DE19649542C2

DE19649542C2 - Verfahren zum Vermessen einer Pupille

Info

Publication number: DE19649542C2
Application number: DE19649542A
Authority: DE
Inventors: Barbara Dr Med Wilhelm; Helmut Dr Med Wilhelm; Holger Dipl Phys Luedtke
Original assignee: Eberhard Karls Universitaet Tuebingen; Universitaetsklinikum Tuebingen
Current assignee: Eberhard Karls Universitaet Tuebingen; Universitaetsklinikum Tuebingen
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 1999-06-17
Anticipated expiration: 2016-11-30
Also published as: DE19649542A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen einer Pupille, bei dem die Pupille mit einer Lichtquelle beleuchtet und ein Bild der Pupille erzeugt wird, wobei aus dem Bild die Größe und/oder Lage der Pupille mittels geometrischer Bestimmung einer dem Rand der Pupille entsprechenden Kreislinie bestimmt wird.

Ein Verfahren der vorstehend genannten Art ist aus der DE-Z "Ophthalmologe", 93, Seiten 446-450 (1996) bekannt.

Das bekannte Verfahren wird zur objektiven Vigilanzprüfung, d. h. zur Messung der Schlafneigung, eingesetzt. Derartige Verfahren werden entwickelt, um Schläfrigkeit zu erkennen, die insbesondere im Straßenverkehr und im Arbeitsleben, aber auch bei anderen Gelegenheiten, Ursache tragischer Unfälle ist.

Es ist bekannt, daß sich ein Übermüdungszustand eines Menschen darin manifestiert, daß der Pupillendurchmesser sich nicht nur verkleinert, sondern darüber hinaus mit niedrigen Frequenzen oszilliert, während er bei einem wachen Menschen im wesentlichen konstant ist und keine wesentlichen Oszillationen ausführt. Die Oszillationsfrequenz bei übermüdeten Menschen liegt meistens in der Größenordnung von 0,1 bis 0,4 Hz. Der Pupillendurchmesser kann im Verlaufe einiger Minuten um 30 bis 60% abnehmen.

Bei dem bekannten Verfahren wird ein Auge des Probanden mit einer Infrarot-Lichtquelle beleuchtet und zugleich mit einer Infrarot-Kamera beobachtet. Infrarotes Licht wird deswegen verwendet, weil dies für den Probanden nicht sichtbar ist.

Das von der Infrarot-Kamera aufgenommene Bild der Pupille wird in einem Video-Monitor dargestellt und zugleich verarbeitet. Hierzu wird der Purkinje'sche Reflex als hellster Bildpunkt in der hell erscheinenden Pupille identifiziert. Von diesem Reflex ausgehend wird der Pupillenrand nach rechts und links und nach unten bestimmt. Aus den resultierenden Strecken abschnitten wird mit einfachen Methoden der analytischen Geometrie der Pupillendurchmesser berechnet. Mittels einer weiteren Meßstrecke, die vom Purkinje'sche Reflex ausgeht, kann kontrolliert werden, ob die Pupille wirklich Kreisform hat, damit Artefakte ausgeschlossen werden können.

Es hat sich gezeigt, daß die Genauigkeit des bekannten Verfah rens, insbesondere die Meßsicherheit im Hinblick auf Artefakte durch Lidschlag, für bestimmte Anwendungsfälle noch verbessert werden sollte.

Die Druckschrift WO 94 07 406 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren, das zur Bestimmung der Abmessungen einer Pupille zum Einsatz kommt. Hierfür bestrahlt eine Infrarot-Lichtquelle das Auge mit Infrarotlicht, während eine Videokamera das Auge aufzeichnet. Das aufgezeichnete Bild setzt sich aus einer Viel zahl von einzelnen Punkten (Pixeln) zusammen, die matrixförmig angeordnet sind. Zur Bestimmung des Durchmessers der Pupille wird ein Licht-Schwellenwert bestimmt und jeweils mit den Pi xeln einer Zeile verglichen. Das Meßverfahren beginnt dabei je weils mit dem linken ersten Pixel einer Zeile und wird für die nächsten Pixel bis zum Ende der Zeile wiederholt, wobei selbst verständlich einzelne Pixel übersprungen werden können. Die Be reiche, in denen der definierte Licht-Schwellenwert überschrit ten bzw. unterschritten wird, werden markiert und kennzeichnen den Übergang zwischen Pupille und Iris. Dieser Vorgang wird für eine Vielzahl von Zeilen wiederholt. Auf der Grundlage der so erhaltenen Randpunkte wird ein erster Kreis berechnet, der al len Punkten angenähert ist. Anschließend werden jene Punkte von der weiteren Berechnung ausgeschlossen, die mehr als 10% von dem angenäherten Kreis weg liegen. Auf der Grundlage der noch übrigen Punkte wird dann eine weitere Kreisannäherung (Kreisfit) durchgeführt. Diese Kreisannäherung wird dann als im wesentlichen exakte Umrißlinie der Pupille für weitere Berech nungen eingesetzt.

Die Veröffentlichung "Pupillometer for clinical applications using dual 256-element linear CCD arrays" (2), Jones et al., Medical & Biological Engineering & Computing, September 1992, S. 487-490, offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Bestimmung des Durchmessers einer Pupille. Hierzu wird das Auge mittels einer Infrarot-Lichtquelle bestrahlt und von einer Videokamera aufgezeichnet. Die Lichtpegel der einzelnen Pixel des aufgenom menen Bildes werden mit einem Schwellenwert verglichen, so daß Übergangspunkte von Iris und Pupille aufgefunden werden. Anhand dieser Punkte läßt sich dann der Durchmesser der Pupille be rechnen. Die Auswertung der Lichtwerte und der Vergleich mit dem Schwellenwert wird mit dem jeweils am linken Rand liegenden Pixel (Pixel 0) jeder Zeile begonnen und ist zu dem am rechten Rand liegenden Pixel (Pixel 255) fortgeführt.

Die Druckschrift US 5,150,137 offenbart ein Pupillometer, das eine Videokamera zur Aufzeichnung des von einer Infrarot- Lichtquelle bestrahlten Auges umfaßt. Eine Auswerteeinrichtung erfaßt das aufgezeichnete Bild und vergleicht pixelweise den erfaßten Lichtwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Liegt der erfaßte Licht-Wert innerhalb eines bestimmten Bereichs, so wird das Pixel als Pupillenbereich gekennzeichnet. Dieser Ver gleich erfolgt sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung. Aus den erfaßten Werten läßt sich dann der Durchmes ser der Pupille berechnen.

Aus der Veröffentlichung "Pupillographie als objektiver Vigi lanztest", Wilhelm et al., Wiener Medizinische Wochenschrift, Vol. 146, 1996, Nr. 13/14, S. 387-398, ist ein Meßverfahren be kannt, das zur kontinuierlichen Aufzeichnung des spontanen Pil lenverhaltens im Dunkeln dient. Die Auswertung der aufge zeichneten mittels Infrarot-Lichtquellen bestrahlten Pupillen soll Aufschluß über die Müdigkeit des Probanden liefern. Die Veröffentlichung enthält jedoch keine Angaben zu der konkreten Ausführung der Messung und der jeweiligen Auswertung der Bil der.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Meßgenauigkeit erhöht und zugleich die Anfälligkeit gegen Fehl messungen infolge von Artefakten durch Lidschlag oder dergleichen vermindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die folgenden Schritte gelöst:

1. 1.1) Erfassen einer Mehrzahl von Meßpunkten auf dem Pupillenrand:
- 1. 1.1.1) Bestimmen des ersten Purkinje'schen Reflexes im Bild;
- 2. 1.1.2) Legen einer im wesentlichen horizontalen Geraden durch den Reflex;
- 3. 1.1.3) Messen der Helligkeit entlang der Geraden;
- 4. 1.1.4) Markieren zweier Meßpunkte auf der Geraden zu bei den Seiten des Reflexes bei Auftreten eines ersten bzw. zweiten Helligkeitssprunges am Rand des Bildes der Pupille;
- 5. 1.1.5) Errichten einer Mittelsenkrechten zu der Geraden zwischen den Meßpunkten;
- 6. 1.1.6) Messen der Helligkeit entlang der Mittelsenk rechten;
- 7. 1.1.7) Markieren eines oberen und eines unteren Meßpunktes auf der Mittelsenkrechten zu beiden Seiten des Schnittpunktes mit der Geraden bei Auftreten eines dritten bzw. vierten Helligkeitssprunges am Rand des Bildes der Pupille;
- 8. 1.1.8) Unterteilen der Mittelsenkrechten zwischen dem obe ren und dem unteren Meßpunkt in eine vorbestimmte Anzahl von Streckenabschnitten;
- 9. 1.1.9) Legen von weiteren im wesentlichen horizontalen Geraden durch die Endpunkte der Streckenabschnitte;
- 10. 1.1.10) Messen der Helligkeit entlang der weiteren Geraden;
- 11. 1.1.11) Markieren von rechten und linken Meßpunkten auf den weiteren Geraden bei Auftreten eines fünften Helligkeitssprunges am Rand des Bildes der Pupille; und
2. 1.2) Bestimmen einer ersten Kreislinie anhand der in den Schritten 1.1.4, 1.1.7 und 1.1.11 markierten Meßpunkte als bestmögliche Annäherung eines gemein samen geometrischen Ortes der Meßpunkte;
3. 1.3) Bestimmen des Mittelpunktes (M') der ersten Kreis linie;
4. 1.4) Bestimmen des Abstandes der Meßpunkte vom Mittel punkt;
5. 1.5) Bestimmen und Aussondern derjenigen Meßpunkte, deren Abstand vom Mittelpunkt um mehr als ein vorgegebenes Maß vom Radius der ersten Kreislinie abweicht; und
6. 1.6) Bestimmen einer zweiten Kreislinie als bestmögliche Annäherung eines gemeinsamen geometrischen Ortes der verbleibenden Meßpunkte.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst.

Die Erfindung ermöglicht es nämlich erstmals, solche Artefakte sicher auszuschalten, die bei der Erfassung eines Bildes auftreten, das scheinbar eine nicht-kreisförmige Pupille wiedergibt. Diese Artefakte treten besonders häufig beim Lidschlag auf, d. h. dann, wenn ein herabfallendes Lid die Pupille mehr oder weniger überdeckt.

Erfindungsgemäß wird hierzu nämlich zunächst ein erster Kreisfit durchgeführt, bei dem aus den gemessenen Punkten in erster Näherung ein Kreis ermittelt wird, der in bestmöglicher Annäherung einen gemeinsamen geometrischen, nämlich kreisförmigen Ort für die Meßpunkte darstellt. Es werden dann diejenigen Meßpunkte aus gesondert, die um ein vorbestimmtes Maß von dieser ersten Näherung abweichen. In einer zweiten Näherung wird dann durch einen zweiten Kreisfit aus den verbleibenden Meßpunkten erneut eine Kreislinie gebildet, die wiederum in bestmöglicher Annäherung den gemeinsamen geometrischen, nämlich kreisförmigen Ort der verbleibenden Meßpunkte bildet.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß zunächst in an sich be kannter Weise eine Messung relativ zu einer Bezugsmarke, nämlich relativ zum Purkinje'schen Reflex, durchgeführt werden kann. In besonders vorteilhafter Weise werden dann aber die Meßpunkte entlang eines vorbestimmten Meßrasters markiert, das den gesamten vermuteten Pupillenrand in gleichmäßiger Weise abdeckt. Dadurch, daß zunächst eine horizontale Sehne und dann darauf die Mittel senkrechte bestimmt werden, wird das Koordinatensystem der Matrix in optimaler Weise auf die vertikale Mittelachse der vermuteten Pupille gelegt. Es entsteht dadurch eine hohe Sicherheit dafür, daß die dem Pupillenrand entsprechenden Meßpunkte in Form von Helligkeitssprüngen mit hoher Sicherheit und Zuverlässigkeit erkannt werden.

Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise selbst bei stark ver fälschten Bildern hochgenaue Messungen der Pupille möglich sind, aus denen dann die interessierenden Meßwerte, nämlich insbesondere der Durchmesser und die Position der Pupille, mit entsprechender Genauigkeit abgeleitet werden können.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver fahrens ist das vorgegebene Maß das Maximum aus einer vorbestimmten Konstante und der Standardabweichung der Abstände vom Radius.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß aus einer möglichst großen Anzahl verbleibender Meßpunkte immer noch ein sehr genaues Meß ergebnis erzielt werden kann, wobei die Konstante von Fall zu Fall eingestellt werden kann.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird nach Schritt 1.1.1 für die weitere Auswertung des Bildes der Purkin je'sche Reflex ausgeblendet.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das sehr helle Bild des Reflexes für die weiteren Messungen nicht störend wirken kann.

Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung dieses Ausführungs beispiels bleibt in Schritt 1.2 mindestens der obere Meßpunkt gemäß Schritt 1.1.7 unberücksichtigt.

Dies gilt insbesondere dann, wenn in Schritt m) zusätzlich alle oberhalb des oberen Meßpunktes liegenden Meßpunkte unberück sichtigt bleiben. Darüber hinaus ist es vorteilhaft möglich, in Schritt m) zusätzlich eine vorbestimmte Anzahl unterhalb des Meßpunktes liegender weiterer Meßpunkte unberücksichtigt zu lassen.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß derjenige Meßpunkt bzw. diejenigen Meßpunkte unberücksichtigt bleiben, bei denen das Risiko einer Verfälschung durch Lidschlag besonders hoch ist, weil das Lid das Auge von oben her überdeckt. Bereits durch die Unterdrückung mindestens dieses einen Meßpunktes kann daher die Zuverlässigkeit der Messung erheblich erhöht werden.

Eine besonders gute Wirkung wird erzielt, wenn der fünfte Helligkeitssprung als vorbestimmter Wert aus dem ersten bis vierten Helligkeitssprung abgeleitet wird, insbesondere dadurch, daß der fünfte Helligkeitssprung als ein Mittelwert des ersten bis vierten Helligkeitssprunges vorbestimmt wird.

Diese Maßnahmen haben den Vorteil, daß die Zuverlässigkeit der Erkennung des Pupillenrandes weiter erhöht wird, weil in erster Näherung angenommen werden kann, daß der Helligkeitssprung am Pupillenrand über den gesamten Umfang der erkennbaren Pupille im wesentlichen gleich sein dürfte. Als "Mittelwert" kann ein zweckmäßiger Mittelwert, z. B. der Median, gewählt werden.

Schließlich ist noch eine Variante der Erfindung bevorzugt, bei der in Schritt k) und l) vor dem Markieren eines Meßpunktes nach dem Auftreten eines Helligkeitssprunges die Helligkeit auf der jeweiligen weiteren Gerade noch entlang eines vorbe stimmten weiteren Streckenabschnittes gemessen und der Meßpunkt erst dann markiert wird, wenn die Helligkeit über den weiteren Streckenabschnitt im wesentlichen konstant bleibt.

Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß Fehlmessungen vermieden werden, die sich aus punktuellen Helligkeitssprüngen innerhalb der Pupille ergeben können.

Geht man beispielsweise davon aus, daß bei dem eingangs geschil derten Experiment das Bild der Pupille heller erscheint als deren Umfeld, so ist unter Helligkeitssprung zu verstehen, daß die Helligkeit am Pupillenrand von hell nach dunkel schlagartig abnimmt.

Wenn nun bereits innerhalb der Pupille dunkle Bereiche vorhanden sind, kann beim Messen der Helligkeit entlang einer der genannten Geraden bereits ein derartiger Helligkeitssprung erkannt werden, der jedoch sogleich wieder durch einen in entgegengesetzte Richtung laufenden Helligkeitssprung kompensiert wird. Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen wird demgegenüber erreicht, daß nach Auftreten des Helligkeitssprunges noch über eine gewisse Strecke überprüft wird, ob die Helligkeit tatsächlich auf dem gesprungenen, im erläuterten Beispiel also dunkleren Niveau verbleibt. Dies ergibt eine hohe Sicherheit dafür, daß tat sächlich der Helligkeitssprung am Pupillenrand erkannt wurde.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beige fügten Zeichnung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine äußerst schematisierte Ansicht einer Meßanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 und 3 zwei Bilder, wie sie mit der Anordnung gemäß Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Meßsituationen aufgenommen werden können;

Fig. 4 bis 9 Detaildarstellungen aus Bildern gemäß den Fig. 2 oder 3 zur Erläuterung von Schritten des erfindungs gemäßen Verfahrens;

Fig. 10 bis 12 drei weitere Darstellungen, ähnlich den Fig. 4 bis 9, zur Erläuterung weiterer Schritte des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

In Fig. 1 bezeichnet 10 insgesamt eine Meßvorrichtung, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.

Die Meßvorrichtung 10 arbeitet unter Bezug auf eine optische Achse 11. In der optischen Achse 11 befindet sich ein Auge 12 eines Probanden. Im Auge 12 sind schematisch eine Linse 13, eine Iris 14 sowie ein oberes Lid 15 angedeutet.

Ebenfalls auf der optischen Achse 11 befindet sich eine Infrarot- Videokamera 20 mit einem Objektiv 21. Neben dem Objektiv 21 ist eine Infrarot-Lichtquelle 22 angeordnet, die das Auge 12 beleuchtet, wie äußerst schematisch mit einem Lichtstrahl 23 angedeutet. Die Kamera 20 weist einen Video-Ausgang 24 auf.

Der Video-Ausgang 24 ist an eine insgesamt mit 30 bezeichnete Auswerteinheit angeschlossen. Die Auswerteinheit 30 umfaßt eine Bildwandlerkarte 31, die mit einem PC 32 sowie einem Video- Monitor 33 in Verbindung steht. Der PC 32 wiederum steuert einen Daten-Monitor 34 an. Die Auswerteinheit 30 ist über eine Tastatur 35 steuerbar.

Wenn eine Untersuchung an einem Auge 12 durchgeführt wird, nimmt die Kamera 20 ein Abbild des Auges 12 auf, das mit infrarotem, d. h. für den Probanden unsichtbarem Licht beleuchtet wird.

Die Kamera 20 umfaßt dabei Video-Bilder, wie sie schematisch in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind.

Man erkennt in Fig. 2 eine Pupille 41a, deren Durchmesser D₁ beträgt. Bei dem vorstehend erläuterten Meßaufbau erscheint die Pupille 41a hell.

In Fig. 3 ist demgegenüber eine Situation dargestellt, in der ein oberer Bereich der Pupille 41b durch das teilweise herab gefallene obere Lid 15 abgedeckt ist. Der scheinbare Durchmesser beträgt innerhalb des erkennbaren Abbildes der Pupille 41b in diesem Falle nur noch D₂.

Während also ein ideales Video-Bild 40a gemäß Fig. 2 zuverlässige Messungen ergibt, treten bei einem realen Video-Bild 40b gemäß Fig. 3 Meßfehler auf, beispielsweise dann, wenn der Proband blinzelt oder das Lid 15 wegen starker Ermüdung des Probanden sinkt.

Um unter anderem derartige Meßfehler auszuschließen, wird ein Verfahren eingesetzt, das nachstehend anhand der Fig. 4 bis 12 im einzelnen beschrieben werden wird:

In Fig. 4 ist in nochmals vergrößertem Ausschnitt das Video-Bild 40 dargestellt. Man erkennt die Pupille 41, die im Idealfall durch eine Kreislinie 42 begrenzt wird.

In der Pupille 41 erscheint der sogenannte Purkinje'sche Reflex 45, d. h. die Spiegelung der Infrarot-Leuchte 22 auf der vorder sten gekrümmten, reflektierenden Schicht (Hornhaut) des Auges 12. Im Idealfalle befindet sich der Purkinje'sche Reflex 45 im Zentrum der Pupille 41, bei einer Änderung der Blickrichtung oder dergleichen kann der Reflex 45 jedoch - wie in Fig. 4 darge stellt - außerhalb des Zentrums der Pupille 41 liegen.

Unabhängig von der genauen Lage des Reflexes 45 wird dieser als erste Bezugsmarke verwendet, wie in Fig. 5 dargestellt. Es wird nun nämlich durch den Reflex 45 eine erste horizontale Gerade 46 gelegt, die in Fig. 5 strichpunktiert eingezeichnet ist.

Nachdem die horizontale Gerade 46 festgelegt wurde, wird für das weitere Verfahren der Reflex 45 ausgeblendet, wie gestrichelt und mit 45' in Fig. 5 angedeutet. Diese Maßnahme hat den Zweck, störende Effekte durch den sehr hell erscheinenden Reflex 45 im Verlaufe des weiteren Verfahrens auszuschließen.

Als nächstes wird nun entlang der horizontalen Geraden 46 die Helligkeit in benachbarten Punkten auf der Geraden 46 gemessen. Der Abstand der Punkte zueinander hängt dabei von der Auflösung des verwendeten Video-Systems ab.

Sobald bei dieser Messung der Helligkeit erkannt wird, daß ein Helligkeitssprung eintritt, wird dies in erster Näherung als Pupillenrand erkannt. Die zugehörigen Meßpunkte werden markiert, wie in Fig. 6 mit 48 und 49 angedeutet. Zwischen den Meßpunkten 48 und 49 befindet sich nun eine Strecke 47, die geometrisch ausgedrückt eine Sehne der Kreislinie 42 ist.

In einem nächsten Schritt wird nun auf der Strecke 47 eine Mittelsenkrechte 50 errichtet und die Helligkeit entlang von Meßpunkten auf der Mittelsenkrechten 50 gemessen. Bei Auftreten eines Helligkeitssprunges am Pupillenrand, d. h. auf der Kreis linie 42, werden wiederum Meßpunkte markiert, und zwar ein oberer Meßpunkt 51 sowie ein unterer Meßpunkt 52.

Sobald nun diese vier Meßpunkte 48, 49, 51 und 52 bestimmt und markiert sind, wird gemessen, wie groß der Betrag des Hellig keitssprunges, d. h. der Betrag der dort jeweils vorhandenen Schwelle ist. Dies ist in Fig. 7 jeweils mit einer Treppen funktion an den Meßpunkten 48, 49, 51 und 52 angedeutet und mit dem Bezugszeichen 54 bezeichnet.

Aus diesen vier Schwellwerten wird nun, beispielsweise durch Mittelwertsbildung, ein Referenz-Schwellwert gebildet, der für die nachfolgenden Messungen verwendet wird.

Hierzu wird, wie in Fig. 8 gezeigt, auf der Mittelsenkrechten 50 ein Raster von horizontalen Geraden 60, 61, 62 ... einge tragen, die unter einem rechten Winkel zur Mittelsenkrechten 50 und damit parallel zur horizontalen Geraden 46 verlaufen. Es versteht sich, daß die Begriffe "horizontal" oder "vertikal" dabei jeweils nur näherungsweise und unter Bezug auf das normalerweise in horizontaler Richtung blickende Auge zu verstehen sind.

Die Abstände der Geraden 60, 61, 62 sind vorzugsweise gleich groß, wie mit einem Abstand 63 in Fig. 8 eingetragen.

Als nächstes wird nun wiederum die Helligkeit in Meßpunkten entlang der horizontalen Geraden 60, 61, 62 ... gemessen, bis der zuvor ermittelte Referenz-Schwellwert (vgl. Erläuterung zu Fig. 7) erreicht wird. Dann werden wiederum Meßpunkte markiert, wie in Fig. 9 mit 70, 71, 72, 73 angedeutet, wobei die Meßpunkte jeweils Enden von Strecken 65, 66, 67 ... mar kieren.

Um sicherzustellen, daß bei der Helligkeitsmessung entlang der Geraden 60, 61, 62 ... keine Fehler infolge von lokalen Dunkel stellen in der Pupille 41 auftreten, kann noch folgender Sicherungsschritt vorgesehen werden:

Wenn entlang einer der Geraden 60 die Helligkeit in neben einanderliegenden Punkten gemessen wird, so wird bei Überschrei ten des Referenz-Schwellwertes zunächst noch kein Meßpunkt markiert. Die Messung wird vielmehr um eine vorbestimmte Strecke fortgesetzt, um festzustellen, ob der Helligkeitswert tatsächlich auf dem sprunghaft veränderten Helligkeitswert verharrt. Wenn dies für den vorbestimmten Streckenabschnitt der Fall ist, wird der betreffende Meßpunkt als echter Meßpunkt markiert und zur weiteren Verarbeitung verwendet. Wenn sich hingegen der Hellig keitswert nach Überschreiten des Referenz-Schwellwertes sogleich wieder erheblich verändert, so ist dies ein deutlicher Hinweis darauf, daß eine Fehlmessung infolge eines nur punktuellen Helligkeitsunterschiedes vorliegt. Es wird dann kein Meßpunkt markiert sondern die Messung vielmehr entlang der horizontalen Geraden fortgesetzt. Ergibt sich dabei, daß überhaupt kein Meßpunkt auffindbar ist, wird auch kein derartiger Meßpunkt markiert.

Wenn demzufolge alle erfaßbaren Meßpunkte 70 bis 73 ... markiert und erfaßt wurden, läßt sich auf einfache Weise die Kreislinie 42 rekonstruieren.

Zur Vermeidung von Meßfehlern, wie sie insbesondere bei einer zumindest teilweisen Abdeckung der Pupille durch das herab gefallene obere Lid auftreten können, wird vorgegangen, wie in den Fig. 10 bis 12 dargestellt und nachstehend erläutert:

Fig. 10 zeigt in nochmals vereinfachter Darstellung eine gestrichelt eingezeichnete Kreislinie 80, die den wahren Pupillenrand nach Lage und Größe angibt. Die Kreislinie 80 hat einen Mittelpunkt M. In der von der Kreislinie 80 umschlossenen Pupille 81 wird zunächst in der anhand der Fig. 5 bis 7 beschriebenen Weise eine horizontale Strecke 82 sowie deren Mittelsenkrechte 83 eingezeichnet. Von den dazu parallelen Strecken ist mit 84 der Einfachheit halber nur eine zusätzlich eingezeichnet. Die Meßpunkte an den Enden der Strecke 82 sind mit 85 und 86, die an den Enden der Mittelsenkrechten 83 mit 87 und 88 bezeichnet. Von der horizontalen weiteren Strecke 84 ist nur am linken Ende ein Meßpunkt 89 erfaßt worden, weil der zugehörige rechte Meßpunkt bereits vom Lid 92 abgedeckt ist, wie mit einer strichpunktierten Linie 90 angedeutet.

Da das Lid 92 die Pupille 81 teilweise von oben abdeckt, liegt der obere Meßpunkt 88 der Mittelsenkrechten 83 auch nicht an seiner wahren Stelle sondern vielmehr am Schnittpunkt der Mittelsenkrechten 83 mit dem unteren Rand des Lides 92.

Als Ergebnis der Messung gemäß Fig. 10 ergeben sich damit insgesamt fünf Meßpunkte 85 bis 89.

Wie in Fig. 11 dargestellt, bilden diese fünf Meßpunkte 85 bis 89 ein Fünfeck. Zu diesem Fünfeck läßt sich mit bekannten Mitteln der Geometrie eine Kreislinie 94 ermitteln, die die bestmögliche Annäherung eines Umkreises um das Fünfeck darstellt. Diese in Fig. 11 durchgezogen dargestellte Kreislinie 94 ist jedoch keineswegs mit dem echten Pupillenrand, nämlich der gestrichelt eingezeichneten Kreislinie 80, identisch. Vielmehr ist der Mittelpunkt M' der Kreislinie 94 gegenüber dem Mittelpunkt M der Kreislinie 80 deutlich nach links und unten verschoben. Auch der Radius R der Kreislinie 94 ist deutlich kleiner als der Radius der Kreislinie 80 bzw. der Pupille 81.

Es werden nun die Abstände der Meßpunkte 85 bis 89 vom Mittel punkt M' der Kreislinie 94 bestimmt. Diese Abstände sind in Fig. 11 mit R₈₅, R₈₆, R₈₇, R₈₈ und R₈₉ bezeichnet.

Danach werden die Differenzen zwischen diesen Abständen R₈₅ bis R₈₉ und dem Radius R der Kreislinie 94 bestimmt. Sofern die Differenz größer ist als ein vorgegebener Wert, beispielsweise dem Maximum aus einer Konstanten und der Standard abweichung, werden die entsprechenden Meßpunkte von der weiteren Meßwertverarbeitung ausgeschlossen.

Im dargestellten Beispielsfall treffe dies beispielsweise für die Meßpunkte 85 und 88 zu, die ersichtlich deutlich weiter von der Kreislinie 94 entfernt sind als die übrigen Meßpunkte 86, 87 und 89.

Mit den verbliebenen Meßpunkten 86, 87 und 89 wird nun erneut ein Kreis als bestmögliche Annäherung eines gemeinsamen, kreisförmigen geometrischen Ortes gebildet, wie in Fig. 12 dargestellt. Man erkennt, daß der sich ergebende Kreis die Kreislinie 80 ist oder zumindest nahezu genau mit dieser zusammenfällt.

Das Besondere bei dem anhand der Fig. 10 bis 12 beschriebenen Vorgehen besteht somit darin, zunächst für alle (teilweise möglicherweise fehlerhaften) Meßpunkte 85 bis 89 einen soge nannten ersten Kreisfit durchzuführen, der zu einer ersten Kreislinie 94 führt, von der indes bekannt ist, daß sie noch nicht mit dem endgültigen Meßergebnis übereinstimmt. Durch anschließende Nichtberücksichtigung der am meisten von dieser ersten Kreislinie abweichenden Meßpunkte ergibt sich dann ein zweiter Kreisfit mit deutlich verbesserter Präzision, d. h. Übereinstimmung mit dem wahren Pupillenrand. Es versteht sich, daß dieser Kreisfit auch noch ein drittes Mal durchgeführt werden könnte, um die Zuverlässigkeit der Messung noch weiter zu steigern.

Da die beschriebenen Meßfehler im wesentlichen dadurch verursacht werden, daß infolge von Blinzelerscheinungen oder Übermüdung das obere Lid 14 die Pupille teilweise abdeckt (vgl. Fig. 3), können die "am meisten gefährdeten" Meßpunkte auch von vornherein gezielt außer Betracht gelassen werden. Dies betrifft insbe sondere den oberen Meßpunkt 51 am Ende der Mittelsenkrechten 50 (vgl. Fig. 8). Dieser Meßpunkt 51 wäre der erste Meßpunkt, der durch ein herabfallendes Lid 15 verfälscht würde. Man kann daher in bevorzugter Weiterbildung des vorstehend beschriebenen Verfahrens diesen oberen Meßpunkt 51 sowie alle darüber liegenden Meßpunkte 89' von vornherein außer Betracht lassen, möglicher weise auch die angrenzenden nächstunteren Meßpunkte 89" auf den obersten horizontalen Geraden.

Claims

1. Verfahren zum Vermessen einer Pupille, bei dem die Pupil le (41; 81) mit einer Lichtquelle beleuchtet und ein Bild (40) der Pupille (41; 81) erzeugt wird, wobei aus dem Bild (40) die Größe und/oder Lage der Pupille (41; 81) mittels geometrischer Bestimmung einer dem Rand der Pu pille (41; 81) entsprechenden Kreislinie (42; 80) be stimmt wird, gekennzeichnet durch die Schritte:

1. 1.1) Erfassen einer Mehrzahl von Meßpunkten (85-89) auf dem Pupillenrand:
- 1. 1.1.1) Bestimmen des ersten Purkinje'schen Reflexes (45) im Bild;
- 2. 1.1.2) Legen einer im wesentlichen horizontalen Geraden (46) durch den Reflex (45);
- 3. 1.1.3) Messen der Helligkeit entlang der Geraden (46);
- 4. 1.1.4) Markieren zweier Meßpunkte (48, 49) auf der Geraden (46) zu beiden Seiten des Reflexes (45) bei Auftreten eines ersten bzw. zweiten Hellig keitssprunges (54) am Rand des Bildes der Pupil le (41);
- 5. 1.1.5) Errichten einer Mittelsenkrechten (50) zu der Geraden (46) zwischen den Meßpunkten (48, 49);
- 6. 1.1.6) Messen der Helligkeit entlang der Mittelsenk rechten (50);
- 7. 1.1.7) Markieren eines oberen und eines unteren Meß punktes (51, 52) auf der Mittelsenkrechten (50) zu beiden Seiten des Schnittpunktes mit der Geraden (46) bei Auftreten eines dritten bzw. vierten Helligkeitssprunges (54) am Rand des Bildes der Pupille (41);
- 8. 1.1.8) Unterteilen der Mittelsenkrechten (50) zwischen dem oberen und dem unteren Meßpunkt (51, 52) in eine vorbestimmte Anzahl von Streckenabschnit ten;
- 9. 1.1.9) Legen von weiteren im wesentlichen horizontalen Geraden (60-62) durch die Endpunkte der Streckenabschnitte;
- 10. 1.1.10) Messen der Helligkeit entlang der weiteren Gera den (60-62);
- 11. 1.1.11) Markieren von rechten und linken Meßpunkten (70- 73) auf den weiteren Geraden (60-62) bei Auf treten eines fünften Helligkeitssprunges am Rand des Bildes der Pupille (41); und
2. 1.2) Bestimmen einer ersten Kreislinie (94) anhand der in den Schritten 1.1.4, 1.1.7 und 1.1.11 markierten Meßpunkte als bestmögliche Annäherung eines gemeinsamen geometrischen Ortes der Meß punkte (85-89);
3. 1.3) Bestimmen des Mittelpunktes (M') der ersten Kreislinie (94);
4. 1.4) Bestimmen des Abstandes (R₈₅-R₈₉) der Meßpunkte (85-89) vom Mittelpunkt (M');
5. 1.5) Bestimmen und Aussondern derjenigen Meßpunkte (85, 88), deren Abstand (R₈₅, R₈₈) vom Mittelpunkt (M') um mehr als ein vorgegebenes Maß vom Radius (R) der ersten Kreislinie (94) abweicht; und
6. 1.6) Bestimmen einer zweiten Kreislinie (80) als bestmögliche Annäherung eines gemeinsamen geo metrischen Ortes der verbleibenden Meßpunkte (86, 87, 89).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgegebene Maß das Maximum aus einer vorbestimmten Konstanten und der Standardabweichung der Abstände (R₈₅- R₈₉) vom Radius (R) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Schritt 1.1.1 für die weitere Auswertung des Bildes der Purkinje'sche Reflex (45) ausgeblendet (45') wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt 1.2) mindestens der obere Meßpunkt (51) gemäß Schritt 1.1.7 unberücksichtigt bleibt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt 1.2) zusätzlich alle oberhalb des oberen Meß punktes (51) liegenden Meßpunkte (89') unberücksichtigt bleiben.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt 1.2) zusätzlich eine vorbestimmte Anzahl unterhalb des Meßpunktes (51) liegender weiterer Meß punkte (89") unberücksichtigt bleiben.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Helligkeitssprung als vorbestimmter Wert aus dem ersten bis vierten Hellig keitssprung (54) abgeleitet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der fünfte Helligkeitssprung als ein Mittelwert des ersten bis vierten Helligkeitssprunges (54) vorbestimmt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt 1.1.10 und 1.1.11 vor dem Markieren eines Meßpunktes (70-73) nach dem Auf treten eines Helligkeitssprunges die Helligkeit auf der jeweiligen weiteren Geraden (60-62) noch entlang eines vorbestimmten weiteren Streckenabschnittes gemessen und der Meßpunkt (70-73) erst dann markiert wird, wenn die Helligkeit über den weiteren Streckenabschnitt im wesent lichen konstant bleibt.