DE102018131780B4

DE102018131780B4 - Bestimmen eines Pupillendurchmessers

Info

Publication number: DE102018131780B4
Application number: DE102018131780.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Junggeburth
Original assignee: Stellar Data Broadcast Services GmbH
Current assignee: Stellar Data Broadcast Services GmbH
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2021-10-14
Anticipated expiration: 2038-12-12
Also published as: WO2020120478A1; DE102018131780A1

Abstract

Verfahren zum Bestimmen eines Pupillendurchmessers (d) einer Pupille (3) in einem digitalen Bild (6), das ein Auge (1) mit der Pupille (3) zeigt, mit den Schritten:b) Erzeugen eines anisotrop unscharfen Bildes (7), das in einer y-Richtung unschärfer als das Bild (6) ist, aus dem Bild (6);c) Erzeugen eines Differenzbildes (8) aus dem anisotrop unscharfen Bild (7), indem für die Intensität jedes Bildpunktes des Differenzbildes (8) die Intensitäten von Bildpunkten des anisotrop unscharfen Bildes (7) voneinander subtrahiert werden, die in einer senkrecht zu der y-Richtung orientierten x-Richtung benachbart angeordnet sind;d) Bestimmen von zwei in der x-Richtung an gegenüberliegenden Seiten der Pupille die Pupille begrenzenden Pupillenrändern (9, 10) aus Extremwerten (16) in dem Differenzbild (8);e) Bestimmen des Pupillendurchmessers (d) unter Heranziehen der zwei Pupillenränder (9, 10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen eines Pupillendurchmessers, eine Vorrichtung zur Datenverarbeitung, wobei die Vorrichtung Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens aufweist, ein Computerprogramm, das Befehle aufweist, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen und einen computerlesbaren Datenträger, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Ein Pupillenreflex bei einem Menschen führt dazu, dass, wenn der Mensch einer höheren Bestrahlung durch sichtbares Licht ausgesetzt ist, dies zu einer Verkleinerung einer Pupille des Menschen führt. Dadurch wird eine Lichtmenge verringert, die durch die Pupille auf die Netzhaut des Menschen fällt. Umgekehrt führt der Pupillenreflex bei einer niedrigeren Bestrahlung durch das sichtbare Licht dazu, dass die Pupille vergrößert wird, wodurch eine größere Lichtmenge auf die Netzhaut fällt. In 7 ist der Fall dargestellt, dass der Mensch mit einem Lichtpuls angestrahlt wird, wie beispielsweise von einem Blitzlicht einer Kamera. 7 zeigt ein Diagramm, in dem drei mit einem Pupillometer aufgenommener Pupillendurchmesserverläufe 17a, 17b, 17c dargestellt sind, wobei über eine Abszisse des Diagramms die Zeit und über eine Ordinate des Diagramms ein jeweiliger Pupillendurchmesser d der Pupille aufgetragen ist. Man kann beobachten, dass sich zunächst die Pupille ausgehend von einem Ausgangspupillendurchmesser bis zu einem Minimum verkleinert. Anschließend vergrößert sich die Pupille wieder. Es ist bekannt, dass man anhand des in 7 dargestellten Pupillendurchmesserverlaufs auf eine körperliche Verfassung des Menschen zurückschließen kann. Bei der körperlichen Verfassung kann es sich beispielsweise um einen Grad von Müdigkeit oder um einen Blutalkoholgehalt des Menschen handeln.
Zum Aufnehmen des Pupillendurchmesserverlaufs nimmt das Pupillometer einen Film des Auges auf, wobei der Film eine Vielzahl von Bildern des Auges zu unterschiedlichen Zeitpunkten enthält. Um den Pupillendurchmesserverlauf zu bestimmen, ist es erforderlich, in jedem Bild des Films einen Pupillendurchmesser zu bestimmen. Dies ist jedoch nachteilig rechenintensiv und damit zeitintensiv.
JP H11-225 966 A offenbart ein ophthalmologisches Messgerät, das kontinuierlich die Änderung der Brechkraft misst. EP 2 382 912 B1 offenbart eine ophthalmologische Vorrichtung, das die Pupillengröße eines Prüflings misst. DE 601 32 459 T2 offenbart ein Pupillometer.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Bestimmen eines Pupillendurchmessers zu schaffen, das wenig rechenintensiv ist. Zudem ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung, mittels der das Verfahren ausführbar ist, ein Computerprogramm zum Ausführen des Verfahrens und einen Datenträger mit dem Computerprogramm zu schaffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Bestimmen eines Pupillendurchmessers einer Pupille in einem digitalen Bild, das ein Auge mit der Pupille zeigt, weist die Schritte auf: b) Erzeugen eines anisotrop unscharfen Bildes, das in einer y-Richtung unschärfer als das Bild ist, aus dem Bild; c) Erzeugen eines Differenzbildes aus dem anisotrop unscharfen Bild, indem für die Intensität jedes Bildpunktes des Differenzbildes die Intensitäten von Bildpunkten des anisotrop unscharfen Bildes voneinander subtrahiert werden, die in einer senkrecht zu der y-Richtung orientierten x-Richtung benachbart angeordnet sind; d) Bestimmen von zwei in der x-Richtung an gegenüberliegenden Seiten der Pupille die Pupille begrenzenden Pupillenrändern aus Extremwerten in dem Differenzbild; e) Bestimmen des Pupillendurchmessers unter Heranziehen der zwei Pupillenränder. Bevorzugt handelt es sich bei dem Verfahren um ein computerimplentiertes Verfahren.
Das Erzeugen des anisotrop unscharfen Bildes führt dazu, dass fast die gesamte Pupille unschärfer wird, außer den zwei Pupillenrändern. In dem Differenzbild haben unscharfe Bereiche des anisotrop unscharfen Bildes einen betragsmäßig niedrigen Wert, wohingegen scharfe Bereiche des anisotrop unscharfen Bildes einen betragsmäßig hohen Wert haben. Damit können anhand der Extremwerte in dem anisotrop unscharfen Bild in Schritt d) die zwei in der x-Richtung an gegenüberliegenden Seiten der Pupille die Pupille begrenzenden Pupillenränder besonders leicht identifiziert werden. Das Erzeugen des anisotrop unscharfen Bildes in Schritt b) und das Erzeugen des Differenzbildes in Schritt c) sind wenig rechenintensive Schritte. Auch das Auffinden der Extremwerte in Schritt d) und das Bestimmen des Pupillendurchmessers in Schritt e) sind vorteilhaft wenig rechenintensiv, so dass das gesamte Verfahren vorteilhaft wenig rechenintensiv ist.
Es ist bevorzugt, dass in Schritt b) zum Erzeugen der Intensität jedes Bildpunktes des anisotrop unscharfen Bildes jeweils Intensitäten von mehreren in der y-Richtung nebeneinander angeordneten Bildpunkten des Bildes addiert werden. Die Anzahl der mehreren in der y-Richtung nebeneinander angeordneten Bildpunkten beträgt bevorzugt von 1,5 % bis 3,5 %, insbesondere von 2,0 % bis 3,0 %, der Anzahl aller Bildpunkte des Bildes einer in die y-Richtung orientierten Reihe. Bei dem Addieren der Intensitäten handelt es sich vorteilhaft um einen wenig rechenintensiven Verfahrensschritt.
Alternativ ist bevorzugt, dass in Schritt b) zum Erzeugen der Intensitäten jeder in die y-Richtung orientierten Reihe der Bildpunkte des anisotrop unscharfen Bildes jeweils eine Autokorrelationsfunktion der Intensitäten einer in die y-Richtung orientierten Reihe der Bildpunkte des Bildes gebildet wird. Auch beim Bilden der Autokorrelationsfunktion handelt es sich vorteilhaft um einen wenig rechenintensiven Verfahrensschritt.
Es ist bevorzugt, dass das Bild einen Beleuchtungsreflex aufweist, der von einer Beleuchtung des Auges während der Aufnahme des Bildes stammt, und das Verfahren den Schritt aufweist: a) Bestimmen der Position des Beleuchtungsreflexes und Erzeugen eines Suchfensters, das die Pupille in dem Differenzbild enthält, anhand der Position des Beleuchtungsreflexes; wobei in Schritt d) die Extremwerte in dem Differenzbild lediglich innerhalb des Suchfensters gesucht werden. Dadurch kann zum einen der Rechenaufwand in Schritt d) beim Finden der Extremwerte verringert werden, weil ein kleinerer Datensatz als ohne das Suchfenster durchsucht werden muss. Zum anderen ist die Fehleranfälligkeit des Bestimmens der zwei in der x-Richtung an gegenüberliegenden Seiten der Pupille die Pupille begrenzenden Pupillenränder geringer, weil andere scharfe Bereiche des anisotrop unscharfen Bildes, wie beispielsweise der Rand des Augapfels des Auges, ausgeblendet werden können. Es ist auch möglich, in Schritt b) das anisotrop unscharfe Bild lediglich in dem Bereich des Suchfensters zu erzeugen, wodurch das Verfahren noch weniger rechenintensiv wird. Wenn das anisotrop unscharfe Bild lediglich in dem Suchfenster erzeugt wird, dann folgt daraus zwangsläufig, dass in Schritt c) auch das Differenzbild lediglich in dem Suchfenster erzeugt wird, wodurch das Verfahren noch weniger rechenintensiv wird.
Es ist bevorzugt, dass ein in dem Suchfenster angeordneter Sicherheitsbereich bestimmt wird, der den Beleuchtungsreflex enthält und wobei in Schritt d) die Extremwerte in dem Differenzbild lediglich außerhalb des Sicherheitsbereichs gesucht werden. Dadurch ist die Fehleranfälligkeit des Bestimmens der zwei in der x-Richtung an gegenüberliegenden Seiten der Pupille die Pupille begrenzenden Pupillenränder geringer als ohne den Sicherheitsbereich, weil scharfe Bereiche an dem Rand des Beleuchtungsreflexes ausgeblendet werden. Der Sicherheitsbereich erstreckt sich bevorzugt entlang der gesamten Länge in der y-Richtung des anisotrop unscharfen Bildes.
Es ist bevorzugt, dass in Schritt a) Differenzen von Intensitäten von benachbart angeordneten Bildpunkten des Bildes gebildet werden und die Position des Beleuchtungsreflexes unter Heranziehen der Differenzen bestimmt wird. Unter der Annahme, dass an dem Beleuchtungsreflex der höchste Kontrast in dem Bild auftritt, lässt sich der Beleuchtungsreflex besonders einfach und wenig rechenintensiv bestimmen, indem das Maximum der Differenzen und das Minimum der Differenzen bestimmt werden.
In Schritt a) wird bevorzugt zu einem Identifizieren des Beleuchtungsreflexes geprüft, ob der Abstand des Maximums der Differenzen zu dem Minimum der Differenzen innerhalb eines vorbestimmten Abstandsbereichs liegt. Dadurch können Fehler beim Bestimmen der Position des Beleuchtungsreflexes vermieden werden. Wenn der Abstand außerhalb des Abstandsbereichs liegt, können beispielsweise andere lokale Maxima der Differenzen und andere lokale Minima der Differenzen bestimmt werden, deren Abstand bestimmt werden und überprüft werden, ob deren Abstand in dem vorbestimmten Abstandsbereich liegt.
Es ist bevorzugt, dass in Schritt e) aus den Extremwerten in dem Differenzbild eine Mitte der Pupille in der y-Richtung bestimmt wird und der Pupillendurchmesser als der Abstand der Extremwerte in derjenigen in die x-Richtung orientierten Reihe des Differenzbildes bestimmt wird, die durch die Mitte der Pupille in der y-Richtung verläuft. Hier kann der Pupillendurchmesser einfach durch ein Zählen der Bildpunkte von dem einen der zwei in der x-Richtung die Pupille begrenzenden Pupillenrand zu dem anderen der zwei in der x-Richtung die Pupille begrenzenden Pupillenrand bestimmt werden. Dies ist vorteilhaft wenig rechenintensiv.
Dabei ist bevorzugt, dass die Mitte der Pupille in der y-Richtung aus dem Mittelwert der Koordinaten der y-Richtung der zwei Pupillenränder bestimmt wird.
Es ist bevorzugt, dass eine Mehrzahl der Bilder vorliegt, die einen Film des Auges bildet, wobei der Pupillendurchmesser für einen Teil der Bilder durch die Schritte b) bis e), und insbesondere a), bestimmt wird und der Pupillendurchmesser für einen anderen Teil der Bilder durch folgende Schritte bestimmt wird: f) Bestimmen einer Mitte der Pupille in der y-Richtung; g) Durchführen der Schritte c) bis e) lediglich für diejenige in die x-Richtung orientierte Reihe des Differenzbildes, die durch die Mitte der Pupille in der y-Richtung verläuft. Dadurch, dass der Film vorliegt, ist es vorteilhaft möglich, einen Pupillendurchmesserverlauf der Pupille zu bestimmen. Anhand des Pupillendurchmesserverlaufs ist es vorteilhaft möglich, auf eine körperliche Verfassung desjenigen Menschen zurückzuschließen, dessen Auge der Film zeigt. Die Schritte f) und g) sind wesentlich weniger rechenintensiv als die Schritte b) bis e). Indem nun der andere Teil der Bilder durch die wenigen rechenintensiven Schritte f) und g) bearbeitet wird, ist das Verfahren wesentlich weniger rechenintensiv, als wenn alle die Bilder des Films mit den Schritten b) bis e) bearbeitet würden.
Dabei ist bevorzugt, dass in Schritt e) aus den Extremwerten in dem Differenzbild eine Mitte der Pupille in der y-Richtung bestimmt wird und in Schritt f) diese in Schritt e) bestimmte Mitte als die Mitte der Pupille in der y-Richtung bestimmt wird.
Es ist bevorzugt, dass der eine Teil mehrere der Bilder aufweist und in jedem Schritt e) aus den Extremwerten in dem Differenzbild eine Mitte der Pupille in der y-Richtung bestimmt wird, wobei in Schritt f) die Mitte der Pupille in der y-Richtung durch Interpolation der in Schritt e) bestimmten Mitten der Pupille in der y-Richtung bestimmt werden. Dadurch ist möglich, den Pupillendurchmesser auch dann mit einer hohen Genauigkeit zu bestimmen, wenn sich der die Pupille aufweisende Augapfel in dem Film bewegt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Datenverarbeitung weist Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens auf. Die Vorrichtung weist bevorzugt eine Kamera auf, die eingerichtet ist, das Bild und insbesondere den Film aufzunehmen. Bevorzugt weist die Vorrichtung weiterhin eine Beleuchtungsquelle auf, die eingerichtet ist, das Auge zu beleuchten und den Beleuchtungsreflex hervorruft. Die Beleuchtungsquelle kann eingerichtet sein, das Auge während der vollständigen Aufnahme des Films zu beleuchten. Weiterhin weist die Vorrichtung bevorzugt ein Blitzlicht auf, das eingerichtet ist, das Auge mit einem Lichtpuls zu beleuchten. Der Lichtpuls kann eine Dauer von kürzer als 10 ms, insbesondere kürzer als 1,5 ms (volle Halbwertsbreite, FWHM) haben.
Das erfindungsgemäße Computerprogramm weist Befehle auf, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens auszuführen. Auf dem erfindungsgemäßen computerlesbaren Datenträger ist das Computerprogramm gespeichert.
Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen die Erfindung näher erläutert.

1 zeigt ein Bild eines Auges.
2 zeigt das Prinzip einer anisotrop unscharfen Pupille.
3 zeigt ein anisotrop unscharfes Bild des Auges.
4 zeigt Gradienten des anisotrop unscharfen Bildes des Auges.
5 zeigt Gradienten einer Reihe von Bildpunkten des anisotrop unscharfen Bildes.
6 zeigt Gradienten einer Reihe von Bildpunkten des Bildes.
7 zeigt eine Auftragung mit drei Pupillendurchmesserverläufen.

1 zeigt beispielhaft ein digitales Bild 6 eines Auges 1. Das Auge 1 weist einen Augapfel 2 auf und der Augapfel 2 weist eine Pupille 3 auf. Das Bild 6 kann beispielsweise, wie auch in 1 dargestellt, lediglich aus Graustufen bestehen. Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, mit dem ein Pupillendurchmesser d in dem Bild 6 bestimmt werden kann.
Das Verfahren weist folgende Schritte b), c), d) und e) auf:

b) Erzeugen eines anisotrop unscharfen Bildes 7, das in einer y-Richtung unschärfer als das Bild 6 ist, aus dem Bild 6. 3 zeigt ein Beispiel für das anisotrop unscharfe Bild 7. Durch einen Vergleich der 3 mit der 1 ist deutlich erkennbar, dass das anisotrop unscharfe Bild 7 in die y-Richtung verschwommen ist und dadurch deutlich unschärfer als das Bild 6 ist.
c) Erzeugen eines Differenzbildes 8 aus dem anisotrop unscharfen Bild 7, indem für die Intensität jedes Bildpunktes des Differenzbildes 8 die Intensitäten von Bildpunkten des anisotrop unscharfen Bildes 7 voneinander subtrahiert werden, die in einer senkrecht zu der y-Richtung orientierten x-Richtung benachbart angeordnet sind. 4 zeigt beispielhaft das Differenzbild 8. In dem Differenzbild 8 werden Gradienten der Intensität des anisotrop unscharfen Bildes 7 in der x-Richtung dargestellt. In 5 sind die Gradienten der Intensität des anisotrop unscharfen Bildes 7 für eine in die x-Richtung orientierte Reihe dargestellt.
d) Bestimmen von zwei in der x-Richtung an gegenüberliegenden Seiten der Pupille die Pupille begrenzenden Pupillenrändern 9, 10 aus Extremwerten in dem Differenzbild 8. 4 zeigt beispielhaft den linken Pupillenrand 10 in dem Differenzbild 8.
e) Bestimmen des Pupillendurchmessers d unter Heranziehen der zwei Pupillenränder 9, 10.

Gemäß 1 bis 4 ist die x-Richtung eine horizontale Richtung und die y-Richtung ist eine vertikale Richtung, wobei es jedoch auch denkbar ist, dass die x-Richtung die vertikale Richtung und die y-Richtung die horizontale Richtung ist. Im Folgenden wird einer der zwei Pupillenränder als rechter Pupillenrand 9 und der andere der zwei Pupillenränder als der linke Pupillenrand 10 bezeichnet. 2 veranschaulicht, welchen Effekt das Erzeugen des anisotropen unscharfen Bildes 7 in Schritt b) hat. Die Pupille 3 wird in 2 durch einen Kreis vereinfacht dargestellt, wobei mehrere der Kreise dargestellt sind, die in der y-Richtung verschoben zueinander sind. Es ist deutlich erkennbar, dass der rechte Pupillenrand 9 und der linke Pupillenrand 10 immer noch relativ scharf sind, wobei der obere Pupillenrand 11 und der untere Pupillenrand 12 besonders unscharf geworden sind.
In Schritt b) können zum Erzeugen der Intensität jedes Bildpunktes des anisotrop unscharfen Bildes 7 jeweils Intensitäten von mehreren in der y-Richtung nebeneinander angeordneten Bildpunkten des Bildes 6 addiert werden. Dies umfasst auch eine Mittelwertwertbildung der Intensitäten der mehreren in der y-Richtung nebeneinander angeordneten Bildpunkte. Die Anzahl der mehreren in der y-Richtung nebeneinander angeordneten Bildpunkten beträgt bevorzugt von 1,5 % bis 3,5 %, insbesondere von 2,0 % bis 3,0 %, der Anzahl aller Bildpunkte des Bildes einer in die y-Richtung orientierten Reihe. Wenn das Bild beispielsweise 1000 in der y-Richtung nebeneinander angeordnete Bildpunkte aufweist, so beträgt die Anzahl dementsprechend von 15 bis 35, insbesondere von 20 bis 30. In 3 ist ein Beispiel für das derart erstellte anisotrop unscharfe Bild 7 dargestellt. Mathematisch lässt sich die Mittelwertbildung wie folgt dargestellt werden:

Alternativ ist denkbar, dass in Schritt b) zum Erzeugen der Intensitäten jeder in die y-Richtung orientierten Reihe der Bildpunkte des anisotrop unscharfen Bildes 7 jeweils eine Autokorrelationsfunktion der Intensitäten einer in die y-Richtung orientierten Reihe der Bildpunkte des Bildes 6 gebildet wird.

4 zeigt ein Beispiel für das in Schritt c) erzeugte Differenzbild 8. Der linke Pupillenrand 10 ist als ein lokaler Extremwert 16 deutlich erkennbar.
Wie es aus 1, 3 und 4 ersichtlich ist, weist das Bild 6 einen Beleuchtungsreflex 4 auf, der von einer Beleuchtung des Auges 1 während der Aufnahme des Bildes 6 stammt. Für eine gute Bildqualität kann je nach Aufnahmebedingungen des Bildes 6 die Beleuchtung vorteilhaft sein. Dies ist insbesondere der Fall, wenn eine Brille verwendet wird, die einem Probanden aufgesetzt wird und die das Auge 1 gegenüber der Umgebung lichtdicht abkapselt sowie eine Kamera zum Aufnehmen der Bilder 6 aufweist. Der Beleuchtungsreflex 4 ist auf der dunklen Pupille 3 mit einem besonders hohen Kontrast erkennbar. Der zugehörige anisotrop unscharfe Beleuchtungsreflex 14 ist in dem anisotrop unscharfen Bild 7 mit einem geringeren Kontrast sichtbar. In dem Bild 6 ist zudem ein Blitzlichtreflex 5 sichtbar, der daher stammt, dass die Brille ein Blitzlicht aufweist, das eingerichtet ist, das Auge 1 mit einem den Blitzlichtreflex 5 verursachenden Lichtpuls zu beleuchten. Es ist deutlich erkennbar, dass der Blitzlichtreflex 5 wesentlich diffuser als der Beleuchtungsreflex 4 ist.
In dem Fall, dass das Bild 6 den Beleuchtungsreflex 4 aufweist, kann das Verfahren den Schritt aufweisen: a) Bestimmen der Position des Beleuchtungsreflexes 4 und Erzeugen eines Suchfensters 13, das die Pupille 3 in dem Differenzbild 8 enthält, anhand der Position des Beleuchtungsreflexes 4; wobei in Schritt d) die Extremwerte 16 in dem Differenzbild 8 lediglich innerhalb des Suchfensters 13 gesucht werden.
An dem Beleuchtungsreflex 4 liegen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit die höchsten Gradienten der Intensität vor. Dies gilt selbst dann, wenn im dem Bild 6 auch der Blitzlichtreflex 5 sichtbar ist, weil der Blitzlichtreflex 5 wesentlich diffuser als der Beleuchtungsreflex 4 ist. Von daher kann in Schritt a) die Position des Beleuchtungsreflexes 4 besonders einfach bestimmt werden, indem in Schritt a) Differenzen von Intensitäten von benachbart angeordneten Bildpunkten des Bildes 6 gebildet werden und die Position des Beleuchtungsreflexes 4 unter Heranziehen der Differenzen bestimmt wird. Dazu können beispielsweise die Differenzen von Intensitäten von in der x-Richtung benachbart angeordneten Bildpunkten des Bildes 6 gebildet werden. 6 zeigt eine Auftragung der Differenzen von einer in die x-Richtung orientierten Reihe, wobei über der vertikalen Achse die Differenz und über die horizontale Achse die Bildpunkte aufgetragen sind. Es sind deutlich ein rechter Beleuchtungsreflexrand 4a und ein linker Beleuchtungsreflexrand 4b als die Extremwerte in der Auftragung sichtbar, wobei der Extremwert des rechten Beleuchtungsreflexrandes 4a ein gegenteiliges Vorzeichen wie der Extremwert des linken Beleuchtungsreflexrandes 4b hat. Um die Genauigkeit bei dem Bestimmen der Position des Beleuchtungsreflexes 4 zu erhöhen, kann in dem Schritt a) zu einem Identifizieren des Beleuchtungsreflexes 4 geprüft werden, ob der Abstand des Maximums der Differenzen zu dem Minimum der Differenzen innerhalb eines vorbestimmten Abstandsbereichs liegt. In 6 ist der Abstand der Abstand von dem Extremwert des rechten Beleuchtungsreflexrandes 4a zu dem Extremwert des linken Beleuchtungsreflexrandes 4b.
Um die Genauigkeit bei dem Bestimmen der Position des Beleuchtungsreflexes 4 noch weiter zu erhöhen, können zusätzlich die Differenzen von Intensitäten von in der y-Richtung benachbart angeordneten Bildpunkten des Bildes 6 gebildet werden. Auch hier kann dem Schritt a) zu einem Identifizieren des Beleuchtungsreflexes 4 geprüft werden, ob dieser Abstand des Maximums der Differenzen zu dem Minimum der Differenzen innerhalb eines vorbestimmten Abstandsbereichs liegt. Falls einer der beiden Abstände nicht in dem vorbestimmten Abstandsbereich liegt, können andere lokale Extremwerte der Differenz gesucht werden und für diese anderen lokalen Extremwerte überprüft werden, ob deren Abstände in dem vorbestimmten Abstandsbereich liegen.
Der vorherbestimmte Abstandsbereich kann beispielsweise bestimmt werden, indem für eine gegebene Aufnahmesituation, beispielsweise bei einem Prototypen der Brille, bei einem oder mehreren Probanden die Bilder aufgenommen werden und die Beleuchtungsreflexe 4 hinsichtlich ihrer Größe ausgewertet werden.
Die Genauigkeit beim Bestimmen der Position des Beleuchtungsreflexes 4 kann noch weiter erhöht werden, wenn die Differenzen über 2 oder 3 Bildpunkte gemittelt werden.
Die Größe des Suchfensters 13 und die Positionierung des Suchfensters 13 relativ zu dem Beleuchtungsreflex 4 können bestimmt werden, indem für eine gegebene Aufnahmesituation, beispielsweise bei einem Prototypen der Brille, bei einem oder mehreren Probanden mehrere der Bilder 6 aufgenommen werden. Dabei ist es von Vorteil wenn der Proband bei den mehreren der Bilder 6 in unterschiedliche Richtungen blickt. Die Größe des Suchfensters 13 und die Positionierung des Suchfensters 13 relativ zu dem Beleuchtungsreflex 4 können nun so bestimmt werden, dass bei möglichst vielen oder bei all den Bildern 6 die Pupille 3 vollständig in dem Suchfenster liegt. Dabei ist zeitgleich die Größe des Suchfensters 13 möglichst klein zu bestimmen, um einen Rand des Augapfels 2 möglichst außerhalb des Suchfensters 13 zu haben, damit der Rand des Augapfels 2 nicht fälschlicherweise als einer der Pupillenränder 9, 10 identifiziert wird. 5 zeigt neben den Pupillenrändern 9, 10 noch zwei weitere lokale Extremwerte, die von dem Rand des Augapfels 2 herrühren.
3 zeigt, dass in Schritt b) das anisotrop unscharfe Bild 7 für das gesamte Bild 6 erzeugt wurde. Um das Verfahren zu beschleunigen, ist es auch denkbar, das anisotrop unscharfe Bild 6 nur in dem Bereich des Suchfensters 13 zu erzeugen.
4 zeigt, dass ein in dem Suchfenster 13 angeordneter Sicherheitsbereich 15 bestimmt werden kann, der den vollständigen Beleuchtungsreflex 4 enthält und wobei in Schritt d) die Extremwerte in dem Differenzbild 8 lediglich außerhalb des Sicherheitsbereichs 15 gesucht werden. Der Sicherheitsbereich kann sich entlang der vollständigen Länge des Suchfensters 13 in der y-Richtung erstrecken. Es ist nun möglich, die beiden Pupillenränder 9, 10 zu identifizieren, in dem der minimale Extremwert 16 in dem Suchfenster 13 auf der einen Seite des Sicherheitsbereichs 15 und der maximale Extremwert 16 in dem Suchfenster auf der anderen Seite des Sicherheitsbereichs 15 identifiziert werden. In dem Fall, dass es mehrere der minimalen Extremwerte 16 gibt, die den gleichen Wert haben, wird derjenige der mehreren der minimalen Extremwerte 16 ausgewählt, der am meisten entfernt von dem Sicherheitsbereich 15 liegt. In dem Fall, dass es mehrere der maximalen Extremwerte 16 gibt, die den gleichen Wert haben, wird derjenige der mehreren der maximalen Extremwerte 16 ausgewählt, der am meisten entfernt von dem Sicherheitsbereich 15 liegt.
In Schritt e) können aus den Extremwerten 16 in dem Differenzbild 8 eine Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung bestimmt werden und der Pupillendurchmesser d als der Abstand der Extremwerte 16 in derjenigen in die x-Richtung orientierten Reihe z_mit des Differenzbildes 6 bestimmt werden, die durch die Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung verläuft. Dabei wird die Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung aus dem Mittelwert der Koordinaten der y-Richtung der zwei Pupillenränder 9, 10 bestimmt. In 1 ist die Reihe z_mit eingezeichnet und 5 zeigt die Differenzen der Reihe z_mit .
7 zeigt eine Auftragung, bei der über die horizontale Achse die Zeit in willkürlichen Einheiten und über die vertikale Achse der Pupillendurchmesser d aufgetragen sind. Dargestellt sind drei verschiedene Pupillenduchmesserverläufe 17a, 17b und 17c. Zum Bestimmen der Pupillenduchmesserverläufe liegt eine Mehrzahl der Bilder 6 vor, die einen Film des Auges 1 bildet, wobei der Pupillendurchmesser d für einen Teil der Bilder 6 durch die Schritte a) bis e) bestimmt wird und der Pupillendurchmesser d für einen anderen Teil der Bilder 6 durch folgende Schritte bestimmt wird:

f) Bestimmen einer Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung, wobei in Schritt e) aus den Extremwerten 16 in dem Differenzbild 8 eine Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung bestimmt wird und in Schritt f) diese in Schritt e) bestimmte Mitte als die Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung bestimmt wird;
g) Durchführen der Schritte c) bis e) lediglich für diejenige in die x-Richtung orientierte Reihe z_mit des Differenzbildes 8, die durch die Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung verläuft.

Die Bilder 6 können in dem Film mit einer Wiederholrate von 240 Hz bis 1000 Hz aufgenommen sein.
In dem Fall, dass sich das Auge 1 in dem Film bewegt, kann der eine Teil mehrere der Bilder 6 aufweisen und in jedem Schritt e) aus den Extremwerten 16 in dem Differenzbild 8 eine Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung bestimmt werden, wobei in Schritt f) die Mitte der Pupille 3 in der y-Richtung durch Interpolation der in Schritt e) bestimmten Mitten der Pupille 3 in der y-Richtung bestimmt werden. Dabei ist denkbar, dass für zwei unmittelbar aufeinanderfolgende Bilder 6 des einen Teils die Mitten der Pupillen 3 durch jeweils eine lineare Funktion interpoliert werden.
Denkbar ist beispielsweise, dass der eine Teil der Bilder 6 von jedem 50. bis 150. Bild 6 gebildet wird und der andere Teil der Bilder 6 von all den anderen Bildern 6 gebildet wird.
Bezugszeichenliste

1: Auge
2: Augapfel
3: Pupille
4: Beleuchtungsreflex
4a: rechter Beleuchtungsreflexrand
4b: linker Beleuchtungsreflexrand
5: Blitzlichtreflex
6: Bild
7: anisotrop unscharfes Bild
8: Differenzbild
9: rechter Pupillenrand
10: linker Pupillenrand
11: oberer Pupillenrand
12: unterer Pupillenrand
13: Suchfenster
14: anisotrop unscharfer Beleuchtungsreflex
15: Sicherheitsbereich
16: Extremwert
17a: Pupillendurchmesserverlauf
17b: Pupillendurchmesserverlauf
17c: Pupillendurchmesserverlaufd Pupillendurchmesser
zmit: Reihe des Differenzbildes, die in die x-Richtung orientiert ist und durch die Mitte der Pupille in der y-Richtung verläuft

Claims

Verfahren zum Bestimmen eines Pupillendurchmessers (d) einer Pupille (3) in einem digitalen Bild (6), das ein Auge (1) mit der Pupille (3) zeigt, mit den Schritten: b) Erzeugen eines anisotrop unscharfen Bildes (7), das in einer y-Richtung unschärfer als das Bild (6) ist, aus dem Bild (6); c) Erzeugen eines Differenzbildes (8) aus dem anisotrop unscharfen Bild (7), indem für die Intensität jedes Bildpunktes des Differenzbildes (8) die Intensitäten von Bildpunkten des anisotrop unscharfen Bildes (7) voneinander subtrahiert werden, die in einer senkrecht zu der y-Richtung orientierten x-Richtung benachbart angeordnet sind; d) Bestimmen von zwei in der x-Richtung an gegenüberliegenden Seiten der Pupille die Pupille begrenzenden Pupillenrändern (9, 10) aus Extremwerten (16) in dem Differenzbild (8); e) Bestimmen des Pupillendurchmessers (d) unter Heranziehen der zwei Pupillenränder (9, 10).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt b) zum Erzeugen der Intensität jedes Bildpunktes des anisotrop unscharfen Bildes (7) jeweils Intensitäten von mehreren in der y-Richtung nebeneinander angeordneten Bildpunkten des Bildes (6) addiert werden.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei in Schritt b) zum Erzeugen der Intensitäten jeder in die y-Richtung orientierten Reihe der Bildpunkte des anisotrop unscharfen Bildes (7) jeweils eine Autokorrelationsfunktion der Intensitäten einer in die y-Richtung orientierten Reihe der Bildpunkte des Bildes (6) gebildet wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bild (6) einen Beleuchtungsreflex (4) aufweist, der von einer Beleuchtung des Auges (1) während der Aufnahme des Bildes (6) stammt, und das Verfahren den Schritt aufweist: a) Bestimmen der Position des Beleuchtungsreflexes (4) und Erzeugen eines Suchfensters (13), das die Pupille (3) in dem Differenzbild (8) enthält, anhand der Position des Beleuchtungsreflexes (4); wobei in Schritt d) die Extremwerte (16) in dem Differenzbild (8) lediglich innerhalb des Suchfensters (13) gesucht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei ein in dem Suchfenster (13) angeordneter Sicherheitsbereich (15) bestimmt wird, der den Beleuchtungsreflex (4) enthält und wobei in Schritt d) die Extremwerte (16) in dem Differenzbild (8) lediglich außerhalb des Sicherheitsbereichs (15) gesucht werden.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei in Schritt a) Differenzen von Intensitäten von benachbart angeordneten Bildpunkten des Bildes (6) gebildet werden und die Position des Beleuchtungsreflexes (4) unter Heranziehen der Differenzen bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei in Schritt a) zu einem Identifizieren des Beleuchtungsreflexes (4) geprüft wird, ob der Abstand des Maximums der Differenzen zu dem Minimum der Differenzen innerhalb eines vorbestimmten Abstandsbereichs liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Schritt e) aus den Extremwerten (16) in dem Differenzbild (8) eine Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung bestimmt wird und der Pupillendurchmesser (d) als der Abstand der Extremwerte (16) in derjenigen in die x-Richtung orientierten Reihe (z_mit) des Differenzbildes (6) bestimmt wird, die durch die Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung verläuft.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung aus dem Mittelwert der Koordinaten der y-Richtung der zwei Pupillenränder (9, 10) bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei eine Mehrzahl der Bilder (6) vorliegt, die einen Film des Auges (1) bildet, wobei der Pupillendurchmesser (d) für einen Teil der Bilder (6) durch die Schritte b) bis e), und insbesondere a), bestimmt wird und der Pupillendurchmesser (d) für einen anderen Teil der Bilder (6) durch folgende Schritte bestimmt wird: f) Bestimmen einer Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung; g) Durchführen der Schritte c) bis e) lediglich für diejenige in die x-Richtung orientierte Reihe (z_mit) des Differenzbildes (8), die durch die Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung verläuft.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei in Schritt e) aus den Extremwerten (16) in dem Differenzbild (8) eine Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung bestimmt wird und in Schritt f) diese in Schritt e) bestimmte Mitte als die Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung bestimmt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei der eine Teil mehrere der Bilder (6) aufweist und in jedem Schritt e) aus den Extremwerten (16) in dem Differenzbild (8) eine Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung bestimmt wird, wobei in Schritt f) die Mitte der Pupille (3) in der y-Richtung durch Interpolation der in Schritt e) bestimmten Mitten der Pupille (3) in der y-Richtung bestimmt werden.
Vorrichtung zur Datenverarbeitung, wobei die Vorrichtung Mittel zur Ausführung der Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 aufweist.
Computerprogramm, das Befehle aufweist, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 14 gespeichert ist.