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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 zum
Simulieren, wie Dinge gesehen werden, wenn die man die Außenwelt
durch Brillenglaslinsen betrachtet, die sowohl vor dem rechten als
auch dem linken Augen plaziert sind. Zudem betrifft die vorliegende
Erfindung auch eine Vorrichtung zum Tragen durch das erfindungsgemäße Verfahren
nach Anspruch 8.
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Stand der
Technik
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Aus
der EP-A-1 018 691 sind ein okularoptisches System und ein Simulationsverfahren
und eine Simulationsvorrichtung bekannt. Dieses bekannte Simulationsverfahren
für ein
okular-optisches System und diese bekannte Simulationsvorrichtung
ermöglichen
eine Simulation dessen, wie Dinge bei einer Schwankung, Verformung,
Unschärfe
und dergleichen gesehen werden, die eintritt, wenn ein Linsensystem,
wie z. B. eine Gleitsichtlinse, getragen wird. Ein rotationsbasiertes
Netzhautbild, das als ein Bild definiert wird, das durch Drehung
eines Augapfels in bezug auf alle Objektpunkte innerhalb eines Gesichtsfeldes
und durch Verbinden von an der Fovea erfaßten Bildern erhalten wird.
Das Bild wird zunächst
durch Erzeugen eines Ursprungsbildes mit einem spezifischen Winkelgesichtsfeld
und durch Eintreten in das Auge mit einem spezifischen Drehpunkt erstellt.
Dann wird ein verformtes Ursprungsbild mit einer Verformung, wenn
das Ursprungsbild durch das Linsensystem gesehen wird, durch Verwendung
einer Strahlverfolgung bzw. Ray-Tracing erzeugt. Eine PSF auf der
Netzhaut eines Augenmodells von einem Licht von den Objektpunkten
des Ursprungsbildes in einem aus dem Linsensystem und einem Brillenglasmodel
bestehenden optischen System wird bestimmt. Anschließend werden
das verformte Ursprungsbild und die PSF von jedem Pixel des Ursprungsbildes
gefaltet. Das erhaltene rotationsbasierte Netzhautbild wird weiter
bearbeitet, um zu einem bewegten Bild des rotationsbasierten Netzhautbilds
zu führen.
Die PSF wird durch Auswählen
von Abtastpunkten auf einem Objekt ermittelt, und die PSF mit Ausnahme
jener der Abtastpunkte wird durch Verwendung von Annäherungsverfahren
einschließlich
einer Spline-Interpolation ermittelt.
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Ein
Verfahren zum Simulieren eines okular-optischen Systems, wonach
eine Szene von extern auftretenden Dingen, die durch einen Beobachter
tatsächlich
durch Brillenglaslinsen, die vor jeweils dem rechten und dem linken
Auge plaziert sind, gesehen werden, simuliert wird, und eine dafür vorgesehene
Vorrichtung sind durch die vorliegende Erfindung in der japanischen
Patentanmeldung Heisei 10(1998)-288077 offenbart.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Verfahren und der Vorrichtung wird
eine Szene von extern auftretenden Dingen simuliert, die durch einen
Beobachter tatsächlich
durch eine vor einem einzelnen Auge plazierten Linse gesehen werden.
Gemäß dem vorstehenden
Verfahren und durch Verwendung der vorstehenden Vorrichtung kann
die tatsächliche
menschliche Wahrnehmung berücksichtigt
werden, und die visuelle Wahrnehmung einschließlich einer Schwankung, Verzerrung
und Unschärfe,
die bei der Verwendung von optischen Brillenglaslinsen, wie z. B.
Gleitsichtlinsen, wahrgenommen werden, kann deutlich simuliert werden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Da
eine Person Dinge mit beiden Augen betrachtet, ist die Simulation
der visuellen Wahrnehmung mit einem einzelnen Auge nicht immer ausreichend
für den
Zweck des Ausdrückens
und Bewertens der visuellen Wahrnehmung von extern auftretenden
Dingen, die durch Brillenglaslinsen betrachtet werden. Im allgemeinen ist
auf einer Gleitsichtlinse der Bereich zum Betrachten von Objekten
auf kurze Entfernung an einer Position plaziert, die nasal ein kleines
bißchen
versetzt ist, so daß eine
Konvergenz berücksichtigt
werden kann. Daher wird die Form der Linsen in der horizontalen
Richtung zu einem gewissen Grad asymmetrisch. Dies ist an sich kein
Defekt, sondern ein großer
Fortschritt der Gleitsichtlinse. Bei einem monokularen, rotationsbasierten Netzhautbild
wird die Asymmetrie in der horizontalen Richtung originalgetreu
reproduziert, und das Bild weist eine Verzerrung auf, die sich von
der in dem tatsächlich
wahrgenommenen Bild unterscheidet.
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Um
die Verzerrung der Asymmetrie in der horizontalen Richtung zu beseitigen
und um eine richtige menschliche Wahrnehmung zu simulieren, ist
es notwendig, die Funktion des binokularen Sehens in die Simulation
miteinzubeziehen. Somit ist ein Definieren und Berechnen einer Verzerrung
und Unschärfe,
die anhand der Funktion des binokularen Sehens entstehen, das Thema
der Untersuchung gewesen. Gemäß speziellen Annahmen
und Verfahren, die durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung
ermittelt wurden, kann die visuelle Wahrnehmung, die durch das binokulare
Sehen erhalten werden kann, unter Verwendung einer Bildverarbeitungstechnik
annäherungsweise
simuliert werden.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist angesichts des vorstehenden Sachverhalts
entwickelt worden. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Simulieren eines okular-optischen
Systems zu schaffen, die ein Simulieren einer visuellen Wahrnehmung
bei Schwankung, Verzerrung und Unschärfe einschließlich der
Funktion des binokularen Sehens bei der Verwendung von Brillenglaslinsen,
wie z. B. Gleitsichtlinsen, ermöglicht.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird diese Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 1 gelöst.
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Verbesserte
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
resultieren aus den Unteransprüchen
2 bis 7.
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In
Verbindung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
wird die vorstehende Aufgabe durch die Merkmale nach Anspruch 8
gelöst.
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Verbesserte
Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
resultieren aus den Unteransprüchen
9 und 10.
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Gemäß einem
ersten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Simulieren eines okular-optischen Systems, das ein Simulieren
einer Szene von extern auftretenden Dingen gemäß einem Verfahren aufweist,
die von einem Betrachter durch zwei Brillenglaslinsen, die jeweils
vor dem rechten und dem linken Auge plaziert sind, tatsächlich gesehen
werden, weist das Verfahren folgende Schritte auf:
Erzeugen
eines binokularen, fovealen Bildes in bezug auf jeweils alle Objektpunkte
in einem Gesichtsfeld durch Computersimulation als ein Bild, das
durch die Augen durch die Brillenglaslinsen wahrgenommen wird, wobei
es sich bei dem binokularen, fovealen Bild um ein Bild handelt,
das durch Bilder vereint wird, die auf jede Fovea auf der rechten
und linken Netzhaut projiziert werden, wenn die Augäpfel jeweils
in einer Weise gedreht werden, so daß der Objektpunkt in dem Gesichtsfeld
an der Fovea einer jeden einzelnen Netzhaut erfaßt wird, wobei es sich bei
der einzelnen Netzhaut um eine Netzhaut eines rechten oder linken
einzelnen Augapfels handelt; und
Simulieren der Szene von extern
auftretenden Dingen, die von einem Betrachter durch zwei Brillenglaslinsen, die
jeweils vor dem rechten und linken Auge plaziert sind, tatsächlich gesehen
werden, unter Verwendung des binokularen, fovealen Bildes.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Simulieren eines okular-optischen Systems weist ferner folgende
Schritte auf:
Erzeugen eines binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten
Netzhautbildes durch Computersimulation, wobei das binokulare, synkinetische,
rotationsbasierte Netzhautbild ein Bild ist, das durch Verbinden
der binokularen, fovealen Bilder erzeugt wird; und
Simulieren
der Szene von extern auftretenden Dingen, die durch einen Betrachter
durch Brillenglaslinsen, die von jeweils dem rechten und dem linken
Auge plaziert sind, tatsächlich
gesehen werden, unter Verwendung des binokularen, synkinetischen,
rotationsbasierten Netzhautbildes.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung können
zudem das binokulare, foveale Bild oder das binokulare, synkinetische,
rotationsbasierte Netzhautbild auf einer Anzeigevorrichtung verschoben
werden.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Simulieren eines okular-optischen Systems, mit dem das binokulare,
synkinetische, rotationsbasierte Netzhautbild gemäß einem
Verfahren erzeugt wird, weist folgende Schritte auf:
einen
Schritt zum Erzeugen eines Ursprungsbildes, der ein Plazieren einer
Mitte einer binokularen Rotation an einer spezifischen Position
aufweist; wobei die Mitte der binokularen Rotation eine Mitte zwischen
den Mittelpunkten der monokularen Rotation des rechten und linken
Auges ist, und ein Erzeugen, als das Ursprungsbild, eines Bildes
innerhalb eines Gesichtsfeldes, bei dem es sich um ein spezifisches
Pyramidenfeld mit einer Spitze an einer Mitte der binokularen Rotation
handelt;
einen Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes
gemäß einem
Strahlverfolgungsverfahren, wobei das verzerrte Ursprungsbild ein
Bild mit einer Verzerrung ist, die durch Betrachten der Objekte
in dem Gesichtsfeld durch die Brillenglaslinsen erhalten wird;
einen
Schritt zum Ableiten von PSFs (Punktstreufunktionen), der bei jedem
zusammengesetzten optischen System aus Brillenglaslinse und okular-optischem
System ein Erhalten von rechten und linken monokularen PSFs auf
jeder Netzhaut, die durch Licht bewirkt werden, das von einem Objektpunkt
emittiert wird, und ein Ableiten einer binokularen PSF durch Vereinen
der rechten und linken monokularen PSFs aufweist, wobei eine PSF
eine Funktion ist, die eine Verteilung der Helligkeit darstellt;
und
einen Schritt der Faltung, der ein Falten des verzerrten
Ursprungsbildes, das in dem Schritt des Erzeugens eines verzerrten
Ursprungsbildes erzeugt wird, und der binokularen PSFs aufweist,
die in dem Schritt zum Erhalten einer PSF in bezug auf alle Pixel
in dem Ursprungsbild abgeleitet werden.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird das binokulare, synkinetische, rotationsbasierte Netzhautbild
gemäß einem
Verfahren erzeugt, das folgende Schritte aufweist:
einen Schritt
zum Erzeugen eines Ursprungsbildes, der folgendes Schritte aufweist:
Erzeugen
von virtuellen Objekten durch Verwendung von Computergraphiken und
Plazieren derselben in einen virtuellen, dreidimensionalen Raum;
Plazieren
einer Mitte der binokularen Rotation an einer spezifischen Position
in dem virtuellen, dreidimensionalen Raum;
Erzeugen, als das
Ursprungsbild, eines Bildes der virtuellen Objekte innerhalb eines
Gesichtsfeldes, bei dem es sich um einen spezifischen Bereich einer
Pyramide handelt, deren Spitze sich an der Mitte der binokularen Rotation
befindet und deren zentrale Achse entlang einer Richtung einer spezifischen,
zentralen Sehlinie verläuft;
und
Erhalten, in bezug auf alle Objektpunkte, die jeweils einem
Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, eines Objektivabstands, bei
dem es sich um einen Abstand zwischen dem Objektpunkt und der Mitte
der binokularen Rotation handelt;
einen Schritt zum Erzeugen
eines verzerrten Ursprungsbildes, das folgende Schritte aufweist:
Definieren,
zum Betrachten eines Objektpunkts, einer Richtung einer synkinetischen,
binokularen Rotation, die eindeutig bestimmt wird, durch beide Richtungen
der Rotation des rechten und linken Augapfels in Richtung des Objektpunkts;
Erhalten
einer zentralen Richtung einer synkinetischen, binokularen Richtung
gemäß einem
Strahlverfolgungsverfahren, so daß jeweils eine rechter und
linker monokularer zentraler Hauptstrahl durch eine spezifische
Position an jeweils jeder Brillenglaslinse gelangt, wobei die zentrale
Richtung einer synkinetischen, binokularen Rotation die Richtung
der synkinetischen, binokularen Rotation zum Betrachten des Objektpunkts
ist, der an einem Mittelpulnkt des Gesichtsfeldes angeordnet ist,
und die rechten und linken monokularen, zentralen Hauptstrahlen
sind Hauptstrahlen, die von dem rechten und linken Augapfel jeweils
hin zu dem zentralen Objektpunkt gelenkt werden;
Erhalten,
in bezug auf jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel
des Ursprungsbildes entsprechen, der Richtung einer synkinetischen,
binokularen Rotation zum Betrachten des Objektpunkts als die Position
des Objektpunkts in einem Nach-Linse-Gesichtsfeld
gemäß dem Strahlverfolgungsverfahren,
wobei das Nach-Linse-Gesichtsfeld ein Gesichtsfeld ist, dessen zentrale
Achse entlang der zentralen Richtung der synkinetischen, binokularen
Rotation verläuft;
Erzeugen
eines verzerrten Ursprungsbildes, bei dem es sich um ein Bild handelt,
das in dem Nach-Linse-Gesichtsfeld erhalten wird und eine Verzerrung
in den Objektpunkten aufweist, die durch die Brillenglaslinsen bewirkt
wird; und
Ableiten, in bezug auf jeweils alle Objektpunkte,
die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, von sowohl
rechten als auch linken Positionen, durch die der Hauptstrahl hindurchgelangt,
wobei die Position, durch die der Hauptstrahl hindurchgelangt, eine
Position auf der Brillenglaslinse ist, durch die der Hauptstrahl hin
zu dem Objektpunkt gelangt;
einen Schritt zum Ableiten von
Positionen von Brillenglas-Frames, der ein Erzeugen von Bildern
des Brillenglas-Framesmarkierungen aufweist, die Positionen von
rechten und linken Brillenglas-Frames auf dem Ursprungsbild oder
auf dem verzerrten Ursprungsbild anzeigen, durch Verwendung von
Daten der Positionen, durch die der Hauptstrahl gelangt, die in
dem Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes erhalten werden;
einen
Schritt zum Ableiten einer PSF, der folgende Schritte aufweist:
Einführen eines
akkommodationsabhängigen
okular-optischen Systems zu jeweils einem rechten und linken Auge
als ein Modell des okular-optischen Systems;
Berechnen, in
bezug auf jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel des
Ursprungsbildes entsprechen, beider Abstände von dem Objektpunkt zu
dem rechten und dem linken Mittelpunkt der monokularen Rotation unter
Verwendung des Objektivabstands, der in dem Schritt zum Erzeugen
des Ursprungsbildes erhalten wird;
Einstellen, in bezug auf
jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes
entsprechen, von sowohl einer Akkommodationsleistung des rechten
als auch linken okular-optischen Systems auf einen identischen Wert
oder unterschiedliche Werte gemäß einem
jeweiligen Abstand von dem Objektpunkt zu jeweils einem Mittelpunkt
der monokularen Rotation und jeder Brechkraft der Brillenglaslinse
an jeweiligen Positionen, durch die der Hauptstrahl hindurchgelangt,
die bei dem Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes
erhalten wird;
Ableiten, in bezug auf jeweils alle Objektpunkte,
die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, einer monokularen
PSF für
jeweils das rechte und das linke Auge in einem zusammengesetzten
optischen System, das die Brillenglaslinse und das okular-optische
System aufweist, das gemäß der Richtung
der monokularen Rotation hin zu dem Objektpunkt gedreht wird, wobei
eine PSF eine Funktion ist, die eine Verteilung der Helligkeit auf
der Netzhaut des akkommodationsabhängigen okular-opti schen Systems
darstellt, die durch das Licht bewirkt wird, das von dem Objektpunkt
emittiert wird; und
Ableiten, in bezug auf jeweils alle Objektpunkte,
die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, einer binokularen
PSF durch Vereinen von sowohl der rechten als auch der linken PSF,
die vorstehend erhalten wurden; und
einen Schritt zum Falten,
der folgende Schritte aufweist:
Falten des verzerrten Ursprungsbilds,
das in dem Schritt des Erzeugens eines verzerrten Ursprungsbildes
erzeugt wurde, und der binokularen PSFs von allen Objektpunkten,
die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechend, die in
dem Schritt des Erhaltens einer PSF erhalten werden;
Erzeugen
eines binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes,
bei dem es sich um das Bild der virtuellen Objekte handelt, die
in dem virtuellen, dreidimensionalen Raum plaziert sind, der durch
beide Augen betrachtet wird, die an spezifischen Positionen angeordnet
sind und in spezifischen Richtungen der Sehlinien durch spezifisches
Positionen der Brillenglaslinsen ausgerichtet sind; und
bei
Bedarf, Überlagern
der Bilder von sowohl der rechten als auch der linken Brillenglas-Framesmarkierungen, die
in dem Schritt zum Ableiten von Positionen der Brillenglas-Frames
zu dem binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbild
erzeugt wurden.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße Verfahren
zum Simulieren eines okular-optischen Systems, das ein Simulieren
einer Szene von extern auftretenden Dingen aufweist, die von einem
Betrachter tatsächlich durch
zwei jeweils vor dem rechten und dem linken Auge plazierte Brillenglaslinsen
gesehen werden, gemäß einem
Verfahren folgende Schritte auf:
Erzeugen von virtuellen Objekten
durch Verwendung von Computergraphiken und Plazieren derselben in
einem virtuellen, dreidimensionalen Raum;
Erzeugen eines Berichts
von Veränderungen
im Zeitverlauf von der Position einer Mitte der binokularen Rotation,
der Richtung der zentralen Sehlinie, beiden Positionen auf einer
jeweiligen Brillenglaslinse, durch die der Hauptstrahl gelangt,
des Betrags der Verzerrung und der Verschiebung der virtuellen Objekte;
Erzeugen
eines binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes
zu jedem Zeitpunkt während der
Veränderung
gemäß der erzeugten
Geschichte unter Verwendung des Verfahrens zum Simulieren eines okular-optischen
Systems, das in einer beliebigen der vierten oder fünften Möglichkeit
beschrieben ist; und
Erzeugen eines Videobildes des binokularen,
synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes durch Bearbeiten
der binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbilder
zu allen Zeitpunkten während
der Veränderung.
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Als
eine weitere Möglichkeit
erfüllt
ein Verfahren zum Simulieren eines okular-optischen Systems, das bei einer beliebigen
der vorhergehenden Möglichkeiten
beschrieben wurde, wobei, bei dem Schritt des Erzeugens eines verzerrten
Ursprungsbildes, die Definition der Richtung einer synkinetischen,
binokularen Rotation die nachstehenden Grundsätze erfüllt:
- 1.
Eine einzelne eindeutige Richtung der synkinetischen, binokularen
Rotation wird durch Richtungen der rechten und linken monokularen
Rotationen bestimmt;
- 2. Die Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation ändert sich
kontinuierlich mit den Veränderungen der
rechten und linken monokularen Rotationen; und
- 3. Ein Raumgefühl
basierend auf der Richtung der synkinetischen binokularen Rotation
unterscheidet sich nicht so sehr von dem Raumgefühl basierend auf der Richtung
von jeweils der rechten und linken monokularen Rotation.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Simulieren eines okular-optischen Systems in dem Schritt zum
Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes, wird die Richtung einer
synkinetischen, binokularen Rotation wie folgt definiert:
wobei
r einen Einheitsvektor in der Richtung
einer synkinetischen, binokularen Rotation darstellt,
r R und
r L Einheitsvektoren
in den Richtungen der rechten bzw. linken monokularen Rotationen
in den Descartes- Koordinaten 1 darstellen und 0 < k <.
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Ferner
wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Simulieren eines okular-optischen
Systems bei dem Schritt zum Ableiten einer PSF die binokulare PSF
durch Vereinen von sowohl rechten als auch linken monokularen PSFs
zum Betrachten eines Objektpunkts abgeleitet, der jeweils alle Pixel
in dem Ursprungsbild gemäß den nachstehenden
Grundsätzen
darstellt:
- 1. Wenn die monokulare PSF für das rechte
Auge und die monokulare PSF für
das linke Auge nahe beieinander sind, bezieht sich die vereinte
PSF auf eine Verteilung, die konzentrierter ist als eine jeweilige
Verteilung von beiden monokularen PSFs;
- 2. Wenn die monokulare PSF für
das rechte Auge und die monokulare PSF für das linke Auge sich voneinander
zu einem hohen Grad unterscheiden, bezieht sich die vereinte PSF
auf eine Verteilung, die der konzentriertesten Verteilung zwischen
beiden monokularen PSFs nahe ist; und
- 3. Kontinuität
und Eindeutigkeit der vereinten PSF werden beibehalten.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Simulieren eines okular-optischen Systems werden bei dem Schritt
des Ableitens einer PSF sowohl die rechte als auch die linke monokularen
PSFs zum Betrachten eines Objektpunkts, der jeweils alle Pixel in
dem Ursprungsbild darstellt, unter Verwendung desselben Verfahrens
abgeleitet; wobei jede abgeleitete monokulare PSF mit einer zweidimensionalen
Normalverteilungsfunktion gemäß der Verwendung
eines gleichen Verfahrens optimal genähert wird; und Parameter einer
zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion, die die binokulare
PSF nähern,
die durch die beiden monokularen PSFs vereint wird, werden von Parametern
der zweidimensionalen Normalverteilungsfunktionen abgeleitet, die
sowohl die rechte als auch die linke monokulare PSF gemäß der nachstehenden
Vorgehensweise nähern:
Bei
Polarkoordinaten, wenn die monokulare PSF für ein rechtes Auge ausgedrückt wird
als:
und die monokulare PSF für das linke
Auge ausgedrückt
wird als:
dann wird die binokulare
PSF, die durch die beiden monokularen PSFs vereint wird, ausgedrückt als:
wobei die Parameter A, B, α der vereinten
binokularen PSF ausgedrückt
werden als:
wobei κ ausgedrückt wird als:
wobei S
R der
Bereich der Ellipse ist
r2(AR – BR cos(2θ – 2αR))
= 1die den Verteilungsbereich der rechten monokularen PSF darstellt,
und S
L der Bereich der Ellipse ist
r2(AL – BL cos(2θ – 2αL))
= 1die den Verteilungsbereich der linken monokularen PSF darstellt,
und S
C der Bereich des gemeinsamen Abschnitts
beider Ellipsen ist und κ das
Verhältnis
von S
C zum Durchschnittsbereich
ist.
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Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zum Simulieren eines okular-optischen Systems, die zum Simulieren
einer Szene von extern ablaufenden Dingen verwendet wird, die von
einem Betrachter durch zwei jeweils vor dem rechten und dem linken
Auge plazierte Brillenglaslinsen tatsächlich gesehen werden, weist
folgende Merkmale auf:
eine Vorrichtung für eine Computersimulation,
die zum Erzeugen eines binokularen fovealen Bildes in bezug auf
alle Objektpunkte in einem Gesichtfeld durch Computersimulation
als ein Bild verwendet wird, das von den Augen durch die Brillenglaslinsen
wahrgenommen wird, wobei das binokulare foveale Bild ein Bild ist,
das durch Bilder vereint wird, die auf jede Fovea auf der rechten
und der linken Netzhaut projiziert werden, wenn jeweils ein Augapfel
in einer Weise gedreht wird, so daß ein Objektpunkt in dem Gesichtsfeld
an der Fovea einer jeden einzelnen Netzhaut erfaßt wird, wobei es sich bei
der einzelnen Netzhaut um eine Netzhaut eines rechten oder linken
Augapfels handelt;
eine Vorrichtung für eine Computersimulation,
die zum Erzeugen eines binokularen synkinetischen, rotationsbasierten
Netzhautbildes durch Computersimulation verwendet wird, wobei das
binokulare, synkinetische, rotationsbasierte Netzhautbild ein Bild
ist, das durch Verbinden der binokularen, fovealen Bilder erzeugt
wird; und
eine Vorrichtung zum Anzeigen des binokularen, fovealen
Bildes oder des binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten
Netzhautbildes.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Simulieren eines okular-optischen Systems, die zum Simulieren
einer Szene von extern ablaufenden Dingen verwendet wird, die von
einem Betrachter durch zwei jeweils vor dem rechten und dem linken
Auge plazierte Brillenglaslinsen tatsächlich gesehen werden, weist
folgende Merkmale auf:
eine Möglichkeit zum Erzeugen eines
Ursprungsbildes, die verwendet wird zum:
Erzeugen von virtuellen
Objekten durch Verwendung von Computergraphiken und Plazieren derselben
in einen virtuellen, dreidimensionalen Raum;
Plazieren einer
Mitte einer binokularen Rotation an einer spezifischen Position
in dem virtuellen, dreidimensionalen Raum;
Erzeugen, als das
Ursprungsbild, eines Bildes der virtuellen Objekte innerhalb eines
Gesichtsfeldes, bei dem es sich um einen spezifischen Bereich einer
Pyramide handelt, deren Spitze sich an einer Mitte einer binokularen
Rotation befindet und deren zentrale Achse entlang einer Richtung
einer spezifischen zentralen Sehlinie verläuft; und
Ableiten, in
bezug auf jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel des
Ursprungsbildes entsprechen, eines Objektivabstands, bei dem es
sich um einen Abstand zwischen dem Objektpunkt und der Mitte einer
binokularen Rotation handelt;
eine Möglichkeit zum Erzeugen eines
verzerrten Ursprungsbildes, das verwendet wird zum:
Definieren,
für eine
Betrachtung eines Objektpunktes, einer Richtung einer synkinetischen,
binokularen Rotation, die eindeutig bestimmt wird, durch beide Richtungen
der Rotation des rechten und des linken Augapfels in Richtung des
Objektpunkts;
Ableiten einer zentralen Richtung der synkinetischen,
binokularen Rotation gemäß einem
Strahlverfolgungsverfahren, so daß jeweils der rechte und der
linke monokulare zentrale Hauptstrahl durch eine spezifische Position
bei jeweils jeder Brillenglaslinse gelangt, wobei die zentrale Richtung
der synkinetischen, binokularen Rotation die Richtung der synkinetischen
binokularen Rotation zur Betrachtung des Objektpunkts ist, der sich an
einer Mitte des Gesichtsfeldes befindet, und es sich bei den rechten
und linken monokularen, zentralen Hauptstrahlen um Hauptstrahlen
handelt, die von jeweils dem rechten und linken Augapfel hin zu
dem zentralen Objektpunkt geleitet werden;
Ableiten, in bezug
auf jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes
entsprechen, der Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation
zum Betrachten des Objektpunkts als die Position des Objektpunkts
in einem Nach-Linse-Gesichtsfeld
gemäß dem Strahlverfolgungsverfahren,
wobei das Nach-Linse-Gesichtsfeld ein Gesichtsfeld ist, dessen zentrale
Achse entlang der zentralen Richtung der synkinetischen, binokularen
Rotation verläuft;
Erzeugen
eines verzerrten Ursprungsbildes, bei dem es sich um ein Bild handelt,
das in dem Nach-Linse-Gesichtsfeld erhalten wird und eine Verzerrung
in den Objektpunkten aufweist, die durch die Brillenglaslinsen bewirkt
werden; und
Ableiten, in bezug auf jeweils alle Objektpunkte,
die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, von sowohl
rechten als auch linken Positionen, durch die der Hauptstrahl hindurchgelangt,
wobei die Position, durch die der Hauptstrahl hindurchgelangt, eine
Position auf der Brillenglaslinse ist, durch die der Hauptstrahl in
Richtung des Objektpunkts gelangt;
eine Möglichkeit zum Ableiten von
Positionen der Brillenglas-Frames, die ein Erzeugen von Bildern
von Billenglas-Framemarkierungen aufweist, die Positionen der rechten
und linken Brillenglas-Frames auf dem Ursprungsbild oder auf dem
verzerrten Ursprungsbild anzeigen, durch Verwendung von Daten über die
Positionen, durch die der Hauptstrahl hindurch gelangt, die in dem
Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes abgeleitet
werden;
eine Möglichkeit
zum Ableiten einer PSF (Punktstreufunktionen), die verwendet wird
zum:
Einführen
eines akkommodationsabhängigen
okular-optischen Systems in jeweils ein rechtes und ein linkes Auge
als ein Modell des okular-optischen Systems;
Berechnen, in
bezug auf jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel des
Ursprungsbildes entsprechen, von beiden Abständen von dem Objektpunkt zu
dem rechten und dem linken Mittelpunkt der monokularen Rotation
unter Verwendung des Objektivabstands, der in dem Schritt zum Erzeugen
eines Ursprungsbildes erhalten wird;
Einstellen, in bezug auf
jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes
entsprechen, von sowohl der Akkommodationskraft des rechten und
linken okular-optischen Systems auf einen identischen Wert oder
unterschiedliche Wert gemäß jedem
Abstand von dem Objektpunkt zu jeweils einem Mittelpunkt der monokularen
Rotation, als auch einer jeweiligen Brechkraft der Brillenglaslinse
an jeweiligen Positionen, durch die der Hauptstrahl gelangt, die
in dem Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes erhalten
wird;
Ableiten, in bezug auf jeweils alle Objektpunkte, die
jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, einer monokularen
PSF für
jeweils ein rechtes und ein linkes Auge in einem zusammengesetzten
optischen System, das die Brillenglaslinse und das okular-optische
System aufweist, das gemäß der Richtung
der monokularen Rotation hin zu dem Objektpunkt gedreht wird, wobei
eine PSF eine Funktion ist, die eine Verteilung der Helligkeit auf
der Netzhaut des akkommodationsabhängigen, okular-optischen System
darstellt, die durch das Licht bewirkt wird, das von dem Objektpunkt
emittiert wird; und
Ableiten, in bezug auf jeweils alle Objektpunkte,
die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, einer binokularen
PSF durch Vereinen von sowohl der rechten als auch der linken monokularen
PSF, die vorstehend erhalten wurde; und
eine Möglichkeit
zum Falten, die verwendet wird zum:
Falten des verzerrten Ursprungsbildes,
das in dem Schritt des Erzeugens eines verzerrten Ursprungsbildes erzeugt
wird, und der binokularen PSFs von allen Objekt punkten, die jeweils
einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, die in dem Schritt
zum Erhalten einer PSF erhalten werden;
Erzeugen eines binokularen,
synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes, bei dem es sich
um das Bild der virtuellen Objekte handelt, die in dem virtuellen
dreidimensionalen Raum plaziert sind, der durch beide Augen betrachtet
wird, die an spezifischen Positionen angeordnet sind und in spezifischen
Richtungen von Sehlinien durch spezifischen Positionen der Brillenglaslinsen
ausgerichtet sind; und
bei Bedarf; Überlagern der Bilder von sowohl
der rechten als auch der linken Brillenglas-Framemarkierungen, die
in dem Schritt zum Ableiten von Positionen der Brillenglas-Frames
erzeugt wurden, zu dem binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten
Netzhautbild.
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Die
Vorrichtung der vorliegenden Erfindung zum Simulieren eines okular-optischen
Systems, die zum Simulieren einer Szene von extern ablaufenden Dingen
verwendet wird, die von einem Betrachtet durch zwei jeweils vor
dem rechten und dem linken Auge plazierte Brillenglaslinsen tatsächlich gesehen
werden, weist gemäß einem
Verfahren ferner folgende Merkmale auf:
Erzeugen von virtuellen
Objekten durch Verwendung von Computergraphiken und Plazieren derselben
in einem virtuellen, dreidimensionalen Raum;
Erzeugen eines
Berichts von Veränderungen
im Zeitverlauf von der Position einer Mitte der binokularen Rotation,
der Richtung der zentralen Sehlinie, von beiden Positionen auf jeder
Brillenglaslinse, durch die der Hauptstrahl gelangt, des Betrags
der Verzerrung und Verschiebung der virtuellen Objekte;
Erzeugen
eines binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes
zu jedem Zeitpunkt während der
Veränderung
gemäß des vorstehend
erzeugten Berichts; und
Erzeugen eines Videobildes des binokularen,
synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes durch Bearbeiten
des binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes
zu allen Zeitpunkten während
der Veränderung.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Diagramm, das den Fluß zum
Erzeugen eines binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes
in Ausführungsform
1 des Verfahrens zum Simulieren eines okular-optischen Systems der
vorliegenden Erfindung aufweist.
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2 zeigt
ein Diagramm, das das Koordinatensystem des Gesichtsfeld eines Ursprungsbildes
aufweist.
-
3 zeigt
ein Diagramm, das die Definition der Richtung einer synkinetischen,
binokularen Rotation aufweist.
-
4 zeigt
ein Diagramm, das das Koordinatensystem zum Ableiten der Richtung
der synkinetischen, binokularen Rotation durch Brillenglaslinsen
aufweist.
-
5 zeigt
eine Tabelle, die okular-optische Parameter des Navarro-Modells
in dem Zustand ohne Akkommodation auflistet.
-
6 zeigt
eine Tabelle, die Akkommodationsabhängigkeiten von okular-optischen
Parametern des Navarro-Modells auflistet.
-
7 zeigt
Diagramme zur Beschreibung einer PSF.
-
8 zeigt
ein Diagramm, das ein okular-optisches System mit einer Brillenglaslinse
aufweist, wenn ein Objekt betrachtet wird.
-
9 zeigt
Diagramme, die das Aufteilungsverfahren einer Eintrittpupille darstellen.
-
10 zeigt
Diagramme, die eine vereinte binokulare PSF aufweisen.
-
11 zeigt
ein binokulares, synkinetisches, rotationsbasiertes Netzhautbild
in der Ausführungsform 1.
-
12 zeigt
ein Diagramm, das den Fluß zum
Erzeugen eines Videobildes eines binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten
Netzhautbildes darstellt.
-
13 zeigt
ein Blockdiagramm, das die Konstruktion der Vorrichtung zum Simulieren
eines okular-optischen Systems der vorliegenden Erfindung darstellt.
-
(Ausführungsform 1)
-
Das
Verfahren zum Simulieren eines okular-optischen Systems der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zum Erzeugen eines Standbildes eines
binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbildes, wenn
dreidimensionale, virtuelle Objekte, die durch Computergraphiken
erzeugt werden, durch zwei jeweils vor dem rechten und dem linken
Auge plazierte Brillenglaslinsen betrachtet werden. Das binokulare,
synkinetische, rotationsbasierte Netzhautbild ist ein Bild, das,
basierend auf spezifischen Vorraussetzungen, die durch den Entwickler
der vorliegenden Erfindung bestimmt wurden, erzeugt wird, indem
das vorstehende Bild der dreidimensionalen, virtuellen Objekte mit
optischen Effekten behandelt wird, die unter Verwendung eine Bildverabeitungstechnik
in Betracht gezogen werden, um das durch die Augen wahrgenommene
Bild nähe rungsweise
zu reproduzieren. In anderen Worten ist das binokulare, synkinetische,
rotationsbasierte Netzhautbild kein optisches Bild, das auf die
Netzhautoberflächen
der Augen projiziert wird, sondern ein Bild, das als ein Bild definiert
ist, das wie folgte erzeugt wird: Für jeweils alle Objektpunkte
in dem Gesichtsfeld werden sowohl der rechte als auch der linke
Augapfel in einer Weise gedreht, so daß der Objektpunkt an der Fovea
auf der Netzhaut eines jeweiligen Augapfels erfaßt wird und ein vereintes Bild
des Objektpunkts wird durch Vereinen beider Bilder, die jeweils
auf die linke und die rechte Fovea projiziert werden, erzeugt; und
dann wird das binokulare, synkinetische, rotationsbasierte Netzhautbild
durch Verbinden dieser vereinten Bilder für alle Objektpunkte erzeugt.
Das Verfahren zum Simulieren eines okular-optischen Systems, das
bei Ausführungsform
1 verwendet wird, weist (1) einen Schritt zum Erzeugen eines Ursprungsbildes,
(2) einen Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes,
(3) einen Schritt zum Ableiten von Positionen der Brillenglas-Frames,
(4) einen Schritt zum Ableiten einer PSF und (5) einen Schritt zum
Falten auf.
-
(1) Ein Schritt zum Erzeugen
eines Ursprungsbildes
-
Dieser
Schritt weist ein Erzeugen von virtuellen Objekten durch Verwendung
einer Computergraphik und ein Plazieren derselben in einen virtuellen,
dreidimensionalen Raum auf; ein Plazieren einer Mitte einer binokularen
Rotation an einer spezifischen Position in dem virtuellen dreidimensionalen
Raum; Erzeugen, als das Ursprungsbild, eines Bildes der virtuellen
Objekte innerhalb eines Gesichtsfeldes, bei dem es sich um einen
spezifischen Bereich einer Pyramide handelt, deren Spitze sich an
der Mitte einer binokularen Rotation befindet und deren zentrale
Achse entlang einer Richtung einer spezifischen zentralen Sehlinie
verläuft;
und Ableiten, in bezug auf jeweils alle Objektpunkte, die jeweils
einem Pixel des Ursprungsbildes entsprechen, eines Objektivabstands,
bei dem es sich um einen Abstand zwischen dem Objektpunkt und dem
Mitte der binokularen Rotation handelt. Dieser Schritt wird nachstehend
ausführlicher
beschrieben.
-
a. Erzeugung von virtuellen
Objekten als die Basis des Ursprungsbildes
-
Gemäß einem
hinreichend bekannten Verfahren von Computergraphiken, werden virtuelle
Objekte in einem virtuellen, dreidimensionalen Raum erzeugt und
plaziert. Eine CD, ein Stuhl und andere Möbel, die in einem Raum angeordnet
sind, oder ein Blumenbeet, Bäume
und Verkehrszeichen, die einem Außenbereich plaziert sind, können erzeugt
werden.
-
b. Erzeugung eines Ursprungsbildes
-
Die
Mitte einer binokularen Rotation, die als die Mitte von beiden Mittelpunkten
der monokularen Rotation definiert ist, ist an einer spezifischen
Position in dem virtuellen dreidimensionalen Raum angeordnet, und ein
Ursprungsbild wird als ein Bild der virtuellen Objekte erzeugt,
die vorstehend innerhalb eines Gesichtsfeldes erzeugt wurden, bei
dem es sich um einen spezifischen Bereich einer Pyramide handelt,
deren Spitze sich an der Mitte der binokularen Rotation befindet
und deren zentrale Achse entlang einer Richtung einer spezifischen
zentralen Sehlinie verläuft.
Insbesondere, wie in 2 gezeigt ist, ist ein Gesichtsfeld
als eine Pyramide A1A2A3A4 angelegt, deren
Spitze sich bei O befindet, der Mitte der Mittelpunkte der rechten
monokularen Rotation OR und der linken monokularen
Rotation OL und deren Mittelachse entlang
der Richtung der mittleren Sehlinie OA verläuft, die senkrecht zu der Linie
OROL verläuft. Ein
Bild wird innerhalb dieses Gesichtsfeldes als das Ursprungsbild
erzeugt. In dem pyramidenförmigen
Gesichtsfeld wird die Position eines willkürlichen Punktes P(x, y, z)
auf dem Ursprungsbild durch Koordinaten μ = y/x und υ = z/x ausgedrückt, wobei
(x, y, z) die Koordinaten des Punktes innerhalb eines kartesischen
Koordinatensystems sind, deren Ursprungspunkt bei O angeordnet und
deren x-Achse entlang der Linie AO verläuft. Wenn jeder Objektpunkt
in dem Gesichtsfeld auf diese Weise projiziert wird, wird eine beliebige
gerade Linie in dem Raum stets als eine gerade Linie auf dem Bild
projiziert. Daher weist die Projektion keine Verzerrung auf. Ein
durch Projizieren eines jeden Objektpunkts erzeugtes Bild gemäß dieser
Projektion wird als das Ursprungsbild verwendet.
-
c. Erhalten eines Objektivabstands
zu einem Objektpunkt
-
Bei
dem Schritt zum Erzeugen eines Ursprungsbildes wird der Abstand
zwischen dem Objektpunkt P(x, y, z) und der Mitte der binokularen
Rotation O, d. h. der Objektivabstand, ebenfalls anhand der Werte
der Koordinaten erhalten.
-
(2) Ein Schritt zum Erzeugen
eines verzerrten Ursprungsbildes
-
Bei
diesem Schritt wird ein Bild mit einer Verzerrung, die durch die
Brillenglaslinsen bewirkt wird, wenn das Ursprungs-Gesichtsfeld
durch Brillenglaslinsen betrachtet wird, erzeugt und Positionen
auf beiden Brillenglaslinsen, durch die jeweils alle Objektpunkte
betrachtet werden. Die Position eines Objektpunktes, der durch beide
Augen betrachtet wird, wird durch die Richtung einer synkinetischen,
binokularen Rotation ausgedrückt. Die
Definition der Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation
ist der Schlüssel,
der das Raumgefühl
des binokolaren Sehens bestimmt. Gemäß der durch den Erfinder der
vorliegenden Erfindung durchgeführten
Untersuchungen sollte die Definition der Richtung einer synkinetischen,
binokularen Rotation die nachstehenden Grundsätze erfüllen:
- 1.
Ein einzelne, eindeutige Richtung der synkinetischen, binokularen
Rotation wird durch Richtungen der rechten und linken monokularen
Rotationen bestimmt;
- 2. Die Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation ändert sich
kontinuierlich mit den Veränderungen in
den Richtungen der rechten und linken, monokularen Rotationen; und
- 3. Die Wahrnehmung des Raums basierend auf der Richtung der
synkinetischen, binokularen Rotation ist der Wahrnehmung des Raums
basierend auf der Richtung von sowohl der rechten als auch der linken,
monokularen Rotation angenähert.
-
Eines
der Verfahren zum Definieren der Richtung der synkinetischen, binokularen
Rotation ist das Verfahren unter Verwendung des Heringschen Gesetzes.
Die Unterbreitung des Heringschen Gesetz erfolgte 1868 durch Herrn
Hering, und dieses Gesetz besagt, daß das rechte Auge und das linke
Auge sich stets um denselben Betrag in der selben Richtung oder
in entgegengesetzten Richtungen drehen. Die Rotation von beiden
Augen zum Sehen eines beliebigen Punktes in einem Raum kann in zwei
Terme zerlegt werden, d. h. die Version und die Vergenz. Wie in 3 gezeigt
ist, kann eine Rotation von jeweils dem rechten oder dem linken Auge
zum Sehen eines Punktes P in die Version zerlegt werden, bei der
es sich um die Rotation der Augen in die gleiche Richtung und um
denselben Betrag handelt, und die Vergenz, bei der es sich um die
Rotation der Augen in entgegengesetzte Richtungen um den selben
Winkel von β/2
in einer visuellen Ebene handelt, die beide Mittelpunkte einer monokularen
Rotation und den Punkt P enthält.
Wenn die Richtung der Version als die Richtung der synkinetischen,
binokularen Rotation definiert ist, verläuft die Richtung entlang der
Linie, die den Winkel zwischen den Richtungen der rechten und linken
monokularen Richtung gleichermaßen
aufteilt.
-
Wenn
die Einheitsvektoren in den Richtungen der rechten und linken monokularen
Rotationen ausgedrückt
werden durch:
r R und r L
kann der Einheitsvektor in der Richtung
der synkinetischen, binokularen Rotation ausgedrückt werden durch:
-
-
Beim
Heringschen Gesetz wird davon ausgegangen, daß das rechte Auge und das linke
Auge vollständig
gleich sind. Tatsächlich
jedoch konnte das Phänomen
des dominanten Auges, d. h. daß ein
Auge gegenüber
einem anderen Auge eine dominante Rolle spielt, entdeckt werden,
obwohl der Grad unterschiedlich sein kann. Daher wird bei der vorliegenden
Erfindung ein Koeffizient k eingeführt, und der Einheitsvektor
in der Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation ist wie
folgt definiert:
wobei 0 < k < 1.
-
Die
Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation zum Sehen eines
Objektpunkts durch die Brillenglaslinsen wird durch den Brechungseffekt
der Brillenglaslinsen beeinträchtigt.
Ein monokularer Hauptstrahl wird als der Strahl definiert, der von
einem Objektpunkt emittiert wird und durch eine Brillenglaslinse
hin zu einem Mittelpunkt der monokularen Rotation geht. Eine Richtung
der monokularen Rotation ist als die Richtung des Hauptstrahls definiert,
nachdem die hintere Oberfläche
der Brillenglaslinse verlassen wurde, da es sich dabei um die Richtung
handelt, die der Augapfel zum Sehen des Objektpunkts annimmt. Die
Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation kann anhand der
Richtungen von sowohl der rechten als auch der linken Rotationen
abgeleitet wird. Ein monokularer, zentraler Hauptstrahl ist als
der Hauptstrahl definiert, der von dem Objektpunkt an der Mitte
des Gesichtsfeldes emittiert wird. Eine zentrale Richtung der monokularen
Rotation ist als die Richtung der monokularen Rotation entlang der
Richtung des zentralen Hauptstrahls definiert. Eine zentrale Richtung
der synkinetischen, binokularen Rotation wird als die Richtung der
synkinetischen, binokularen Rotation definiert, die von der rechten
und der linken zentralen Richtung der monokularen Richtung erhalten
wird.
-
Ein
verzerrtes Ursprungsbild ist ein Bild, das durch Positionen von
Objektpunkten ausgedrückt
wird, die jeweils einem Pixel des Ursprungsbildes in einem Nach-Linse-Gesichtsfeld entsprechen,
bei dem es sich um das Gesichtsfeld mit der zentralen Achse entlang
der zentralen Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation
handelt. Die zentrale Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation
kann gemäß dem Strahlverfolgungsverfahren
bestimmt werden, so daß der
rechte und der linke zentrale Hauptstrahl durch jeweils die rechte
und die linke Brillenglaslinse an jeweiligen Positionen gelangen,
die vorher beschrieben wurden. Die Position eines jeden Objektpunkts
in dem Nach-Linse-Gesichtsfeld kann durch die Richtung der synkinetischen,
binokularen Rotation zum Betrachten des Objektpunkts in bezug auf
die zentrale Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation ausgedrückt werden.
Der rechte und der linke Hauptstrahl und die Positionen der rechten
und der linken Hauptstrahlen auf jeder Brillenglaslinse in bezug
auf jeden Objektpunkt können
gemäß dem Strahlverfolgungsverfahren
erhalten werden.
-
Wie
in 4 gezeigt ist, ist es zum Sehen des zentralen
Objekts A notwendig, daß der
rechte Augapfel nicht in der Richtung ORA,
sondern in der Richtung ORBR gedreht
wird, d. h. in Richtung der Position des rechten Strahls auf der
rechten Brillenglaslinse, und der linke Augapfel nicht in der Richtung
OLA, sondern in der Richtung OLBL gedreht wird, d. h. in Richtung der Position
des linken Strahls auf der Linse, wenn die Brillenglaslinsen zwischen
dem zentralen Objektpunkt A (x0, 0,0) in dem Gesichtsfeld und dem
rechten und linken Mittelpunkt der monokularen Rotation OR (0, 0, –d/2) bzw.
OL (0, 0, d/2) plaziert sind. Bei den Strahlen ABROR und ABLOL handelt es sich jeweils um den rechten
bzw. den linken zentralen monokularen Hauptstrahl. Die Vektoren
BROR und BLOL zeigen die rechte
bzw. linke zentrale Richtung der monokularen Rotation. Die Positionen
der rechten und linken monokularen Hauptstrahlen auf den jeweiligen
Brillenglaslinsen, d. h. die Positionen, durch die der Hauptstrahl
hindurchgelangt, BR und BL sind
nicht unabhängig
voneinander gesetzt, sondern werden durch den Abstand d zwischen
beiden Mittelpunkten der monokularen Rotation und den Abstand zu dem
Objektpunkt beeinträchtigt.
-
Gemäß der Formel,
die die Richtung der vorstehend beschriebenen, synkinetischen, binokularen
Rotation definiert, kann die Richtung der synkinetischen, binokularen
Rotation
r
erhalten
werden von den Einheitsvektoren in den Richtungen von BROR und BLOL r R bzw. r L. Das Gesichtsfeld mit der zentralen Achse
(der x'-Achse) entlang
r
wird als das Nach-Linse-Gesichtsfeld
bezeichnet.
-
Die
Richtung der synkinetischen, binokularen Rotation zum Sehen eines
beliebigen Punkts P(x, y, z) in dem Gesichtsfeld kann auf die gleiche
Weise erhalten werden. Wenn der Einheitsvektor in der Richtung der synkinetischen,
binokularen Rotation zum Sehen des Punkts P in dem Koordinatensystem
des Nach-Linse-Gesichtsfelds wie folgt ausgedrückt wird: r' = x'j + z'kdann sind die
Koordinaten des Punkts P in dem Bild in dem Nach-Linse-Gesichtsfeld μ' = y'/x' und ν' = z'/x'. Wenn jeder Punkt
in dem Gesichtsfeld in dem Nach-Linse-Gesichtsfeld
als ein Bild projiziert wird, wird im allgemeinen eine gerade Linie
in dem Raum nicht als eine gerade Linie in dem resultierenden Bild
projiziert. Stattdessen wird ein Bild mit einer durch die Linse
bewirkten Verzerrung erhalten. Das Bild in dem Nach-Linse-Gesichtsfeld,
das wie vorstehend beschrieben erzeugt wurde, wird als das verzerrte
Ursprungsbild bezeichnet.
-
Bei
dem Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes werden
die Positionen, durch die der Hauptstrahl hindurchgelangt, auf beiden
Brillenglaslinsen in bezug auf jeweils alle Objektpunkte erhalten.
Obwohl die Strahlverfolgungsberechnung bezüglich aller Objektpunkte innerhalb
des Gesichtsfeldes ausgeführt werden
muß, um
ihre Richtungen der synkinetischen, binokularen Rotation und die
Positionen, durch die der Hauptstrahl gelangt, auf beiden Brillenglaslinsen
zu ermitteln, besteht die Möglichkeit,
diese Daten bei einem geringen Berechnungsaufwand zu erhalten, während ihre
rechnerischen Fehler innerhalb eines bestimmten Bereichs kontrolliert
werden, indem ein mathematisches Verfahren verwendet wird, das man
als Spline-Interpolation bezeichnet.
-
(3) Ein Schritt zum Erhalten
der Positionen der Brillenglas-Frames
-
Bei
diesem Schritt werden unter Verwendung der Daten der Positionen,
durch die der Hauptstrahl hindurchgelangt, auf jeder Brillenglaslinse,
die in dem Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes
abgeleitet werden, Positionen der Kanten und verborgenen Markierungen
auf dem rechten und dem linken Brillenglas-Frame auf dem verzerrten
Ursprungsbild abgeleitet und die Bilder der Brillenglas-Frame-Markierungen werden
erzeugt. Durch Vergleichen des Bildes der Brillenglas-Frame-Markierungen
mit dem verzerrten Ursprungsbild, können die Positionen auf der
rechten und der linken Brillenglaslinse, durch die jeweils alle
Objekte in dem Bild betrachtet werden, exakt ermittelt werden.
-
(4) Ein Schritt zum Ableiten
einer PSF
-
Bei
diesem Schritt wird ein akkommodationsabhängiges, okular-optisches System
jeweils in ein rechtes und ein linkes Auge eingeführt, und,
in bezug auf jeweils alle Objektpunkte, die jeweils einem Pixel
des Ursprungsbildes entsprechen, werden beide Abstände von
dem Objektpunkt zu dem rechten und dem linken Mittelpunkt der monokularen
Rotation von dem Objektivabstand abgeleitet, der bei dem Schritt
zum Erzeugen eines Ursprungsbildes erhalten wird. Dann werden die
Akkommodationskräfte
des rechten und des linken okular-optischen Systems auf einen identischen
Wert oder zueinander unterschiedliche Werte gemäß jeweils einem Abstand von
dem Objektpunkt zu jeweils einem Mitelpunkt der monokularen Rotation
eingestellt, und die jeweilige Brechkraft einer Brillenglaslinse
an jeder Position, durch die ein Hauptstrahl gelangt, die bei dem Schritt
zu Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes abgeleitet wird. Eine
monokulare PSF wird für
jeweils das rechte und das linke Auge in einem zusammengesetzten
optischen System erhalten, das die Brillenglaslinse und das akkommodationsabhängige, okular-optische
System aufweist, das gemäß der Richtung
der monokularen Rotation gedreht wird. Hier ist die PSF eine Funktion,
die die Verteilung der Helligkeit auf der Netzhaut des akkommodationsabhängigen,
okular-optischen Systems darstellt, die durch das von dem Objektpunkt emittierte
Licht verursacht wird. Dann wird eine binokulare PSF durch Vereinen
von sowohl der monokularen PSFs abgeleitet, die vorstehend erhalten
wurden. Dieser Schritt wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
-
a. Einführung eines
akkommodationsabhängigen,
okular-optischen Systems
-
Um
die PSF auf der Netzhaut zu erhalten, ist eine Einführung eines
okular-optischen Systems notwendig. Das Auge verfügt über die
Funktion einer Akkommodation gemäß dem Abstand
zu einem Objekt, und diese Funktion sollte in Erwägung gezogen
werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das akkommodationsabhängige, okular-optische
System, das von R. Navarro et al. vorgestellt wurde, verwendet.
Im Navarro-Modell werden nicht nur der paraxiale Wert, sondern auch
eine sphärische
Aberration und eine chromatische Aberration an Ist-Meßwerte des
Auges angepaßt.
Das Modell besteht einfach aus vier Ebenen, wovon drei Ebenen asphärische,
axial symmetrische, quadratische Oberflächen sind. Da die Kristallinse
keinen Gradientenindex aufweist, kann die Verfolgungsberechnung
einfach umgesetzt werden. Der Krümmungsradius, die
Dicke und der asphärische
Grad ändern
sich proportional zum Logarithmus der Akkommodationskraft. In 5 ist
eine Tabelle gezeigt, in der die okular-optischen Parameter des
Navarro-Augenmodells in dem Zustand aufgeführt sind, wenn keine Akkommodation
erfolgt. 6 zeigt eine Tabelle, in der
Akkommodationsabhängigkeiten
der okular-optischen Parameter gezeigt sind. Die asphärische Oberfläche kann
durch y2 + z2 +
(1 + Q)x2 – 2rX = 0 ausgedrückt werden,
wenn Q für
eine Asphärizität steht.
-
b. Bestimmung der Akkommodationskraft
-
Wenn
eine Person ein auf nahe Entfernung plaziertes Objekt betrachtet,
findet eine Akkommodation statt. Die Akkommodationskraft wird durch
die inverse Zahl des Abstands zu dem Objekt ausgedrückt. Die
Akkommodationskraft zum Betrachten eine Objekts bei einem Abstand
von 1 Meter beträgt
1 Dioptrie. Wenn eine Gleitsichtlinse verwendet wird, wird die Akkommodation
teilweise durch die Gleitsichtlinse ausgeführt, und die akkommodationsbedingte
Belastung des Auges kann gemindert werden. Daher hängt die
Akkommodationskraft bei der Verwendung von Gleitsichtlinsen nicht
nur von dem Abstand zu dem Objekt ab, sondern auch von der Brechkraft
der Linse an der Position, bei der der Strahl hindurchgelangt. Da
außerdem
eine Person, die eine Gleitsichtlinse trägt, üblicherweise an Presbyopie
leidet, d. h. daß ihre
Akkommodation abgenommen hat, kann eine Akkommodationskraft, die
den maximalen Wert übersteigt,
nicht erreicht werden. Wenn daher eine Akkommodationsleistung, die
den maximalen Wert übersteigt,
erforderlich ist, wird die Akkommodationskraft bei dem maximalen
Wert des Auges festgelegt. In diesem Fall ist das Bild unscharf.
Wenn ein Objekt durch beide Augen betrachtet wird, kann sich die
Akkommmodationskraft, die jeweils für das rechte und das linke Auge
erforderlich ist, gelegentlich abhängig von dem Unterschied im
Abstand zu dem Objekt und der Position der Linse, bei der der Strahl
hindurchgelangt, unterscheiden. Gemäß der Okularphysiologie können unterschiedliche
Akkommodationen für
das rechte Auge und das linke Auge ausgeführt werden. In diesem Fall
ist es daher notwendig, daß die
gleiche optimale Akkommodationskraft für beide Augen eingestellt wird.
-
c. Ableiten einer monokularen
PSF
-
A) Bedeutung der PSF
-
Wie
in 7 gezeigt ist, ist eine PSF die Funktion, die
die Konzentration einer Ansammlung von Punkten auf der Bildebene
von Strahlen zeigt, die von einem Objektpunkt emittiert werden.
Die Funktion kann als die Verteilung der Dichte von Punkten ausgedrückt werden.
In einem perfekten optischen System sind alle Punkte am Bildpunkt
konzentriert und die Verteilung der PSF wird zu einer geraden Linie
senkrecht zu der Bildebene. Im allgemeinen weist die Verteilung
eine breitere Form ähnlich
der Gaußschen
Verteilung auf.
-
B) Verfahren zum Ableiten
einer PSF
-
8 zeigt
das zusammengesetzte, optische System zum Ableiten einer PSF, wenn
ein Punkt P durch eine Position Q auf einer Brillenglaslinse gesehen
wird. Der von dem Objektpunkt P emittierte Strahl wird an dem Punkt
Q auf der Oberfläche
der Linse gebrochen. Der Strahl ändert
seine Richtung bei Q in Richtung des Mittelpunkts der monokularen
Rotation O. Für
das Auge wird der Objektpunkt P so gesehen, als ob sich der Objektpunkt
auf der Verlängerung
der Richtung QO befände.
Wie vorstehend beschrieben, wird die optische Achse des Augapfels
in der Richtung QO gedreht, und die Akkommodationskraft wird gemäß dem Abstand zum
Objektpunkt P und der Brechkraft am Punkt Q eingestellt, wenn der
Punkt P gesehen wird. Die Akkommodation wird basierend auf dem Resultat
ausgeführt.
Wenn die Akkommodation beendet ist, wird das optische System fixiert
und die PSF kann abgeleitet werden.
-
Wie
vorstehend beschrieben, handelt es sich bei der PSF um die Dichte
auf der Bildebene von Strahlen, die von einem Objektpunkt emittiert
werden, durch jeweils viele Punkte, die auf der Eintrittspupille
gleichmäßig verteilt
sind, gelangen. Die Eintrittspupille ist exakt an der konjugativen
Position der Irispupille in der Objektseite angeordnet. Die Irispupille ändert jedoch
ihre Position, während
das Auge gedreht wird, und auch ihre konjugative Position in der
Objektseite bewegt sich abhängig
von der Akkommodation. Der Mittelpunkt der monokularen Rotation
ist hingegen an eine feststehenden Position plaziert, und der Abstand
von dem konjugativen Punkt der Irispupille ist viel kleiner als
der Abstand zu dem Objektpunkt. Wenn daher keine Brillenglaslinse vor
einem Auge plaziert ist, kann dabei problemlos berücksichtigt
werden, daß die
Eintrittspupille sich an dem Mittelpunkt der monokularen Rotation
befindet. Wenn eine Brillenglaslinse vor dem Auge plaziert ist,
sollte die Eintrittspupille des gesamten optischen Systems an dem
konjugativen Punkt des Mittelpunkts der monokularen Rotation über die
Brillenglaslinse angeordnet sein. Die Position variiert jedoch geringfügig, wenn
eine Gleitsichtlinse verwendet wird, da die Kraft abhängig von
der Position der Linse, bei der der Strahl hindurchgelangt, unterschiedlich
ist. Da der Betrag der Variation viel geringer ist als der Abstand
zu dem Objektpunkt, kann davon ausgegangen werden, daß die Position
der Eintrittspupille sich an einem Punkt O' auf der Verlängerung der Linie PW befindet,
wodurch PO = PO' erfüllt ist.
-
Um
eine exakte PSF zu erhalten, ist es wichtig, die Eintrittspupille
in eine große
Anzahl von gleichmäßig verteilten,
kleinen Bereichen zu unterteilen. Es gibt zwei Arten von Unterteilungsverfahren:
(1) ein Gitterunterteilungsverfahren und (2) ein Ringzonen-Unterteilungsverfahren,
wie in 9 gezeigt ist. Obwohl es mit dem Gitterunterteilungsverfahren
möglich
ist, eine gute Einheitlichkeit zu erreichen, erlaubt es lediglich
die Verfolgung von nur etwa 70% der vorbestimmten Strahlen, da es
an seinen vier Ecken nutzlose Bereiche aufweist. Die Ringzonenunterteilung
bewirkt hingegen keine nutzlosen Strahlverfolgung, während gleichzeitig
die Einheitlichkeit gewahrt bleibt. Dann wird die Ringzonenunterteilung
bei der vorliegenden Erfindung übernommen. Wie
vorstehend beschrieben, kann eine PSF durch Verfolgen vieler Strahlen
abgeleitet werden, die von dem Objektpunkt emittiert werden und
durch Punkte gelangen, die durch gleichmäßiges Splitten der Eintrittspupille und
Berechnen der Dichte der Punkte auf der Netzhautoberfläche erhalten
werden.
-
Obwohl
die von allen Objektpunkten emittierten Strahlen, die durch alle
unterteilten Punkte der Eintrittpupille gelangen, verfolgt werden
müssen,
um eine PSF mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren abzuleiten,
ermöglicht
die Verwendung der mathematischen Methode der Spline-Interpolation,
daß die
Position der Punkte auf der Netzhaut bei einem geringeren Berechnungsaufwand
innerhalb eines bestimmten Fehlerbereichs berechnet werden kann,
und die PSF, bei der es sich um die Dichte von Punkten auf der Oberfläche der Netzhaut
handelt, erhalten werden kann. Wenn das verzerrte Ursprungsbild
und die PSF, die gemäß dem vorstehenden
Verfahren erhalten wurden, berechnet werden, kann eine Unschärfe, die
ermittelt wird, wenn extern ablaufende Dinge durch eine Brillenglaslinse
betrachtet werden, exakt reflektiert werden. Das Ableiten der PSF gemäß dem vorstehenden
Verfahren erfordert jedoch einen langen Berechnungszeitaufwand und
ist zum Durchführen
der quantiativen Analyse der Bildgebungsleistung einer Linse nicht
angebracht. Die quantitative Analyse kann ohne weiteres durch Annähern der
PSF auf einen geeigneten Funktionstyp und Verwendung von Parametern
der Funktion für
die Berechnung durchgeführt
werden. Das Verfahren zum Annähern
der PSF mit einer zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion wird
wie folgt beschrieben.
-
Bei
der nachstehenden zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion:
wobei μ und ν die Abweichung
in der vertikalen bzw. horizontalen Richtung auf der Netzhaut darstellen,
und σ
μ, σ
ν und ρ Parameter
einer Normalverteilung darstellen. Diese Parameter erfüllen die
nachstehenden Beziehungen:
1 < ρ < 1
σ
μ > 0
σ
ν > 0
-
Der
geometrische Ort des Punkts, an dem der Exponent in der vorstehenden
Gleichung den Wert von –1/2
aufweist, ist eine Ellipse, die ausgedrückt wird durch:
-
-
Die
vorstehende Ellipse kann den Streubereich der PSF ausdrücken. Das
Verhältnis
der Länge
der Hauptachse zur Länge
der Nebenachse und die Richtung der Hauptachse der Ellipse sind
eng mit dem Grad der Richtung des Astigmatismus verwandt.
-
Bezüglich des
Verfahrens zum Erhalten der Parameter der zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion
von den Strahlendaten, ist die natürliche Selektion das Ver fahren,
bei dem statistische Werte von Punkten, die auf der Bildebene verstreut
liegen (wobei jeder Punkt jeweils einem Unterteilungspunkt auf der
Eintrittspupille entspricht), abgeleitet werden und die erhaltenen
Werte für
die Parameter verwendet werden. Somit können die Werte wie folgt erhalten
werden:
-
-
Bei
der vorstehenden Formel steht N für die Anzahl von Strahlen und
(μi, μi) stehen für die Koordinaten eines Punkts.
-
Wenn σμ0, σν0 und ρ direkt als
die Parameter der annähernden
Normalverteilung verwendet werden, besteht die Möglichkeit, daß das Ergebnis
sich von der Ist-PSF abhängig
von der Bedingung der Verteilung unterscheidet. In einem solchen
Fall ist es notwendig, daß eine
geeignete proportionale Konstante k ausgewählt wird und die Parameter
als σμ =
kσμ0 und σν =
kσν0.
Wie vorstehend beschrieben, können
die Parameter der zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion, die
die PSF annähert,
durch Verwendung der statistischen Wert von Strahlenpunkten auf
der Netzhaut abgeleitet werden.
-
Es
ist hin- und wieder praktisch, die zweidimensionale Normalverteilungsfunktion
als eine Funktion der Polarkoordinaten auszudrücken. Durch Ersetzen von μ = r cosθ und ν = r sinθ in der
vorstehenden Gleichung und Umordnen der resultierenden Gleichung
kann die nachstehend Gleichung erhalten werden:
-
-
Die
Parameter können
wie folgt umgewandelt werden:
-
-
Wenn
die PSF mit der zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion genähert wird
und die Parameter der letzteren Funktion wie vorstehend beschrieben
abgeleitet werden, obwohl es notwendig ist, die Strahlverfolgung
und die statistische Berechnung auszuführen, um die Parameter der
zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion für alle Objektpunkte zu erhalten,
kann der Berechnungsaufwand reduziert werden, während der rechnerische Fehler
innerhalb eines bestimmten Bereichs unter Verwendung eines mathematischen
Verfahrens der Spline-Interpolation gesteuert werden.
-
b. Ableitung einer binokularen
PSF
-
Die
Sehschärfe
bei beiden Augen soll im allgemeinen besser sein als die Sehschärfe bei
einem einzelnen Auge. Daher ist zu erwarten, daß die binokulare PSF eine schärfere Form
aufweist als die rechte oder linke monokulare PSF. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
wird durch Vereinen von sowohl der rechten als auch der linken monokularen
PSF gemäß der nachstehenden
Grundsätze
die binokulare PSF abgeleitet:
- 1. Wenn die
monokulare PSF für
das rechte Auge und die monokulare PSF für das linke Auge nahe beieinander
sind, weist die vereinte PSF eine Verteilung auf, die konzentrierter
ist als jede Verteilung von beiden monokularen PSFs:
- 2. Wenn die monokulare PSF für
das rechte Auge und die monokulare PSF für das linke Auge sich voneinander
in hohem Maße
unterscheiden, weist die vereinte PSF eine Verteilung auf, die der
konzentriertesten Verteilung zwischen beiden monokularen PSFs am
nächsten
ist; und
- 4. Kontinuität
und Eindeutigkeit der vereinten PSF werden beibehalten.
-
Als
ein Beispiel des Verfahrens zum Ableiten der vereinten binokularen
PSF von der rechten und linken PSF wird nachstehendes Verfahren
vorgeschlagen. Eine PSF wird mit einer Normalverteilungsfunktion
angenähert,
die durch eine Ellipse dargestellt wird.
-
-
Wenn
die Parameter der Ellipse, die die rechte monokulare PSF darstellt,
durch AR, BR und αR dargestellt
werden, und die Parameter der Ellipse, die die linke monokular PSF
darstellet, durch A , BL und αL dargestellt
werden, können
die Parameter A, B und α der
Ellipse, die die vereinte binokulare PSF darstellt, wie nachfolgende
gezeigt erhalten werden:
-
-
Die
vorstehend Gleichung führt
zu den folgenden Beziehungen:
-
-
10a zeigt eine Ellipse, die die rechte
und die linke PSF (die rechte bzw. linke Ellipse) darstellt, und eine
Ellipse, die die vereinte binokulare PSF darstellt (die vereinte
Ellipse). Das vorstehende Verfahren ist zeitweise nicht anwendbar.
In dem in
10b gezeigten Fall haben
beide Augen einen starken Astigmatismus, und die Richtungen sind
unterschiedlich, und die vereinte binokulare PSF verteilt sich auf
einen unangemessen kleinen Bereich. Daher ist es notwendig, die
Größe der vereinten
Ellipse gemäß der Ähnlichkeit
der rechten und linken Ellipsen anzupassen. Die Anpassung erfolgt
beispielsweise durch Multiplizieren des Bereichs der Ellipse, die
vorstehend durch einen Koeffizienten
erhalten wird, wobei κ das Verhältnis des
Bereichs eines gemeinsamen Abschnitts S
C von
sowohl der rechten als auch der linken Ellipse zum Durchschnitt
der Bereiche von beiden Ellipsen
ist. Das Ergebnis der Anpassung
kann ausgedrückt
werden als:
-
-
Wenn
die vereinte binokulare PSF mit der zweidimensionalen Normalverteilungsfunktion
angenähert wird
und die Parameter der letzteren Funktion wie vorstehend beschrieben
abgeleitet werden, obwohl es notwendig ist, Parameter von jeweils
einer rechten und einer linken monokularen PSF abzuleiten und ferner
die binokulare PSF für
alle Objektpunkte, kann der Berechnungsaufwand vermindert werden,
während
der Rechenfehler innerhalb eines bestimmten Bereichs unter Verwendung
eines mathematischen Verfahrens einer Spline-Interpolation gesteuert
werden kann.
-
(5) Faltungsschritt
-
Bei
diesem Schritt wird eine Faltung des verzerrten Ursprungsbildes,
das im Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes erzeugt
wird, und der vereinten binokularen PSFs, die in dem Schritt zum
Ableiten einer PSF abgeleitet werden, durchgeführt, und ein binokulares, synkinetisches,
rotationsbasiertes Netzhautbild wird erhalten, bei dem es sich um
ein Bild der virtuellen Objekte handelt, die in dem virtuellen dreidimensionalen
Raum plaziert sind, der durch die Augen an einer spezifischen Position
in einer spezifischen Richtung durch spezifische Positionen auf
den Brillenglaslinsen betrachtet wird.
-
Die
Faltung wird beispielsweise in der nachstehenden Weise durchgeführt. Wenn
die Verteilung der optischen Intensität des verzerrten Ursprungsbildes
durch f(μ, ν) dargestellt
wird, und eine PSF an einem Punkt (μ0, ν0) wird durch p(μ0, ν0, μ – μ0, ν – ν0) dargestellt
wird, wird die optische Intensität
g(μ0, ν0) an einem Punkt
(μ0, ν0) auf der
Netzhaut durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt:
-
-
Bei
der vorstehenden Gleichung steht p(μ0, ν0, μ – μ0, ν – ν0)
für den
Wert der PSF an dem Punkt bei einer Distanz von (μ – μ0, ν – ν0)
von dem Punkt (μ0, ν0). S steht für den Bereich der Streuung
der PSF. Durch Ableiten der optischen Intensität an allen Punkten auf dem
binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbild gemäß der vorstehenden
Gleichung, kann ein noch binokulares, synkinetisches, rotationsbasiertes
Netzhautbild erhalten werden.
-
11 zeigt
ein Beispiel des binokularen, synkinetischen, rotationsbasierten
Netzhautbilds, das gemäß dem Verfahren
nach Ausführungsform
1 abgeleitet wird. In 11 ist ein binokulares, synkinetisches,
rotationsbasiertes Netzhautbild gezeigt, das durch Betrachten einer
Szene in einem Raum durch Gleitsichtlinsen mit einer Fernsichtleistung
von 0,0 D mit einem Zusatz von 2,50 (HOYALUX SUMMIT, eine Marke
der HOYA Co. Ltd.), die vor beiden Augen plaziert sind, abgeleitet
wird. Das Gesichtsfeld beträgt
102,5° in
der horizontalen Richtung und 86,2° in der vertikalen Richtung.
Der Brillenglas-Frame wies eine Größe mit einer Höhe von 40
mm und einer Breite von 50 mm auf. Gezeigt sind die Bezugslinien
auf den Frames und die Ringe zum Messen der Fernsicht-Brechkraft
und der Nahsichtbrechkraft. Bei diesem Beispiel sind die Positionen
der Ringe zum Messen der Nahsichtbrechkraft in der rechten und linken
Linse an Positionen plaziert, die einander in dem binokoluaren,
synkinetischen, roationsbasierten Netzhautbild überlappen. Als Akkommodationsbereich
des Auges werden 0,5 D verwendet, und die Akkommodationskraft wird
als der gleiche Wert für
beide Augen gesetzt.
-
Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Erfindung wird ein Bild erhalten, das eine Unschärfe und
Verzerrung annähernd
reproduziert, die durch Betrachten von Objekten durch Brillenglaslinsen,
wie Gleitsichtlinsen, einschließlich
des Effekts des binokularen Sehens wahrgenommen werden. In anderen
Worten kann das gesamte Gesichtsfeld durch das normale bloße Auge
deutlich wahrgenommen werden, und einige Abschnitte des Gesichtsfeldes
werden hingegen deutlich gesehen, und andere Abschnitte des Gesichtsfeldes
werden mit Unschärfe
und Verzerrung durch Augen mit Presbyopie gesehen, bei denen Gleitsichlinsen
vor den Augen plaziert sind. Gemäß dem Verfahren
der vorliegenden Ausführungsform
kann ein Bild, das durch die Augen mit Presbyopie wahrgenommen wird,
als ein virtuelles Bild reproduziert werden. Durch Anzeigen des
erhaltenen Bildes auf einer Anzeigevorrichtung kann daher ein Konstrukteur,
der keine presbyopen Augen hat, die Wahrnehmung bestätigen, die
durch Gleitsichtlinsen abgeleitet werden würde, die durch den Konstrukteur
entworfen würden,
wäre er
eine Person mit presbyopen Augen. Somit kann eine sehr wünschenswerte
Bewertung erreicht werden. Da außerdem die Wahrnehmung bestätigt werden
kann, bevor die Gleitsichtlinsen erzeugt werden, haben die Kunden
bei der Wahl der Linsen mehr Freiheit und sich dabei im Optikergeschäft ereignende
Fehler werden weniger.
-
(Ausführungsform 2)
-
Bei
der vorliegenden Ausführungsform
werden viele noch binokulare, synkinetische, rotationsbasierte Netzhautbilder,
wie z. B. jene, die bei der Ausführungsform
1 erzeugt werden, zu allen Zeitpunkten erzeugt, während die
Position der Mitte der binokularen Rotation, die Richtung der zentralen
Sehlinie, die beiden Positionen, durch die ein Hauptstrahl gelangt,
auf den Brillenglaslinsen, der Betrag der Verformung und Verschiebung
der virtuellen Objekte geändert
werden. Daher ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung im wesentlich
mit dem Verfahren der Ausführungsform
1 identisch, außer
daß das
Verfahren ferner einen Schritt zum Erzeugen eines Berichts der Veränderungen
im Zeitverlauf der Position der Mitte einer binokularen Rotation, der
Richtung der zentralen Sehlinie, beider Positionen, an denen der
Hauptstrahl hindurchgelangt, auf den Brillenglaslinsen, des Betrags
der Verzerrung und Verschiebung der virtuellen Objekte und einen
Schritt zum Erzeugen eines Videobildes aufweist, indem die Standbilder
zu allen Zeitpunkten bearbeitet werden. 12 zeigt
ein Diagramm, das den Gesamtfluß des
Verfahrens darstellt. Auf ausführliche
Beschreibungen zu jedem Schritt wird verzichtet. Als das Verfahren
zum Erzeugen des Berichts kann ein reibungsloses Bewegen der Sehlinie
durch Verwenden des Spline-Interpolationsverfahrens, aber nicht
durch Festlegen der Position der Mitte der binokularen Rotation,
der Richtung der zentralen Sehlinie, beider Positionen, an denen
die Hauptstrahlen hindurchgelangen, auf den Brillenglaslinsen, des
Betrags der Verformung und der Verschiebung der virtuellen Objekte
auf individuelle Weise zu allen Zeitpunkten, erreicht werden.
-
Gemäß dem vorstehenden
Verfahren von Ausführungsform
2 kann ein Videobild erhalten werden, das eine Schwankung, die durch
eine Veränderung
in der Position der Augen und eine Bewegung der Sehlinie bewirkt
wird, neben einer Unschärfe
und Verzerrung, die durch Betrachten durch Brillenglaslinsen wie
Gleitsichtlinsen wahrgenommen wird, reproduziert. Wenn daher das
erhaltene Videobild auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt wird,
kann die Bewertung basierend auf dem lebhaften Empfinden erhalten
werden, als wäre
der Konstrukteur eigentlich eine Person ist, die solche Brillenglaslinsen
trägt.
Wenn Frame-Markierungen auf dem Videobild angezeigt werden, die auf
der Anzeigevorrichtung angezeigt werden, können Unschärfe, Verzerrung und Schwankung
beobachtet werden, während
eine Verschiebung der Sehlinien auf beiden Brillenglaslinsen bestätigt wird.
-
Die
Vorrichtung zum Simulieren gemäß den in
den vorstehenden Ausführungsformen
beschriebenen Verfahren wird nachstehend kurz erläutert. 13 zeigt
ein Blockdiagramm, das die Konstruktion der Vorrichtung zum Simulieren
eines okular-optischen
Systems der vorliegenden Erfindung aufweist. Wie in 13 gezeigt
ist, besteht die Vorrichtung aus einem Prozessor 61, einem
Nur-Lese-Speicher (ROM) 62, einem Hauptspeicher 63,
einem graphischen Steuerschaltkreis 64, einer Anzeigevorrichtung 65,
einer Maus 66, einer Tastatur 67, eine Festplattenvorrichtung
(HDD) 68, einer Diskettenvorrichtung 69, einem
Drucker 70 und eine Magnetbandvorrichtung 71.
Diese Elemente sind durch einen Datenbus 72 miteinander
verbunden.
-
Der
Prozessor 61 ist für
die gesamte Steuerung der gesamten Vorrichtung verantwortlich. In
dem Nur-Lese-Speicher 62 sind Programme enthalten, die
zum Hochfahren notwendig sind. In dem Hauptspeicher 63 sind
Simulationsprogramme enthalten, die zum Durchführen der Simulation verwendet
werden. Der graphische Steuerschaltkreis 64, der einen
Videospeicher aufweist, wandelt Daten eines erhaltenen Bildes in
Signale zur Anzeige um, und zeigt das Bild auf der Anzeigevorrichtung 65 an.
Die Maus 66 ist eine Zeigevorrichtung zum Anwählen von
Ikons und Menüs
auf der Anzeigevorrichtung. In der Festplattenvorrichtung 68 sind
Systemprogramme und Simulationsprogramme gespeichert, und diese
Programme werden in den Hauptspeicher 63 geladen, nachdem
elektrische Leistung zugeführt
worden ist. Die Simulationsdaten werden zudem vorübergehend
in der Festplattenvorrichtung gespeichert.
-
In
der Diskettenvorrichtung 69 werden die für eine Simulation
notwendigen Daten, wie z. B. Daten eines Ursprungsbildes, in den
Speicher eingegeben oder in die Festplattenvorrichtung von einer
Diskette 69A, oder bei Bedarf auf der Diskette 69A gesichert.
Die Magnetbandvorrichtung 71 wird bei Bedarf zum Sichern von
Simulationsdaten auf einem Magnetband verwendet. Als die Vorrichtung
mit der vorstehenden Grundkonstruktion kann ein Hochleistungs-Personal-Computer
oder ein Allzweckcomputer verwendet werden.
-
Wirkungsweise
der Erfindung
-
Die
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden folgendermaßen zusammengefasst.
Wie vorstehend ausführlich
beschrieben wurde, sind das Verfahren zum Simulieren eines okular-optischen
Systems und die Vorrichtung für
dasselbe dadurch gekennzeichnet, daß als Bild, das durch die Augen
durch die Brillenglaslinsen wahrgenommen wird, kein Bild, das auf
die Netzhautoberflächen
der Augen projiziert wird, verwendet wird, sondern ein binokulares,
synkinetisches, rotationsbasiertes Netzhautbild verwendet wird,
das durch Computersimulation erzeugt wird. Das binokulare, synkinetische,
rotationsbasierte Netzhautbild ist kein optisches Bild, das auf
die Netzhautoberflächen
der Augen projiziert wird, sondern ein Bild, das als ein Bild definiert
wird, das wie folgt erzeugt wird: Der rechte und der linke Augapfel
werden jeweils in einem Gesichtsfeld in einer Weise gedreht, daß ein Objektpunkt
an der Fovea der Netzhaut eines jeden Augapfels erfaßt wird;
ein vereintes, binokulares, foveales Bild des Objektpunkts wird
durch Vereinen beider Bilder erzeugt, die auf die rechte und linke
Fovea projiziert werden; und das binokulare, synkinetische, rotationsbasierte
Netzhautbild wird durch Verbinden der vereinten, binokularen, fovealen
Bilder in bezug auf alle Objektpunkte des Ursprungsbildes erzeugt.
Das vorstehende Verfahren weist einen Schritt zum Erzeugen eines
Ursprungsbildes auf, das ein Plazieren der Mitte der binokularen
Rotation an einer spezifischen Position und ein Erzeugen eines Ursprungsbildes
als ein Bild der virtuellen Objekte innerhalb eines Gesichtsfeldes
aufweist, bei dem es sich um ein spezifisches Pyramidenfeld handelt;
einen Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes, der
ein Erzeugen eines Ursprungsbildes mit einer Verzerrung aufweist,
die durch Betrachten durch Brillenglaslinsen gemäß dem Strahlverfolgungsverfahren
wahrgenommen wird; einen Schritt zum Ableiten von Positionen der
Brillenglas-Frames, der ein Erhalten von Positionen der Brillenglas-Frames
in dem verzerrten Ursprungsbild aufweist; einen Schritt zum Ableiten
einer PSF, der ein Ableiten einer rechten und einer linken monokularen
PSF auf der Netzhaut aufweist, die durch Licht von den Objekt punkten
des Ursprungsbildes bewirkt werden, und ein Ableiten einer binokularen
PSF durch Vereinen der rechten und der linken PSFs aufweist; einen
Schritt zum Falten, der ein Falten des verzerrten Ursprungsbildes
aufweist, das in dem Schritt zum Erzeugen eines verzerrten Ursprungsbildes
erhalten wird, und der binokularen PSFs, die in dem Schritt zum
Ableiten einer PSF in bezug auf alle Objektpunkte erhalten werden,
die Pixel des Ursprungsbildes darstellen; und ferner einen Schritt
zum Erzeugen eines Videobildes des binokularen, synkinetischen,
rotationsbasierten Netzhautbildes durch Bearbeiten der binokularen,
synkinetischen, rotationsbasierten Netzhautbilder aufweist. Wie
vorstehend beschrieben, sind das Verfahren und die Vorrichtung vorgesehen,
um ein Simulieren einer visuellen Wahrnehmung mit Unschärfe und
Verzerrung zu ermöglichen,
einschließlich
des Effekts des Verwendens beider Augen, indem ein Objekt durch
Brillenglaslinsen, wie z. B. Gleitsichtlinsen, betrachtet wird.
dann wird die binokulare PSF, die durch die beiden monokularen PSFs vereint wird, ausgedrückt als:
wobei die Parameter A, B, α der vereinten binokularen PSF ausgedrückt werden als:
wobei κ ausgedrückt wird als:
wobei SR der Bereich der Ellipse ist
ist.
ist. Das Ergebnis der Anpassung kann ausgedrückt werden als:
dann wird die binokulare PSF, die durch die beiden monokularen PSFs vereint wird, ausgedrückt als:
wobei die Parameter A, B, α der vereinten binokularen PSF ausgedrückt werden als:
wobei κ ausgedrückt wird als:
bei dem es sich um ein Verhältnis eines Bereichs eines gemeinsamen Abschnitts SC einer Ellipse handelt, die die rechte monokulare PSF darstellt, die ausgedrückt wird als: