DE4417768A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Projizieren von Bildinformationen bei Personen mit durch eine Abweichung der Stellung ihrer Sehachse verursachten Störungen des Sehens - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Projizieren von Bildinformationen bei Personen mit durch eine Abweichung der Stellung ihrer Sehachse verursachten Störungen des SehensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Projizieren von Bildinformation vor mindestens ein Auge
einer Person mit einem durch eine Abweichung der
Winkelstellungen der Sehachse eines seiner Augen gegenüber
der Sehachse des jeweils anderen Auges verursachten Störung
des Sehens.
Störungen der Beweglichkeit eines Auges oder eine allgemein
als Schielen bezeichnete dauerhafte unterschiedliche
Stellung der Sehachsen der Augen eines Augenpaares haben
aufgrund der dann von den beiden Augen wahrgenommenen
unterschiedlichen Bildausschnitte zunächst ein
Doppelbildsehen zur Folge. Die Überlagerung der beiden
unterschiedlichen Bilder im Gehirn führt zu einer
erheblichen Verwirrung des betroffenen Menschen. Es kommt
daher im Gehirn des betroffenen Menschen zu einem
Wettstreit der Sehempfindungen, der schließlich in vielen
Fällen darin endet, daß das Bild, dem die
Hauptaufmerksamkeit zugewendet wird, auf Dauer dominiert,
während das andere Bild unterdrückt wird. Dabei handelt es
sich bei dem dominierenden Bild in der Regel um den
Bildausschnitt, der von dem Auge mit normaler
Sehachsenstellung wahrgenommenen wird.
Die Unterdrückung des von dem schielenden Auges erfaßten
Bildes bedingt in den meisten Fällen eine
Schwachsichtigkeit. Diese als Amblyopie bezeichnete
Schwachsichtigkeit äußert sich vor allem bei dauerhaft
schielenden Menschen zum einen in dem Unvermögen,
stereoskopisch zusehen, zum anderen in einer
Beeinträchtigung der Fähigkeit, innerhalb des
wahrgenommenen Bildes unterschiedliche Gegenstände,
beispielsweise Buchstaben, von einander zu trennen.
Insbesondere bei Kindern wird versucht, die durch Schielen
verursachte Schwachsichtigkeit eines der Augen dadurch zu
verbessern, daß das Auge mit dem jeweils stärkeren
Sehvermögen abgedeckt wird. Diese Behandlungsweise hat
jedoch den Nachteil, daß es in vielen Fällen dazu kommt,
daß das abgedeckte Auge innerhalb kurzer Zeit hochgradig
amblyop wird. So kann es dazu kommen, daß die entsprechend
behandelte Person nach dem Entfernen der Abdeckung auf dem
zuvor abgedeckten Auge nahezu blind zu sein scheint. Diese
Erscheinung kann durch eine Abdeckung des jeweils anderen
Auges oftmals behoben werden. In solchen Fällen aber, in
denen eine derartige Behandlung nicht erfolgt, kann es zu
einer bleibenden Schwachsichtigkeit des an sich gesunden
Auges kommen. Das Schielen und die daraus oder aus der
Therapie resultierende Schwachsichtigkeit bringt eine
Beeinträchtigung des Orientierungsvermögens mit sich, die
u. a. durch eine Beeinträchtigung des Gesichtsfeldes
verursacht wird.
Es sind beispielsweise aus Josef Lang: Strabismus, Verlag
Hans Huber, Stuttgart, 1986, Vorrichtungen bekannt, mit
denen es möglich ist, den Schielwinkel, d. h., die
Abweichung der Stellung der Sehachsen beider Augen,
festzustellen. Zu diesem Zweck werden u. a. Prismen
eingesetzt, mit denen es durch unterschiedliches Abdecken
der Augen und Beobachten der Augenreaktion möglich ist, die
Winkelabweichung zu bestimmen. Dieses Verfahren ist jedoch
der Gefahr fehlerhafter Diagnoseergebnisse durch falsche
Handhabung ausgesetzt.
Darüber hinaus ist eine a.a.O. beschriebene, als
Synoptophor bezeichnete Vorrichtung bekannt, die mit zwei
auf einer Winkelskala verschwenkbaren Röhren ausgestattet
ist, deren eines Ende vor den Augen der zu untersuchenden
Person plaziert wird, während das andere Ende auf zwei
unterschiedliche Objekte gerichtet werden. Durch
Verschwenken mindestens einer der Röhren aus einer dem
normalen Sehvermögen entsprechenden Ausgangsstellung werden
die Objekte so vor den Augen des Untersuchten abgebildet,
daß dieser schließlich den Eindruck eines sich
überdeckenden, ggf. stereoskopischen Bildes erhält. Der
Schwenkwinkel der Röhre bezogen auf die Ausgangsstellung
gibt Aufschluß über den bei dem Untersuchten bestehenden
Schielwinkel.
Neben diesem Verfahren ist eine Methode zur Ermittlung des
Schielwinkels bekannt, mit der unter Nutzung einer als
"Video-Eye-Tracker" benannten Einrichtung zur Beobachtung
und Überwachung der Augenbewegung kleinste Schielwinkel
erfaßt werden können. Dabei umfaßt das Video-Eye-Tracking-
System eine Infrarot-Kamera, deren Bild beispielsweise
mittels eines Computers auswertbar ist.
Den bekannten Vorrichtungen zur Ermittlung des
Schielwinkels gemeinsam ist, daß sie jeweils nur zur
einmaligen Untersuchung unter Bedingungen geeignet sind,
wie sie nur in einer Arztpraxis herrschen.
Es ist daher versucht worden, schielende Menschen mit Hilfe
von Prismenbrillen, bei denen das dem schielenden Auge
zugeordnete Prisma unter Berücksichtigung des Schielwinkels
bei geradeaus gerichtetem Blick eingestellt ist, ein
stereoskopisches Sehen zu ermöglichen. Diese Brillen sind
jedoch nur bei einem geradeaus gerichteten Blick wirksam.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zu schaffen, welche einer von ggf. durch
Schielen verursachter Schwachsichtigkeit betroffenen Person
über einen längeren Zeitraum ohne Einschränkung seines
Sehfeldes ein stereoskopisches Sehen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, daß
eines der Augen als führendes Auge ausgewählt wird, daß
anschließend die Bewegung mindestens dieses Auges erfaßt
und aus der erfaßten Bewegung die Stellung der Sehachse
des jeweiligen Auges ermittelt wird und daß eine
Bildinformation vor das jeweils andere Auge unter
Berücksichtigung einer Winkelabweichung projiziert wird,
wobei die projizierte Bildinformation derjenigen
Bildinformation entspricht, die das nicht führende Auge bei
einer der Winkelstellung des führenden Auges entsprechenden
Stellung seiner Sehachse wahrnehmen würde.
Gemäß der Erfindung wird in einem ersten Schritt eines der
Augen als das führende Auge bestimmt. Dabei wird es sich in
der Regel um das Auge mit der stärkeren Sehkraft handeln.
Es ist jedoch auch denkbar, das schwächere Auge als
führendes Auge zu wählen. Anschließend wird kontinuierlich
die Bewegung des führenden Auges und damit die Stellung
seiner Sehachse überwacht. Gleichzeitig wird dem jeweils
anderen Auge ein Bild präsentiert, daß dieses wahrnehmen
würde, wenn es in die gleiche Blickrichtung wie das
führende Auge schauen würde. Dabei erfolgt diese
Präsentation unter Berücksichtigung der tatsächlichen
Winkelstellung des nicht führenden Auges, so daß auch auf
der Netzhaut des nicht führenden Auges ein unverzerrtes
Bild abgebildet wird. Die verzerrungsfreie Abbildung
wiederum ermöglicht es dem Betroffenen ohne Rücksicht auf
die tatsächlich bestehende Winkelabweichung zwischen den
Sehachsen seiner Augen stereoskopisch zu sehen. Dabei
ermöglicht die kontinuierliche Überwachung des führenden
Auges der betroffenen Person das stereoskopische Sehen über
eine längere Zeit und unter Berücksichtigung der normalen
Augenbewegungen, die jeder Mensch bewußt oder unbewußt
ausführt. Das stereoskopische Sehen über eine längere Zeit
bewirkt schließlich eine Stärkung der Wahrnehmungsfähigkeit
im ganzen über das zuvor schwächere Auge.
Im einfachsten Fall kann die beim Projizieren der
Bildinformation auf das nicht führende Auge berücksichtigte
Winkelabweichung konstant sein und der Winkeldifferenz
zwischen den Sehachsenstellungen der Augen entsprechen. In
vielen Fällen, insbesondere dann, wenn eine dauerhafte
Verbesserung des Schielens erreicht werden soll, ist es
jedoch sinnvoll, die Winkelabweichung, unter der die
Bildinformation vor das jeweils nicht führende Auge
projiziert wird, frei einstellbar zu gestalten. Auf diese
Weise ist es möglich, beispielsweise im Rahmen einer
Sehschule durch Vorgabe entsprechender Winkelabweichungen,
das schielende Auge so zu trainieren, daß seine eigene
Blickrichtung schließlich der des normal sehenden Auges
entspricht. Da die Winkelabweichung zwischen dem stärkeren
und dem schwächeren Auge zudem oftmals nicht konstant,
sondern je nach Blickwinkel des normal sehenden Auges
unterschiedlich ist, sollte die Bewegung beider Augen
erfaßt und die Bildinformation zusätzlich unter
Berücksichtigung der durch Bewegungsabweichungen
verursachten Winkelabweichungen der Sehachsenstellung
beider Augen projiziert werden.
Vorrichtungsmäßig wird die vorstehend genannte Aufgabe
durch eine Vorrichtung gelöst, die Mittel zum Erfassen der
Bewegung mindestens eines ersten der Augen, Mittel zum
Projizieren einer Bildinformation vor das jeweils andere,
zweite Auge unter Berücksichtigung einer Winkelabweichung,
wobei die vor das zweite Auge projizierte Bildinformation
derjenigen Bildinformation entspricht, die das zweite Auge
bei einer mit der Winkelstellung des ersten Auges
übereinstimmenden Stellung seiner Sehachse wahrnehmen
würde.
Die Bildinformation kann beispielsweise durch ein oder zwei
Kameras aufgenommen werden und über entsprechende
Bilderzeugungsvorrichtungen und Projektionsvorrichtungen auf
vor den Augen der die Vorrichtung benutzenden Person
angeordnete Bildschirme projiziert werden. Genauso ist es
jedoch auch denkbar, die Bildinformation über Spiegel- oder
Prismensysteme zu projizieren, die in der Lage sind, die
Bildinformation unter Berücksichtigung der Bewegung des
führenden Auges zumindest auf das jeweils nicht führende
Auge zu projizieren. Dabei ist das sich bei einer
Annäherung eines Objektes einstellende natürliche
Einwärtsschielen zu berücksichtigen, wozu beispielsweise
geeignete Entfernungsmesser eingesetzt werden können.
Darüber hinaus sollten jedem Auge Einrichtungen zugeordnet
werden, die zusätzliche Sehfehler, wie Weit- oder
Kurzsichtigkeit, korrigieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, insbesondere solche, die ihre Eignung zur
Durchführung des vorstehend genannten Verfahrens
begünstigt, können den Unteransprüchen entnommen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer ein
Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnung erläutert. Die
einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Vorrichtung weist zwei in einem nicht gezeigten, auf
den Kopf einer schielenden Person aufgesetzten Helm
Infrarot-CCD-Kameras 1, 2 auf, die die Bewegung der Augen
A1, A2 der Person erfassen. Die Infrarot-CCD-Kameras 1, 2
sind mit einer Auswerteinrichtung 3 verbunden, die eine der
Winkelstellung der jeweiligen Sehachse der Augen A1, A2
entsprechende Information an eine Bilderzeugungseinrichtung
4 liefert.
An die Bilderzeugungseinrichtung 4 sind zudem zwei Kameras
5, 6 angeschlossen, die ebenfalls auf dem nicht gezeigten
Helm montiert sind. Die Kameras 5, 6 sind mit
Entfernungsmessern ausgestattet, welche eine Annäherung
oder Entfernung des Menschen an ein oder von einem Objekt
erfassen. Alternativ kann an die Bilderzeugungseinrichtung
4 auch ein Videorecorder oder eine vergleichbare Bildquelle
angeschlossen sein. Mittels Verstelleinrichtungen 7, 8
können die Kameras 5, 6 einer jeden Änderung des
Blickwinkels des jeweils führenden Auges A1 oder A2
entsprechend verschwenkt werden.
Die Bilderzeugungseinrichtung 4 liefert Bilder an
Projektionsvorrichtungen 9, 10, an die über Lichtleiterkabel
jeweils ein Schirm 11, 12 angeschlossen ist. Innerhalb der
Bilderzeugungseinrichtung 4 ist die Winkelabweichung, unter
der die Darstellung der Bildinformation auf den Schirmen
11, 12 erfolgt, durch Vorgabeparameter V veränderbar. Die
Schirme 11, 12 sind vor den Augen A1, A2 in dem nicht
gezeigten Helm angeordnet. Gleichzeitig sind jedem Auge
A1, A2 nicht gezeigte optische Einrichtungen zugeordnet,
über die durch Brechungsfehler verursachte Sehfehler, wie
Weit- oder Kurzsichtigkeit, korrigiert werden können.
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:
Nachdem beispielsweise dasjenige der Augen A1, welches die stärkere Sehkraft bei normaler Ausrichtung seiner Sehachse aufweist, als führendes Auge ausgewählt worden ist, wird die diesem Auge A1 zugeordnete Kamera 5 und die dem schwächeren, schielenden Auge A2 zugeordnete Kamera 6 entsprechend justiert. Anschließend erfassen die Infrarot- CCD-Kameras 1, 2 kontinuierlich die Bewegung beider Augen A1, A2.
Nachdem beispielsweise dasjenige der Augen A1, welches die stärkere Sehkraft bei normaler Ausrichtung seiner Sehachse aufweist, als führendes Auge ausgewählt worden ist, wird die diesem Auge A1 zugeordnete Kamera 5 und die dem schwächeren, schielenden Auge A2 zugeordnete Kamera 6 entsprechend justiert. Anschließend erfassen die Infrarot- CCD-Kameras 1, 2 kontinuierlich die Bewegung beider Augen A1, A2.
Die Auswerteinrichtung 3 bestimmt aus den Bildern der
Kameras 1, 2 die tatsächliche Stellung der Sehachse beider
Augen A1, A2 und liefert entsprechende Informationen an die
Bilderzeugungseinrichtung 4. Durch die
Verstelleinrichtungen 7, 8 werden die Kameras 5, 6 ständig
der Bewegung des führenden Auges A1 in einer derart
korrespondierenden Weise nachgeführt, wie es bei Augen
eines Menschen mit normaler Sehfähigkeit und
Sehachsenstellung der Fall wäre.
Unter Berücksichtigung der von der Auswerteinrichtung 3
gelieferten Informationen, der Vorgabeparameter V und der
mit einer Vergrößerung oder Verringerung des Abstandes von
einem Objekt einhergehenden natürlichen Konvergenz der
Augen erzeugt die Bilderzeugungseinrichtung 4 aus dem Bild
der Kamera 6, die dem nicht führenden Auge A2 zugeordnet
ist, ein dem Sehfehler des Betrachters angepaßtes Bild.
Dieses Bild wird über die Projektionsvorrichtungen 9 oder
10 auf den vor dem Auge A2 angeordneten Schirm 12
projiziert. Zeitrichtig wird auf den dem führenden Auge A1
zugeordneten Schirm 11 das korrespondierende Bild der
diesem Auge A1 zugeordneten Kamera projiziert.
Claims (17)
1. Verfahren zum Projizieren von Bildinformation vor
mindestens ein Auge (A1, A2) einer Person mit einem durch
eine Abweichung der Winkelstellungen der Sehachse eines
seiner Augen (A2) gegenüber der Sehachse des jeweils
anderen Auges (A1) verursachten Sehfehler, dadurch
gekennzeichnet,
- - daß eines der Augen (A1) als führendes Auge ausgewählt wird,
- - daß anschließend die Bewegung mindestens dieses Auges (A1) erfaßt und aus der erfaßten Bewegung die Stellung der Sehachse des jeweiligen Auges (A1) ermittelt wird und
- - daß eine Bildinformation vor das jeweils andere Auge (A2) unter Berücksichtigung einer Winkelabweichung projiziert wird, wobei die projizierte Bildinformation derjenigen Bildinformation entspricht, die das nicht führenden Auge bei einer der Winkelstellung des führenden Auges entsprechenden Stellung seiner Sehachse wahrnehmen würde.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Winkelabweichung
der Winkeldifferenz zwischen den Sehachsenstellungen der
Augen (A1, A2) entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Winkelabweichung,
unter der die Bildinformation vor das jeweils nicht
führende Auge (A2) projiziert wird, frei einstellbar ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Bewegung beider
Augen (A1, A2) erfaßt wird und die Bildinformation
zusätzlich unter Berücksichtigung der durch
Bewegungsabweichungen verursachten Winkelabweichungen der
Sehachsenstellung beider Augen (A1, A2) projiziert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß vor
jedes der Augen (A1, A2) eine Bildinformation projiziert
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die vor die Augen
(A1, A2) projizierte Bildinformation derjenigen
Bildinformation entspricht, die das führende Auge (A1) bei
freiem Blick sehen würde.
7. Vorrichtung zum Projizieren von Bildinformation vor
mindestens ein Auge (A1, A2) einer Person mit einem durch
eine Abweichung der Winkelstellungen der Sehachse eines
seiner Augen (A1, A2) gegenüber der Sehachse des jeweils
anderen Auges (A1, A2) verursachten Sehfehler
gekennzeichnet durch
- - Mittel (1, 2) zum Erfassen der Bewegung mindestens eines ersten der Augen (A1, A2),
- - Mittel (3, 4, 9, 10, 11, 12,) zum Projizieren einer Bildinformation vor das jeweils andere, zweite Auge (A1, A2) unter Berücksichtigung einer Winkelabweichung, wobei die vor das zweite Auge (A1, A2) projizierte Bildinformation derjenigen Bildinformation entspricht, die das zweite Auge (A2) bei einer mit der Winkelstellung des ersten Auges (A1) übereinstimmenden Stellung seiner Sehachse wahrnehmen würde.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
gekennzeichnet durch Mittel (1, 2) zum
Erfassen der Bewegung beider Augen (A1, A2).
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Winkelabweichung,
unter der die Projektion der Bildinformation erfolgt, der
Winkeldifferenz zwischen der Stellung der Sehachsen der
Augen (A1, A2) entspricht.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-9,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Winkelabweichung, unter der die Projektion der
Bildinformation erfolgt, veränderbar ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß die vor das jeweils zweite Auge (A2) projizierte Bildinformation von einer Videokamera (5, 6) stammt, deren Bild demjenigen Bild entspricht, das das jeweils zweite Auge bei einer der Winkelstellung des ersten Auges entsprechenden Stellung seiner Sehachse wahrnehmen würde, und
- - daß die Vorrichtung eine Bildverarbeitungseinrichtung (4), welche das von der Videokamera (5, 6) stammende Bild in ein der tatsächlichen Winkelstellung der Sehachse des zweiten Auges (A2) entsprechendes Bild umwandelt, sowie eine Bildprojektionsvorrichtung (9, 10) aufweist, die das entsprechend umgewandelte Bild auf einem dem jeweils zweiten Auge (A2) zugeordneten Schirm (12) projiziert.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch
gekennzeichnet, daß dem jeweils ersten
Auge (A1) ein Schirm (11) zugeordnet ist, auf den das von
einer weiteren Videokamera (5) aufgenommene Bild
projizierbar ist, die denjenigen Bildausschnitt erfaßt, den
das jeweils erste Auge (A1) bei freiem Blick wahrnimmt.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-12,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Mittel zum Erfassen der Augenbewegung jeweils CCD-Kameras
(1, 2), insbesondere Infrarot-CCD-Kameras sind, die mit
einer Auswerteinrichtung (3) verbunden sind, welche aus dem
Bild der jeweiligen CCD-Kamera (1, 2) die Stellung des
jeweiligen Auges (A1, A2) ermittelt.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-13,
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest die Mittel (1, 2) zum Erfassen der Augenbewegung
in einem auf den Kopf der Person aufsetzbaren Helm
angeordnet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-14,
dadurch gekennzeichnet, daß
sie Einrichtungen zum Erfassen einer Verringerung oder
Vergrößerung des Abstandes zu einem von der Person
betrachteten Objekt aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-15,
dadurch gekennzeichnet, daß
jedem Auge Einrichtungen zum Ausgleich weiterer Sehfehler
zugeordnet sind.
17. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche
7-16 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1-6.
Priority Applications (2)
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US5875018A (en) | 1999-02-23 |
DE4417768C2 (de) | 1998-09-10 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: LAMPRECHT, JUERGEN, PROF.DR.MED., 45133 ESSEN, DE |
|
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |