen. Insbesondere ermöglicht es die Erfindung, die individuellen Rotationsparameter eines Auges durch die Bestimmung der Position eines ausgezeichneten Punktes des Auges sowie gegebenenfalls der Blickrichtung messtechnisch zu erfassen. Damit liefert die Erfindung insbesondere genauere individuelle Informationen über einen Brillenträger als Basis, um Gleitsicht- oder Mehrstärkenbrillengläser nicht nur für den Fernblick sondern auch für den Raum- und Nahbereich sowie beispielsweise die Hauptblicklinie für jeden Probanden (Brillenträger) individuell genauer zu optimieren. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens besteht dabei darin, dass eine Fülle von Rotationsparametern in besonders präziser und einfacher Weise vollständig dreidimensional erfasst werden kann, ohne dass der Proband Markierungen tragen muss, deren geometrische Anordnung a priori bekannt sein muss.
Die Bewegungsparameter für das zumindest eine Auge des Benutzers bzw. Brillenträgers definieren dabei insbesondere zumindest teilweise eine räumliche Größe in Bezug auf die Änderung der Augenstellung des zumindest einen Auges relativ zum Kopf des Benutzers. Besonders bevorzugt legen die Bewegungsparameter eine räumliche Position bzw. eine Lage eines Augendrehpunkts zumindest teilweise fest. Insbesondere legen die Bewegungsparameter zumindest eine räumliche Lage einer Augendrehachse fest. Dabei wird die räumliche Position des Augendrehpunkts bzw. die räumliche Lage der Augendrehachse zumindest teilweise relativ zu dem zumindest einen ausgezeichneten Punkt des Auges des Benutzers durch die Bewegungsparameter festgelegt. Vorzugsweise ist die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt, einen Augenradius als geometrischen Abstand des ermittelten ausgezeichneten Punktes vom bestimmten Augendrehpunkt oder der bestimmten Drehachse zu ermitteln.
Dies ist aber nicht auf die Analyse der Blickauslenkung in einer einzigen Richtung beschränkt. Vorzugsweise umfassen die bestimmten Bewegungsparameter zumindest eine Lage eines ersten und eine Lage eines zweiten Augendrehpunkts und/oder eine Lage einer ersten und eine Lage einer zweiten Drehachse. Dabei ist die Bewegungsanalyseeinrichtung vorzugsweise ausgelegt, einen ersten Augenradius als geometrischen Abstand des ermittelten ausgezeichneten Punktes vom bestimmten ersten Augendrehpunkt oder der bestimmten ersten Drehachse und einen zweiten Augenradius als geometrischen Abstand des ermittelten ausgezeichneten Punktes vom bestimmten zweiten Augendrehpunkt oder der bestimmten zweiten Drehachse zu ermitteln.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung ausgelegt, insbesondere analog zur ersten und zweiten Blickrichtung eine dritte und eine vierte Blickrichtung des Auges zu bestimmen, also festzulegen oder zu ermitteln. Besonders bevorzugt werden die dritte und vierte Blickrichtung derart bestimmt, dass sie im Wesentlichen parallel zu einer Ebene liegen, zu der nicht gleichzeitige die erste und zweite Blickrichtung parallel liegen. Damit ist eine erste Augenbewegung zwischen der ersten und der zweiten Blickrichtung nicht parallel zu einer zweiter Augenbewegung zwischen der dritte und der vierten Blickrichtung. Besonders bevorzugt liegen die erste und die zweite Blickrichtung im Wesentlichen parallel zu einer Ebene, welche senkrecht zu einer weiteren Ebene liegt, zu der die dritte und vierte Blickrichtung parallel liegen. Dabei liegen vorzugsweise die erste und zweite Blickrichtung im Wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen horizontalen oder vertikalen Ebene, während entsprechend die dritte und vierte Blickrichtung vorzugsweise parallel zu einer gemeinsamen vertikalen bzw. horizontalen Ebene liegen. Während sich zwar die erste Blickrichtung von der zweiten Blickrichtung und die dritte Blickrichtung von der vierten Blickrichtung unterscheiden, kann die dritte oder die vierte Blickrichtung durchaus mit der ersten oder der zweiten Blickrichtung übereinstimmen. So können zwei unterschiedliche Blickbewegungen durchaus auch auf Basis von nur drei verschiedenen Blickrichtungen ausgewertet werden. Dies ist besonders dann sehr effizient, wenn die erste oder zweite Blickrichtung, welche mit der dritten oder vierten Blickrichtung übereinstimmt als Nullblickrichtung bestimmt, insbesondere vorgegeben wird.
Soweit die Vorrichtung eine Modelldatenbank zum Bereitstellen zumindest eines Modells zur Beschreibung einer Augenbewegung eines Benutzers mit zumindest einem freien Parameter umfasst, wird das Modell in diesem Aspekt vorzugsweise derart bereitgestellt, dass es die Lage des ersten und die Lage des zweiten Augendrehpunkts und/oder die Lage der ersten und die Lage der zweiten Drehachse und/oder den ersten und zweiten Augenradius als freie Parameter umfasst.
Vorzugsweise ist die Datenausgabeeinrichtung ausgelegt, den Augenradius, insbesondere den ersten und/oder zweiten Augenradius, auszugeben. Es ist dabei insbesondere nicht erforderlich auch die Lage des entsprechenden Augendrehpunktes und/oder die Lage der entsprechenden Drehachse auszugeben direkt auszugeben.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt, anhand der ersten und zweiten Blickrichtung eine erste bzw. zweite Blickrichtungsachse zu bestimmen und die Lage des Augendrehpunkts, insbesondere des ersten Augendrehpunkts, als den Mittelpunkt des Abstands zwischen den beiden Blickrichtungsachsen (also insbesondere der ersten und zweiten Blickrichtungsachse) zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Bewegungsanalyseeinrichtung in analoger Weise ausgelegt, anhand der dritten und vierten Blickrichtung eine dritte bzw. vierte Blickrichtungsachse zu bestimmen und die Lage des zweiten Augendrehpunkts als den Mittelpunkt des Abstands zwischen der dritten und vierten Blickrichtungsachsen zu ermitteln.
Besonders bevorzugt umfassen die Bewegungsparameter einen geometrischen Abstand eines Augenreferenzpunkts vom Augendrehpunkt oder von der zumindest einen Augendrehachse. Der Augenreferenzpunkt bildet dabei einen festen Punkt des Auges. Insbesondere hat der Augenreferenzpunkt eine eindeutig bestimmte bzw. bestimmbare Lage relativ zu dem zumindest einen ausgezeichneten Punkt des Auges.
Besonders bevorzugt wird der Augenreferenzpunkt von der Pupillenmitte oder vom Hornhautscheitel gebildet. Damit legt der Augenreferenzpunkt einen für den Verlauf des Strahlengangs beim Blicken besonders relevanten Bezugspunkt des Auges fest. Der geometrische Abstand des Augenreferenzpunkts vom Augendrehpunkt oder von der zumindest einen Augendrehachse, welcher nachfolgend vereinfachend als Augenradius bezeichnet werden soll, beschreibt damit eine besonders einfache und dennoch das optische Verhalten des Auges besondere gut beschreibende Größe für die individuelle Bewegung des Auges des jeweiligen Brillenträgers.
Vor allem wenn in einer bevorzugten Ausführungsform die Vorrichtung bzw. das Verfahren ausgelegt ist, die analoge Bestimmung bzw. Auswertung von Bewegungsparametern für ein zweites Auge des Benutzers (Brillenträgers) durchzuführen, werden vorzugsweise die tatsächlichen, individuellen Pupillendistanzen und/oder Hornhautscheitelabstände des Probanden (Brillenträgers) für eine Vielzahl von Entfernungen bzw. Augenauslenkungen sicher und zuverlässig bestimmt.
Der Begriff des „Augenradius” sollte hierbei nicht notwendigerweise als geometrischer Radius des Auges als solches verstanden werden, welches im allgemeinen ohnehin nicht als ideale Kugel angesehen werden kann. Statt dessen definiert der Augenradius im Sinne dieser bevorzugten Implementierung den effektiven Radius einer Bewegung des Augenreferenzpunktes bei einer Blickbewegung des Auges insbesondere in einer Ebene. So wird der Bahn des Augenreferenzpunktes bei einer Blickbewegung auf dieser Ebene zumindest lokal eine Kreisbahn mit dem Augenradius als Radius der Kreisbahn angepasst bzw. genähert. In einer anderen, beispielsweise dazu senkrechten Ebene könnte eine Kreisbahn mit einem anderen Radius angepasst werden. Insbesondere wird der Bewegung des Augenreferenzpunktes bei Blickbewegungen zumindest lokal ein Ellipsoid angepasst.
Während die Kenntnis der lateralen Position des Augendrehpunktes (bzw. des Hornhautscheitels bzw. der Pupillenmitte) im Wesentlichen der Zentrierung (laterale Position des Brillenglases in der angepassten Fassung) dient, kann mit Kenntnis der axialen Positionen von Augendrehpunkt, Hornhautscheitel (bzw. Pupillenmitte) und Brillenglas das Glas in der Gebrauchsstellung weiter optimiert werden. Dabei sind im Wesentlichen die Abstände, also der Radius der Bewegung des Hornhautscheitels (bzw. der Pupillenmitte) und der dem Abstand zwischen Hornhautscheitel (bzw. Pupillenmitte) und Brillenglas relevant.
Im einzelnen hängen die folgenden Aspekte von den genannten Größen ab:

1. Geometrische Lage der Durchblickspunkte Die genaue laterale Position der Durchblickspunkte für verschiedene Blickrichtungen durch ein Brillenglas hängt neben der lateralen Position des Durchblickspunktes in Nullblickrichtung („klassische Zentrierung”) auch von den genannten Parametern ab. Durch deren Kenntnis kann die Position des Durchblickspunktes für jeden gegebenen Vergenzwinkel – und damit für jede gegebene Objektentfernung – sowie für jeden vertikalen Blickwinkel bestimmt werden. Dies erlaubt beispielsweise den genauen Verlauf (horizontal und vertikal) der Hauptblicklinie in Gleitsichtgläsern und die Position des Einsatzes für die Addition individuell zu optimieren
2. Durchblicksrichtung Abhängig von den genannten Größen ändert sich weiterhin die Richtung, durch die das einfallende Strahlenbündel eines abzubildenden Objekts auf eine bestimmte Position des Brillenglases auftrifft. Durch die Ermittlung der genauen Einfallsrichtung aus den genannten Größen (und gegebenenfalls der Grundgeometrie des Glases) lassen sich die Abbildungseigenschaften verbessern und dabei insbesondere der Astigmatismus schiefer Bündel minimieren.
3. Vergrößerung Da der Abstand zwischen verschiedenen optischen Elemente zueinander einen Einfluss auf die resultierende Vergrößerung hat, kann durch die genaue Kenntnis der genannten Größen die tatsächliche Vergrößerung bei der Optimierung berücksichtigt und das Brillenglas entsprechend optimiert werden. So kann beispielsweise vermieden werden, dass die resultierende Vergrößerung von der Entfernung oder der lateralen Position des abzubildenden Objekts abhängt.

Der genannte Parametersatz (laterale und axiale Position des Augendrehpunktes, Radius der Bewegung des Hornhautscheitels (bzw. der Pupillenmitte) und Abstand des Brillenglases vom Hornhautscheitel (bzw. der Pupillenmitte)) wird vorzugsweise auf folgende Art bestimmt:
Dabei wird vorzugsweise durch die Messung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung die dreidimensionale Position des Augendrehpunktes (lateral und axial) als auch die Position des Hornhautscheitels (bzw. der Pupille) beim Blick in Nullblickrichtung (sowie ggf. weiterer Blickrichtungen) bestimmt. Ferner wird die dreidimensionale Position des Glases gemessen. Aus diesen Informationen können dann zusätzlich die benötigten Längen (Radius der Bewegung des Hornhautscheitels (bzw. der Pupillenmitte) und Abstand des Brillenglases vom Hornhautscheitel (bzw. der Pupillenmitte)) abgeleitet werden.
Durch die Bestimmung eines individuellen Augenradius wird eine individuelle Verbesserung bei der individuellen Optimierung von Brillengläsern erreicht. Beispielsweise wenn die Abbildung von realen Objekten auf der Retina durch ein Brillenglas und ein Modellauge, in dem die Pupillenöffnung des menschlichen Auges als Eintrittsblende abgebildet wird, strahlen- oder wellenoptisch simuliert werden, wird die individuelle Anpassung/Optimierung des Brillenglases dadurch verbessert, dass durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bzw. eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform aufgrund des sehr genau bestimmten individuellen Augenradius die tatsächliche Position der Pupille für verschiedene Blickrichtungen (und vorzugsweise auch die Größe der Pupille) bekannt ist. Ist der individuelle Augenradius im Sinne dieser Beschreibung einmal ermittelt, kann aus weiteren Messungen, welche auch in anderen Systemen durchgeführt werden können, sehr einfach auf den Augendrehpunkt geschlossen werden.
In einem bevorzugten Aspekt bildet der zumindest eine ausgezeichnete Punkt des Auges den Augenreferenzpunkt. Damit lässt sich in besonders einfacher Weise aus den dreidimensionalen Positionen und den Blickrichtungen der Augenradius ermitteln.
Um die Augenbewegungen relativ zum Kopf des Benutzers erfassen zu können, werden in bevorzugten Ausführungsformen insbesondere zwei alternative Vorgehensweisen vorgeschlagen. Dabei werden entweder die Bildaufnahmeeinrichtungen direkt oder indirekt derart mit dem Kopf des Probanden verbunden, dass sie sich bei Bewegungen des Kopfes mit bewegen, oder mittels der Bildaufnahmeeinrichtungen wird eine Referenzstruktur bildlich erfasst, die direkt oder indirekt derart mit dem Kopf des Probanden verbunden ist, dass sie sich bei Bewegungen des Kopfes mit bewegt.
Demnach sind in einer bevorzugten Ausführungsform die Bildaufnahmeeinrichtungen, insbesondere die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung, relativ zum Kopf des Benutzers fixierbar. Damit lassen sich besonders einfach die Bewegungen des zumindest einen Auges bzw. beider Augen des Benutzers relativ zum Kopf des Benutzers auch bei gleichzeitiger Kopfbewegung unmittelbar aus den erzeugten Bilddaten ableiten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Bildaufnahmeeinrichtungen ausgelegt und angeordnet, die Bilddaten derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zusätzlich zum zumindest einen ausgezeichneten Punkt des ersten Auges des Benutzers eine relativ zum Kopf des Benutzers fixierte Referenzstruktur, insbesondere in Form intrinsischer oder extrinsischer Marken, umfassen, welche zumindest drei nicht auf einer Geraden liegenden Referenzpunkte unterscheidbar festlegt. Die Referenzpunkte können dabei beispielsweise in einer gemeinsamen Referenzmarke oder zumindest teilweise in jeweils eigenen Referenzmarken vorgesehen sein. Durch ihre optisch erkennbaren Unterscheidbarkeit und den Umstand, dass sie nicht auf einer gemeinsamen Geraden liegen wird erreicht, dass eine Bewegung des Kopfes in Form einer Translation oder Rotation stets als eine Änderung der Anordnung der Referenzstruktur in den Bilddaten erkennbar ist. Dabei kann sich die Unterscheidbarkeit der Referenzpunkte aus ihrer asymmetrischen Anordnung oder aus sonstigen Struktur- und/oder Farbelementen der Referenzstruktur ergeben. Die Referenzstruktur kann dabei direkt oder indirekt (beispielsweise mittels einer Brillenfassung, die der Proband bei der Bilderfassung trägt) am Kopf angebrachte Markierungen umfassen und/oder zumindest teilweise aus bildlich erfassbaren Strukturelementen des Kopfes selbst bestehen (z. B. Nasenspitze, Nasenwurzel, Haaransatz, ...).
Dabei ist die Bilddatenanalyseeinrichtung vorzugsweise ausgelegt, aus der von den Bilddaten der Bildaufnahmeeinrichtungen umfassten Abbildungen der Referenzstruktur jeweils eine entsprechende dreidimensionale Referenzposition und eine entsprechende dreidimensionale Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers zu ermitteln. Insbesondere ist die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt, aus der von den ersten Bilddaten der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung umfassten Abbildung der Referenzstruktur eine erste dreidimensionale Referenzposition und eine erste dreidimensionale Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers und aus der von den zweiten Bilddaten der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung umfassten Abbildung der Referenzstruktur eine zweite dreidimensionale Referenzposition und eine zweite dreidimensionale Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers zu ermitteln.
Außerdem ist die Bewegungsanalyseeinrichtung vorzugsweise ausgelegt, die Änderung der Augenstellung des ersten Auges relativ zum Kopf des Benutzers anhand zumindest der ermittelten ersten und zweiten dreidimensionalen Position des ausgezeichneten Punktes des ersten Auges, der bestimmten ersten und zweiten Blickrichtung und der ermittelten ersten und zweiten Referenzposition und Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers zu bestimmen. Insbesondere ergibt sich bei einer ermittelten Bewegung des zumindest einen Auges relativ zu den Bildaufnahmeeinrichtungen (Augenbewegung) und einer ermittelten Bewegung des Kopfes relativ zu den Bildaufnahmeeinrichtungen (Kopfbewegung) die Relativbewegung des Auges relativ zu Kopf als Differenz der Augenbewegung und der Kopfbewegung.
Insbesondere im Falle der zweiten Alternative, also bei Bestimmung der Bewegungsparameter ohne Berücksichtigung der Blickrichtung, ist die Bilddatenanalyseeinrichtung außerdem ausgelegt, aus der von den dritten Bilddaten der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung umfassten Abbildung der Referenzstruktur eine dritte dreidimensionale Referenzposition und eine dritte dreidimensionale Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers zu ermitteln. Dabei ist die Bewegungsanalyseeinrichtung vorzugsweise ausgelegt, den zumindest einen freien Parameters durch Anpassen des Modells an die zumindest drei ermittelten dreidimensionalen Positionen unter Berücksichtigung der ermittelten ersten, zweiten und dritten Referenzposition und Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers gemäß einem Anpasskriterium zu ermitteln. Die Referenzpositionen und Referenzorientierungen des Kopfes werden dabei insbesondere derart berücksichtigt, dass die Anpassung des Modells in einem durch die Referenzpositionen und Referenzorientierungen des Kopfes festgelegten Referenzsystem (bzw. Referenzkoordinatensystem) erfolgt, d. h. die ermittelten dreidimensionalen Positionen des zumindest einen ausgezeichneten Punktes werden relativ zu diesem Referenzsystem bestimmt bzw. ermittelt. Es ist damit nicht erforderlich, dass die Bildaufnahmeeinrichtungen fest mit dem Kopf des Brillenträgers verbunden sind.
Die Bewegungsparameter können also bestimmt werden, ohne dass die Bildaufnahmeeinrichtungen fest mit dem Kopf des Probanden verbunden werden müssen und ohne dass der Proband Markierungen tragen muss, deren geometrische Anordnung a priori bekannt sein muss. Auch eine Referenzstruktur, deren geometrische Anordnung oder Abmessung nicht bekannt ist, deren Anordnung relativ zum Kopf aber während der Erfassung der Bilddaten unverändert bleibt, ist für eine Bestimmung von Bewegungsparametern gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Referenzstruktur geeignet.
Insbesondere für die erste Alternative, also für die Bestimmung der Bewegungsparameter unter Berücksichtigung der Blickrichtung, bietet die Erfindung in bevorzugten Ausführungsformen insbesondere zwei verschiedene Möglichkeiten zur Bestimmung der Blickrichtungen. In einer dieser bevorzugten Ausführungsformen werden die Blickrichtungen mittels eines Fixationstargets bestimmt, während sie in einer weiteren dieser bevorzugten Ausführungsformen mittels eines Fixationsobjekts bestimmt werden.
Dementsprechend umfasst die Vorrichtung vorzugsweise zumindest ein Fixationstarget, welches ausgelegt ist, ein Lichtfeld zumindest teilweise in Richtung des mittels der Bildaufnahmeeinrichtungen zu erfassenden Auges des Benutzers derart auszusenden, dass alle Lichtstrahlen innerhalb des Lichtfeldes im wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen Fixationsebene verlaufen. Dabei ist die Sehaufgabenverwaltungseinheit vorzugsweise ausgelegt, die erste und/oder zweite Blickrichtung des zumindest einen Auges als eine Richtung parallel zu der Fixationsebene zu bestimmen.
Besonders bevorzugt ist die Sehaufgabenverwaltungseinheit dabei ausgelegt, das zumindest eine Fixationstarget derart zu steuern, dass das Lichtfeld im ersten Zeitintervall mit einer ersten Fixationsebene und im zweiten Zeitintervall mit einer von der ersten verschiedenen, zweiten Fixationsebene ausgesendet wird.
Alternativ oder zusätzlich zur Nutzung eines Fixationstargets umfasst die Vorrichtung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest ein optisches Fixationsobjekt, welches ausgelegt ist, in zumindest einer vorgegebenen Fixierposition ein zur Führung oder Fixierung der Blickrichtung des Benutzer geeignetes optisches Signal auszugeben. Insbesondere könnte es sich bei dem Fixationsobjekt um eine an der zumindest einen Fixierposition angeordnete Lichtquelle handeln, wobei hier als Lichtquelle nicht nur aktive bzw. primäre Lichtquellen (z. B. LED, Glühbirne, usw.) sondern auch passive Lichtquellen gemeint sind, die Licht lediglich aufgrund von Reflexion oder Streuung abstrahlen, während sie selbst von aktiven Lichtquellen bestrahlt werden.
Die Sehaufgabenverwaltungseinheit ist dabei vorzugsweise ausgelegt, die erste und/oder zweite Blickrichtung des ersten und/oder zweiten Auges in Abhängigkeit von der Fixierposition und der ermittelten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes zu bestimmen. Dazu umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine Systemdatenspeichereinrichtung, mittels der Koordinaten der zumindest einen vorgegebenen Fixierposition bereitgestellt werden. Aus den dreidimensionalen Koordinaten des zumindest einen ausgezeichneten Punktes und den aus der Systemdatenspeichereinrichtung erfassten Koordinaten der entsprechenden Fixierposition bestimmt die Sehaufgabenverwaltungseinheit damit die jeweilige Blickrichtung, welche besonders bevorzugt im Wesentlichen der Verbindungsgerade zwischen dem ausgezeichneten Punkt des Auges und der jeweiligen Fixierposition entspricht.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung eine Benutzerschnittstelle zum Erfassen einer Auswahl bzw. Eingabe eines Selektionsbereichs in zumindest einem der erzeugten Bilddaten durch einen Benutzer, wobei die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt ist, den ausgezeichneten Punkt des ersten Auges innerhalb des Selektionsbereichs automatisch zu ermitteln. Dazu wird besonders bevorzugt zumindest ein Bild auf Basis eines der Bilddatensätze erzeugt und über die Benutzerschnittstelle insbesondere auf einem Bildschirm ausgegeben. Mittels einer Eingabeeinheit der Benutzerschnittstelle, welche beispielsweise in Form eines berührungssensitiven Bildschirms, eines Touchpads oder einer Computermaus implementiert ist, wird ein Selektionsbereich vorzugsweise grafisch (beispielsweise durch Umranden) festgelegt, innerhalb dessen die Vorrichtung automatisch den zumindest einen ausgezeichneten Punkt ermittelt. Dadurch kann wirkungsvoll verhindert werden, dass bei der automatisierten Ermittlung des zumindest eine ausgezeichneten Punktes aus einem Bilddatensatz fälschlicherweise ein Bildpunkt außerhalb des Auges mit ähnlicher graphischer Struktur ermittelt wird, was zu Fehlfunktionen bzw. verfälschten Ergebnissen führen könnte.
In anderen Ausführungsformen könnte das Ermitteln des ausgezeichneten Punktes innerhalb der gesamten Bilddaten vollautomatisch erfolgen, ohne dass der Benutzer einen Selektionsbereich innerhalb Bilddaten vorgibt. Alternativ könnte die Bilddatenanalyseeinrichtung auch eine über die Benutzerschnittstelle vom Benutzer erfasste manuelle Auswahl des ausgezeichneten Punktes in den Bilddaten erfassen, um daraus die dreidimensionalen Positionen des ausgezeichneten Punktes zu ermitteln.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der zumindest eine ausgezeichnete Punkt zumindest einen der folgenden Punkte: die Pupillenmitte, den Hornhautscheitel, zumindest einen optisch ausgezeichneten Punkt der Iris, zumindest einen optisch ausgezeichneten Punkt der Lederhaut.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung zumindest eine dritte Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt und angeordnet ist, erste Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers im ersten Zeitintervall und zweite Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers im zweiten Zeitintervall derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers den ausgezeichneten Punkt des ersten Auges des Benutzers und besonders vorzugsweise auch die relativ zum Kopf des Benutzers fixierte Referenzstruktur umfassen.
Vorzugsweise umfasst die Datenverarbeitungseinrichtung außerdem eine Redundanzkontrolleinrichtung, welche ausgelegt ist, für jedes Zeitintervall anhand der Bilddaten der zumindest drei Bildaufnahmeeinrichtungen eine Konsistenzüberprüfung anhand redundanter geometrischen Informationen zu dem zumindest einen abgebildeten ausgezeichneten Punkt durchzuführen und dem jeweiligen Zeitintervall einen von der Konsistenzüberprüfung abhängigen Zuverlässigkeitsfaktor zuzuordenen. So ergeben sich aus den zumindest drei gleichzeitig erzeugten Bilddaten der zumindest drei Bildaufnahmeeinrichtungen und der jeweils darin ermittelten Position des ausgezeichneten Punktes mehr Informationen als zur eindeutigen Bestimmung der dreidimensionalen Position des ausgezeichneten Punktes erforderlich wären. Bei einer fehlerfreien gleichzeitigen Erfassung der zumindest drei Sätze von Bilddaten und einer korrekten Identifikation desselben ausgezeichneten Punktes müssten diese Informationen jedoch konsistent sein, d. h. jede Kombination Bilddaten zweier Bildaufnahmeeinrichtungen muss stets zur selben dreidimensionalen Position des ausgezeichneten Punktes führen. Ist dies nicht der Fall, wird dem entsprechenden Zeitintervall ein von der Abweichung abhängiger Zuverlässigkeitsfaktor zugeordnet. Die Ursache für solche Abweichungen können beispielsweise in einem fehlerhaften Erfassen der Bilddaten oder in einer inkorrekten Auswertung bzw. Identifikation des ausgezeichneten Punktes liegen.
Vorzugsweise ist die Vorrichtung ausgelegt, zumindest falls der Zuverlässigkeitsfaktor für zumindest ein Zeitintervall außerhalb eines Toleranzbereichs liegt, die Bildaufnahmeeinrichtungen zu steuern, Bilddaten in einem weiteren, insbesondere dritten oder vierten Zeitintervall zu erzeugen. Damit können die möglicherweise fehlerhaften Bilddaten des als fehlerhaft erkannten Zeitintervalls verworfen werden und die Bestimmung der Bewegungsparameter auf korrekt ermittelte Bilddaten gestützt werden. Dadurch wird die Genauigkeit bei der Bestimmung der Bewegungsdaten wesentlich verbessert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es für eine Redundanzüberprüfung nicht notwendig, dass die Vorrichtung eine dritte Bildaufnahmeeinrichtung umfasst oder nutzt. Statt dessen kann die Redundanzkontrolleinrichtung ausgelegt sein, für jedes Zeitintervall anhand der Bilddaten der zumindest zwei Bildaufnahmeeinrichtungen eine Konsistenzüberprüfung anhand redundanter geometrischen Informationen zu dem zumindest einen abgebildeten ausgezeichneten Punkt (z. B. im Hinblick auf Abstände der Sicht- bzw. Blicklinien) durchzuführen und dem jeweiligen Zeitintervall einen von der Konsistenzüberprüfung abhängigen Zuverlässigkeitsfaktor zuzuordnen. Dabei ist die Vorrichtung vorzugsweise ausgelegt, zumindest falls der Zuverlässigkeitsfaktor für zumindest ein Zeitintervall außerhalb eines Toleranzbereichs liegt, die Bildaufnahmeeinrichtungen zu steuern, Bilddaten in einem dritten Zeitintervall zu erzeugen.
In einem weiteren bevorzugten Aspekt wird die dritte Bildaufnahmeeinrichtung vorzugsweise dazu verwendet, erste Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers im ersten Zeitintervall und zweite Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers im zweiten Zeitintervall derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers den ausgezeichneten Punkt des ersten Auges des Benutzers und vorzugsweise die relativ zum Kopf des Benutzers fixierte Referenzstruktur für Kopf- oder Blickrichtungen umfassen, die sich mit zwei Kameras alleine nicht (oder zumindest nicht in allen Aufnahmen) erfassen lassen. Insbesondere bei starken Blickauslenkungen in entgegengesetzte Richtungen könnte beispielsweise zumindest ein Teil des Auges für zumindest eine Bildaufnahmeeinrichtung durch die Nase verdeckt sein.
Vorzugsweise ist die Sehaufgabenverwaltungseinheit ausgelegt, die erste und zweite Blickrichtung derart zu bestimmen, dass diese im Wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen horizontalen oder vertikalen Ebene liegen. Im Falle der Verwendung optischer Fixationsobjekte werden dabei vorzugsweise zumindest zwei Fixationsobjekte derart vorgesehen, dass deren vorgegebene Fixierpositionen in einer Gebrauchsstellung der Vorrichtung im Wesentlichen vertikal übereinander oder horizontal nebeneinander angeordnet sind, wobei sie sich besonders bevorzugt in einem im Wesentlichen gleichen Abstand von einem Bildaufnahmeraum der Vorrichtung befinden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt, zu jedem Zeitintervall aus den Bilddaten der zumindest zwei Bildaufnahmeeinrichtungen eine dreidimensionale Position eines ersten ausgezeichneten Punktes des zumindest einen Auges und eine dreidimensionale Position eines zweiten ausgezeichneten Punktes des zumindest einen Auges zu ermitteln. Dabei ist die Bewegungsanalyseeinrichtung vorzugsweise ausgelegt, anhand der ermittelten dreidimensionalen Positionen des ersten und zweiten ausgezeichneten Punktes eine Torsionsbewegung des Auges relativ zum Kopf des Benutzers zu bestimmen.
Besonders bevorzugt ist die Vorrichtung ausgelegt, Bewegungsparameter für beide Augen des Benutzers zu bestimmen, wobei die Bildaufnahmeeinrichtungen ausgelegt sind, die Bilddaten derart zu erfassen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers jeweils zumindest einen ausgezeichneten Punkt des ersten und zweiten Auges umfasst.
Neben entsprechenden Verfahren des Bestimmens von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Brillenträgers unter Einbeziehung einer oder mehrerer der als funktionale Abläufe in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen implementierten entsprechenden Verfahrensschritten bietet die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere in Form eines Speichermediums oder einer Signalfolge, umfassend computerlesbare Anweisungen, welche, wenn geladen in einen Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer, bewirken, dass der Computer ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer bevorzugten Ausführungsform durchführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand begleitender Zeichnungen bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt:
1: eine perspektivische Schemaansicht einer bevorzugten Ausführungsform zur Implementierung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in Betriebsstellung;
2A bis 2D: schematische Querschnitte von Fixationstargets gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung;
3A bis 3D: mögliche Anwendungen der in 2A bis 2D dargestellten Fixationstargets zum Stellen von Sehaufgaben zur Auslenkung der Augen;
4A bis 4C: schematische Darstellungen zur Veranschaulichung von Sehaufgaben gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der. Erfindung mit Hilfe von Fixationstargets;
5A bis 5C: schematische Darstellungen zur Veranschaulichung von Sehaufgaben mit Hilfe von Fixationsobjekten an der Vorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6A und 6B: schematische Darstellungen zur Veranschaulichung von Sehaufgaben gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Hilfe eines Fixationsobjekts an einer vom Probanden getragenen Brillenfassung;
7: eine Brillenfassung mit einer Referenzstruktur in Form von fünf Referenzmarken zur Verwendung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
8A und 8B: von einer ersten (8A) bzw. einer zweiten (8B) Bildaufnahmeeinrichtung erzeugten Bilddaten eines Probanden;
9A: eine schematische Darstellung von Daten zweier Stereoaufnahmen vor einer Transformation;
9B: eine schematische Darstellung von Daten zweier Stereoaufnahmen nach einer Transformation; und
9C: eine schematische Darstellung der Intersektion von Blickgeraden.
1 zeigt eine schematische Perspektivenansicht einer Vorrichtung 10 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Anordnungseinrichtung in Form einer Gehäuses bzw. einer Säule 12, an welcher eine erste Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer oberen Kamera 14 und eine zweite Bildaufnahmeeinrichtung in Form einer seitlichen Kamera 16 angeordnet ist. Die beiden Kameras 14, 16 bilden zusammen vorzugsweise ein Stereokamerasystem. Ferner ist in die Säule 12 eine Datenausgabeeinrichtung in Form eines Monitors 18 integriert. In Betriebsstellung sind die obere Kamera 14, und die seitliche Kamera 16 derart angeordnet, dass sich eine effektive optische Achse 20 der oberen Kamera 14 mit einer effektiven optischen Achse 22 der seitlichen Kamera 16 in einem Schnittpunkt 24 schneiden. Es ist nicht notwendig, dass sich die effektive optische Achse 20 der ersten Bildaufnahmeeinrichtung 14 und die effektive optische Achse 22 der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung 16 schneiden. Zumindest ist ihr Abstand, also die Entfernung der einander nächsten Punkte, aber vorzugsweise nicht größer als 20 cm, noch mehr bevorzugt nicht größer als 10 cm, am meisten bevorzugt nicht größer als 5 cm. Damit ergibt sich ein Bildaufnahmeraum derart, dass ein sich in diesem Bildaufnahmeraum vor den Bildaufnahmeeinrichtungen befindlicher Kopf von beiden Bildaufnahmeeinrichtungen insbesondere unter verschiedenen Aufnahme- bzw. Betrachtungswinkeln gleichzeitig abgebildet werden kann.
Die obere Kamera 14 ist vorzugsweise mittig hinter einem teildurchlässigen Spiegel 26 angeordnet. Die Bilddaten der oberen Kamera 14 werden durch den teildurchlässigen Spiegel 26 hindurch erzeugt. Die Bilddaten (im folgenden Bilder genannt) der oberen Kamera 14 und/oder der seitlichen Kamera 16 werden vorzugsweise an dem Monitor 18 ausgegeben.
In der in 1 dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung ist die effektive optische Achse 20 der oberen Kamera 14 parallel zu der Nullblickrichtung eines Benutzers 30 angeordnet. Die Nullblickrichtung entspricht der Fixierlinie der Augen des Benutzers in Primärstellung. Die seitliche Kamera 16 ist derart angeordnet, dass die effektive optische Achse 22 der seitlichen Kamera 16 die effektive optische Achse 20 der oberen Kamera 14 in einem Schnittpunkt 24 unter einem Schnittwinkel von näherungsweise 30° schneidet. Bei dem Schnittwinkel von 30° handelt es sich um einen bevorzugten Schnittwinkel. Es sind auch andere Schnittwinkel möglich. Vorzugsweise ist der Schnittwinkel jedoch kleiner als etwa 60°.
Die Bildaufnahmeeinrichtungen 14, 16 können weiterhin beispielsweise ausgelegt sein, jeweils einzelne Bilder eines Teilbereichs des Kopfes des Benutzers 30 zu erzeugen. Es ist aber auch möglich, dass anhand der Bildaufnahmeeinrichtungen 14, 16 Videosequenzen aufgenommen werden und diese Videosequenzen zur weiteren Auswertung benutzt werden. Vorzugsweise werden jedoch auch in diesem Fall Einzelbilder der Videosequenzen als Bilddaten zur weiteren Auswertung benutzt, wobei die zumindest zwei Bildaufnahmeeinrichtungen 14, 16 zeitsynchronisiert sind, das heißt zeitgleich Bilder des vorzugsweise zumindest teilweise identischen Teilbereichs des Kopfes des Benutzers 30 aufnehmen bzw. erzeugen.
Um nun Bewegungsparameter für zumindest ein Auge, vorzugsweise sogar beide Augen des Benutzers bzw. Probanden 30 (Brillenträger) zu bestimmen, werden dem Probanden 30 in einer bevorzugten Ausführungsform nacheinander mehrere (mindestens zwei) Sehaufgaben gestellt, die die Blickrichtung des zu vermessenden Auges vorgeben. Die Vorgabe der Blickrichtung kann auf verschiedene Weise erfolgen, wie nachfolgend noch ausführlicher beschrieben wird. Es wird nun die Position eines ausgezeichneten Punktes des Auges (z. B. Pupillenmitte oder Hornhautscheitel) zumindest relativ zu einem definierten Koordinatensystem, das fest mit Kopf des Probanden verbunden ist, bestimmt. Aus den gemessenen Positionen des ausgezeichneten Punktes und den durch die Sehaufgaben vorgegebenen Blickrichtungen werden die Bewegungsparameter bzw. Rotationsparameter des Auges (z. B. Lage einer Drehachse nach Position und Richtung sowie die Größe eines Radius) ermittelt.
Zur Ermittlung der für die Augendrehung relevanten Informationen werden vorzugsweise folgende Schritte durchgeführt:

1. Erfüllung einer ersten Sehaufgabe durch den Probanden und Ermittlung der dreidimensionalen Lage eines ausgezeichneten Punktes des zu vermessenden Auges und der durch die Sehaufgabe vorgegebene Blickrichtung relativ zu einem zum Kopf fixierten Referenzsystem.
2. Erfüllung einer zweiten Sehaufgabe durch den Probanden und Ermittlung der dreidimensionalen Lage des selben ausgezeichneten Punktes wie in Schritt 1 und der durch die zweite Sehaufgabe vorgegebene Blickrichtung relativ zu dem Referenzsystem aus Schritt 1.
3. Bestimmung der Rotationsparameter durch Intersektion aus den in den Schritten 1 und 2 ermittelten Daten.

Anstelle der direkten Ermittlung der Positions- und Richtungsdaten im Referenzsystem, wie dies zum Beispiel durch relativ zum Kopf des Probanden fixierte Bildaufnahmeeinrichtungen möglich wäre, kann insbesondere in einer Vorrichtung gemäß 1, in der die Bildaufnahmeeinrichtungen 14, 16 nicht fest mit dem Kopf des Probanden verbunden werden, auch wie folgt vorgegangen werden:

1. Erfüllung einer ersten Sehaufgabe durch den Probanden und Ermittlung der dreidimensionalen Lage eines ausgezeichneten Punktes des zu vermessenden Auges, der durch die erste Sehaufgabe vorgegebenen Blickrichtung und der Lage eines Referenzsystems, als ein relativ zum Kopf des Probanden festes Koordinatensystem (Referenz-Koordinatensystem), in einem insbesondere relativ zu den Bildaufnahmeeinrichtungen festen Koordinatensystem (Aufnahme-Koordinatensystem).
2. Erfüllung einer zweiten Sehaufgabe durch den Probanden und Ermittlung der dreidimensionalen Lage des selben ausgezeichneten Punktes wie in Schritt 1, der durch die zweite Sehaufgabe vorgegebenen Blickrichtung und der Lage des Referenzsystems in einem Koordinatensystem, dessen Lage in Relation zu dem Aufnahme-Koordinatensystem aus Schritt 1 bekannt ist. Vorzugsweise wird hierbei das selbe Aufnahme-Koordinatensystem verwendet, wobei sich die Lage des Referenz-Koordinatensystems relativ zum Aufnahme-Koordinatensystem während der ersten und der zweiten Sehaufgabe unterscheiden kann. Insbesondere kann der Proband während der ersten und der zweiten Sehaufgabe unterschiedliche Kopfhaltungen relativ zu den Bildaufnahmeeinrichtungen einnehmen.
3. Bestimmung der Transformationen, die notwendig sind, um die in Schritt 1 und 2 ermittelten Lagen des Referenzsystems in ein gemeinsames Referenzsystem zu überführen.
4. Überführung zumindest der in den Schritten 1 und 2 bestimmten Koordinaten der ausgezeichneten Punkte des zu vermessenden Auges und der Blickrichtungen durch die in Schritt 3 ermittelten Transformationen in ein gemeinsames Koordinatensystem.
5. Bestimmung der Rotationsparameter durch Intersektion aus den in Schritte 4 ermittelten Daten.

Zur Implementierung der Erfindung werden zwei alternative bevorzugte Arten von Sehaufgaben vorgeschlagen. In der ersten bevorzugten Art von Sehaufgaben werden Fixationstargets verwendet, die ein speziell gestaltetes zu fixierendes Lichtfeld aussenden. In der zweiten bevorzugten Art von Sehaufgaben wird ein Fixationsobjekt in Form eines zu fixierenden Punktes im Raum vorgegeben. Im ersten Fall entspricht die Auslenkung des Auges im Raum direkt der Richtung des Lichtfeldes, während im zweiten Fall die Auslenkung des Auges vorzugsweise aus dem gemessenen ausgezeichneten Punkt des Auges und der Position des zu fixierenden Punktes ermittelt wird.
Zielsetzung der Sehaufgabe ist die Auslenkung des Augapfels relativ zur Kopfstellung. Entsprechend kann es sich bei den zumindest zwei Sehaufgaben beispielsweise entweder um zwei Objekte bzw. Lichtfelder (oder ein Objekt und ein Lichtfeld) handeln, die bei gleicher oder ähnlicher Kopfhaltung fixiert werden, oder um ein Objekt bzw. Lichtfeld, das mit unterschiedlichen Kopfhaltungen (z. B. Drehen oder Nicken) fixiert wird.
Werden mehr als zwei Sehaufgaben gestellt, sind beliebige Kombinationen aus Objekten, Lichtfeldern und Kopfauslenkungen möglich. Die Genauigkeit des Verfahrens steigt mit der relativen Winkelauslenkung des Auges zwischen den Sehaufgaben, da so der Winkel zwischen den Blickrichtungen stumpfer wird. In diesem Fall verfälschen Abweichungen in der lateralen Positionen und der Richtungen der Blickgeraden die ermittelte axiale Position des Schnittpunktes der Blickgeraden (und damit den vorzugsweise ermittelten Radius bzw. Augenradius) weniger stark. Somit werden vorzugsweise Sehaufgaben gestellt, die mit einer möglichst großen Winkelauslenkung verbunden sind. Diese Auslenkung sollte den Bereich jedoch nicht überschreiten, der dem Probanden ohne übertriebene Belastung zugänglich ist, innerhalb dem das der jeweiligen Auswertung zu Grunde gelegte Model gültig und eine sichere Erkennung des ausgezeichneten Punktes des Auges möglich ist.
Vorzugsweise werden in horizontaler Richtung Auslenkungen von der Nullblickrichtung im Bereich von etwa 5° bis etwa 40°, noch mehr bevorzugt im Bereich von etwa 10° bis etwa 35°, am meisten bevorzugt im Bereich von etwa 20° bis etwa 30°, beispielsweise etwa 25° verwendet. In vertikaler Richtung werden vorzugsweise Auslenkungen von der Nullblickrichtung im Bereich von etwa 5° bis etwa 30°, noch mehr bevorzugt im Bereich von etwa 10° bis etwa 20°, beispielsweise etwa 15° verwendet.
So bietet beispielsweise die Auslenkung des Kopfes bzw. des Blickes nach rechts und links (bzw. oben und unten) dank der damit verbundenen doppelten Winkelauslenkung des Blicks eine deutlich höhere Messgenauigkeit bei der Bestimmung der Rotationsparameter, als die Kombination der Auslenkung in einer Richtung mit der Nullblickrichtung.
Ferner können kontinuierliche Sehaufgaben (z. B. Kopfdrehung von links nach rechts bei kontinuierlicher Fixierung eines Objektes oder Targets) mit einer entsprechenden semikontinuierlichen Datenerfassung (z. B. Videoaufnahmen bei der Verwendung von Stereokamerasystemen) kombiniert werden. Auf diese Weise können mit vergleichsweise wenig Aufwand für den Probanden und in vergleichsweise kurzer Zeit sehr viele Datensätze erfasst werden. Dabei besteht jede Videoaufnahme insbesondere wiederum aus einer Vielzahl von Bilddaten, also Aufnahmen in Form von Einzelbildern, die innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls erfasst bzw. aufgenommen werden. Diese Bilddaten der Einzelbilder werden dann vorzugsweise wie beschrieben ausgewertet.
Im Folgenden sollen die beiden alternativen, bevorzugten Arten von Sehaufgaben genauer ausgeführt werden. Im ersten Fall besteht die Aufgabe darin, in ein zumindest teilweise gerichtetes Lichtfeld zu blicken, wodurch das Auge entlang der Achse (oder Ebene) des Feldes ausgerichtet wird. Die Richtung des Feldes muss dabei zumindest soweit bekannt sein, dass sie relativ zu einem Bezugssystem der Vorrichtung bzw. zum Aufnahme-Koordinatensystem, insbesondere einem zu den Bildaufnahmeeinrichtungen festen Koordinatensystem angegeben werden kann.
Zur Ausrichtung des Auges in einer Ebenen wird ein Lichtfeld verwendet, dessen Licht in der Ebene, parallel verläuft, in der das Auge ausgelenkt werden soll, und dabei die Richtung aufweist, in die das Auge ausgelenkt werden soll. Senkrecht dazu ist das Lichtfeld dagegen diffus, wodurch die Blickrichtung des Probanden in dieser Ebene nicht vorgegeben wird. Wird der Blick auf diese Weise nur in der Waagrechten ausgelenkt, kann der Proband so seine habituelle Kopf- und Körperhaltung einnehmen.
Die Blickrichtung kann aber auch vollständig vorgegeben werden, wenn das Lichtfeld nicht nur parallel zu einer Ebene, sondern vollständig parallel zu einer Achse bzw.
Richtung verläuft. Dadurch kann der Proband auch in dieser Ebene seine Blickrichtung nicht mehr frei wählen. Die Rotationsstellung des Auges wird also in beiden Winkelkoordinaten vollständig definiert.
Vor allem der Radius der Pupillenbewegung lässt sich auf diese Weise besonders sicher und zuverlässig bestimmen, da die genaue Blickrichtung nur durch das Lichtfeld vorgegeben wird und damit von der genauen Position des Auges vor dem Fixationstarget unabhängig ist. Weiterhin kann die Linie bzw. der Punkt auch von Fehlsichtigen immer noch als Linie bzw. Punkt (wenn auch gegebenenfalls verbreitert oder unscharf) wahrgenommen und gegebenenfalls fixiert werden.
Das Lichtfeld zur Ausrichtung des Blicks in einer Eben lässt sich beispielsweise dadurch erzeugen, dass eine schmale, rechteckige, diffus leuchtende Fläche so in die Brennebene einer Zylinderlinse eingesetzt wird, dass seine Orientierung parallel zur Zylinderachse der Linse verläuft. Zur vollständigen Ausrichtung des Blicks im Raum wird entsprechend ein Lichtfeld eingesetzt, das von einer sphärische Linse und einer kleinen – vorzugsweise kreisförmigen – leuchtende Fläche in der Brennebenen erzeugt wird. Die Breite des Feldes bzw. der Durchmesser des Kreises bestimmen dabei, wie stark die tatsächliche Richtung einzelner „Strahlen” von der Sollrichtung abweichen.
2A zeigt eine schematische Ansicht eines Fixationstargets 202 in Aufsicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zur Erzeugung eines Lichtfeldes zur Ausrichtung des Blickes in einer Ebene. Das Fixationstarget 202 umfasst eine Zylinderlinse 210 sowie eine Beleuchtungseinrichtung 218. Die in 2A gezeigte Beleuchtungseinrichtung 218 kann beispielsweise eine LED, insbesondere eine homogene LED, eine Glühlampe oder eine ähnliche Lichtquelle umfassen. Es ist auch möglich, dass die Beleuchtungseinrichtung 218 eine Mattscheibe (nicht gezeigt) umfasst. Die Beleuchtungseinrichtung 218, insbesondere deren Lichtquelle, wie in 2A gezeigt, ist im wesentlichen an einer Brennlinie der Zylinderlinse 210 angeordnet. Folglich ist die elektromagnetische Strahlung 220, die ausgehend von der Beleuchtungseinrichtung 218 durch die Zylinderlinse 210 hindurchtritt im Wesentlichen parallel. Die Richtung der optischen Achse des Fixationstargets ist als Pfeil 222 eingezeichnet. Ebenso ist eine Horizontalebene 224 eingezeichnet. Weiterhin ist in 2A eine Vertikalebene 225 gezeigt. Die Vertikalebene 225 ist aufgrund der Aufsicht in 2A in Form einer Linie dargestellt. Die Schnittlinie zwischen der Vertikalebene 225 und der Horizontalebene 224 ist vorzugsweise parallel zu der optischen Achse 222. Die optische Achse 222 ist vorzugsweise parallel zu einer Horizontalrichtung im Bezugssystem der Erde.
2B zeigt eine Ansicht eines Fixationstargets 202, bei dem die Beleuchtungseinrichtung 218 nicht auf der Brennlinie der Zylinderlinse 210 angeordnet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 218 ist jedoch in der Brennebene der Zylinderlinse 210 angeordnet. Somit ist die elektromagnetische Strahlung 220 in vertikaler Projektion nach dem Durchgang durch die Zylinderlinse 210 parallel zueinander, jedoch nicht parallel zu der optischen Achse 222. Ist die Beleuchtungseinrichtung 218 derart angeordnet, dass eine Lichtabstrahlfläche der Beleuchtungseinrichtung in der Brennebene angeordnet ist und vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu der Brennlinie der Zylinderlinse 210 ist, ist die elektromagnetische Strahlung nach Durchgang durch die Zylinderlinse 210 in jeder Horizontalebene 224a, 224b, 224c, ... parallel, wobei die Richtung der parallelen elektromagnetischen Strahlung für alle Horizontalebenen 224a, 224b, 224c, ... im Wesentlichen identisch ist.
Zur Realisierung der verschiedenen Lichtfelder, die die unterschiedlichen Winkel der Augenauslenkung vorgeben, sind folgende Wege bevorzugt

1.) Für jedes Lichtfeld dieser Lichtfelder kann eine Linse mit einer leuchtenden Fläche (linien- bzw. punktförmig), die entsprechend schaltbar ausgeführt ist, Verwendung finden (siehe oben).
2.) Mindestens zwei dieser Lichtfelder können (nacheinander) durch verschiedene leuchtenden Flächen (linien- bzw. punktförmig), die sich in der Brennebenen einer gemeinsamen Linse befinden und entsprechend schaltbar ausgeführt sind, erzeugt werden. Durch die unterschiedlichen lateralen Abstände von der Brennlinie bzw. dem Brennpunkt ergeben sich dabei die unterschiedlichen Richtungen.

Eine Fixationstarget zur Realisierung dieses zweiten Weges gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist in 2C veranschaulicht. 2C zeigt eine Ansicht eines Fixationstargets 202, ähnlich wie in 2A gezeigt. Das in 2C dargestellte Fixationstarget 202 umfasst eine Vielzahl von Beleuchtungseinrichtungen 218a, 218b, 218c, ... 218n. Beispielhaft sind 5 Beleuchtungseinrichtungen dargestellt. Die Beleuchtungseinrichtung 218c ist analog dem in 2A dargestellten Fixationstarget auf der Brennlinie der Zylinderlinse 210 angeordnet. Vorzugsweise sind alle Beleuchtungseinrichtungen 218a, 218b, 218c, 218d, ..., 218n in der Brennebene der Zylinderlinse 210 angeordnet bzw. umfassen die Brennebene der Zylinderlinse 210 zumindest teilweise. Jedes Lichtfeld kann durch entsprechend verschiedene Beleuchtungseinrichtungen 218a, 218b, 218c, 218d, ... 218n, insbesondere im Wesentlichen linienförmige Leuchtflächen, die sich in der Brennebene der gemeinsamen Zylinderlinse 210 befinden, erzeugt werden. Durch die unterschiedlichen lateralen Abstände von der Brennlinie ergeben sich dabei die unterschiedlichen Richtungen des Lichtfeldes (wie in 2A und 2B gezeigt).
Vorzugsweise sind die Beleuchtungseinrichtungen 218a, 218b, 218c, 218d, ... 218n, schaltbar ausgeführt, so dass durch Schalten die Richtung des Lichtfeldes geändert werden kann, in dem immer nur eine der Beleuchtungseinrichtungen 218a, 218b, 218c, 218d, ... 218n betrieben wird. Somit kann die Blickrichtung des Probanden zumindest teilweise gelenkt werden, da vorzugsweise die von den Beleuchtungseinrichtungen 218a, 218b, 218c, 218d, ... 218n erzeugten Lichtfelder zu verschiedenen Richtungen parallel sind und somit der Proband in verschiedene Richtungen blicken muss, um die beispielsweise nacheinander erzeugten Lichtfelder betrachten zu können.
Natürlich können für mehr als zwei Lichtfelder die beiden Methoden in beliebigen Konfigurationen kombiniert werden.
Technisch kann die leuchtende Fläche beispielsweise durch LEDs, andere Leuchtmittel oder eine von hinten beleuchtete Diffusorplatte verwirklicht werden. Zur Begrenzung der Breite der leuchtenden Linie bzw. der Größe der leuchtenden Fläche wird vorzugsweise eine schlitzförmige Blende (ebenfalls in der Brennebenen) mit definierter Größe eingesetzt.
Da die Breite bzw. Größe dieser Fläche die Winkelstreuung in Richtung des parallelen Lichtes vorgibt, wird sie der gewünschten Genauigkeit angepasst. Diese Winkelstreuung wird ferner vom tatsächlichen Abstand der leuchtenden Fläche von der Brennebene beeinflusst. Die Toleranz für die Position dieser Lichtquelle in Richtung der optischen Achse der Linse wird entsprechend ebenfalls an Hand der gewünschten Winkelgenauigkeit des aus dem Target austretenden Lichtes gewählt.
Durch den Abstand der derart angeordneten diffus leuchtenden Fläche von der Brennlinie bzw. des Brennpunktes wird der Austrittswinkel des parallelen Verlaufs zur Linsenebene vorgegeben. Entsprechend bestimmt die gewünschte Winkelgenauigkeit die notwendige laterale Positioniergenauigkeit der leuchtenden Fläche in der Brennebene.
Soll eine Beeinflussung der Blickrichtung des zu Vermessenden in einer Richtung vermieden werden, ist es notwendig, dass das Lichtfeld in Richtung der Achse der Zylinderlinse nicht nur diffus sondern auch hinreichend groß und homogen ist. Entsprechend groß und gleichmäßig sind die leuchtende Fläche und die Linse auszuführen. 2D zeigt eine seitliche Schnittansicht des in 2A in Aufsicht dargestellten Fixationstargets. Insbesondere ist in 2D schematisch der Strahlengang an drei beispielhaften Punkten 226a, 226b, 226c der Beleuchtungseinrichtung 218 dargestellt. Die drei beispielhaften Punkte 226a, 226b, 226c sind in einer Vertikalrichtung 228 untereinander angeordnet. Die Vertikalrichtung 228 ist insbesondere eine Vertikalrichtung in Bezugssystem der Erde. Ebenso sind in 2D drei Horizontalebenen 224a, 224b, 224c gezeigt. Folglich sieht ein Proband, der elektromagnetische Strahlung nach Durchtritt durch die Zylinderlinse 210 betrachtet, entlang der Vertikalrichtung 228 im Wesentlichen diffuse elektromagnetische Strahlung, wohingegen, die sich in den Ebenen 224a, 224b, 224c ausbreitet, im Wesentlichen parallel zu der optischen Achse 222 ist.
3A bis 3D zeigen mögliche Anwendungen der in 2A bis 2D dargestellten Fixationstargets zum Stellen von Sehaufgaben zur Auslenkung der Augen. Dabei ist in 3A das Prinzip der Sehaufgabe schematisch veranschaulicht. In der gezeigten bevorzugten Ausführungsform wird die Blickrichtung eines Auges 302 eines Probanden dadurch gelenkt, dass nacheinander drei verschiedene Lichtfelder 304a, 304b, 304c erzeugt werden. Jedes dieser Lichtfelder entspricht einem anderen, insbesondere in zumindest einer Dimension definierten Blickrichtung. Diese Lichtfelder können auf verschiedene Weise erzeugt werden. Gemäß der in 3B dargestellten bevorzugten Ausführungsform werden die drei Lichtfelder durch drei Fixationstargets 306a, 306b, 306c vorzugsweise gemäß dem in 2A dargestellten Fixationstarget erzeugt. Gemäß der in 3C dargestellten bevorzugten Ausführungsform werden die drei Lichtfelder durch drei Fixationstargets 308a, 308b, 308c erzeugt, von denen zumindest zwei Fixationstargets 308a, 308c vorzugsweise gemäß dem in 2B dargestellten Fixationstarget ausgebildet sind. Gemäß der in 3D dargestellten bevorzugten Ausführungsform werden die drei Lichtfelder durch ein Fixationstarget 310 vorzugsweise analog zu dem in 2C dargestellten Fixationstarget erzeugt. Dabei umfasst das Fixationstarget 310 eine Linse 312 und zumindest drei Beleuchtungseinrichtungen 314a, 314b, 314c, welche schaltbar ausgelegt sind, um die Lichtfelder 304a, 304b, 304c vorzugsweise nacheinander zu erzeugen.
Weitere Details für mögliche Realisierungen weiterer bevorzugter Lichtfelder sind in der Offenlegungsschrift DE 10 2008 003 906 A1 beschrieben. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Fixationstarget hinter einem (zumindest für die Farbe des Targets) semitransparenten Spiegel angebracht. Dadurch kann beispielsweise dem Probanden die Möglichkeit gegeben werden, sich selbst zu betrachten. Auch ergeben sich daraus erweiterte Möglichkeiten für die Gestaltung des Gerätes.
4A bis 4C veranschaulichen verschiedene Sehaufgaben unter Verwendung von Fixationstargets. Dabei erfüllt der Proband, dessen Kopf 402 schematisch dargestellt ist, in 4A eine erste Sehaufgabe, indem das zumindest eine Auge 404 durch ein von einem ersten Fixationstarget 406 erzeugten Lichtfeld in eine erste Blickrichtung gelenkt wird. In einer zweiten Sehaufgabe gemäß 4B wird das zumindest eine Auge 404 des Probanden durch das von einem zweiten Fixationstarget 408 erzeugte Lichtfeld in eine zweite Blickrichtung gelenkt. Alternativ oder zusätzlich wird eine zweite Blickrichtung auch dadurch erreicht, dass der Proband bei Betrachtung des Lichtfeldes des ersten Fixationstargets seinen Kopf 402 dreht. Dies ist in 4C veranschaulicht. Um die Bewegung bzw. Position und Orientierung des Kopfes 402 quantitativ erfassen zu können trägt der Proband vorzugsweise eine Brillenfassung 410 mit optisch erfassbaren Markierungen als Referenzstruktur. Bevorzugte Ausführungsformen solcher Referenzstrukturen werden später noch ausführlicher dargestellt.
Gemäß einer weiteren, bereits erwähnten bevorzugten Ausführungsform wird für die Sehaufgaben zumindest ein Fixationsobjekt verwendet. In diesem Fall besteht die Aufgabe darin, einen Punkt oder eine Linie zu fixieren, dessen bzw. deren Lage zumindest soweit bekannt ist, dass sie relativ zu einem Aufnahme-Koordinatensystem angegeben werden kann. Die relative Lage des Fixationsobjekt zum Aufnahme-Koordinatensystem kann dabei entweder in einer Systemdatenspeichereinrichtung festgelegt sein oder aus den von den Bildaufnahmeeinrichtungen erzeugten Bilddaten ermittelbar sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist somit die dreidimensionale Position (Fixierposition) des zumindest einen Fixationsobjekts relativ zum Aufnahme-Koordinatensystem in der Systemdatenspeichereinrichtung festgelegt. Die Vorrichtung ist dabei ausgelegt, diese Position (Fixierposition) aus der Systemdatenspeichereinrichtung zu erfassen und zusammen mit der jeweiligen dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des Auges die jeweilige Blickrichtung zu ermitteln. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die Bildaufnahmeeinrichtungen ausgelegt und angeordnet, dass sie bei der Erzeugung der jeweiligen Bilddaten auch das zumindest eine Fixationsobjekt erfassen. In diesem Fall ist die Bilddatenanalyseeinrichtung vorzugsweise außerdem ausgelegt, anhand der ersten Bilddaten zumindest der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung eine erste dreidimensionale Position (Fixierposition) des zumindest einen Fixationsobjekts und anhand der zweiten Bilddaten zumindest der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung eine zweite dreidimensionale Position (Fixierposition) des zumindest einen Fixationsobjekts zu ermitteln.
Das Fixationsobjekt (insbesondere als Markierung oder Lichtquelle z. B. in Form eines Punktes oder einer Linie) kann als beliebige, hinreichend kleine Markierung, die Licht zumindest in Richtung des Probanden hinreichend diffus streut oder abstrahlt (z. B. Farbmarkierung oder LED) ausgeführt sein.
Aus der gemessenen Position des ausgezeichneten Punktes des Auges und der Position des zu fixierenden Punktes (Fixierposition) kann dann die Blickrichtung abgeleitet werden (z. B. Verbindungsvektor zwischen Pupillenmitte und Fixationsobjekt). Die Position des Fixationsobjekts kann also entweder a priori bekannt sein (z. B. feste Markierung auf der Vorrichtung oder im Raum) oder während der Messung bestimmt werden. In diesem Fall kann die Position des Fixationsobjekts variabel sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das variable Fixationsobjekt relativ zum Kopf des Probanden fixiert, also insbesondere direkt oder indirekt am Kopf des Probanden angebracht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine an der vom Probanden getragenen Fassung angebrachte Marke. Dies kann in einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform gleichzeitig eine der zur Erfassung der Referenzebene verwendeten Marken sein, welche insbesondere eine später noch genauer beschriebene Referenzstruktur bilden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden für die Ermittlung der dreidimensionalen Positionen des Fixationsbjekts und des ausgezeichneten Punktes des Auges dieselben Stereoaufnahmen herangezogen.
Diese Erfassung des Fixationsobjekts kann dabei entweder direkt oder indirekt erfolgen. Im ersten Fall wird das Objekt direkt an der Stelle im Raum erfasst, an der es auch vom Probanden wahrgenommen wird. Im zweiten Fall wird das Objekt vom Probanden über optisch wirksame Elemente (z. B. über einen zumindest teilweise reflektierenden Spiegel) wahrgenommen oder über im Sinn der Positionsbestimmung wirksame Elemente (z. B. über einen zumindest teilweise reflektierenden Spiegel) erfasst.
Die Unterscheidung zwischen direkten oder indirekten Marken gilt natürlich auch für a priori bekannte Positionen. Eine indirekte Marke wird entsprechend vom Probanden über (mindestens) ein optisch wirksames Element wahrgenommen, was bei der Berechnung der Blickrichtung berücksichtigt werden muss. Im direkten Fall wird die Blickrichtung aus der Lage des Fixationsobjekts und des ausgezeichneten Punktes des Auges berechnet. (Im einfachsten Fall als Richtungsvektor der Verbindungslinie). Im indirekten Fall muss die Position und die (optische) Wirkung der wirksamen Elemente bekannt sein und berücksichtigt werden.
Das Fixationsobjekt kann auch schaltbar ausgeführt werden. Dies ist besonders von Vorteil, wenn für verschiedene Sehaufgaben zumindest teilweise unterschiedliche Fixationsobjekte eingesetzt werden sollen. Diese können sich zusätzlich oder alternativ in der Ausgestaltung (z. B. Farbe) unterscheiden, um eine einfache Beschreibung der Sehaufgabe zu ermöglichen.
5A bis 5C veranschaulichen verschiedene Sehaufgaben unter Verwendung von Fixationsobjekten. Dabei erfüllt der Proband, dessen Kopf 502 schematisch dargestellt ist, in 5A eine erste Sehaufgabe, indem er mit zumindest einem Auge 504 ein erstes Fixationsobjekt 506 in einer ersten Blickrichtung betrachtet. In einer zweiten Sehaufgabe gemäß 5B betrachtet er mit dem zumindest einen Auge 504 ein zweites Fixationsobjekt 508 in einer zweiten Blickrichtung. Alternativ oder zusätzlich wird eine zweite Blickrichtung auch dadurch erreicht, dass der Proband bei Betrachtung des ersten Fixationsobjekts seinen Kopf 502 dreht. Dies ist in 5C veranschaulicht. Um die Bewegung bzw. Position und Orientierung des Kopfes 502 quantitativ erfassen zu können, trägt der Proband vorzugsweise eine Brillenfassung 510 mit optisch erfassbaren Markierungen als Referenzstruktur. Bevorzugte Ausführungsformen solcher Referenzstrukturen werden später noch ausführlicher dargestellt.
6A und 6B veranschaulichen eine weitere bevorzugte Implementierung für verschiedene Sehaufgaben unter Verwendung eines Fixationsobjekts. Dabei erfüllt der Proband, dessen Kopf 602 schematisch dargestellt ist, in 6A eine erste. Sehaufgabe, indem er mit zumindest einem Auge 604 ein Fixationsobjekt 606 in über eine zumindest teilweise reflektierende bzw. spiegelnde Fläche 612 in einer ersten Blickrichtung betrachtet. Das Fixationsobjekt 606 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform relativ zum Kopf 602 des Probanden fest. Besonders bevorzugt trägt der Proband dazu eine Brillenfassung 610 an der das Fixationsobjekt 606 angeordnet ist. Nach einer Drehung des Kopfes 602 betrachtet der Proband mit dem zumindest einen Auge 604 das Fixationsobjekt 606 über die zumindest teilweise reflektierende bzw. spiegelnde Fläche 612 unter einem zweiten Blickwinkel. Um die Bewegung bzw. Position und Orientierung des Kopfes 602 quantitativ erfassen zu können, umfasst die Brillenfassung 610 vorzugsweise optisch erfassbare Markierungen als Referenzstruktur. Bevorzugte Ausführungsformen solcher Referenzstrukturen werden später noch ausführlicher dargestellt.
Im Folgenden wird eingehender ausgeführt, wie die Erfassung von Bilddaten mittels zumindest zweier Bildaufnahmeeinrichtungen und das Ermitteln von dreidimensionalen Positionen vorzugsweise implementiert ist. Insbesondere erhält man dabei vorzugsweise Kenntnis der vollständigen dreidimensionalen Koordinaten eines ausgezeichneten Punktes des Auges und der Blickrichtung relativ zu einem Koordinatensystem, insbesondere einem relativ zum Kopf des Probanden festen Referenzsystem bzw. Referenz-Koordinatesystem.
Die Bilddaten können beispielsweise unter Zuhilfenahme von Methoden der Stereometrie, der Triangulation, der Deflektometrie oder mit Lichtschnittverfahren erfasst werden. Es können auch Daten aus zweidimensionalen Aufnahmen, Entfernungsmessungen (z. B. auf Laser oder Ultraschall basierende Methoden) bzw. weiteren Verfahren (z. B. Neigungs- oder Lagesensoren) fusioniert werden. Ferner können sämtliche Methoden kombiniert und auch die Daten des ausgezeichneten Punktes des Auges auf anderem Wege erfasst werden, als die der Referenzmarken oder der Blickrichtung, solange die Fusionierbarkeit gewährleistet ist.
Das Erfassungssystem, insbesondere die Bildaufnahmeeinrichtungen und/oder die Fixationstargets und/oder die Fixationsobjekte, kann vollständig oder in Teilen ortsfest (z. B. „Tisch-” oder „Standgerät”), mobil (z. B. „Handgerät”) oder am Probanden bzw. dessen Kopf (z. B. „Headgear”) fixiert ausgeführt sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Positionen mit einem Stereokamerasystem bestimmt, wie es in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 003 699 A1 beschrieben wird. Das Stereokamerasystem kann auch aus einer Kamera bestehen. Der Stereoeffekt kann dann dadurch realisiert werden, dass der Proband bei korrespondierenden Aufnahmen unterschiedliche Stellungen zu der Kamera einnimmt. Dabei ist durch die Vorgabe der Sehaufgaben darauf zu achten, dass bei korrespondierenden Aufnahmen die Blickauslenkung übereinstimmt. Die korrespondierenden Aufnahmen können einzeln gemacht oder einer Videosequenz entnommen werden. In Ergänzung dazu können auch mehr als zwei Kameras eingesetzt werden. Dabei müssen Position und Ausrichtung aller Kameras zueinander bekannt sein. Diese zusätzlichen Kameras werden vorzugsweise zur Verbesserung der Genauigkeit und/oder der Verlässlichkeit genutzt, indem insbesondere eine Konsistenzprüfung durchgeführt wird.
Beinhaltet die Durchführung der Sehaufgaben eine Bewegung des Kopfes, kann es vorkommen, dass relevante Punkte (z. B. Referenzpunkte bzw. Marken des Referenzsystems oder der ausgezeichnete Punkt des Auges) bei wenigstens einer Kopftstellung in wenigstens einer der prinzipiell ausreichenden zwei Kameras verdeckt, zu stark verzerrt oder anderweitig nicht oder nicht sicher auswertbar ist. Auch bei Sehaufgaben, die keine Kopfdrehung erfordern, kann es vorkommen, dass der ausgezeichnete Punkt des Auges durch die starke Auslenkung des Auges bei wenigstens einer Augenstellung in wenigstens einer Kamera verdeckt, zu stark verzerrt oder anderweitig nicht oder nicht sicher auswertbar ist. Die mindestens eine zusätzliche Kamera wird dann vorzugsweise so angebracht, dass in ihrer Aufnahme der betroffene relevante Punkt sichtbar ist.
Als Beispiel sei die Verdeckung des rechten Auges beim Drehen des Kopfes nach rechts bei der Kameraanordnung von 1 (eine zentrale Kamera und eine Kamera links untere) genannt. Dieses Problem wird beispielsweise durch eine dritte Kamera unten rechts gelöst. So können für den zentralen Blick alle drei Kameras (oder nur die unteren) ausgewertet werden, bei Auslenkung des Kopfes nach links die zentrale und die linke untere und bei Auslenkung des Blicks nach rechts die zentrale und die hinzugefügte rechte untere.
Weiterhin bietet die Erfassung eines Objekts von mehr als zwei Kameras eine Redundanz, mit der sich die Messgenauigkeit steigern bzw. die Plausibilität überprüfen lässt. Da die dreidimensionalen Daten eines Objekts insbesondere durch Intersektion der Sichtlinien der einzelnen Kamera bestimmt werden, sei für Details auf die entsprechenden späteren Ausführungen verwiesen.
Zur Verbesserung der automatischen, semiautomatischen und manuellen Selektion insbesondere des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des Auges kann ausgenutzt werden, dass die Pupillen im Sichtbaren – auch bei sehr starker Beleuchtung – schwarz erscheinen („dark pupil”) bzw. bei geeignet angebrachter Beleuchtung im Infraroten hell („bright pupil”). Dazu können entsprechende Beleuchtungen in Zusammenwirken mit den in den Offenlegungsschriften DE 10 2009 004 381 A1 und DE 10 2009 004 383 A1 beschriebenen Verfahren zur Verstärkung der erwünschten Reflexe bzw. Unterdrückung unerwünschter Reflexe eingesetzt werden. Reflexe am Auge, die zur Bestimmung des ausgezeichneten Punktes des Auges dienen, gelten in diesem Zusammenhang als erwünschte Reflexe im Sinn der zitierten Schriften.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen werden für erwünschte Reflexe am Auge auch die im folgenden für Marken geschilderten Maßnahmen – soweit möglich – eingesetzt. Insbesondere lässt sich durch die im Folgenden beschriebenen Maßnahmen die Erkennbarkeit von sowohl intrinsischen als auch extrinsischen Marken (unabhängig ob vorgegeben oder automatisch ausgewählt) bei der automatischen, semiautomatischen oder manuellen Selektion verbessern. Durch geeignete Kombinationen der geschilderten Maßnahmen kann dies ohne Verschlechterung der ästhetischen Qualität der Bilder oder Beeinträchtigung der Auswertbarkeit (Selektion von Pupille und Fassungspunkten, auch in Verbindung mit der Integration in ein Videozentriersystem (wie später noch beschrieben) geschehen.
Besonders bevorzugt werden die in den Offenlegungsschriften DE 10 2009 004 381 A1 und DE 10 2009 004 383 A1 beschrieben Verfahren zur Verstärkung der erwünschten Reflexe bzw. Unterdrückung unerwünschter Reflexe eingesetzt, wobei gewünschte Reflexe in diesem Zusammenhang Reflexe an den Marken oder Teilen davon bezeichnen.
Eine Besonders hohe Helligkeit der Markierungen wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass spezielle Beleuchtungseinrichtungen nahe an den Bildaufnahmeeinrichtungen angebracht und die Marken (zumindest teilweise) als Retroreflektoren ausgestaltet sind. Dadurch wird sichergestellt, dass – unabhängig von der geometrischen Ausrichtung der Marken – diese einen hohen Anteil des Lichts in die in der Nähe der jeweiligen Beleuchtungseinheit angebrachten Bildaufnahmeeinrichtungen zurückwerfen. Dadurch kann mit relativ geringen Intensitäten gearbeitet und so unerwünschte Reflexe minimiert werden.
Bei der Verwendung von polarisiertem Licht und Polarisationsfiltern zur Unterdrückung ungewünschter Reflexe können die Marken derart ausgeführt werden, dass zumindest Teile daraus in Reflektion eine Polarisationsdrehung bewirken. Dadurch erschienen diese in den entsprechenden Bildaufnahmeeinrichtungen weniger abgeschwächt (Drehung bis 45°), nicht abgeschwächt (Drehung um 45°), verstärkt (Drehung zwischen 45° und 90°) oder maximal verstärkt (Drehung um 90°). Am einfachsten geschieht dies, indem vor der spiegelnden Grenzfläche zumindest eine Schicht polarisationsdrehendes Material aufgebracht wird. Als Beispiel seien die sekundären Reflexe der obengenannten Offenlegungsschrift angeführt.
Gemäß der oben zitierten Offenlegungsschrift DE 10 2009 004 383 A1 wird vorzugsweise zwischen Beleuchtungseinrichtungen unterschieden, die zu gewünschten Reflexen führen und Beleuchtungseinrichtungen, deren Reflexe unterdrückt werden sollen. Eine mögliche Anwendung in diesem Zusammenhang ist die Verwendung stark reflektierender oder reflexstärkenden Marken (siehe oben), die von einer relativ schwachen Beleuchtungseinrichtung, bei der auf reflexunterdrückende Maßnahmen verzichtete wird, beleuchtet werden und dabei relativ starke Reflexe liefern. Die wesentliche Ausleuchtung des Bildes geschieht dabei über eine zweite Beleuchtungseinrichtung, bei der reflexunterdrückenden Maßnahmen getroffen werden. Eine besonders einfache technische Realisierung stellen vor den Bildaufnahmeeinrichtungen angebrachte Polarisationsfilter in Zusammenwirken mit einer vor den Beleuchtungseinrichtung angebrachten Polarisationsfolie dar, wenn aus der Polarisationsfolie eine geringe Fläche ausgespart wird. Das Licht, das die Beleuchtungseinrichtung durch diese Fläche verlässt, erzeugt an den meisten Objekten Reflexe, die zu gering sind, um zu stören, lediglich an den Marken treten sehr helle Reflexe auf. Alternativ kann auch ein Stück Fläche aus dem jeweiligen Filter vor den Bildaufnahmeeinrichtungen ausgespart werden oder die Stellung der Polarisationsachsen leicht voneinander abweichen.
Auch hier können naturgemäß die unterschiedlichen Verfahren kombiniert werden. Als besonders bevorzugte Ausführungsform wird die Beleuchtung mit polarisiertem Licht zur Ausleuchtung der Bilder und eine Zusatzbeleuchtung mit senkrecht dazu polarisiertem Licht geringer Intensität in der Nähe der Bildaufnahmeeinrichtung in Verbindung mit Polarisationsfiltern vor den Bildaufnahmeeinrichtungen und retroreflektierenden Marken vorgeschlagen.
Zur Feststellung der Auslenkung des Auges wird die Position eines ausgezeichneten Punktes des Auges vermessen. Dabei kann es sich beispielsweise um die Pupillenmitte oder den Hornhautscheitel handeln. Die Erfassung der Position erfolgt dabei dreidimensional. Dies kann bevorzugt mit einem Stereokamerasystem, wie es beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2005 003 699 A1 beschrieben ist, geschehen. Die Selektion des ausgezeichneten Punktes kann dabei automatisch, semiautomatisch (Vorselektion durch ein Programm mit anschließender Bestätigung oder Veränderung der Position durch den Anwender) oder manuell erfolgen.
Bei der Verwendung der Pupillenmitte als ausgezeichneter Punkt des Auges wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Pupillenfläche erfasst und die Pupillenmitte als der geometrische Schwerpunkt der Pupillenfläche ermittelt. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird der Grenze zwischen Pupille und Iris ein Kreis angepasst und der Mittelpunkt des angepassten Kreises als Pupillenmitte ermittelt. Die Pupillenmitte kann manuell, semi-manuell oder automatisch ermittelt werden. Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln der Pupillenmitte unter Berücksichtigung der perspektivischen Verzerrung, die durch die relative Ausrichtung des Auges zu der entsprechenden Bildaufnahmeeinheit entsteht, insbesondere durch Verwendung einer Ellipse zur Anpassung an die Grenze zwischen Pupille und Iris, wobei die Mitte der Ellipse als Pupillenmitte ermittelt wird. Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform als ausgezeichneter Punkt die Pupillenmitte erfasst wird, entspricht der an der Pupillenmitte aufgehängte Blickrichtungsvektor vorzugsweise der Fixierlinie.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird alternativ dazu vorzugsweise in analoger Weise der Grenze zwischen Iris und Lederhaut ein Kreis angepasst und der Mittelpunkt des angepassten Kreises als ausgezeichneter Punkt des Auges erfasst. Vorzugsweise erfolgt auch hier das Ermitteln des ausgezeichneten Punktes unter Berücksichtigung der perspektivischen Verzerrung, die durch die relative Ausrichtung des Auges zu der entsprechenden Bildaufnahmeeinheit entsteht, insbesondere durch Verwendung einer Ellipse zur Anpassung an die Grenze zwischen Iris und Lederhaut, wobei vorzugsweise die Mitte der Ellipse als ausgezeichneter Punkt ermittelt wird. Auch in dieser bevorzugten Ausführungsform entspricht der am ausgezeichneten Punkt aufgehängte Blickrichtungsvektor vorzugsweise der Fixierlinie. Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft, da sich die Grenze zwischen Iris und Lederhaut auch bei veränderten Lichtverhältnissen im Gegensatz zur Größe der Pupille nicht ändert.
Bei der Verwendung des Hornhautscheitels als ausgezeichneter Punkt wird in einer bevorzugten Ausführungsform dessen Lage aus der Lage von optischen Reflexen auf der Hornhaut gemessen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Ausschnitts des Auges (z. B. die Iris, ein Teil der Iris, ein Teil der Lederhaut mit Adern) zu erfassen und eine Anpassung (z. B. mit einem zwei- oder dreidimensionalen Modell) des erfassten Musters mittels Bildverarbeitung durchzuführen. In der Vorlage kann dann ein Punkt ausgezeichnet werden und die Position dieses Punktes aus der Anpassung als Position des ausgezeichneten Punktes verwendet werden.
Um eine besonders stabile und sichere automatische Bildverarbeitung zu erreichen, werden vorzugsweise zumindest zwei Ansätze kombiniert. So werden vorzugsweise Pupille und Hornhautscheitel unabhängig voneinander bestimmt und die Daten abgeglichen. Alternativ oder zusätzlich werden Hornhautscheitelreflexe ermittelt um eine Vorselektion des relevanten Bildbereich vorzunehmen, während innerhalb des ermittelten relevanten Bildbereichs dann die Pupillenmitte als ausgezeichneter Punkt ermittelt wird. Dies kann auch besonders zuverlässig automatisiert vorgenommen werden, wobei der Bereich des Bildes, in dem der ausgezeichnete Punkt des Auges gesucht wird, durch die Vorselektion (Selektionsbereich) eingeschränkt ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Vorselektion eines Selektionsbereiches auch manuell durch einen Benutzer vorgenommen werden.
Wenn der Proband eine Brillenfassung trägt, deren Position aus einem anderen Zusammenhang (z. B. in Verbindung mit einem Videozentriersystem) bekannt ist, oder gemessen wird, kann dieser Bereich z. B. auf das Innere der Fassung für das jeweilige Auge eingeschränkt werden. Wenn sich der ausgezeichnete Punkt des Auges innerhalb eines von Referenzpunkten begrenzten Bereichs (oder in einer anderen bekannten Relation dazu zu) befindet, kann auch die zuvor festgestellte Lage dieser Punkte zur Einschränkung des Bereiches, indem gesucht wird, herangezogen werden.
Da die Lage des ausgezeichneten Punktes und gegebenenfalls auch die Blickrichtung in mehreren Positionen gemessen werden muss, ist es notwendig, über ein kopffestes Referenzsystem zu verfügen, um die Daten der einzelnen Messungen fusionieren und die Bewegungsparameter bestimmen zu können.
Durch geeignete Einrichtungen wie Stirn- und Kinnanlagen, Headgears oder ähnliches kann das Gesicht des Probanden relativ zu der Messeinrichtung, insbesondere relativ den Bildaufnahmeeinrichtungen, oder zu einem Teil desselben fixiert werden. In diesem Fall kann das Referenzsystem beliebig im Raum gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform stimmt es mit der Gesichtsebene des Probanden oder einem durch den Aufbau der Apparatur (Anlage, Stereokamerasystem) ausgezeichneten System überein.
Bei einer anderen bevorzugten Ausführung steht oder sitzt der Proband während der Vermessung frei vor dem Gerät. Dies gilt besonders für zumindest in Teilen mobile Systeme (z. B. Stereohandkameras). In diesem Fall wird ein zum Kopf des Probanden fix angebrachtes System als Referenzsystem zur Verfügung gestellt. Insbesondere wird dazu eine Referenzstruktur mit vorzugsweise optisch erfassbaren Referenzpunkten direkt oder indirekt relativ zu Kopf des Probanden fest verbunden. Zur Festlegung der Position und der Orientierung eines kopffesten Referenz-Koordinatensystems im dreidimensionalen Raum sind drei Punkte erforderlich. Entsprechend besteht das Referenzsystem in einer bevorzugten Ausführungsform aus mindestens drei kopffesten Referenzpunkten. Es können auch weitere Punkte dazu genommen werden, durch die das geometrische Problem überbestimmt wird und die damit zur Erhöhung der Messgenauigkeit (Mittelung über mehrere Informationen), zur Ablaufstabilität (Detektion einer Schnittmenge von mindestens drei Punkten in allen Datensätzen aus möglichst vielen Punkten) und zur Plausibilitätsüberprüfung dienen können.
Die Messgenauigkeit steigt dabei mit dem Abstand der einzelnen Punkte zueinander, weshalb vorzugsweise Punkte mit möglichst großen Abständen gewählt werden. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Geometrie, d. h. die relative Lage der Punkte zueinander vorab nicht bekannt sein muss. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass sich die Lage der Punkte zueinander und relativ zum Kopf des Probanden zwischen den Bildaufnahmen (Stereoaufnahmen) nicht ändert.
Zur Festlegung von mindestens drei Referenzpunkten kann auch mindestens eine komplexe Marke verwendet werden, durch die sowohl die Position als auch die Ausrichtung festgelegt werden. Beispiele hierfür sind Zweibeine (oder überbestimmt Dreibeine), asymmetrische Dreiecke oder andere zwei- oder dreidimensionale Flächen.
Die Punkte bzw. komplexe Marken können entweder direkt am Kopf des Probanden, an einer vom Probanden getragenen Fassung oder einer anderen fixen, mit dem Kopf des Probanden fest verbundenen Konstruktion gewählt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich dabei um eine vorangepasste Fassung, für die Zentrierdaten mit einem im Gerät integriertem Videozentriersystem ermittelt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden vier Punkte an den äußeren Ecken der Fassung gewählt.
Als extrinsische Marken werden Markierungen der Punkte des Referenzsystems verstanden, wenn diese nicht bereits Teil des Kopfes des Probanden oder einer angepassten Fassung sind, sondern zusätzlich eingebracht werden. Zur Markierung kommt dabei unter anderem der Einsatz von Farben oder vorgedruckten Aufklebern in Betracht. Diese können einheitlich gestaltet sein oder sich (z. B. in ihrer Farbe oder Form) unterscheiden, um die Zuordnung zu vereinfachen. Diese Punkte – können bei der Verwendung eines Stereokamerasystems – in den einzelnen Aufnahmen manuell, semiautomatisch, automatisch oder nach Vorgabe einer oder mehrerer Mustervorlagen gefunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform auf Basis eines Stereokamerasystems ist in den Marken genau ein Sattelpunkt enthalten. Darunter wird ein Punkt verstanden, in dem entlang einer Richtung die Bildintensität minimal ist, während sie gleichzeitig entlang einer anderen Richtung – vorzugsweise einer dazu orthogonalen – maximal ist. In einem ersten Schritt kann dann die Markierung als Ganzes gefunden werden. Bei einer entsprechenden Ausprägung der Markierung ist dies mit hoher Zuverlässigkeit möglich. In einem zweiten Schritt kann dann innerhalb des von der Markierung vorgegeben Bereichs der Sattelpunkt gefunden werden. Dies ist ebenfalls sehr stabil und sogar mit Subpixelgenauigkeit möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Marken als einheitlich gestaltete, verwindungssteife, festsitzende und rückstandsfrei ablösbare Aufkleber zur Verfügung gestellt. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden diese an eine vorangepasste Fassung angebracht, für die Zentrierdaten mit einem im Gerät integriertem Videozentriersystem ermittelt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden vier derartige Marken an den äußeren Ecken der Fassung aufgebracht.
Anstelle von zusätzlich aufgebrachten Marken können auch geeignete (d. h. markante und invariante) Punkte der Fassung oder des Gesichts verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden Punkte einer vorangepasste Fassung, für die Zentrierdaten mit einem im Gerät integriertem Videozentriersystem ermittelt werden, gewählt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform handelt es sich dabei um vier Punkte an den äußeren Ecken der Fassung oder am Bügelansatz, da dieser oft besonders sicher zu erkennen ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Marken manuell bzw. vom Benutzer ausgewählt. In einer einfachen Ausführungsform werden sie vom Benutzer in allen Bildern manuell selektiert. Vorzugsweise werden sie vom Benutzer in einem oder wenigen Bildern (z. B. Bilder mit unterschiedlicher perspektivischer Darstellung der Marken) vorgegeben und in allen weiteren semiautomatisch oder automatisch gefunden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können diese natürlichen Marken auch durch entsprechende Algorithmen selbstständig und ohne Benutzereingriff ausgewählt und in den Stereoaufnahmen selektiert werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn diese Auswahl durch den Benutzer überprüfbar und bestätigbar ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden intrinsische und extrinsische Marken kombiniert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird jeweils eine intrinsische Marke an den beiden Bügelansätzen gewählt und eine extrinsische Marke am unteren Rand der Fassung angebracht. Erstere sind auf Grund der Konstruktion der Brille sicher zu erkennen und gewährleisten durch den großen Abstand eine hohe Genauigkeit bei der Erkennung der Ausrichtung in den Richtungen von Kopfdrehung und -verkippung. Letztere ist dagegen besonders hilfreich, um am unteren Rand der Fassung, wo oft keine eindeutigen extrinsischen Marken zur Verfügung stehen, eine hohe Genauigkeit in Richtung der Kopfneigung zu gewährleisten.
Alternativ dazu kann auch die Form zumindest eines Teils oder einzelner Regionen bzw. Punkte des Kopfes bzw. der Fassung mit Hilfe bekannter Technologien (z. B. Lichtschnittverfahren, Triangulation oder Disparitätenkalulation mit oder ohne Musterprojektion) dreidimensional erfasst werden und das Referenzsystem an diese Form angepasst werden.
7 zeigt eine Brillenfassung 702, auf die fünf Marken, die jeweils einen Sattelpunkt enthalten, aufgebracht sind. Diese werden von der Bildverarbeitung automatisch erkannt. Die vier äußeren Marken 704a, 704b, 704c, 704d dienen vorzugsweise als Markierung des Referenzsystems. Sie bilden zusammen somit eine bevorzugte Referenzstruktur. Die innere Marke 706 dient vorzugsweise als Fixationsobjekt für den Probanden, das er insbesondere durch einen Spiegel betrachtet.
8A und 8B zeigen beispielhafte erste Bilder bzw. Bilddaten 800a, 800b eines Probanden, welche von einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung (8A) bzw. einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung (8B) insbesondere zu einem ersten Zeitpunkt bzw. in einem ersten Zeitintervall erzeugt wurden. Der Proband trägt dabei eine Brille 802 mit vier extrinischen Marken 804a, 804b, 804c, 804d. Diese Marken 804a, 804b, 804c, 804d bilden eine relativ zum Kopf des Benutzers fixierte Referenzstruktur. Die Bilddatenanalyseeinrichtung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise ausgelegt, aus den perspektivischen Unterschieden der beiden Bilder und der bekannten relativen Anordnung der beiden Bildaufnahmeeinrichtungen zueinander, die dreidimensionalen Positionen der Marken 804a, 804b, 804c, 804d zu ermitteln und damit eine Position und Orientierung des Kopfes des Benutzers als Referenzsystem zu ermitteln.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Geometrie, d. h. die relative Lage der Punkte zueinander nicht bekannt sein muss. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass sich die Lage der Punkte zueinander und relativ zum Kopf des Probanden zwischen den Stereoaufnahmen nicht ändert. Dies stellt einen bedeutenden Vorteil gegenüber dem Stand der Technik dar, bei dem Geometrien von Marken a priori bekannt sein mussten, oder die nur mit einer genau vorgebenden Anordnung der Marken funktionieren und deswegen beispielsweise auf Aufsteckbügel angewiesen sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann hingegen – wie geschildert – beispielsweise mit auf die Fassung leicht aufzubringenden, kleinen Markierungen gearbeitet werden, die – im Gegensatz zu sonst verwendeten Aufsteckbügeln mit vorgegebener Geometrie – die habituelle Kopf und Körperhaltung bei entsprechender Ausführung nur sehr wenig oder im besten Falle gar nicht beeinflussen. Darüber hinaus ermöglichen spezielle Ausführungsformen der hier beschriebenen Erfindung auch, auf das Anbringen zusätzlicher Markierungen vollständig zu verzichten.
Sollte der Kopf des Probanden nicht bei allen Aufnahmen identisch zu den Bildaufnahmeeinrichtungen positioniert sein (z. B. durch Fixierung des Kopfes bzw. ein kopffestes Datenerfassungssystem), oder die Blickdaten (d. h. Position des ausgezeichneten Punktes im dreidimensionalen Raum und gegebenenfalls die Blickrichtung) bereits relativ zum Referenzsystem (und damit zum Kopf) erfasst werden (im Weiteren „Relativkoordinaten”), müssen Blickdaten, die in einem beliebigem Koordinatensystem anfallen (im Weiteren „Erfassungssystem”), so transformiert werden, das die Bewegung des Kopfes kompensiert wird.
Dazu werden zwei alternative, bevorzugte Möglichkeiten vorgeschlagen. Gemäß der ersten Möglichkeit werden die im Erfassungssystem vorliegenden Daten in ein Koordinatensystem umgerechnet, das fest mit dem Referenzsystem verbunden ist (im Weiteren „Relativsystem”). Die Daten liegen dann als Relativkoordinaten vor. In der zweiten Möglichkeit wird ein Zielkoordinatensystem gewählt, in dem die Lage des Referenzsystems definiert ist. Für die Datensätze aller Blickauslenkungen wird dann die Transformation bestimmt, mit der die gemessene Lage des Referenzsystems im Erfassungssystem bestmöglich in die definierte Lage des Referenzsystems im Zielkoordinatensystem überführt werden kann. Anschließend werden die Blickdaten diesen Transformationen unterzogen.
Im Folgenden werden einige Algorithmen beispielhaft beschrieben, die dieses besonders effizient leisten.
Zur Ermittlung von Relativkoordinaten werden für jeden Blickdatensatz individuell in einem ersten Schritt die Lage des Relativsystems im Erfassungssystem auf Basis der gemessenen Lage des Referenzsystems bestimmt und in einem zweiten Schritt die Blickdaten in dieses System überführt.
Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass das Referenzsystem aus drei unterscheidbaren, nicht-kollinearen Punkten besteht, deren Koordinaten im Erfassungssystem gegeben sind. Die vollständige Definition des Relativsystems besteht aus drei Richtungsvektoren, drei Längeneinheiten und dem Ursprung. Besonders bevorzugt wird das Relativsystem dadurch definiert, dass als Richtungsvektoren zwei Verbindungsvektoren des Referenzsystems und ein Kreuzprodukt daraus verwendet wird. Da die Verwendung eines orthogonalen Systems bei der Intersektion Vorteile bietet, wird in einer bevorzugten Ausführungsform ein derartiges Koordinatensystem verwendet. Dieses kann beispielsweise aus einem Verbindungsvektor des Referenzsystems, dem Orthogonaläquivalent eines zweiten Verbindungsvektors zu diesem und dem Kreuzprodukt aus diesen beiden gebildet werden. Unter Orthogonaläquivalent eines ersten Vektors zu einem zweiten, nicht zu diesem parallelen Vektor wird dabei der Vektor verstanden, der folgende drei Bedingungen erfüllt. Erstens liegt er in der Ebene beider Vektoren. Zweitens steht er orthogonal auf dem zweiten Vektor. Drittens entspricht seine orientierte Länge der Projektion des ersten Vektors auf die Orthogonale des zweiten Vektors.
Die Längeneinheit kann prinzipiell beliebig gewählt werden. Vorzugsweise werden die Längen der drei Richtungsvektoren als Einheit in der jeweiligen Raumrichtung definiert. Da die Verwendung eines orthonormalen Systems bei der Intersektion besondere Vorteile bietet, wird in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein derartiges Koordinatensystem verwendet. Die Koordinaten und Richtungserfassung wird im Raum kalibriert. Dabei kann deren Einheit oder die Einheiten, in der die Rotationsparameter ausgegeben werden sollen, verwendet werden.
Als Ursprung wird vorzugsweise ein Punkt des Referenzsystems definiert. Besonders stabil gegen Messunsicherheiten ist ein auf allen Einzelpunkten des Referenzsystems basierender Punkt wie der Schwerpunkt aller Punkte des Referenzsystems.
Die Koordinaten des ausgezeichneten Punktes des Auges im Relativsystem werden vorzugsweise als die Komponenten des Verbindungsvektors von Ursprung und dem ausgezeichneten Punkt des Auges in Richtung des jeweiligen Richtungsvektors des Relativsystems in der festgesetzten Einheit gebildet. Die Koordinaten der Blickrichtung im Relativsystem werden gegebenenfalls vorzugsweise als die Komponenten des Blickrichtungsvektors in Richtung des jeweiligen Richtungsvektors des Relativsystems in der festgesetzten Einheit gebildet.
Beim Transformationsverfahren wird ein Koordinatensystem (im weiteren Zielsystem) gewählt, in dem die Lage des Referenzsystems definiert ist. Für die Datensätze aller Blickauslenkungen wird dann die Transformation bestimmt, mit der die gemessene Lage des Referenzsystems im Erfassungssystem bestmöglich in die definierte Lage des Referenzsystems im Zielkoordinatensystem überführt werden kann. Anschließend werden die Blickdaten diesen Transformationen unterzogen, um sie in das Zielsystem zu überführen.
Als Zielsystem wird vorzugsweise ein Koordinatensystem definiert, in das die Blickdaten aller einzelnen Sehaufgaben transformiert werden. Ein bevorzugtes Koordinatensystem ist das Erfassungssystem einer der Sehaufgaben. In diesem Fall müssen die Blickdaten dieser Sehaufgabe nicht weiter transformiert werden. Ein weiteres bevorzugtes Koordinatensystem ist ein durch das Referenzsystem eines Blickdatensatzes in dem entsprechenden Erfassungssystem vorgegebenes Koordinatensystem.
Die notwendige Transformation muss für jeden zu transformierenden Blickdatensatz individuell ermittelt werden. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Koordinaten des Referenzsystems aus dem Erfassungssystem in die festgelegten Koordinaten des Referenzsystems im Zielsystem überführt. Vorzugsweise wird die Transformation durch eine Kombination aus zwei Rotationen und einer Translation dargestellt. Die Parameter der Transformation können durch Anpassung oder durch Berechnung durchgeführt werden.
Das Verfahren der Anpassung ist besonders geeignet, wenn das Referenzsystem aus sehr vielen Punkten besteht und das geometrische Problem entsprechend stark überbestimmt ist. Den allgemeinsten Fall stellt eine Anpassung der freien Parameter einer vorgegeben Transformation dar, bei der der Abstand im Zielsystem zwischen der vorgegebenen Lage des Referenzsystems und der gemessenen Lage des Referenzsystems minimal wird. Dieser Abstand wird in einer geeigneten Metrik definiert. Eine bevorzugte Metrik ist die Summe der Quadrate der euklidischen Entfernungen der einzelnen gemessenen Punkte des Referenzsystems nach der Transformation von der vorgegebenen Lage.
Die Anpassung der einzelnen freien Parameter kann je nach Struktur der Transformation und Anforderung an die Qualität der Anpassung individuell nacheinander (Optimierung jedes Parameters für sich in geeigneter Reihenfolge), iterativ (erste Vorgabe der Parameter und anschließend mehrfache Optimierung der einzelnen Parameter auf Basis der vorangegangenen Optimierungsschritte in geeigneter Reihenfolge) oder global vorgenommen werden.
Ein geeignetes Modell ist die Rotationen um drei vorgegebene Achsen mit anschließender Translation. Die freien Parameter sind dann die drei Drehwinkel und Koordinaten der Translation. Bevorzugt werden dabei Achsen verwendet, die der Aufgabenstellung angepasst sind. So können beispielsweise eine vertikale Achse, die die Kopfverdrehung wiedergibt, eine horizontale Achse, die der Vorneigung entspricht und einer dazu orthogonalen, die als Kopfverkippung interpretiert werden kann, gewählt werden.
Weiterhin können bei allen Modellen, die im Folgenden als Beispiel für Berechnungen aufgeführt sind, die freien Parameter auch durch Anpassung ohne Verwendung der angegeben Formeln bestimmt werden.
Im Folgenden werden einige Algorithmen zur Berechnung der Transformation beispielhaft vorgestellt. Selbstverständlich können einzelne Teile untereinander oder mit weiteren Methoden kombiniert werden. Dazu wird ein Referenzsystem aus drei nicht-kollinearen Punkten (A, B und C) bzw. vier nicht kollinearen Punkten (A, B, C und D), die kein Dreieck bilden sondern das Viereck ABCD aufspannen und nicht notwendigerweise in einer Ebenen liegen müssen verwendet.
Bei der Angabe von Punkten, Strecken und Vektoren kennzeichnet ein numerischer Index n die Koordinaten nach der n-ten Transformation, wobei 0 die gemessenen Koordinaten im Erfassungssystem und S die Solllage im Zielsystem bezeichnet. Bei den Berechnungen werden folgende speziellen Punkte und Vektoren verwendet:

• Der Schwerpunkt G: Dieser wird als 0G = (0A + 0B + 0C)/3 (für drei Punkte) bzw. 0G = (0A + 0B + 0C + 0D)/4 (für vier Punkte) gebildet.
• Der Normalenvektor N einer orientierten Ebene ABC: Dieser steht senkrecht auf der Ebene ABC und wird gebildet als das normiertes Vektorprodukt der Vektoren AB und AC zu N = AB × AC/|AB X AC|.
• Der Ebenenzeiger E der orientierten Ebene ABC: Dieser wird als normierter Vektor des Vektors BC zu E = |BC| gebildet.
• Die Pseudonormale P des orientierten Vierecks ABCD: Diese ist – in Analogie zum Normalenvektor N – der normierte Normalenvektor N der von AD und BC aufgespannten Ebenen und wird als N = AD × BC/|AD × BC| gebildet.
• Der Pseudozeiger F des orientierten Vierecks ABCD: Dieser wird in Analogie zum Ebenenzeiger E – als normierte Differenz der Vektoren DC und F = (DC – AB)/|DC – AB| gebildet:
• Die Längsachse L des orientierten Vierecks ABCD: Diese ist die normierte Summe der Längskanten AB und DC also L = (AB + DC)/|AB + DC|.
• Die Querachse L des orientierten Vierecks ABCD: Diese ist die normierte Summe der Querkanten AD und BC also L = (AD + BC)/|AD + BC|.

Ein erstes Beispiel für einen Algorithmus, welches als Kantenverfahren (Drei Punkte) bezeichnet wird, umfasst folgende Schritte:

1. Translation: Die Translation wird so gewählt, dass der Punkt A1 auf AS liegt.
2. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass der Punkt B2 auf BS zu liegen kommt, ohne dass der Punkt A2 von AS verschoben wird. Dabei kann streng genommen nur die Richtung des Vektors A2B2 auf die Richtung des Vektors ASBS gelegt werden. Auf Grund der Messunsicherheit kann die tatsächlich Position von B2 von den Koordinaten von BS um die Differenz der Längen A0B0 und ASBS abweichen.
3. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass der Punkt C3 auf CS zu liegen kommt, ohne dass die Punkte A3 und B3 von AS und BS verschoben werden. Dabei kann streng genommen nur die Ebene A3B3C3 in die Ebene ASBSCS gelegt werden. Auf Grund der Messunsicherheit kann die tatsächliche Position von C3 von den Koordinaten von CS um die Differenz der Längen A0C0 und ASCS sowie Winkelabweichungen abweichen.

Ein zweites Beispiel für einen Algorithmus, welches als Ebenenverfahren (Drei Punkte) bezeichnet wird, umfasst folgende Schritte:

1. Translation: Die Translation wird so gewählt, dass der Schwerpunkt G1 des Dreiecks A1B1C1 auf den Schwerpunkt GS des Dreiecks ASBSCS zu liegen kommt.
2. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass die Ebene A2B2C2 parallel zur Ebene ASBSCS zu liegen kommt, ohne dass der Schwerpunkt G1 von GS verschoben wird. Dazu wird der Normalenvektor N2 auf NS gelegt.
3. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass die Seite B3C3 parallel zu BSCS liegt, ohne dass der Schwerpunkt G2 von GS verschoben oder die Parallelität der Ebenen A2B2C2 und ASBSCS verloren geht. Dazu wird das normierte Kreuzprodukt aus N3 und E3 auf das normierte Kreuzprodukt aus NS und ES gelegt. Dabei kann streng genommen nur die von N3 und E3 aufgespannte Ebene in die von NS und ES aufgespannte gelegt werden. Auf Grund der Messunsicherheit kann die tatsächliche Lage von E3 von der Lage von ES abweichen.

Die Verwendung der Schwerpunkte G, Normalenvektoren N und der Ebenenzeiger E hat den Vorteil, dass jeweils die Ortsinformationen mehrerer Punkte eingehen und so die Abweichung der Punkte des Referenzsystems von der Solllage gleichmäßiger verteilt wird als beim Kantenverfahren.
Ein drittes Beispiel für einen Algorithmus, welches als Normalenverfahren (Vier Punkte) bezeichnet wird, umfasst folgende Schritte:

1. Translation: Die Translation wird so gewählt, dass der Schwerpunkt G1 des Vierecks A1B1C1D1 auf den Schwerpunkt GS des Vierecks ASBSCS zu liegen kommt.
2. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass die von A2D2 und B2C2 aufgespannte Ebene parallel zu der von ASDS und BSCS aufgespannten Ebene liegt, ohne dass der Schwerpunkt G2 von GS verschoben wird. Dazu wird die Pseudonormale P2 auf PS gelegt.
3. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass die von A3D3 und B3C3 aufgespannte Ebene genauso wie die von ASDS und BSCS aufgespannte Ebene ausgerichtet wird, ohne dass der Schwerpunkt G3 von GS verschoben wird oder die Paralellität von P3 von PS verloren geht. Dazu wird das normierte Kreuzprodukt aus P3 und F3 auf das normierte Kreuzprodukt aus PS und FS gelegt. Dabei kann streng genommen nur die von P3 und F3 aufgespannte Ebene in die von PS und FS aufgespannte gelegt werden. Auf Grund der Messunsicherheit kann die tatsächliche Lage von F3 von der Lage von FS abweichen.

Ein viertes Beispiel für einen Algorithmus, welches als Achsenverfahren (Vier Punkte) bezeichnet wird, umfasst folgende Schritte:

1. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass die Längsachse des Vierecks A1B1C1D1 parallel zur Längsachse des Vierecks ASBSCSDS liegt. Dazu wird die Längsachse L2 auf L5 gelegt.
2. Rotation: Die Rotation wird so gewählt, dass die Querachse des Vierecks A2B2C2D2 parallel zur Querachse des Vierecks ASBSCSDS liegt, ohne dass dabei die Parallelität der Längsachse L2 zur Längsachse LS verloren geht. Dazu wird das normierte Kreuzprodukt aus Q2 und L2 auf das normierte Kreuzprodukt aus QS und LS gelegt. Dabei kann streng genommen nur die von L3 und Q3 aufgespannte Ebene in die von LS und QS aufgespannte gelegt werden. Auf Grund der Messunsicherheit kann die tatsächliche Lage von Q3 von der Lage von QS abweichen.
3. Translation: Die Translation wird so gewählt, dass der Schwerpunkt G3 des Vierecks A3B3C3D3 auf den Schwerpunkt GS des Vierecks ASBSCSDS liegt.

Eine gewisse Redundanz steckt bereits in den Ortsinformationen von drei Marken, da die Lage eines orientierten Raums bereits durch einen Punkt und zwei Richtungen gegeben ist. Es können auch weitere Punkte dazu genommen werden, mit denen die Redundanz weiter erhöht wird. Die höhere Redundanz kann dann zur Erhöhung der Messgenauigkeit (Mittelung über mehrere Informationen), zur Steigerung der Ablaufstabilität (Detektion einer Schnittmenge von mindestens drei Punkten in allen Einzelmessungen aus möglichst vielen Punkten) sowie zur Plausibilitätsüberprüfung eingesetzt werden.
Vorzugsweise wird durch die Mittelung redundanter Informationen die statistische Messunsicherheit verbessert. Bei den oben geschilderten Berechnungen der Translationsparameter wird diese Redundanz durch die Verwendung von Schwerpunkten, Ebenenzeigern, Ebenennormalen sowie Längs- und Querachsen ausgenutzt. Ebenso sinkt mit steigender Anzahl der zur Verfügung stehenden Koordinaten die Messunsicherheit, wenn die Parameter der Transformationen aus der Anpassung des transformierten Referenzsystems an die Sollage bestimmt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden zur Plausibilisierung der Messung an sich redundante Informationen verwendet. Vorzugsweise werden hierfür zusätzliche Marken, die nicht zur Bestimmung der Transformation verwendet werden, und/oder die genauen Abstände der Punkte der Marken, bei denen die Punkte nicht bereits algorithmisch bedingt vollständig aufeinander gelegt werden, verwendet. So kann der verbleibende Abstand in einer geeigneten Metrik (z. B. Euklidischer Abstand) zwischen den entsprechenden Punkten des Referenzsystems aus den verschiedenen Aufnahmen im Zielsystem verwendet werden. Diese Distanzen (oder die Summe der Distanzen mehrerer bzw. aller Marken) können dann einzeln oder als geometrische Summe daraufhin überprüft werden, ob ein vorgegebener Schwellwert überschritten wird.
Gründe für zu große Abweichungen können entweder in einer ungenauen bzw. fehlerhaften Selektion der Marken oder liegen oder einer physischen Verschiebung der Marken. Bei mehr als zwei Blickrichtungsdatensätzen können so auch die Daten einzelner, als schlecht eingestufter Blickrichtungsdatensätzen verworfen werden und Ergebnisse auf Basis der Daten der verbleibenden Datensätzen angegeben werden.
Aus den ermittelten Drehachsen und den Drehwinkeln lässt sich die Bewegung des Kopfs des Probanden entweder direkt oder durch Umrechnung in geeignete Größen wie Drehen, Kippen und Nicken angeben. An Hand dieser Winkel lässt sich dann einfach überprüfen, ob der Proband die „richtige” Kopfbewegung vollzogen hat (z. B. eine starke Kopfdrehung mit möglichst geringem Nicken oder Kippen).
Im Folgenden wird die Bestimmung der Bewegungsparameter, insbesondere Rotationsparameter, für zumindest ein Auge des Benutzers beispielhaft weiter ausgeführt. Bei relativer Erfassung der Lagedaten zum Referenzrahmen bzw. nach der Transformation liegen die Lagedaten des ausgezeichnete Punkt des Auges und gegebenenfalls die Orientierung der Blickgeraden aus allen Aufnahmen in einem Koordinatensystem ohne den Einfluss einer Kopfbewegung vor. Zum leichteren Verständnis wird im Folgenden die Berechnung der Bewegungsparameter für das vereinfachte Modell einer Drehung um einen festen Drehpunkt mit einem fixen Radius beschrieben. Für Erweiterungen auf komplexere Modelle wird auf spätere Ausführungen verwiesen.
Zunächst werden zwei Sehaufgaben zur Bestimmung zweier Blickauslenkungen also zweier Blickrichtungen vorgegeben. Entsprechend gibt der Schnittpunkt der beiden insbesondere am jeweiligen ausgezeichneten Punkt des Auges aufgehängten Blickgeraden den Mittelpunkt der durch die Sehaufgaben induzierten Augendrehung wieder. Die Drehachse steht senkrecht auf der Ebene, die von den beiden Richtungsvektoren der Blickgeraden aufgespannt werden. Sie wird vorzugsweise als Kreuzprodukt der beiden Blickrichtungsvektoren berechnet. Der Winkel zwischen den Richtungsvektoren der Blickgeraden kann als Drehwinkel bezeichnet und in bekannter Weise berechnet werden. Weiterhin können für jede Blickausrichtung die Auslenkung als Winkel (z. B. bezogen auf eine definierte Richtung) angegeben werden. Der Abstand zwischen dem Drehpunkt und den ausgezeichneten Punkten des Auges entspricht dem zu messende Radius vorzugsweise als zu bestimmender Bewegungsparameter.
Auf Grund von Messunsicherheiten werden sich die besagten Geraden in der Realität in den seltensten Fällen im mathematischen Sinn schneiden sondern eher windschief zueinander stehen. Anstelle des Schnittpunktes kann dann der Punkt als Drehpunkt angegeben werden, der in einer geeigneten Metrik (z. B. der euklidischen Entfernung) den geringsten Abstand von beiden Geraden aufweist. Die Drehachse kann weiterhin wie später noch beschrieben berechnet werden.
Ferner kann auf jeder der beiden Geraden der Punkt bestimmt werden, der von diesem Drehpunkt die geringste Entfernung aufweist (Pseudodrehpunkt). Als Radius wird dann vorzugsweise entweder die Entfernung des Drehpunktes von den ausgezeichneten Punkten oder – vorzugsweise – die Längen der Strecke vom ausgezeichneten Punkt des Auges bis zum Pseudodrehpunkt der entsprechenden Sichtgeraden angegeben. Dies entspricht der Projektion der Verbindung in die Drehebene. Auf Grund von Messunsicherheiten werden die für jede der beiden einzelnen Stereoaufnahmen ermittelten Radien (Pseudoradien) im Allgemeinen nicht übereinstimmen. Besonders bevorzugt wird daher als Bewegungsparameter des zumindest einen Auges ein geeignetes Mittel (im einfachsten Fall das arithmetische Mittel) zwischen beiden verwendet.
Bei mehreren Blickauslenkungen wird der Drehpunkt vorzugsweise entsprechend als der Punkt im Raum bestimmt, der von allen Sichtgeraden den geringsten Abstand in einer vorgegeben Metrik aufweist. Vorzugsweise wird die Summe der Quadrate der euklidischen Abstände zwischen Drehpunkt und Sichtgeraden minimiert. Der Radius (als Bewegungsparameter des zumindest einen Auges) wird vorzugsweise entsprechend als Mittelwert aller Pseudoradien angegeben. Sollten sich die Blickauslenkungen im Wesentlichen in einer Ebene befinden, kann als Drehachse die Senkrechte auf diese Ebene angegeben werden. Ebenfalls können für jede Blickausrichtung die Auslenkung als Winkel (z. B. bezogen auf eine definierte Richtung) angegeben werden.
Die Stabilität wird vorzugsweise dadurch gesteigert, dass für mehr als zwei Blickdatensätze die Blickgeraden und/oder die einzelnen Pseudodrehpunkte und/oder die Pseudoradien gewichtet werden. Potentielle Gewichtungsfaktoren sind vorzugsweise „Zuverlässigkeitsfaktoren”, die bei der Erkennung des ausgezeichneten Punktes des Auges angegeben und/oder aus der Entfernung der jeweiligen Blickgeraden von einem zuerst bestimmten Drehpunkt abgeleitet und/oder im Rahmen der Plausibilisierung der Transformation berechnet werden.
Zur Plausibilisierung der Messung wird vorzugsweise der Abstand zwischen den Pseudodrehpunkten und die Differenz (bzw. Streuung) der Pseudoradien ermittelt und bei Überschreitung gewisser Grenzen die Messung zurückgewiesen werden. Bei mehr als zwei Stereoaufnahmen können so auch die Daten einzelner, als schlecht eingestufter Stereoaufnahmen verworfen werden und Ergebnisse auf Basis der Daten der verbleibenden Stereoaufnahmen angegeben werden, oder zusätzliche Bildaufnahmen erzeugt werden. Ferner kann überprüft werden, ob der oder die gemessenen Winkelauslenkungen – unter Berücksichtigung der Freiheitsgrade des Probanden – hinreichend mit den Vorgaben durch die Sehaufgabe übereinstimmen.
Der ausgezeichnete Punkt der Messung (z. B. Pupillenmitte) stimmt nicht notwendigerweise mit dem zur Berechnung eines Brillenglases verwendeten Punkt (Hornhautscheitel) überein. In diesem Fall wird vorzugsweise der gemessene Radius (hier insbesondere Radius der Bewegung der Pupillenmitte) in die benötigte Größe (Abstand des vorderen Hornhautscheitels vom Drehpunkt) umgerechnet (hier vorzugsweise durch Addition des Abstandes zwischen dem vorderen Hornhautscheitel und der Eintrittspupille von 3,05 mm gemäß DIN 5340).
9A bis 9C veranschaulichen schematisch einige Aspekt eines bevorzugten Verfahrens zur Bestimmung von Bewegungsparametern eines Auges. Ausgangspunkt hierfür könnten erste Bilddaten gemäß 8A und 8B für eine erste Sehaufgabe, also eine erste Blickrichtung, und entsprechende zweite Bilddaten für eine zweite Sehaufgabe, also eine zweite Blickrichtung, sein. Dabei werden jeweils aus den ersten Bilddaten und den zweiten Bilddaten die dreidimensionalen Positionen der Marken der Referenzstruktur sowie des ausgezeichneten Punktes des Auges ermittelt. All diese Kooridinaten sind in 9A in einem gemeinsamen dreidimensionalen Koordinatensystem des Stereokamerasystems dargestellt. Dabei sind die dreidimensionalen Positionen 902a, 902b, 902c, 902d der Referenzpunkte des Referenzsystems und die dreidimensionale Position 904 des ausgezeichneten Punktes aus den ersten Bilddaten zusammen mit den dreidimensionalen Positionen 906a, 906b, 906c, 906d der Referenzpunkte des Referenzsystems und die dreidimensionale Position 908 des ausgezeichneten Punktes aus den zweiten Bilddaten dargestellt. Außerdem sind gleichzeitig die erste Blickrichtung 910 und die zweite Blickrichtung 912 jeweils durch einen Pfeil veranschaulicht. Der Blick wird in beiden Sehaufgaben durch ein speziell gestaltetes Lichtfeld ausgelenkt, weshalb die Blickrichtung beide Male übereinstimmen. Die relative Auslenkung des Auges zwischen den Stereoaufnahmen wird durch Drehung des Kopfes erreicht, die sich in den unterschiedlichen Stellungen des Referenzsystems manifestiert.
Im dreidimensionalen Koordinatensystem des Stereokamerasystems von 9B sind die Daten aus 9A eingetragen. Die Daten der ersten Aufnahme sind dabei unverändert übernommen und die der zweiten Aufnahme gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung transformiert. Die Transformation (eine Translation und zwei Rotationen) ist dabei so gewählt, dass das Referenzsystem der zweiten Aufnahme nach der Transformation möglichst deckungsgleich auf das der ersten Aufnahme fällt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wurde aufgrund der Messunsicherheit bei der Erfassung der Marken keine vollständige Übereinstimmung erreicht. Der ausgezeichnete Punkt 904, 908 des Auges ist in 9B wieder jeweils als Kugel veranschaulicht. Anstelle der jeweiligen Blickrichtung in Form eines Pfeils (nach vorne wie in 9A) ist die Verlängerung der Sichtachse (insbesondere als Achse parallel zur Blickrichtung) über das Auge hinaus (nach hinten) als am ausgezeichneten Punkt des Auges aufgehängte Halbgerade (914 für die erste Blickrichtung bzw. 916 für die zweite Blickrichtung) dargestellt.
In einem dreidimensionalen Koordinatensystem von 9C sind die Verlängerung der Sichtachse über das Auge hinaus als am ausgezeichneten Punkt des Auges aufgehängte Halbgerade aus 9B dargestellt. Zusätzlich sind der Punkt, der den geringsten Abstand von beiden Geraden aufweist („Drehpunkt” 918) sowie jeweils der Punkt der beiden Geraden, der diesem am nächsten liegt („Pseudodrehpunkt” 920, 922) als schwarze Kugeln aufgenommen. Als Radius wird vorzugsweise der Mittelwert der Längen der Strecken vom jeweiligen ausgezeichneten Punkt 904 bzw. 908 des Auges bis zum jeweiligen Pseudodrehpunkt 920 bzw. 922 auf der jeweiligen Sichtgeraden bzw. Sichtachse 914 bzw. 916 ermittelt.
Im Folgenden werden einige alternative, bevorzugte Verfahren beschrieben, die auch mit bereits beschriebenen Aspekten kombiniert werden können.
Der oben beschriebenen Auswertung liegt ein relativ einfaches Augenmodell zu Grunde, nachdem der ausgezeichnete Punkt des Auges in allen Richtungen um einen Mittelpunkt mit konstantem Radius rotiert. Auf Grund der Anatomie des Auges und des das Auge bewegenden Muskelapparats ist die tatsächliche Bewegung des Auges bei genauer Betrachtung jedoch komplexer. So unterschieden sich die Mittelpunkte und Radien bei der Rotation um unterschiedliche Achsen. Diese werden für eine möglichst genaue Vermessung der individuellen Rotationseigenschaften vorzugsweise getrennt bestimmt.
So werden gemäß einem bevorzugten Verfahren die Bewegungsparameter für unterschiedliche Drehachsen (z. B. horizontale und vertikale Rotation) unabhängig, insbesondere nacheinander vermessen. Dementsprechend wird eine Messung für die erste Achse (z. B. vertikal) mit mindestens zwei Sehaufgaben (Blickauslenkung nach rechts und links) und eine weitere Messung für die zweite Achse (z. B. Blickauslenkung nach oben und unten) durchgeführt. Gegebenenfalls kann ein bei Auslenkung des Auges in Nullblickrichtung erzeugter Datensatz in die Berechnung beider Rotationsparametersätze eingehen.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform werden kombinierte Sehaufgaben gestellt. Als Beispiel seien Blickauslenkungen nach rechtsoben und linksunten oder nach rechtsoben, linksoben, linksunten und rechtsoben genannt. Aus den gemessenen Positionen und Blickrichtungen kann dann auf die einzelnen Drehpunkte bzw. -achsen und Radien geschlossen werden. Dies kann analytisch durch die Berechnung der entsprechenden Komponenten geschehen oder durch Anpassung der freien Parameter (z. B. Drehpunkte und Radien) eines entsprechenden Modells.
Selbst innerhalb einer Ebene stellt die Annahme eines Augendrehpunktes eine Vereinfachung dar. So schneiden sich die Fixierlinien für verschiedene Augenauslenkungen nicht, sondern bilden – in guter Näherung – Tangenten an einen Kreis um den sog. mechanischen Augendrehpunkt. Aus den Blickdaten wird vorzugsweise auch dieser Kreis nach Mittelpunkt und Radius als Bewegungsparameter des Auges bestimmt. Darüber hinaus sind auch komplexere Modelle (z. B. Fixierlinien in einer Ebene als Tangenten an Ellipsen) denkbar und eine Verallgemeinerung ins dreidimensionale (z. B. Fixierlinien im Raum als Tangenten an Kugeln bzw. Ellipsoiden oder komplexerer Formen) möglich.
Für Probanden mit hinreichendem Seh-, Fixations- und gegebenenfalls Fusionsvermögen können mittels geeigneter Sehaufgaben auch die Rotationsparameter beider Augen gleichzeitig bestimmt werden. Dazu werden beide Augen zugleich ausgelenkt und die Position der ausgezeichneten Punkte beider Augen sowie die Blickrichtungen beider Augen simultan erfasst.
Eine hierfür geeignete Sehaufgabe stellt die binokulare Fixierung eines Fixationsobjekts, wie oben beschrieben, dar. Dabei wird vorzugsweise für jedes Auge die jeweilige Blickrichtung aus der Position des Fixationsobjekts (Fixierposition) und des ausgezeichneten Punktes des jeweiligen Auges individuell berechnet. Bei indirekter Messung (d. h. mittels eines optisch wirksamen Elements, wie z. B. eines Spiegels oder ein Linse) wird die Position und die (optische) Wirkung der jeweils wirksamen Elemente entsprechend berücksichtigt.
Eine alternative Sehaufgabe stellt ein Lichtfeld dar, das mit beiden Augen wahrgenommen und fixiert werden kann, so dass beide Augen definiert ausgelenkt werden. Ein derartiges Lichtfeld kann aus einem oder zwei, jeweils von einem Auge wahrnehmbaren Lichtfeldern wie oben beschrieben realisiert werden.
Der Winkel zwischen den Achsen (d. h. Richtung der Parallelität bei vollständig parallelem Licht) bzw. der Achsebenen (bei Verwendung von in einer Richtung diffuser Strahlung) der beiden Felder wird dabei vorzugsweise so gewählt, dass sie der Anatomie angepasst sind, also keine unnatürlichen Auslenkungen (z. B. extrem temporale Auslenkungen beider Augen) induzieren. Besonders bevorzugt werden Anordnungen, bei denen und die wahrgenommenen Bilder durch den Probanden leicht fusionierbar sind. Eine derartige Anordnung stellen parallele Achsebenen bzw. Achsen dar. Diese Konfiguration entspricht dem Blick ins Unendliche.
Bei einer anderen derartigen Anordnung entspricht die Ausrichtung der Lichtfelder in etwa den Blickrichtungen der beiden Augen, unter denen der Proband einen dominanten Gegenstand sieht. Dieser wird im Allgemeinen das Gerät sein, von dem die Lichtfelder ausgehen. Dies erleichtert die Sehaufgabe deutlich, da das Bild der Lichtfelder dann in etwa in derselben Entfernung erscheint, wie der Gegenstand.
Bei einer binokularen Bestimmung von Bewegungsparametern wird vorzugsweise ein Referenzsystem für beide Augen verwendet. Werden die relevanten Positionen und Ausrichtungen nicht unmittelbar relativ zu diesem Referenzsystem erfasst, muss für jeden Datensatz lediglich eine Transformation bestimmt werden, die dann auf die Position der ausgezeichneten Punkte beider Augen sowie gegebenenfalls die Blickrichtungen beider Augen angewandt werden kann. Die Bewegungsparameter werden dann vorzugsweise für beide Augen unabhängig voneinander gemäß der obigen Beschreibung bestimmt.
In einem alternativen Verfahren kann auf die Kenntnis der Blickrichtung verzichtet werden. Dazu müssen mehrere Stereoaufnahmen mit unterschiedlichen Augenauslenkungen gemacht werden. Hierzu sind kontinuierliche Sehaufgaben (z. B. Kopfdrehung von links nach rechts bei kontinuierlicher Fixierung eines Objektes oder Targets) mit einer entsprechenden semikontinuierlichen Datenerfassung (z. B. Videoaufnahmen bei der Verwendung von Stereokamerasystemen) besonders geeignet, da so mit vergleichsweise wenig Aufwand für den Probanden und in vergleichsweise kurzer Zeit sehr viele Datensätze aufgenommen werden können.
Eine automatisierte Erfassung der Blick- und Referenzdaten (z. B. Selektion der Marken und ausgezeichneten Punkte des Auges durch Bildverarbeitungsalgorithmen bei der Verwendung von Stereokamerasystemen) ist hier auf Grund der großen Zahl der auszuwertenden Messungen besonders sinnvoll.
Wie in dem zuvor beschriebenen Verfahren werden die Positionen des ausgezeichneten Punktes des Auges in ein gemeinsames Koordinatensystem übertragen, sofern sie nicht bereits relativ zu dem Referenzsystem vorliegen. Anstelle der Intersektion der Schnittgeraden wird dann eine Anpassung der freien Parameter (z. B. wie die Position von Mittelpunkten oder Drehachsen sowie Radien) eines gegebenen Modells an die Datenpunkte durchgeführt. Bei dem Modell kann es sich um einen Kreis bzw. Zylinder (bei Auslenkung des Auges in einer Ebene), eine Kugel (einfaches Modell bei Auslenkung des Auges in alle Richtungen), ein Ellipsoid (bei Annahme eines Drehpunktes und unterschiedlicher Radien in verschiedenen Richtungen) oder einer komplizierteren Fläche (bei Annahme unterschiedlicher Radien und unterschiedlicher Positionen der Drehachsen) handeln. Es sind auch noch komplexere Modelle (mechanischer bzw. optischer Augendrehpunkt, Abhängigkeit des Radius von der Richtung der Auslenkung, ...) möglich. Die Rotationsparameter können direkt die freien Parameter sein, oder aus diesen abgeleitet werden. Ferner können z. B. zur Reduzierung der Zahl der Freiheitsgrade gewisse Annahmen in das verwendete Modell eingehen.
Ein Vorteil dieses Vorgehens besteht darin, dass keine Annahmen über die tatsächlichen Blickrichtungen des Probanden gemacht werden müssen, dieser muss lediglich sein Auge „irgendwie” auslenken. Es beugt so prinzipiell Fehlern vor, die aus einer nicht ganz korrekten Erfüllung der Sehaufgaben (z. B. Blick am Fixationsobjekt vorbei) resultieren. Weiterhin bietet es damit Vorteile bei der Vermessung von Personen mit hohem Refraktionen oder Fixationsschwierigkeiten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden dynamische Aspekte der Blickbewegung erfasst. In einer bevorzugten Ausführungsform kann sich dabei der Proband frei vor dem Gerät bewegen. Dabei wird sein Blickverhalten – auch über eine längere Zeit erfasst – und auch im Hinblick auf sein dynamisches Verhalten ausgewertet wird. Dabei kann der Proband sowohl Sehaufgaben erfüllen als auch seine freie bzw. habituelle Blickbewegungen in verschiedenen Situationen ausführen.
Besonders bevorzugt werden in einer weiteren Ausführungsform die mit der Augenauslenkung verbundene Torsionsdrehung gemessen werden. Unter Torsion wird dabei die Drehung des Auges „in sich” ohne größere Veränderung der Blickrichtung verstanden. Als Achse kann dabei der an dem ausgezeichneten Punkt des Auges oder einem anderem speziellem Punkt aufgehängte Blickrichtungsvektor verwendet werden. Zur Bestimmung der Torsion wird – für jede Blickauslenkung – neben dem beschrieben ausgezeichnetem Punkt mindestens ein weiteres Merkmal des Auges erfasst und aus der relativen Lage der Punkte zueinander die Torsion abgeleitet.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, einen Ausschnitts des Auges (z. B. die Iris, ein Teil der Iris, ein Teil der Lederhaut mit Adern) per Bilderfassung zu erfassen und eine Anpassung (z. B. mit einem zwei- oder dreidimensionalen Modell) des erfassten Musters mittels Bildverarbeitung durchzuführen, wobei die „Verdrehung” des Urbildes der Torsionsbewegung entspricht.
Obwohl die Bestimmung der Bewegungsparameter eines Auges unabhängig von der Messung der individuellen Parameter und Zentrierdaten erfolgen kann, bietet es sich an, beide Funktionalitäten in ein Gerät zu integrieren. Es können dann beispielsweise einzelne Kameras oder das vollständige Kamerasystem für beide Aufgaben verwendet werden. Auch Einrichtungen zur Blickauslenkung wie Fixationstargets und -objekte können für beide Aufgaben herangezogen werden. Entsprechend können einzelne Aufnahmen mit speziellen Sehaufgaben (z. B. Blick in Nullblickrichtung) für beide Zwecke verwendet werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die angepasste Brille, Markierungen auf der angepassten Brille, Features der angepassten Brille oder andere Features, die auch mit angepasster Brille detektierbar sind, als Referenzsystem verwendet werden.
In einem erweiterten Modell können die Lage der Drehpunkte bzw. -achsen und Radien für Rotationen für bestimmte Richtungen (z. B. horizontal und vertikal) individuell angegeben werden. Selbst für die Bewegung des Auges innerhalb einer Ebene lässt sich die Beschreibung verfeinern. So müssen sich die Blickrichtungslinien für verschiedene Augenauslenkungen nicht notwendigerweise in einem Punkt schneiden, sondern können Tangenten an einen Kreis (bzw. eine Ellipse oder eine komplexere Figur) bilden. Aus den Blickdaten kann auch dieser Kreis nach Mittelpunkt und Radius (bzw. diese Ellipse nach Mittelpunkt und Halbachsen oder die komplexere Figur) bestimmt werden.
Darüber hinaus sind auch komplexere Modelle denkbar und eine Verallgemeinerung ins dreidimensionale (z. B. Fixierlinien im Raum als Tangenten an Kugeln bzw. Ellipsoiden oder komplexerer Formen) möglich. Bei den Blicklinien kann es sich um Fixierlinien, optische Achsen des Auges, optische Achsen des schematischen Auges oder Sehachsen handeln. Die Drehpunkte können dem mechanischen oder optischen Drehpunkten entsprechen. Größen, die für unterschiedliche und gegebenenfalls definierte Blickauslenkungen direkt gemessen oder abgeleitet werden können, sind die Lage der optischen Achse des Auges, der optischen Achse des schematischen Auges, der Fixierlinie und der Sehachse sowie die Winkel Alpha und Kappa zwischen diesen und weiterhin die Torsion (Verrollung nach Listing).
Ferner können dynamische Aspekte beim Lösen von Sehaufgaben oder im natürlichen Blickverhalten erfasst werden. Die hier genannten Größen werden vorzugsweise gemäß DIN 5340 verstanden.
Bezugszeichenliste

12: Säule, Gehäuse
14: obere Kamera, erste Bildaufnahmeeinrichtung
16: seitliche Kamera, zweite Bildaufnahmeeinrichtung
18: Monitor
20: effektive optische Achse der ersten Bildaufnahmeeinrichtung
22: effektive optische Achse der zweiten Bildaufnahmeeinrichtung
24: Schnittpunkt
26: teildurchlässiger Spiegel
30: Benutzer, Proband
202: Fixationstarget
210: Zylinderlinse
218: Beleuchtungseinrichtungen
220: elektromagnetische Strahlung
222: optische Achse
224: Horizontalebenen
225: Vertikalebene
226: Punkte der Beleuchtungseinrichtung
302: Auge
304: Lichtfelder
306: Fixationstargets
308: Fixationstargets
310: Fixationstarget
312: Linse
314: Beleuchtungseinrichtungen
402, 502, 602: Kopf
404, 504, 604: erstes Auge
406: erstes Fixationstarget
408: zweites Fixationstarget
410, 510, 610: Brillenfassung
506: erstes Fixationsobjekt
508: zweites Fixationsobjekt
606: Fixationsobjekt
612: reflektierende Fläche
702: Brillenfassung mit Referenzstruktur
704: Referenzpunkte, extrinsische Marken
706: Fixationsobjekt
800a: erste Bilddaten einer ersten Bildaufnahmeeinrichtung
800b: erste Bilddaten einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung
802: Brillenfassung mit Referenzstruktur
804: Referenzpunkte, extrinsische Marken
902, 906: dreidimensionale Positionen der Referenzpunkte
904, 908: dreidimensionale Positionen des ausgezeichneten Punkts
910: erste Blickrichtung
912: zweite Blickrichtung
914: erste Sichtachse
916: zweite Sichtachse
918: Drehpunkt
920, 922: Pseudodrehpunkte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008003906 A1 [0103]
DE 102005003699 A1 [0117, 0128]
DE 102009004381 A1 [0121, 0123]
DE 102009004383 A1 [0121, 0123, 0126]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 5340 [0002]
DIN 5340 [0187]
DIN 5340 [0212]

Claims

Vorrichtung zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers mit – zumindest einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt und angeordnet sind, jeweils erste Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem ersten Zeitintervall und zweite Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem zweiten Zeitintervall derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen, – einer Datenverarbeitungseinrichtung mit – einer Bilddatenanalyseeinrichtung, welche ausgelegt ist, anhand der ersten Bilddaten zumindest der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung eine erste dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges und anhand der zweiten Bilddaten zumindest der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung eine zweite dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges zu ermitteln; – einer Sehaufgabenverwaltungseinheit, welche ausgelegt ist, eine im ersten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene erste Blickrichtung des ersten Auges und eine im zweiten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene zweite Blickrichtung des ersten Auges zumindest teilweise zu bestimmen; und – einer Bewegungsanalyseeinrichtung, welche ausgelegt ist, anhand zumindest der ermittelten ersten und zweiten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges und der bestimmten ersten und zweiten Blickrichtung als Bewegungsparameter eine Änderung der Augenstellung des ersten Auges relativ zum Kopf des Benutzers zu bestimmen; und – einer Datenausgabeeinrichtung, welche zur Ausgabe zumindest eines Teils der bestimmten Bewegungsparametern ausgelegt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und zweite Bildaufnahmeeinrichtung ausgelegt und angeordnet sind, die Bilddaten derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zusätzlich zum zumindest einen ausgezeichneten Punkt des ersten Auges des Benutzers eine relativ zum Kopf des Benutzers fixierte Referenzstruktur umfassen, welche zumindest drei nicht auf einer Geraden liegenden Referenzpunkte unterscheidbar festlegt, wobei die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt ist, aus der von den ersten Bilddaten der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung umfassten Abbildung der Referenzstruktur eine erste dreidimensionale Referenzposition und eine erste dreidimensionale Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers und aus der von den zweiten Bilddaten der ersten und zweiten Bildaufnahmeeinrichtung umfassten Abbildung der Referenzstruktur eine zweite dreidimensionale Referenzposition und eine zweite dreidimensionale Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers zu ermitteln, und wobei die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt ist, die Änderung der Augenstellung des ersten Auges relativ zum Kopf des Benutzers anhand zumindest der ermittelten ersten und zweiten dreidimensionalen Position des ausgezeichneten Punktes des ersten Auges, der bestimmten ersten und zweiten Blickrichtung und der ermittelten ersten und zweiten Referenzposition und Referenzorientierung des Kopfes des Benutzers zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend zumindest ein Fixationstarget, welches ausgelegt ist, ein Lichtfeld zumindest teilweise in Richtung des mittels der Bildaufnahmeeinrichtungen zu erfassenden Auges des Benutzers derart auszusenden, dass alle Lichtstrahlen innerhalb des Lichtfeldes im wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen Fixationsebene verlaufen, und wobei die Sehaufgabenverwaltungseinheit ausgelegt ist, die erste und/oder zweite Blickrichtung des ersten und/oder zweiten Auges als eine Richtung parallel zu der Fixationsebene zu bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Sehaufgabenverwaltungseinheit ausgelegt ist, das zumindest eine Fixationstarget derart zu steuern, dass das Lichtfeld im ersten Zeitintervall mit einer ersten Fixationsebene und im zweiten Zeitintervall mit einer von der ersten verschiedenen, zweiten Fixationsebene ausgesendet wird.
Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, umfassend zumindest ein optisches Fixationsobjekt, welches ausgelegt ist, in zumindest einer vorgegebenen Fixierposition ein zur Führung oder Fixierung der Blickrichtung des Benutzer geeignetes optisches Signal zu auszugeben, und wobei die Sehaufgabenverwaltungseinheit ausgelegt ist, die erste und/oder zweite Blickrichtung des ersten und/oder zweiten Auges in Abhängigkeit von der Fixierposition und der ermittelten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Sehaufgabenverwaltungseinheit ausgelegt ist, die erste und zweite Blickrichtung derart zu bestimmen, dass sie im wesentlichen parallel zu einer gemeinsamen horizontalen oder vertikalen Ebene liegen.
Vorrichtung zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers mit – zumindest einer ersten und einer zweiten Bildaufnahmeeinrichtung, welche ausgelegt und angeordnet sind, jeweils in einem ersten Zeitintervall erste Bilddaten, in einem zweiten Zeitintervall zweite Bilddaten und in einem dritten Zeitintervall dritte Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen; – einer Datenverarbeitungseinrichtung mit – einer Bilddatenanalyseeinrichtung, welche ausgelegt ist, anhand der von den Bildaufnahmeeinrichtungen erzeugten ersten, zweiten und dritten Bilddaten, jeweils eine erste, zweite bzw. dritte dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges zu ermitteln; – einer Modelldatenbank zum Bereitstellen zumindest eines Modells zur Beschreibung einer Augenbewegung eines Benutzers mit zumindest einem freien Parameter; und – einer Bewegungsanalyseeinrichtung mit einer Parameteranpasseinrichtung, welche ausgelegt ist, den zumindest einen freien Parameters durch Anpassen des Modells an die zumindest drei ermittelten dreidimensionalen Positionen gemäß einem Anpasskriterium zu ermitteln, wobei die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt ist, die Bewegungsparameter des zumindest einen Auges anhand des zumindest einen ermittelten freien Parameters aus dem Modell zur Beschreibung der Augenbewegung zu bestimmen; und – einer Datenausgabeeinrichtung, welche zur Ausgabe zumindest eines Teils der bestimmten Bewegungsparametern ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die erste und die zweite Bildaufnahmeeinrichtung relativ zum Kopf des Benutzers fixierbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die bestimmten Bewegungsparameter zumindest eine Lage eines Augendrehpunkts und/oder eine Lage einer Drehachse umfassen und wobei die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt ist, einen Augenradius als geometrischen Abstand des ermittelten ausgezeichneten Punktes vom bestimmten Augendrehpunkt oder der bestimmten Drehachse zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die bestimmten Bewegungsparameter zumindest eine Lage eines ersten und eine Lage eines zweiten Augendrehpunkts und/oder eine Lage einer ersten und eine tage einer zweiten Drehachse umfassen, und wobei die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt ist, einen ersten Augenradius als geometrischen Abstand des ermittelten ausgezeichneten Punktes vom bestimmten ersten Augendrehpunkt oder der bestimmten ersten Drehachse und einen zweiten Augenradius als geometrischen Abstand des ermittelten ausgezeichneten Punktes vom bestimmten zweiten Augendrehpunkt oder der bestimmten zweiten Drehachse zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt ist, anhand der ersten und zweiten Blickrichtung eine erste bzw. zweite Blickrichtungsachse zu bestimmen und die Lage des Augendrehpunkts als den Mittelpunkt des Abstands zwischen den beiden Blickrichtungsachsen zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend eine Benutzerschnittstelle zum Erfassen einer Auswahl eines Selektionsbereichs in zumindest einem der erzeugten Bilddaten durch einen Benutzer, wobei die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt ist, den ausgezeichneten Punkt des ersten Auges innerhalb des Selektionsbereichs automatisch zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der zumindest eine ausgezeichnete Punkt zumindest einen der folgenden Punkte umfasst: – Pupillenmitte; – Hornhautscheitel; – zumindest einen optisch ausgezeichneten Punkt der Iris; – zumindest einen optisch ausgezeichneten Punkt der Lederhaut.
Vorrichtung nach einem der vorangegangen Ansprüche, welche zumindest eine dritte Bildaufnahmeeinrichtung umfasst, welche ausgelegt und angeordnet ist, erste Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers im ersten Zeitintervall und zweite Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers im zweiten Zeitintervall derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers den ausgezeichneten Punkt des ersten Auges des Benutzers und vorzugsweise die relativ zum Kopf des Benutzers fixierte Referenzstruktur umfassen, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung eine Redundanzkontrolleinrichtung umfasst, welche ausgelegt ist, für jedes Zeitintervall anhand der Bilddaten der zumindest drei Bildaufnahmeeinrichtungen eine Konsistenzüberprüfung anhand redundanter geometrischen Informationen zu dem zumindest einen abgebildeten ausgezeichneten Punkt durchzuführen und dem jeweiligen Zeitintervall einen von der Konsistenzüberprüfung abhängigen Zuverlässigkeitsfaktor zuzuordnen, und wobei die Vorrichtung ausgelegt ist, zumindest falls der Zuverlässigkeitsfaktor für zumindest ein Zeitintervall außerhalb eines Toleranzbereichs liegt, die Bildaufnahmeeinrichtungen zu steuern, Bilddaten in einem dritten Zeitintervall zu erzeugen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Bilddatenanalyseeinrichtung ausgelegt ist, zu jedem Zeitintervall aus den Bilddaten der zumindest zwei Bildaufnahmeeinrichtungen eine dreidimensionale Position eines ersten ausgezeichneten Punktes des zumindest einen Auges und eine dreidimensionale Position eines zweiten ausgezeichneten Punktes des zumindest einen Auges zu ermitteln, und wobei die Bewegungsanalyseeinrichtung ausgelegt ist, anhand der ermittelten dreidimensionalen Positionen des ersten und zweiten ausgezeichneten Punktes eine Torsionsbewegung des Auges relativ zum Kopf des Benutzers zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welche ausgelegt ist, Bewegungsparameter für beide Augen des Benutzers zu bestimmen, wobei die Bildaufnahmeeinrichtungen ausgelegt sind, die Bilddaten derart zu erfassen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers jeweils zumindest einen ausgezeichneten Punkt des ersten und zweiten Auges umfasst.
Verfahren zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers mit folgenden Schritten: – Erzeugen von ersten Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem ersten Zeitintervall und von zweiten Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einem zweiten Zeitintervall, jeweils aus zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen derart zu erzeugen, dass die in den Bilddaten abgebildeten Teilbereiche des Kopfes des Benutzers zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen, – Ermitteln einer ersten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges anhand der aus den zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugten ersten Bilddaten; – Ermitteln einer zweiten dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges anhand der aus den zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugten zweiten Bilddaten; – Bestimmen einer im ersten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene erste Blickrichtung des ersten Auges und eine im zweiten Zeitintervall vom ersten Auge eingenommene zweite Blickrichtung des ersten Auges zumindest teilweise; und – Bestimmen einer Änderung der Augenstellung des ersten Auges relativ zum Kopf des Benutzers als Bewegungsparameter für das erste Auge anhand zumindest der ermittelten ersten und zweiten dreidimensionalen Position des ersten Auges und der bestimmten ersten und zweiten Blickrichtung.
Verfahren zum Bestimmen von Bewegungsparametern für zumindest ein Auge eines Benutzers mit folgenden Schritten: – Erzeugen einer Vielzahl von Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers in einer Vielzahl von zumindest drei Zeitintervallen derart, dass in jedem Zeitintervall Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers, welche zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines ersten Auges des Benutzers umfassen, aus zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugt werden; – Ermitteln einer dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des ersten Auges anhand der aus den zumindest zwei unterschiedlichen Aufnahmerichtungen erzeugten ersten Bilddaten für jede der Vielzahl von Zeitintervallen; – Bereitstellen zumindest eines Modells zur Beschreibung einer Augenbewegung eines Benutzers mit zumindest einem freien Parameter; und – Ermitteln des zumindest einen freien Parameters durch Anpassen des Modells an die Vielzahl ermittelter dreidimensionaler Positionen gemäß einem Anpasskriterium; und – Bestimmen der Bewegungsparameter des zumindest einen Auges anhand des zumindest einen ermittelten freien Parameters aus dem Modell zur Beschreibung der Augenbewegung.
Computerprogrammprodukt umfassend computerlesbare Anweisungen, welche, wenn geladen in einen Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer, bewirken, dass der Computer ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 oder 18 durchführt.