DE102021207540A1

DE102021207540A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition

Info

Publication number: DE102021207540A1
Application number: DE102021207540.1A
Authority: DE
Inventors: Stefan Gering; Thomas Alexander Schlebusch; Johannes Meyer; Alexander Zimmer; Andreas Petersen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2023-01-19
Also published as: CN117716273A; WO2023285032A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Bestimmung einer Augenposition, umfassend:Empfangen (101) von Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten einer Laser-Feedback-Interferometrie-Messung eines Auges (A) durch wenigstens eine Laser-Interferometrie-Einheit (201;Bestimmen (103) einer Geschwindigkeitskomponente (v) des Bestandteils des Auges relativ zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit (201) basierend auf den Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten;Bestimmen (105) einer Rotationsgeschwindigkeit des Auges um eine Rotationsachse (R1, R2) basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse (R1, R2) durch Integration der Rotationsgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitabschnitt; und Bereitstellen (109) der Augenposition.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Systeme zum Bestimmen von Augenpositionen oder das Eye Tracking bekannt. Beispielsweise gibt es Kamerabasierte Systeme, die zur Verfolgung der Augenbewegungen Bildbeziehungsweise Videodaten verwenden. Daneben gibt es Systeme, die zur Bestimmung der Augenposition elektrische Eigenschaften der Retina bestimmen. Aus der Druckschrift US 2016/166146 A ist ferner ein System bekannt, dass basierend auf einer Intensität eines an einem Augenbestandteil reflektierten Lichtsignals eine Ausrichtung des Aues bestimmt.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der untergeordneten Ansprüche.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition, umfassend:

Empfangen von Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten einer Laser-Feedback-Interferometrie-Messung eines Auges durch wenigstens eine Laser-Interferometrie-Einheit, wobei die Messwerte auf wenigstens einem an einem Bestandteil des Auges reflektierten Lasersignals basieren;
Bestimmen einer Geschwindigkeitskomponente des Bestandteils des Auges relativ zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit basierend auf den Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten;
Bestimmen einer Rotationsgeschwindigkeit des Auges um eine Rotationsachse basierend auf der Geschwindigkeitskomponente durch Anwendung eines geometrischen Augenmodells, wobei das geometrische Augenmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse beschreibt;
Ermitteln einer Augenposition basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse durch Integration der Rotationsgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitabschnitt; und Bereitstellen der Augenposition.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition bereitgestellt werden kann. Hierzu werden basierend auf Messwerten von Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen eines Auges Geschwindigkeitskomponenten des Auges, insbesondere wenigstens eines Bestandsteils des Auges, an dem eine Reflektion der Lasersignale wenigsten einer Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit reflektiert werden, bestimmt. Basierend auf der bestimmten Geschwindigkeitskomponente wird unter Berücksichtigung eines geometrischen Augenmodells, in dem eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente und einer Rotationsgeschwindigkeit um eine Rotationsachse des Auges beschrieben ist, eine entsprechende Rotationsgeschwindigkeit des Auges bestimmt. Durch Integration der Rotationsgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitabschnitt kann eine Augenposition des Auges ermittelt und bereitgestellt werden.
Durch die Verwendung von Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen zur Bestimmung einer Augenposition kann eine flexible Bestimmung von Augenpositionen erreicht werden. Insbesondere können diese, aufgrund der technisch einfachen und platzsparenden Ausbildung entsprechender Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten, in Vorrichtungen ausgeführt werden, die lediglich einen begrenzten Raumbereich zur Verfügung stellen. Beispielsweise bietet sich eine entsprechende Augenpositionsbestimmung für Datenbrillen, beispielsweise Smartglasses oder Augmented Realtiy Glasses, an, in denen eine Augenposition, in Form eines Eyetrackings, durchgeführt werden muss, um sicherstellen zu können, dass eine anzuzeigende Information in einem Bereich des Brillenglases angezeigt wird, der mit einer Blickrichtung des Auges eines Trägers der Datenbrille übereinstimmt.
Durch Anwendung des geometrischen Augenmodells, in dem geometrische Betrachtungen des menschlichen Auges zur Beschreibung der Abhängigkeit zwischen der gemessenen Geschwindigkeitskomponente und einer Rotationsgeschwindigkeit des Auges verwendet werden, und durch Anwendung des physiologischen Augenbewegungsmodells, in dem eine physiologische Betrachtung einer Augendynamik des menschlichen Auges berücksichtigt wird, kann eine präzise Bestimmung einer Augenposition basierend auf den gemessenen Geschwindigkeitskomponenten der Laser-Feedback-Interferometrie-Messung bereitgestellt werden. Hierdurch kann eine verbesserte Bestimmung einer Augenposition basierend auf Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen erreicht werden.
Durch die Integration der Rotationsgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitabschnitt kann eine präzise Augenposition bestimmt werden. Die Augenposition kann hierbei in Form eines Rotationswinkels relativ zu der jeweiligen Rotationsachse ausgedrückt sein. Die Rotationsgeschwindigkeit ist hiernach eine zeitliche Änderung des Rotationswinkels verursacht durch die Rotationsbewegung des Auges um die jeweilige Rotationsachse. Basierend auf der ermittelten Rotationsgeschwindigkeit kann somit unter Integration ein endsprechender Endpunkt einer Rotationsbewegung des Auges um die Rotationsachse gemäß der ermittelten Rotationsgeschwindigkeit als Augenposition definiert werden, der nach Ablauf des vorbestimmten Zeitabschnitts vom Auge erreicht wird. Die Augenposition entspricht hierbei im Sinne der Anmeldung einer Blickrichtung des Auges. Durch die Integration kann eine sehr präzise Bestimmung der Augenposition oder Blickrichtung von bis zu 1° Grad Genauigkeit erreicht werden. Darüber hinaus ermöglicht die Integration eine technisch einfache und recheneffiziente Methode zu Bestimmung der Augenposition.
Eine Geschwindigkeitskomponente ist im Sinne der Anmeldung als eine Vektorkomponente eines Geschwindigkeitsvektors zu verstehen.
Ein Augenbestandteil ist im Sinne der Anmeldung eine physikalische Komponente des Auges und kann eine Hornhaut, eine Linse, eine Iris, eine Retina, eine Sclera oder andere Komponenten umfassen.
Nach einer Ausführungsform werden Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerte von Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen durch wenigstens zwei Laser-Interferometrie-Einheiten empfangen, wobei für die Messwert der wenigstens zwei Laser-Interferometrie-Einheiten Geschwindigkeitskomponenten bestimmt werden, und wobei das Verfahren ferner umfasst:

Bestimmen von Abstandskomponenten des Bestandteils des Auges relativ zu den Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten basierend auf den Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten;
Bestimmen einer Augenposition basierend auf den Abstandskomponenten durch Ausführen einer Triangulationsberechnung unter Berücksichtigung der relativen Positionen der wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten und des Auges zueinander; und
Verwenden der bestimmten Augenposition als ein Anfangspunkt in der Integration der Geschwindigkeitskomponenten.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine verbesserte Bestimmung der Augenposition erreicht werden kann. Hierzu wird basierend auf den bestimmten zwei Abstandskomponenten unter Berücksichtigung von Triangulationsverhältnissen zwischen den wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten und dem zu vermessenden Auge ein Augenposition ermittelt. Durch die Verwendung des derart bestimmten Anfangspunktes kann die durch die Integration ermittelte Augenposition präzisiert werden.
Eine Abstandskomponente ist im Sinne der Anmeldung als eine Vektorkomponente eines Abstandsvektors zu verstehen.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Bestimmen eines Signal-Rausch-Verhältnisses der Messwerte der Laser-Feedback-I nterferometrie-Einheit;
Ermitteln einer sprunghaften Änderung im Signal-Rausch-Verhältnis für zeitlich nacheinander aufgenommene Messwerte der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit;
Identifizieren der zeitlich aufeinander folgenden Messwerte als Messwerte von Lasersignalen, die von wenigstens zwei unterschiedlichen Augenbestandteilen reflektiert sind, unter Berücksichtigung der sprunghaften Änderung des Signal-Rausch-Verhältnisses der zeitlich aufeinander folgenden Messwerte; Identifizieren eines Übergangs zwischen den wenigstens zwei Augenbestandteilen; und
Bestimmen einer Augenposition basierend auf dem identifizierten Übergang zwischen wenigstens zwei Augenbestandteilen.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass ein alternativer Ansatz zur Bestimmung der Augenposition bereitgestellt werden kann. Bei Ermittlung einer sprunghaften Änderung im Signal-Rausch-Verhältnis von zeitlich nacheinander aufgenommenen Messwerten wird aufgrund der sprunghaften Änderung und unterschiedlicher Reflexionsvermögen verschiedener Augenbestandteile ein Übergang zwischen wenigstens zwei Augenbestandteilen detektiert. Unter Berücksichtigung der physiologischen Ausgestaltung des Auges und der relativen Anordnung der verschiedenen Augenbestandteile zueinander kann somit basierend auf dem ermittelten Übergang zwischen zwei Augenbestandteilen eine präzise Augenposition ermittelt werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Identifizieren des Augenbestandteils basierend auf dem Signal-Rausch-Verhältnis unter Berücksichtigung individueller Reflexionsvermögen der Augenbestandteile des Auges; und/oder
Identifizieren der Augenbestandteile basierend auf den Abstandskomponenten unter Berücksichtigung eines physiologischen Aufbaus des Auges;
wobei die Augenbestandteile als eine Iris, eine Retina oder eine Sclera des Auges identifiziert werden.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Identifizierung der für die Bestimmung der Augenposition relevanten Augenbestandteile ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Vorhersagen eines sakkadischen Endpunkts einer Bewegung des Auges basierend auf der bestimmten Augenposition unter Berücksichtigung einer physiologischen Beschreibung einer sakkadischen Augenbewegung eines Auges; und
Bereitstellen des vorhergesagten sakkadischen Endpunkts als eine für einen vorbestimmten Zeitpunkt vorhergesagte Augenposition.

Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass unter Berücksichtigung sakkadischer Augenbewegungen eine zusätzliche vorhergesagte Augenposition in Form eines vorhergesagten sakkadischen Endpunkts bereitgestellt werden kann. Hierdurch kann eine weitere Präzisierung bzw. ein Umfang des bereitgestellten Informationsgehalts des erfindungsgemäßen Verfahrens in Gestalt der zusätzlichen vorhergesagten Augenposition erreicht bzw. erhöht werden.
Nach einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner:

Ausführen einer Korrektur der durch die Integration der Rotationsgeschwindigkeit in Verfahrensschritt ermittelten Augenposition unter Berücksichtigung der durch die im Verfahrensschritt durchgeführte Triangulationsberechnungen ermittelten Augenposition und/oder der im Verfahrensschritt durch die sprunghafte Änderung des Signal-Rausch-Verhältnisses ermittelten Augenposition und/oder der im Verfahrensschritt durch die sakkadische Endpunkt Vorhersage ermittelten Augenposition.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine weitere Präzisierung der Bestimmung der Augenposition ermöglicht ist.

Nach einer Ausführungsform ist die Geschwindigkeitskomponente einer Tangentialgeschwindigkeitskomponente innerhalb einer durch den jeweiligen Bestandteil des Auges definierten Reflexionsebene des Lasersignals definiert, wobei die Tangentialgeschwindigkeitskomponente parallel zu einer Richtung des Lasersignals verläuft.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine Modellvereinfachung erreicht werden kann, in dem die zu berücksichtigenden Geschwindigkeitskomponenten auf eine Tangentialgeschwindigkeitskomponente beschränkt werden können. Hierdurch wird eine Komplexität der durchzuführenden Rechnungen und damit verbunden eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte Rechenkapazität bzw. Durchführungsdauer verringert.
Nach einer Ausführungsform umfasst das geometrische Augenmodell ein erstes Geschwindigkeitsmodell, ein zweites Geschwindigkeitsmodell und ein drittes Geschwindigkeitsmodell, wobei das erste Geschwindigkeitsmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse für ein an der Retina reflektiertes Lasersignal beschreibt, wobei das zweite Geschwindigkeitsmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse für ein an der Iris reflektiertes Lasersignal beschreibt, und wobei das dritte Geschwindigkeitsmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse für ein an der Sclera reflektiertes Lasersignal beschreibt.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Bestimmung der Augenposition basierend auf dem geometrischen Augenmodell ermöglicht ist, in dem in Abhängigkeit des Auftreffpunkts der Lasersignale auf die jeweilig definierten Bestandteile des Auges die Eigenschaften des jeweiligen Augenbestandteils berücksichtigt werden können, in dem für die jeweiligen Augenbestandteile Retina, Iris, Sclera entsprechende Geschwindigkeitsmodelle als Teilmodelle des geometrischen Augenmodells zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit verwendet werden.
Nach einer Ausführungsform ist im ersten Geschwindigkeitsmodell eine Form der Retina mit einer sphärisch geformten Fläche angenähert, wobei im zweiten Geschwindigkeitsmodell eine Form der Iris mit einer eben geformten Fläche angenähert ist, und wobei im dritten Geschwindigkeitsmodell eine Form der Sclera mit einer sphärisch geformten Fläche angenähert ist.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass durch geometrisch einfache Näherungen der flächenhaften Ausgestaltungen der einzelnen Augenbestandteile Retina, Iris, Sclera eine weitere Vereinfachung der ersten bis dritten Geschwindigkeitsmodelle und damit verbunden eine weitere Beschleunigung des erfindungsgemäßen Verfahrens inklusive einer Reduktion der benötigten Rechenkapazität ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform gilt für das erste Geschwindigkeitsmodell und das dritte Geschwindigkeitsmodell: V_T = (I×q ·ω)·l, wobei I eine Vektordarstellung eines Auftreffpunkts des Lasersignals auf dem Augenbestandteil, q eine Vektordarstellung einer Rotationsachse des Auges, I eine Vektordarstellung des Lasersignals und ω eine Winkelgeschwindigkeit um die Rotationsachse darstellen, und wobei für das zweite Geschwindigkeitsmodell gilt: $V_{T} = \frac{Δ d}{d t} + \frac{v_{T S 1} + v_{T S 2}}{2},$
wobei Δd ein Distanzinkrement auf der Iris und v_Ts1,v_Ts2 zwei zu Zeitpunkten t1, t2 ermittelte Transversalgeschwindigkeitskomponenten darstellen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der geometrischen Eigenschaften der Augenbestandteile Retina, Iris, Sclera ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform umfasst das geometrische Augenmodell ein erstes Abstandsmodell, ein zweites Abstandsmodell und ein drittes Abstandsmodel, wobei das erste Abstandsmodell einen Abstand zwischen der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit und der Retina beschreibt, wobei das zweite Abstandsmodell einen Abstand zwischen der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit und der Iris beschreibt, wobei das dritte Abstandsmodell einen Abstand zwischen der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit und der Sclera beschreibt, wobei für das erste Abstandsmodell gilt: d=d_Is(r_Retina), mit d der Abstandskomponente, S einer Position der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit, I dem Lasersignal und rR_etina einem radialen Abstand zwischen Retina und einem Augenzentrum, wobei für das dritte Abstandsmodell gilt: d=d_Is(r_Sclera), mit r_Retina einem radialen Abstand zwischen Sclera und dem Augenzentrum, und wobei für das zweite Abstandsmodell gilt: $d = \frac{(R_{p} e_{o} - S) \cdot (R_{p} e)}{I \cdot (R_{p} e)},$
wobei R_p eine Rotationsmatrix der Iris, e₀ ein Einheitsvektor vom Augenzentrum zur Iris, e ein Einheitsvektor einer Irisfläche und l eine Vektordarstellung des Lasersignals darstellen.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine präzise Identifizierung des Augenbestandsteils als Retina, Iris, Sclera basierend auf dem Abstandsmodell ermöglicht ist, in dem unter Berücksichtigung der geometrischen Eigenschaften der jeweiligen Augenbestandteile gemäß dem geometrischen Modell entsprechende Abstandskomponenten bestimmbar sind. Die Abstandsmodelle sind hierbei basierend auf den geometrischen Eigenschaften des geometrischen Modells simplifiziert, so dass eine präzise und gleichzeitig einfach durchzuführende und rechenleistungseffiziente Abstandsbestimmung ermöglicht ist.
Nach einer Ausführungsform ist die ermittelte Augenposition eine zukünftige Augenposition, die das Auge zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt basierend auf der bestimmten Rotationsgeschwindigkeit einnehmen wird.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass sowohl eine aktuelle Augenposition, die zum Zeitpunkt der Interferometrie-Messung vorliegt, als auch eine zukünftige Augenposition, die nach Abschluss der derzeitig vorliegenden Augenbewegung eingenommen werden wird, bestimmbar ist.
Nach einer Ausführungsform sind die wenigstens zwei Laser-Interferometrie-Einheit relativ zum Auge derart angeordnet, dass Augenrotationsbewegungen um wenigstens zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Rotationsachsen bestimmbar sind, und wobei durch Rotationsbewegungen des Auges um die wenigstens zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Rotationsachse jede physiologisch mögliche Augenposition eines menschlichen Auges beschreibbar ist.
Hierdurch kann der technische Vorteil erreicht werden, dass eine vollständige Augenbewegung des menschlichen Auges um zwei senkrecht zueinander angeordnete Rotationsachsen berücksichtigt werden kann und somit eine präzise Bestimmung der Augenposition ermöglicht ist.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Reicheneinheit bereitgestellt, wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, das Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle bereitgestellt, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren zur Bestimmung einer Augenposition nach einer der voranstehenden Ausführungsformen auszuführen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Systems zum Bestimmen einer Augenposition gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung geometrischer Bestandteile einer Bestimmung einer Augenposition;
3 eine schematische Darstellung eines geometrischen Modells zur Bestimmung einer Augenposition;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung einer Augenposition gemäß einer Ausführungsform;
5 eine weitere schematische Darstellung des Systems zum Bestimmen einer Augenposition gemäß einer Ausführungsform; und
6 eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Systems 200 zum Bestimmen einer Augenposition gemäß einer Ausführungsform.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst das System 200 zur Bestimmung einer Augenposition eine erste Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 und eine zweite Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 203, die über eine Datenverbindung 215 mit einer Recheneinheit 205 verbunden sind.
Die ersten und zweiten Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 sind ausgebildet, Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen durchzuführen, und hierzu frequenzmodulierte Lasersignale L1, L2, auszusenden, an einem Objekt reflektierte Lasersignale zu empfangen, und über eine Laser-Feedback-Interferometrie, Laser-Selfmixing, und die Bestimmung von Schwebungsfrequenzen f_B Entfernungskomponenten d und/oder Geschwindigkeitskomponenten v eines jeweiligen Objekts bereitzustellen.
In der gezeigten Ausführungsform sind die ersten und zweiten Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 derart zu einem Auge A angeordnet, das durch die jeweiligen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 Augenbewegungen des Auges A durch Aufnahme entsprechender Geschwindigkeitskomponenten, bzgl. zweier zueinander rechtwinklig angeordneter Rotationsachsen R1, R2 ermittelbar sind. Durch eine derartige Anordnung ist eine beliebige Augenbewegung des Auges A als eine entsprechende Linearkombination von Rotationsbewegungen um die ersten und zweiten Rotationsachsen R1, R2 darstellbar bzw. durch die jeweiligen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 ermittelbar. Eine entsprechende Augenposition des Auges A ist in der gezeigten Darstellung über Angabe der jeweiligen Rotationswinkel θ und φ darstellbar.
2 zeigt eine schematische Darstellung geometrischer Bestandteile einer Bestimmung einer Augenposition.
In 2 ist dargestellt, dass die durch Interferometrie-Messungen zugänglichen Geschwindigkeitskomponente v auf eine Tangentialgeschwindigkeit v_T, v_T1 innerhalb einer Reflexionsebene RE des zur Reflexion des Lasersignals L führenden Augenbestandsteils reduziert werden können. In der gezeigten Ausführungsform ist die Form des Auges A als eine gleichmäßig ausgebildete Kugel angenähert. Die Einstrahlung eines Lasersignals L einer Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201, 203 führt in der dargestellten Betrachtung zu einer Reflexion des Lasersignals L an der Kugeloberfläche des Auges A. Die Laser-Feedback-Interferometrie-Messung ist in Bezug auf die Geschwindigkeitskomponente v auf eine Geschwindigkeitskomponente des jeweils detektierten Objekts beschränkt, die parallel zu einer Richtung des Lasersignals L in Bezug auf einen Auftreffpunkt I des Lasersignals L am jeweils zu detektierendem Objekt verläuft.
Unter Annahme, dass Augenbewegung auf Rotationsbewegungen um eine durch ein Zentrum Z des Auges A verlaufende Rotationsachse R eingeschränkt sind, sind die durch die Geschwindigkeitskomponente v einer gemäß dem gezeigten Lasersignal L durchgeführten Laser-Feedback-Interferometrie-Messung zugänglichen Geschwindigkeitsbestandteilen der Bewegung des Auges A auf die gezeigten Tangentialgeschwindigkeiten v_T, v_T1, die innerhalb der Tangentialebene TE bzw. der Reflexionsebene RE angeordnet sind, an der das jeweilige Lasersignal L reflektiert wird. Da die Laser-Interferometrie-Messung in Form des gezeigten Lasersignals L ausschließlich für die parallel zur Richtung des Lasersignals L verlaufenden Geschwindigkeitsbestandteilen sensibel ist, ist durch die jeweilige Geschwindigkeitskomponente v des gezeigten Lasersignals L nur die parallel zur gezeigten Richtung D des Lasersignals L verlaufende Tangentialgeschwindigkeit v_T1 zugänglich. Die Tangentialgeschwindigkeit v_T1 kann hierbei als Projektion der gezeigten Tangentialgeschwindigkeiten V_T auf die Richtung des Lasersignals L interpretiert werden. Aufgrund der zuvor durchgeführten Einschränkung der Bewegung des Auges A ist die Richtung des Lasersignals L auf die innerhalb der Tangentialebene TE angeordnete Richtung D eingeschränkt.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines geometrischen Modells zur Bestimmung einer Augenposition.
In 3 ist eine geometrische Modellbetrachtung des Auges A dargestellt, die zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit basierend auf den in der Laser-Feedback-Interferometrie-Messung gemessenen Abstands- bzw. Geschwindigkeitskomponenten d, v berücksichtigt wird. Das gezeigte geometrische Model GM umfasst hierbei eine geometrisch vereinfachte Beschreibung des Auges A, und insbesondere der für die Augenpositionsbestimmung relevanten Augenbestandteile Retina Re, Iris Ir, und Sclera Sc. Das geometrische Modell GM sieht hierbei vor, dass die Augenbestandteile Retina Re und Sclera Sc mit einer sphärischen Fläche näherungsweise berücksichtigt werden. Im Gegensatz hierzu sieht das geometrische Model GM vor, die Iris Ir in der Form einer ebenen Fläche angenähert zu berücksichtigen. In der einfachsten Form sieht das geometrische Model GM hierbei vor, sowohl die sphärischen Flächen der Retina Re und Sclera Sc als auch die ebene Fläche der Iris Ir als optimal sphärisch bzw. optimal ebene Flächen zu berücksichtigten, wobei die sphärischen Flächen der Retina Re und Sclera Sc an einem jedem Punkt der Fläche eine einheitliche und konstante Krümmung aufweisen, während die ebene Fläche der Iris Ir als vollständig planar ausgebildet ist.
Das geometrische Modell GM sieht ferner vor, die sphärischen Flächen der Retina Re und Sclera Sc konzentrisch um ein Zentrum Z des Auges A angeordnet sind. Die ebene Fläche der Iris Ir ist in tangentialer Orientierung zur sphärischen Fläche der Retina Re bzw. zur sphärischen Fläche der Sclera Sc angeordnet und weist in einer zentralen Position eine Öffnung auf, mittels der eine Linse Li des Auges A berücksichtigt ist. In 3 ist lediglich ein zweidimensionales geometrisches Modell des Auges A dargestellt, das einer Schnittansicht des Auges A durch eine planare und durch das Zentrum Z als auch durch einen Mittelpunkt der Iris Ir verlaufenden Schnittebene darstellt. Alternativ hierzu kann das geometrische Modell GM als ein dreidimensionales geometrisches Modell des ausgebildet sein. Im dreidimensionalen geometrischen Modell GM sind somit die Augenbestandteile Retina Re und Sclera Sc als konzentrisch angeordnete dreidimensionale sphärische Körper ausgebildet, während der Augenbestandteil Iris Ir als eine ebene kreisrunde Fläche mit einer in einem Zentrum der Fläche angeordneten kreisrunden Öffnung, mittels der die Linse Li berücksichtigt ist, dargestellt wird.
Das dargestellte geometrische Modell GM findet in den unten angeführten Gleichungen 1 bis 6 des Abstandsmodells bzw. des Geschwindigkeitsmodells Niederschlag, mittels denen basierend auf den Abstandskomponenten d bzw. Geschwindigkeitskomponenten v der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen entsprechende Abstände der einzelnen Augenbestandteile Retina Re, Iris Ir, Sclera Sc unter Berücksichtigung der jeweiligen geometrischen Ausgestaltungen ermittelbar sind.
Das geometrische Modell GM kann neben den dargestellten geometrischen Ausbildungen der jeweiligen Flächen der Augenbestandteile zusätzlich entsprechende Orientierungen bzw. Abstandsverhältnisse der einzelnen Flächen der Augenbestandteile zueinander umfassen. Darüber hinaus können in dem geometrischen Modell GM Reflexionsverhalten der einzelnen Flächen der gezeigten Augenbestandteile berücksichtigt sein, so dass neben den geometrischen Betrachtungen der einzelnen Augenbestandteile zusätzlich physiologische Eigenschaften berücksichtigt werden können. Die Reflexionseigenschaften der einzelnen Augenbestandteile können hierbei beispielsweise in einem Signal-Rausch-Verhältnis der Messwerte der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen berücksichtigt werden, so dass basierend auf den Signal-Rausch-Verhältnissen, die bei Augenbestandteilen mit erhöhtem Reflexionsvermögen zu einem entsprechend gutem Signal-Rausch-Verhältnis führen, zur Identifikation der einzelnen Augenbestandteile basierend auf den Messwerten der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen ermöglicht sind.
In den Graphiken a) bis c) der 3 sind drei Messszenarien dargestellt. In Graphik a) ist eine Messsituation dargestellt, in der ein Lasersignal L von der Fläche der Iris Ir reflektiert wird. In Graphik b) ist ein Lasersignal L dargestellt, durch die Linsenöffnung der Linse Li hindurch verläuft und von der sphärischen Fläche der Retina Re reflektiert wird. In der Graphik c) eine Reflexion an der Fläche der Sclera Sc gezeigt.
Aufgrund der unterschiedlichen Weglängen der Lasersignale L für die drei verschiedenen Messsituationen, bei einem unveränderten Abstand zwischen der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 und dem Zentrum Z des Auges A führen die gezeigten drei Messsituation zu unterschiedlichen Abstandskomponenten d für die verschiedenen Augenbestandteile Iris Ir, Retina Re und Sclera.
Über die jeweils aus den Messwerten der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen entnehmbaren Abstandskomponenten d lassen sich für die drei dargestellten Messsituationen die Abstände d_Ir der Iris Ir, d_Re der Retina Re und d_Sc der Sclera als jeweilige Abstände zwischen den genannten Augenbestandteilen und der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 bestimmen.
Über die jeweiligen Bestimmungen der Abstandskomponenten d beziehungsweise der Abstände d_Ir, d_Er, d_Sc lassen sich somit die drei dargestellten Messsituationen voneinander unterscheiden, sodass basierend auf den gemessenen Abstandskomponenten d eine Aussage getroffen werden kann, ob das jeweilige Lasersignal L auf die Iris, die Retina oder die Sclera aufgetroffen ist beziehungsweise von dieser reflektiert wurde.
Alternativ oder zusätzlich können in Gestalt der Signalrauschverhältnisse der jeweiligen Messsignale der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen die Reflexionsvermögen der einzelnen Augenbestandteile zur Identifikation berücksichtigt werden. Iris, Retina und Sclera weisen jeweils unterschiedliche Reflexionsvermögen auf, was zu charakteristischen Signal-Rausch-Verhältnissen führt.
Die folgenden Gleichung (1), (2), (3) beschreiben Abstandsmodelle, die auf dem gezeigten geometrischen Modell GM beruhen und basierend auf den im geometrischen Modell GM festgelegten geometrischen Eigenschaften der Augenbestandteile Abstandsbeschreibungen der verschiedenen Augenbestandteilen Iris, Retina, und Sclera basierend auf den jeweilig gemessenen Abstandkomponenten d für verschiedene Augenpositionen bzw. Blickrichtungen des Auges A in Bezug auf eine Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 ermöglichen. Gemäß den Abstandsmodellen gilt: $\begin{matrix} d = {\begin{array}{l} d_{R e} (r_{R e t i n a}) \\ \frac{(R_{p} \cdot e_{0} - S) \cdot (R_{p} \cdot e)}{L \cdot (R_{p} \cdot e)} \\ d_{S c} (r_{S c l e r a}) \end{array} & \begin{array}{l} (1) \\ (2) \\ (3) \end{array} \end{matrix}$
Gleichung (1) gilt hierbei für ein Reflexion an der Retina Re, Gleichung (2) gilt für eine Reflexion an der Iris Ir und Gleichung (3) gilt für eine Reflexion an der Sclera Sc.
In den Gleichungen sind d die Abstandskomponente der Laser -Feedback-Interferometrie-Messungen und beschreiben den Abstand zwischen Reflexionsfläche des Auges A und der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201.
Die Parameter r_Retina und r_Sclera beschreiben jeweils einen Abstand des jeweiligen Augenbestandteils zum Zentrum Z des Auges. Da in dem geometrischen Modell GM die Fläche der Retina Re als auch die Fläche der Sclera Sc als sphärische Flächen genähert werden, drücken die Gleichungen (1) und (3) eine Richtungsunabhängigkeit des Abstands des jeweiligen Augenbestandteils zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 aus, sodass der jeweilige Abstand unabhängig von einem Auftreffwinkel des Lasersignals L auf die jeweilige Fläche der Retina Re oder Sclera Sc ist.
In Gleichung (2) ist R_p ein Rotationsmatrix der als ebene Fläche genäherten Iris Ir berücksichtigt. Der Parameter S beschreibt eine Position der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 relativ zum Auge A. Der Parameter L beschreibt eine Vektordarstellung des auf die Iris Ir treffenden Lasersignals. Der Parameter eo beschreibt einen Einheitsvektor vom Zentrum Z des Auges A zur Fläche der Iris Ir, während der Parameter e einen Einheitsvektor innerhalb der Fläche der Iris Ir beschreibt.
Wie oben beschrieben, wird im geometrischen Modell GM die Fläche der Iris als eine ebene Fläche genähert. Dies hat zur Folge, dass ein Abstand der Iris Ir zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 sich in Abhängigkeit der Augenposition und somit in Abhängigkeit einer Orientierung der Fläche der Iris Ir zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 verändert. Diesem Effekt wird durch die Rotationsmatrix R_p Rechnung getragen.
In den folgenden Gleichung (4), (5), (6) sind auf dem geometrischen Modell GM basierende Geschwindigkeitsmodelle beschrieben, mittels denen für die oben beschriebenen Messsituationen basierend auf den jeweils gemessenen Geschwindigkeitskomponenten v entsprechende Rotationsgeschwindigkeiten des Auges A ableitbar sind.
Den Ausführungen zur 2 folgend, können aufgrund der eingeschränkten Augenbewegung diese Geschwindigkeitsanteile auf entsprechende Tangentialgeschwindigkeiten v_T reduziert werden, die innerhalb einer Reflexionseben RE des Lasersignals L angeordnet und parallel zu der Projektion der Richtung D des Lasersignals L auf diese Reflexionsebene RE orientiert sind. Die folgenden Gleichungen drücken unter Berücksichtigung der im geometrischen Modell GM definierten geometrischen Eigenschaften der Augenbestandteile Iris, Retina, Sclera entsprechende Abhängigkeiten der gemessenen Tangentialgeschwindigkeiten von tatsächlichen Rotationsgeschwindigkeiten um entsprechende Rotationsachsen R1, R2 des Auges A aus. Über die Geschwindigkeitsmodelle sind somit Bestimmungen der Rotationsgeschwindigkeiten von Augenbewegungen basierend auf den Geschwindigkeitskomponenten v der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen ermöglicht. Gemäß den Geschwindigkeitsmodellen gilt: $v = v_{r} = {\begin{array}{l} (I \times R \cdot ω) \cdot L \\ \frac{Δ d}{d t} + \frac{v_{r_{s 1}} + v_{r_{s 2}}}{2} \\ (I \times R \cdot ω) \cdot L \end{array}$
Analog zu dem oben angeführten Abstandsmodell ist im gezeigten Geschwindigkeitsmodell Gleichung (4) anwendbar, wenn das Lasersignal die Retina Re fällt. Gleichung (5) ist anwendbar, wenn das Lasersignal auf die Iris Ir fällt. Gleichung (6) ist anwendbar, wenn das Lasersignal auf die Sclera Sc des fällt.
Der Parameter v ist den gezeigten Gleichungen die Geschwindigkeitskomponente, die aus den Messwerten der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 ermittelbar ist, und die eine Geschwindigkeit des Auges A bzw. des jeweiligen Bestandteils des Auges A relativ zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 beschreibt. Wie oben beschrieben, kann diese Geschwindigkeitskomponente gemäß den angeführten geometrischen Überlegungen auf eine Tangentialgeschwindigkeit v_T reduziert werden, die in einer entsprechenden Tangentialebenen TE bzw. Reflexionsebene RE angeordnet ist, die durch den jeweiligen Augenbestandteil definiert ist, an dem die Reflexion des Lasersignals L erfolgt.
Die Tangentialgeschwindigkeit v_T, die durch das Lasersignal L ermittelbar ist, wird insbesondere durch die Komponente definiert, die parallel zur Richtung D des Lasersignals L angeordnet ist. Dieser Sachverhalt wird in den Gleichungen (4) und (6) durch das Vektorprodukt I × R zwischen der Vektordarstellung des Auftreffpunkts I des Lasersignals L auf dem jeweiligen Augenbestandteil und der Vektordarstellung der Rotationsachse R und der Projektion des hieraus entstehenden Vektors auf die Vektordarstellung des Lasersignals L ausgedrückt. Der Parameter ω beschreibt hierbei eine Rotationsgeschwindigkeit des Auges A um die jeweilige Rotationsachse R1, R2. Ein Beispiel für die Vektordarstellungen I und R ist in Graphik a) der 2 gezeigt.
Durch Rückwertsausführung der Gleichungen (4) und (6) kann somit basierend auf den gemessenen Geschwindigkeitskomponenten v eine entsprechende Rotationsgeschwindigkeit ω des Auges um eine entsprechenden Rotationsachse R1, R2 bestimmt werden. Die jeweilige Rotationsachse R1, R2 kann hierbei durch die jeweilige Anordnung bzw. Orientierung der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 zum Auge A definiert sein.
Gleichung (5) zeigt einen Zusammenhang der gemessenen Geschwindigkeitskomponente v und der Distanzänderung der als ebene Fläche genährten Iris Ir zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201. Durch eine Rotation des Auges A wird eine Verkippung der Iris Ir relativ zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 bewirkt, die dafür sorgt, dass Distanzänderung zwischen Iris Ir und Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201 ermittelt wird. Unter Berücksichtigung des Abstandsbegriffs der Gleichung (2) und der darin definierten Rotationsmatrix R_p und durch eine entsprechende zeitliche Rotation der Iris Ir und eine damit verbundene Abstandsänderung Δd/dt gemäß Gleichung (2) ist eine Rotationsgeschwindigkeit ermittelbar. Hierzu werden in Gleichung (5) Tangentialgeschwindigkeiten v_Ts1,s2 zu zwei verschiedenen Zeitpunkten t1, t2 berücksichtigt.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zur Bestimmung einer Augenposition gemäß einer Ausführungsform.
Zur Bestimmung einer Augenposition gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren 100 werden zunächst in einem Verfahrensschritt 101 Messwerte von den Feedback-Interferometrie-Messungen durch wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 aufgenommen, wobei die Messwerte auf Lasersignalen L basieren, die durch die Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 in Richtung des zu untersuchenden Auges A ausgesendet, von einem Augenbestandteil des Auges A in Richtung der jeweiligen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit 201, 203 zurückreflektiert und von dieser empfangen wurden.
In einem Verfahrensschritt 103 werden basierend auf den Messwerten der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen Geschwindigkeitskomponenten v1, v2 aufgenommen. Die Geschwindigkeitskomponenten v1, v2 entsprechen jeweils den Komponenten der Geschwindigkeit einer Augenbewegung relativ zu den jeweiligen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203. Gemäß den zu 2 angeführten geometrischen Betrachtungen, können die Geschwindigkeitskomponenten v1, v2 auf entsprechende Tangentialgeschwindigkeiten v_T1, v_T2 reduziert werden, die innerhalb einer entsprechenden Reflexionsebene RE angeordnet und parallel zu einer Projektion einer Richtung d eines jeweiligen Lasersignals L1, L2 in die jeweilige Reflexionsebene Re orientiert sind.
In einem Verfahrensschritt 111 werden ferner basierend auf den Messwerten der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen der einzelnen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 Abstandskomponenten d1, d2 des reflektierenden Augenbestandteils bestimmt.
In einem Verfahrensschritt 129 kann ferner basierend auf den im Verfahrensschritt 111 bestimmten Abstandskomponenten d1, d2 und unter Berücksichtigung der Anordnungen der einzelnen Augenbestandteile innerhalb des Auges A der jeweilige Augenbestandteile identifiziert werden.
In einem Verfahrensschritt 113 wird basierend auf den ermittelten Abstandskomponenten d1, d2 und durch Ausführung einer Triangulationsberechnung unter Berücksichtigung der relativen Position der wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 und des zu untersuchenden Auges A relativ zueinander eine Augenposition des Auges A ermittelt. Die Augenposition des Auges A umfasst hierbei eine Blickrichtung des Auges A relativ zu den wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203. Unter Berücksichtigung der Abstandskomponenten d1, d2, die jeweils die relativen Abstände zwischen den jeweiligen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 und der jeweiligen Augenbestandteile beschreiben, und einen relativen Abstand zwischen den wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 und unter Berücksichtigung eines physiologischen Augenmodells, mittels dem eine eindeutige Anordnung der einzelnen Augenbestandteile innerhalb des Auges ermöglicht ist, kann somit eine Blickrichtung des Auges und eine damit verbundene Augenposition bestimmt werden.
In einem weiteren Verfahrensschritt 117 wird ferner basierend auf den Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten der einzelnen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 entsprechende Signal-Rausch-Verhältnisse SNR1, SNR2 bestimmt, die ein Verhältnis zwischen dem Signal der Schwebungsfrequenz f_B und dem Signaluntergrund des jeweiligen Frequenzspektrums ausdrückt.
In einem Verfahrensschritt 127 wird basierend auf den Abstandskomponenten d1, d2 unter Berücksichtigung des physiologischen Augenmodells der reflektierende Augenbestandteil identifiziert. Alternativ oder zusätzlich wird der jeweilige Augenbestandteil unter Berücksichtigung der verschiedenen Signal-Rausch-Verhältnisse SNR1, SNR2 und unter Berücksichtigung des physiologischen Augenmodells, in dem Reflexionsvermögen der einzelnen Augenbestandteile ausgedrückt sind, identifiziert. Augenbestandteile mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen bewirken hierbei unterschiedliche Signalintensitäten und entsprechend verschiedene Signal-Rausch-Verhältnisse. Die Augenbestandteile werden hierbei insbesondere als Iris Ir, Retina Re oder Sclera Sc des Auges A identifiziert.
In einem Verfahrensschritt 105 werden darauffolgend unter Berücksichtigung des oben beschriebenen geometrischen Modells GM die im Verfahrensschritt 103 bestimmten Geschwindigkeitskomponenten v1, v2 in entsprechende Rotationsgeschwindigkeiten um jeweilige Rotationsachsen R1, R2 umgewandelt. Hierzu können die oben beschriebenen Gleichungen 1, 2, 3 des Abstandsmodells wie auch die Gleichungen 4, 5, 6 des Geschwindigkeitsmodells verwendet werden. Insbesondere können basierend auf den in Verfahrensschritt 127 identifizierten Augenbestandteilen die jeweiligen Gleichungen des Abstands- bzw. Geschwindigkeitsmodells in oben beschriebenen Messsituationen ausgewählt werden, so dass bei Identifikation des Augenbestandsteils als Retina Re die Gleichungen 1 und 4 ausgewählt werden, während bei Identifikation des Augenbestandteils als Iris Ir die Gleichungen 2 und 5 ausgewählt werden und bei Identifikation des Augenbestandteils als Sclera Sc die Gleichungen 3 und 6 ausgewählt werden.
In einem Verfahrensschritt 107 wird unter Berücksichtigung der berechneten Rotationsgeschwindigkeiten durch Ausführen einer Integration der Rotationsgeschwindigkeiten um einen vorbestimmten Zeitabschnitt eine entsprechende Augenposition bestimmt. Hierzu wird in einem Verfahrensschritt 115 die im Verfahrensschritt 113 mittels der Triangulationsberechnung bestimmten Augenposition als Startwert für die Integration der Rotationsgeschwindigkeiten verwendet. Durch Verwendung der ermittelten Augenposition, die als ein Winkelpaar der Rotationswinkel θ und φ um die jeweiligen Rotationsachsen R1, R2 ausgedrückt werden kann, als Startpunkt für die zeitliche Integration der Rotationsgeschwindigkeiten, die jeweils als zeitliche Änderungen der beiden Rotationswinkel θ und φ ausgedrückt werden können, kann somit eine Augenposition in Gestalt geänderter Rotationswinkel θ und φ bestimmt werden, die gemäß dem Startpunkt und der Rotationsgeschwindigkeiten das Auge nach dem vorbestimmten Zeitabschnitt einnehmen wird. Der vorbestimmte Zeitabschnitt kann hierbei derart ausgestaltet sein, dass bei einer zyklischen Aufnahme von Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten und bei einer zyklischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 der Zeitabschnitt jeweils auf die Zykluszeiten der einzelnen Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen angepasst ist.
In einem Verfahrensschritt 119 können ferner basierend auf den im Verfahrensschritt 117 bestimmten Signal-Rausch-Verhältnissen eine sprunghafte Änderung der Signal-Rausch-Verhältnisse von zeitlich aufeinander folgenden Messwerten zeitlich aufeinander durchgeführten Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen ermittelt werden.
In einem Verfahrensschritt 121 können die ermittelten sprunghaften Änderungen der Signal-Rausch-Verhältnisse dadurch interpretiert werden, dass die Lasersignale L1, L2 der zeitlich nacheinander folgenden Messwerte von unterschiedlichen Augenbestandteilen des Auges A reflektiert wurden, so dass aufgrund einer ausgeführten Augenbewegung ein Übergang der Lasersignale von einem Augenbestandteil zu einem weiteren Augenbestandteil erfolgt ist. Aufgrund der unterschiedlichen Reflexionsvermögen der verschiedenen Augenbestandteile kann hierdurch eine entsprechende sprunghafte Änderung der Signal-Rausch-Verhältnisse erfolgen.
In einem Verfahrensschritt 123 wird der entsprechende Übergang zwischen den verschiedenen zur Reflexion der Lasersignale L1, L2 führenden Augenbestandteile identifiziert. Beispielsweise kann durch eine ausgeführte Augenbewegung ein Lasersignal, das zuvor auf die Iris auftraf und von dieser reflektiert wurde, nun durch die Linse hindurch auf die Retina treffen und von dieser reflektiert werden. Ein derartiger Übergang kann durch substantielle Änderung im Signal-Rausch-Verhältnis präzise ermittelt werden.
In einem Verfahrensschritt 125 wird basierend auf dem ermittelten Übergang zwischen den verschiedenen Augenbestandteilen eine entsprechende Augenposition des Auges A unter Berücksichtigung des physiologischen Augenmodells, in dem die jeweiligen Reflexionsvermögen der einzelnen Augenbestandteile berücksichtigt werden und unter Berücksichtigung der Anordnung der einzelnen Augenbestandteile innerhalb des Auges A zueinander eine Augenposition bestimmt werden.
In einem Verfahrensschritt 131 kann ferner unter Verwendung eines physiologischen Modells zur Beschreibung einer sakkadischen Augenbewegung eine Vorhersage eines sakkadischen Endpunkts als Endpunkt einer sakkadischen Augenbewegung und einer entsprechenden Augenposition vorhergesagt werden.
In einem Verfahrensschritt 135 kann eine Korrektur der im Verfahrensschritt 107 bestimmten Augenposition unter Berücksichtigung der im Verfahrensschritt 125 basierend auf dem Übergang zwischen den wenigstens zwei Augenbestandteilen bestimmten Augenposition und/oder unter Berücksichtigung der im Verfahrensschritt 113 basierend auf der Triangulationsbetrachtung bestimmten Augenposition und/oder unter Berücksichtigung der im Verfahrensschritt 131 in Gestalt des vorhergesagten sakkadischen Endpunkts bestimmten Augenposition durchgeführt werden. Die Korrektur der Augenposition kann hierbei umfassen, dass die im Verfahrensschritt 107 bestimmte Augenposition entsprechend angepasst wird. Alternativ kann beispielsweise die im Verfahrensschritt 125 basierend auf dem Übergang zwischen den wenigstens zwei Augenbestandteile ermittelte Augenposition als tatsächliche Augenposition bestimmt und die im Verfahrensschritt 107 basierend auf der Integration der Rotationsgeschwindigkeiten bestimmte Augenposition verworfen werden.
In einem Verfahrensschritt 109 kann die im Verfahrensschritt 135 generierte korrigierte Augenposition als tatsächliche Augenposition bereitgestellt werden. Wie oben bereits angeführt, kann die Augenposition als ein Winkelpaar von zwei Rotationswinkeln θ, φ um die jeweils definierten Rotationsachsen R1, R2, die vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet sind, beschrieben werden und eine Blickrichtung des Auges relativ zu den jeweiligen Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 umfassen.
Alternativ oder zusätzlich kann in einem Verfahrensschritt 133 die im Verfahrensschritt 131 in Form des vorhergesagten sakkadischen Endpunkts bestimmte Augenposition als Augenposition bereitgestellt werden.
5 zeigt eine weitere schematische Darstellung des Systems 200 zum Bestimmen einer Augenposition gemäß einer Ausführungsform.
Durch ein Eingabemodul 215 werden zunächst die Messwerte der Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen der wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 empfangen. Basierend auf den Messwerten werden darauffolgend jeweils zwei Geschwindigkeitskomponenten v1, v2, zwei Abstandskomponenten d1, d2 und zwei Signal-Rausch-Verhältnisse SNR1, SNR2 generiert. Die Geschwindigkeitskomponenten v1, v2, Abstandskomponenten d1, d2 und Signal-Rausch-Verhältnisse SNR1, SNR2 basieren hierbei jeweils auf den verschiedenen Messwerten der wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203.
Durch Ausführung in einem Anwendungsmodul 217 des oben beschriebenen geometrischen Modells GM können basierend auf den zwei Abstandskomponenten d1, d2 und unter Berücksichtigung bzw. Ausführung der oben beschriebenen Triangulationsbetrachtungen eine entsprechende Augenposition in Form des Winkelpaares θ, φ der Rotationswinkel um die jeweiligen Rotationsachsen R1, R2 bestimmt werden. Ferner kann durch Ausführung des geometrischen Modells im Anwendungsmodul 217 basierend auf den zwei Geschwindigkeitskomponenten v1, v2 entsprechende Rotationsgeschwindigkeiten θ̇,φ̇ als zeitliche Änderungen der Rotationswinkel θ und φ ermittelt werden.
In einem Integrationsmodul 219 kann hierauf folgend eine Integration der Rotationsgeschwindigkeiten θ̇, φ̇ erfolgen und hierauf basierend eine entsprechende Augenposition in Form des Winkelpaares θ, φ generiert werden. Hierzu können die zuvor unter Berücksichtigung der Triangulationsbetrachtung basierend auf den zwei Abstandskomponenten d1, d2 bestimmte Augenposition als ein entsprechender Startpunkt der Integration des Integrationsmoduls 219 verwendet werden.
Alternativ hierzu kann basierend auf den Signal-Rausch-Verhältnissen SNR1, SNR2 durch Ausführung eines optischen Augenmodells OM, in dem die physiologischen Eigenschaften der einzelnen Augenbestandteile und insbesondere die Reflexionsvermögen der verschiedenen Augenbestandteile berücksichtigt sind, bei Detektion einer sprunghaften Änderung des Signal-Rausch-Verhältnisses SNR1, SNR2 und eines diese verursachenden Übergangs zwischen zwei Augenbestandsteilen eine entsprechende Augenposition in Form des Winkelpaares θ, φ generiert werden. Ein derartiger Übergang zwischen zwei Augenkomponenten findet jedoch nicht bei jeder Augenbewegung des Auges A relativ zu den Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten 201, 203 statt, so dass die auf der Änderung des Signal-Rausch-Verhältnisses basierende Bestimmung der Augenposition lediglich zusätzlich zu der oben beschriebenen Bestimmung der Augenposition basierend auf der Integration der Rotationsgeschwindigkeiten erfolgt.
Wie oben beschrieben kann das erfindungsgemäße Verfahren 100 zyklisch ausgeführt werden, so dass bei zyklischer Ausführung der Laser-Feedback-Interferometrie-Messung und der entsprechenden Bereitstellung der Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerte entsprechende Rotationsgeschwindigkeiten bzw. Augenpositionen generiert werden. Über ein Korrekturmodul 221 kann eine ständige Korrektur der durch die Integration im Integrationsmodul 219 der bestimmten Rotationsgeschwindigkeiten θ̇, φ̇ ermittelten Augenposition unter Berücksichtigung der über die Triangulationsbetrachtung ermittelten Augenposition bzw. unter Berücksichtigung der über die Detektion der sprunghaften Änderung des Signal-Rausch-Verhältnisses ermittelte Augenposition vorgenommen werden, so dass nach jedem Abschluss eines Messzyklus und nach jeder Bestimmung einer entsprechenden Augenposition eine entsprechende Korrektur der Augenposition durch das Korrekturmodul 221 erfolgen kann.
Hierzu kann ferner über ein Vorhersagmodul 223 eine entsprechende Vorhersage eines sakkadischen Endpunkts einer sakkadischen Augenbewegung generiert werden, die wiederum als Eingabe in das Korrekturmodul 221 dienen und somit zur Korrektur der durch die Integration der Rotationsgeschwindigkeit erzeugten Augenposition verwendet werden kann.
Nach erfolgter Korrektur der Augenposition durch das Korrekturmodul 221 kann eine entsprechende korrigierte Augenposition in Form des Winkelpaares θ, φ bereitgestellt werden. Wie oben beschrieben kann hierbei zur Korrektur der Augenposition die über die Integration der Rotationsgeschwindigkeiten erzeugte Augenposition entsprechend angepasst werden oder die über die sprunghafte Änderung der Signal-Rausch-Verhältnisse und den dadurch detektierten Übergang zwischen wenigstens zwei Augenbestandteilen ermittelte Augenposition als tatsächliche Augenposition bereitgestellt werden.
Ferner kann zusätzlich oder alternativ der vorhergesagte sakkadische Endpunkt als eine weitere Augenposition bereitgestellt werden.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Computerprogrammprodukts 300 gemäß einer Ausführungsform, wobei das Computerprogrammprodukt 300 Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren 100 zur Bestimmung einer Augenposition nach einer der oben beschrieben Ausführungsformen auszuführen.
In der gezeigten Ausführungsform ist das Computerprogrammprodukt 300 auf einem Speichermedium 301 gespeichert. Das Speichermedium 301 kann ein handelsübliches Speichermedium sein.
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

US 2016166146 A [0002]

Claims

Verfahren (100) zur Bestimmung einer Augenposition, umfassend: Empfangen (101) von Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten einer Laser-Feedback-Interferometrie-Messung eines Auges (A) durch wenigstens eine Laser-Interferometrie-Einheit (201), wobei die Messwerte auf wenigstens einem an einem Bestandteil des Auges (A) reflektierten Lasersignals (L) basieren; Bestimmen (103) einer Geschwindigkeitskomponente (v) des Bestandteils des Auges relativ zur Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit (201) basierend auf den Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten; Bestimmen (105) einer Rotationsgeschwindigkeit des Auges um eine Rotationsachse (R1, R2) basierend auf der Geschwindigkeitskomponente (v) durch Anwendung eines geometrischen Augenmodells (GM), wobei das geometrische Augenmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente (v) und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse (R1, R2) beschreibt; Ermitteln (107) einer Augenposition basierend auf der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse (R1, R2) durch Integration der Rotationsgeschwindigkeit über einen vorbestimmten Zeitabschnitt unter Berücksichtigung einer bekannten Augenposition als Anfangspunkt der Integration; und Bereitstellen (109) der Augenpositionsänderung.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerte von Laser-Feedback-Interferometrie-Messungen durch wenigstens zwei Laser-Interferometrie-Einheiten (201, 203) empfangen werden, wobei für die Messwerte der wenigstens zwei Laser-Interferometrie-Einheiten (201, 203) Geschwindigkeitskomponenten (v) bestimmt werden, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Bestimmen (111) von Abstandskomponenten (d) des Bestandteils des Auges (A) relativ zu den Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten (201, 203) basierend auf den Laser-Feedback-Interferometrie-Messwerten der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten (201, 203); Bestimmen (113) einer Augenposition basierend auf den Abstandskomponenten (d) durch Ausführen einer Triangulationsberechnung unter Berücksichtigung der relativen Positionen der wenigstens zwei Laser-Feedback-Interferometrie-Einheiten (201, 203) und der ermittelten Abstandskomponenten (d) zum Auge (A); und Verwenden (115) der bestimmten Augenposition als ein Anfangspunkt in der Integration der Geschwindigkeitskomponenten (v) im Verfahrensschritt (103).
Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: Bestimmen (117) eines Signal-Rausch-Verhältnisses der Messwerte der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit (201, 203); Ermitteln (119) einer sprunghaften Änderung im Signal-Rausch-Verhältnis für zeitlich nacheinander aufgenommene Messwerte der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit (201, 203); Identifizieren (121) der zeitlich aufeinander folgenden Messwerte als Messwerte von Lasersignalen (L), die von wenigstens zwei unterschiedlichen Augenbestandteilen reflektiert sind, unter Berücksichtigung der sprunghaften Änderung des Signal-Rausch-Verhältnisses der zeitlich aufeinander folgenden Messwerte; Identifizieren (123) eines Übergangs zwischen den wenigstens zwei Augenbestandteilen; und Bestimmen (125) einer Augenposition basierend auf dem identifizierten Übergang zwischen wenigstens zwei Augenbestandteilen.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Identifizieren (127) des Augenbestandteils basierend auf dem Signal-Rausch-Verhältnis unter Berücksichtigung individueller Reflexionsvermögen der Augenbestandteile des Auges (A); und/oder Identifizieren (129) des Augenbestandteils basierend auf den Abstandskomponenten (d) unter Berücksichtigung eines physiologischen Aufbaus des Auges (A); wobei die Augenbestandteile als eine Iris (Ir), eine Retina(Re) oder eine Sclera (Sc) des Auges (A) identifiziert werden.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Vorhersagen (131) eines sakkadischen Endpunkts einer Bewegung des Auges (A) basierend auf der bestimmten Augenposition unter Berücksichtigung einer physiologischen Beschreibung einer sakkadischen Augenbewegung eines Auges (A); und Bereitstellen (133) des vorhergesagten sakkadischen Endpunkts als eine für einen vorbestimmten Zeitpunkt vorhergesagte Augenposition.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, ferner umfassend: Ausführen (135) einer Korrektur der durch die Integration der Rotationsgeschwindigkeit in Verfahrensschritt (107) ermittelten Augenposition unter Berücksichtigung der durch die im Verfahrensschritt (113) durchgeführte Triangulationsberechnungen ermittelten Augenposition und/oder der im Verfahrensschritt (125) durch die sprunghafte Änderung des Signal-Rauschverhältnisses ermittelten Augenposition und/oder der im Verfahrensschritt (133) durch die sakkadische Endpunkt Vorhersage ermittelten Augenposition.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Geschwindigkeitskomponente (v) einer Tangentialgeschwindigkeitskomponente (v_T1) innerhalb einer durch den jeweiligen Bestandteil des Auges definierten Reflexionsebene (RE, TE) des Lasersignals (L) definiert ist, und wobei die Tangentialgeschwindigkeitskomponente (v_T1) parallel zu einer Richtung (D) des Lasersignals (L) verläuft.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei das geometrische Augenmodell (GM) ein erstes Geschwindigkeitsmodell, ein zweites Geschwindigkeitsmodell und ein drittes Geschwindigkeitsmodell umfasst, wobei das erste Geschwindigkeitsmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente (v) und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse (R1, R2) für ein an einer Retina (Re) des Auges (A) reflektiertes Lasersignal (L) beschreibt, wobei das zweite Geschwindigkeitsmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente (v) und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse (R1, R2) für ein an einer Iris (Ir) des Auges (A) reflektiertes Lasersignal (L) beschreibt, und wobei das dritte Geschwindigkeitsmodell eine Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeitskomponente (v) und der Rotationsgeschwindigkeit um die Rotationsachse (R1, R2) für ein an einer Sclera (Sc) des Auges (A) reflektiertes Lasersignal (L) beschreibt.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 8, wobei im ersten Geschwindigkeitsmodell eine Form der Retina (Re) mit einer sphärisch geformten Fläche angenähert ist, wobei im zweiten Geschwindigkeitsmodell eine Form der Iris (Ir) mit einer eben geformten Fläche angenähert ist, und wobei im dritten Geschwindigkeitsmodell eine Form der Sclera (Sc) mit einer sphärisch geformten Fläche angenähert ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 9, wobei für das erste Geschwindigkeitsmodell und das dritte Geschwindigkeitsmodell gilt: v_T1,2 = (I × R · ω)) · L, wobei I eine Vektordarstellung eines Auftreffpunkts des Lasersignals auf dem Augenbestandteil, R eine Vektordarstellung einer Rotationsachse (R1, R2) des Auges, L eine Vektordarstellung des Lasersignals und ω eine Winkelgeschwindigkeit um die Rotationsachse (R1, R2) darstellen, und wobei für das zweite Geschwindigkeitsmodell gilt: $v_{T 1, 2} = \frac{Δ d}{d t} + \frac{v_{T_{S 1}} + v_{T_{S 2}}}{2},$
wobei Δd ein Distanzinkrement auf der Iris (Ir) und v_Ts1, v_Ts2 zwei zu Zeitpunkten t1, t2 ermittelte Tangentialgeschwindigkeitskomponenten darstellen.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche 8 bis 10, wobei das geometrische Augenmodell ein erstes Abstandsmodell, ein zweites Abstandsmodell und ein drittes Abstandsmodel umfasst, wobei das erste Abstandsmodell einen Abstand (d_Er) zwischen der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit (201) und der Retina (Re) beschreibt, wobei das zweite Abstandsmodell einen Abstand (d_Ir) zwischen der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit (201) und der Iris (Ir) beschreibt, wobei das dritte Abstandsmodell einen Abstand (d_Sc) zwischen der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit (201) und der Sclera (Sc) beschreibt, wobei für das erste Abstandsmodell gilt: d=d_Re(r_Retina), mit d der Abstandskomponente, S einer Position der Laser-Feedback-Interferometrie-Einheit, L dem Lasersignal und r_Retina einem radialen Abstand zwischen Retina (Re) und einem Augenzentrum (Z), wobei für das dritte Abstandsmodell gilt: d=d_Sc(r_Sclera), mit r_Sclera einem radialen Abstand zwischen Sclera und dem Augenzentrum, und wobei für das zweite Abstandsmodell gilt: $d = \frac{(R_{p} e_{o} - S) \cdot (R_{p} e)}{L \cdot (R_{p} e)},$
wobei R_p eine Rotationsmatrix der Iris, e₀ ein Einheitsvektor vom Augenzentrum zur Iris, e ein Einheitsvektor einer Irisfläche und L eine Vektordarstellung des Lasersignals darstellen.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die ermittelte Augenposition eine zukünftige Augenposition ist, die das Auge zu einem vorbestimmten zukünftigen Zeitpunkt basierend auf der bestimmten Rotationsgeschwindigkeit einnehmen wird.
Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die wenigstens zwei Laser-Interferometrie-Einheiten (201) relativ zum Auge (A) derart angeordnet sind, dass Augenrotationsbewegungen um wenigstens zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Rotationsachsen (R1, R2) bestimmbar sind, und wobei durch Rotationsbewegungen des Auges (A) um die wenigstens zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Rotationsachse jede physiologisch mögliche Augenposition eines menschlichen Auges beschreibbar ist.
Reicheneinheit (205), wobei die Recheneinheit eingerichtet ist, das Verfahren (100) zur Bestimmung einer Augenposition nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.
Computerprogrammprodukt (300) umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch eine Datenverarbeitungseinheit diese veranlassen, das Verfahren (100) zur Bestimmung einer Augenposition nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.