JP3738563B2 - 眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法及び記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼鏡を掛けて見たときの視野画像を表示させる技術に関し、特に、レンズによる歪みやボケの画像処理速度を向上させた眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼鏡を購入するときは、ユーザーが眼鏡レンズと眼鏡フレームを選択し、これらが組み合わされたものが納入される。眼鏡レンズを選択するときは、眼鏡店にサンプルとして用意されているレンズを装着して見え方をチェックし、店員の説明などを聞きながら自分に適していると思われるものを選択する。そして、別途選択された眼鏡フレームに、選択した眼鏡レンズが装着された眼鏡が作られてユーザーに納品される。
【０００３】
従来は、このようにしてユーザーが自分に適していると思われるレンズを実際に装着してから購入するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フレームにレンズが装着された眼鏡を掛けたときに視野がどの様に見えるかは、実際に納品された眼鏡を掛けてみるまでは判らない。店にサンプルで用意されている眼鏡レンズは数が限られており、サンプルとして用意されていない種類のレンズ、あるいは、サンプルとして用意されたレンズの中間的な性質を持つレンズなどがユーザーに適していると判断した湯合には、実際に納品された眼鏡を掛けて見るまでは、その眼鏡の特性は実際には判らない。
【０００５】
特に、距離の遠い物体を見るのに適した遠用領域と、距離の近い物体を見るのに適した近用領域と、これらの間で屈折力が徐々に変化する中間領域とを備えた累進多焦点レンズを選択する場合は、遠用および近用の度数、さらに、遠用あるいは近用のいずれを重視するかなどによって累進面の性質が異なる。そのため、累進多焦点レンズの種類は膨大であり、店に用意されている少数のサンプルを掛けてみただけではユーザーに適したレンズの視野がどのように見えるかは判らない。
【０００６】
また、眼鏡店の店員でも、実際に累進レンズを使用した経験の無いユーザーに対しては、その視野の状態を言葉で説明することは困難である。さらに、眼鏡レンズの処方は、球面度数、乱視度数、乱視軸方向、累進レンズでは加入度などがあり、これらが異なると見え方が様々に変化する。このため、サンプルや店員の説明だけでは視野の様子を全て把握することは不可能である。
【０００７】
この様な困難を解決するために、眼鏡を掛けて見える視野画像をパソコンなどを用いて表示し、眼鏡を掛けた視野の状態を疑似体験することにより、自分に最適な眼鏡を選択することが検討されている。しかし、累進多焦点レンズでは、眼鏡レンズの遠用領域、近用領域あるいは中間領域によって特性が異なるので、単に眼鏡全体の視野画像を示しただけではユーザーにその特性の差を明療に示すことが難しい。
【０００８】
そこで、本発明者は、累進多焦点眼鏡レンズの特性をユーザーに対し明瞭に表示し、累進多焦点眼鏡レンズを用いたときの見え方をユーザーが事前に把握して、自分に最適な眼鏡レンズを選択し、快適な視野が得られるようにすることを目的として眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法を提案した。
【０００９】
この場合、眼鏡レンズ、特に累進レンズの視野特性を把握するためには、視野の中で、必然的に生じる像のボケとゆがみをユーザーに理解させる必要があり、そのため、像のボケとゆがみが加わった視野画像を作成してユーザーに提示することが必要である。
【００１０】
ところで、眼鏡レンズを通して見られる虚像を、厳密な光学シミュレーションによって求めるためには、物体を多数の点光源の集まりと考え、それぞれの点から発し、目の開口部（瞳の部分）に入る光線を多数計算してやり、それらを光線の方向によって積分し明るさを求め、画像を作ってやればよい。しかし、この方法では、非常に多量の計算を行わなければならないため、計算時間が大変に長くかかり、視野体験装置としては実用的でない。そこで、厳密なシミュレーション画像と見かけ上同等の画像を、短い計算時間で作成する必要がある。
【００１１】
視野画像を作成する際の計算時間を短縮させることは、視野体験装置の実用面で大きな意味を持つ。計算処理を行うパソコンの処理能力が低い場合はもちろんであるが、処理能力に余裕が有る場合でも、短時間で画像を生成することは、視野体験装置に付加価値を付けられる。例えば、ユーザーを待たせないで迅速に画像を提供できる。また、使用者がゆれの状態を体験しようとすると、視線の方向の異なった画像を実時間で作成しなければならず、従来の画像処理を行っていたのでは、不可能である。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、眼鏡レンズ、特に累進多焦点眼鏡レンズの見え方の特性を画像で表示して、ユーザーが最適の眼鏡レンズを選択することができる眼鏡の視野体験装置において、画像処理を高速で行うことができる眼鏡の視野体験装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、眼鏡レンズ、特に累進多焦点眼鏡レンズの見え方の特性を画像で表示して、ユーザーが最適の眼鏡レンズを選択することができる眼鏡の視野体験方法において、画像処理を高速で行うことができる眼鏡の視野体験方法を提供することを目的とする。
【００１４】
更に、本発明は、かかる視野体験方法をコンピュータに実現させることができるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の眼鏡の視野体験装置は、眼鏡レンズを通して見るべき元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づき重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える画像処理を行う画像処理部と、前記画像処理部で画像処理された視野画像を表示する表示部とを備える眼鏡の視野体験装置であって、前記画像処理部が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理と、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理により得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成する処理と、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理により得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求める処理と、前記中間画像を作成する処理により得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得る処理とを行う構成としている。
【００１６】
また、請求項４記載の眼鏡の視野体験方法は、眼鏡レンズを通して見るべき元画像を眼鏡レンズを掛けて見た視野画像に画像処理し、画像処理した視野画像を表示する眼鏡の視野体験方法であって、前記画像処理が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成するステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求めるステップと、前記中間画像を作成するステップで得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得るステップとを有することとしている。
【００１７】
更に、請求項６記載の記録媒体は、眼鏡レンズを通して見るべき元画像を眼鏡レンズを掛けて見た視野画像に画像処理し、画像処理した視野画像を表示する眼鏡の視野体験方法であって、前記画像処理が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成するステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求めるステップと、前記中間画像を作成するステップで得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得るステップとを有する眼鏡の視野体験方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としている。
【００１８】
本発明では、光線追跡によるボケて見える光束の広がり量を好ましくは少数の画素に対して求め、その光束の広がり量から平均化処理する平均化範囲を全画素に対して求め、求めた平均化範囲から歪みを加えた中間画像の全ての画素を平均化処理することにより、歪みとボケの画像処理を簡略化して、厳密なシミュレーション画像と見かけ上同等の視野画像を、高速で作成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１に、本発明の眼鏡の視野体験装置の装置構成の一例を示す。本発明の視野体験装置１は、パーソナルコンピュータ（パソコン）１０を中心に構成されており、視野画像を表示可能な画像表示装置としてＣＲＴ２１およびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）２２が用意されている。また、情報入力装置としてはキーボード２３が用意されており、画像入力装置としてＣＣＤカメラ２４が用意されている。また、画像あるいはその他の情報を記憶可能な記憶装置としては、ハードディスク２５及びＣＤ−ＲＯＭドライブ２６が用意されており、コンパクトディスク（ＣＤ）２７に記憶された画像情報あるいはプログラムなどを利用できるようになっている。さらに、本例のパソコン１０は、インターネット等のネットワークに接続できるようになっており、ネットワークを介して画像情報あるいはソフトウェアなどの情報を授受できるようになっている。
【００２１】
図２に、本発明の視野体験装置１の機能構成のブロック図を示す。視野体験装置１の中核であるパソコン１０は、まず、キーボード２３から視野体験装置１を操作する命令を受け付けるとともに、眼鏡の種類、画像の種類などの選択命令を受け付け可能な選択入力部１１と、ＣＣＤカメラ２４から表示する物体の画像データの入力可能な画像入力部１２とを備えており、これらの入力されたデータに従って物体までの距離に対応する視野画像を選択または生成して出力可能な画像処理部１３を備えている。また、眼鏡の視野体験方法のプログラム等のソフトウェア、画像情報、および選択して表示可能な視野画像などを記憶可能な記憶部１４を備えており、この内容は、ＣＤ−ＲＯＭ２７あるいは、通信機能１５を通じてインターネット等のネットワークから随時アップデートすることができる。画像処理部１３によって生成または選択された視野画像は表示出力部１６からＣＲＴ２１あるいはＨＭＤ２２に出力され、表示される。
【００２２】
これらの各機能は本例のようにパソコン１０で実現することも可能であるが、パソコン１０でブラウザを起動し、インターネットを介して所定のアドレスのＷＷＷサーバーとコネクションを張り、同等の機能をパソコン１０を経由して提供することも可能であり、ＷＷＷサーバーから多種多様な視野画像の中からユーザーが所望する適当な視野画像を入手することも可能である。
【００２３】
また、画像処理に関しても、ネットワークを介してホストコンピュータに画像情報を送り、ホストコンピュータによって画像処理して、処理された画像をパソコン１０がネットワークを介して受け取って表示するようにしてもよい。
【００２４】
このパソコン１０は、眼鏡の視野体験方法のプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ２７やフロッピーディスクなどの記録媒体からハードディスク２５などにインストールし、記憶部１４にインストールしたプログラムを読み込むことにより、眼鏡の視野体験装置として機能させることができる。
【００２５】
図３に、本発明の眼鏡の視野体験装置１での視野画像を表示する処理の概略のフローチャートを示してある。
【００２６】
まず、ステップ５１で、視野画像を表示したいレンズの種類を選択して入力装置２３から入力する。
【００２７】
次に、ステップ５２で表示したい画像を選択する。例えばＣＣＤカメラ２４から出力された画像、予め記憶部１４やハードディスク２５に格納されている画像、あるいはネットワークを介して取得する画像の中から選択する。累進多焦点レンズの場合、物体の距離に応じてレンズの遠用領域、中間領域、近用領域を使い分けるので、例えば、遠くにある物体の画像、中間の室内にある物体の画像、あるいは目の前の本の画像等の中から元画像を選択して入力装置２３から入力する。累進多焦点レンズでは、レンズの遠用領域、中間領域、近用領域の中から選択した画像の距離に応じたレンズ部位の特性に基づいて画像処理をすることになる。
【００２８】
そして、ステップ５３で、画像処理部１３が、ハードディスク２５あるいはＣＤ−ＲＯＭ２７などの記録媒体に用意された画像データやプログラムにより選択した元の画像データを選択したレンズ（選択されたレンズの部位）の特性に基づいて画像処理し、視野画像を作成する。
【００２９】
次に、ステップ５４で、画像処理部１３から出力された視野画像データを表示出力部１６を介してＣＲＴ２１、ＨＭＤ２２などに表示する。
【００３０】
ユーザーが他のレンズや他の画像を望む場合はステップ５１に戻ってレンズの選択、画像の選択などを行って上記の処理を繰り返す。ユーザがそれ以上の画像を望まなければ、処理を終える。
【００３１】
図３は本発明の視野体験装置の処理の一例について示したものであり、他の処理の流れも考えられる。例えば、図３では、レンズなどの選択が行われてから視野画像を作成しているが、可能な限りの場合を想定して、予めできる限り多くのレンズで得られる視野画像を作成し、記憶部１４やＣＤ２７等に格納しておくこともできる。視野体験装置１のパソコン１０の処理能力が低い場合などは、この方が実用的であろう。
【００３２】
さらに、本例のパソコン１０は、インターネットに接続できるようになっており、ネットワークを介して画像情報あるいはソフトウェアなどの情報を授受できるようになっている。
【００３３】
このような眼鏡の視野体験装置によれば、ユーザーは、実際に眼鏡を掛けて見る場合のボケや歪みなどとして現れる眼鏡レンズの特性を疑似体験し、多種多様な眼鏡レンズの中から自分に適した眼鏡レンズを店にはない種類の中からも選択することができる。
【００３４】
本発明の眼鏡の視野体験装置は、このような視野体験装置におけるレンズを通して見るべき元の画像データを高速に処理し、歪みとボケの加わったレンズの特性を短時間で視野画像に表示できることに特徴がある。
【００３５】
累進レンズの視野のボケを表現するには、同一視野の中で、部分的にボケの程度の異なる画像を作成する必要がある。そのためには、光線追跡による点像のボケに応じて、元画像の１つ１つの画素の値をその周辺の画素の重み付け平均値で置き換えてやればよい。つまり、E（ｉ，j）を元の画素の明るさを表すデータとすると、新しい画素データE’（ｉ，j）を
【００３６】
【数１】
【００３７】
で置き換えてやる。ここで、ｉ、ｊは、マトリックス状の画素の座標値を示し、aｎ，ｍは、n，mによって変わる重みを表している。
【００３８】
しかし、画素の位置や物体の距離によってボケの程度は異なるので、それぞれの画素に対して行う平均化操作の範囲や重みは、画素によって異なる。１つ１つの画素に対する平均化の範囲や重みを求めるには、多数の光線を計算する必要があり、前述の方法ほどではないにしろ計算時間がかかることに変わりは無い。そこで、少しでもこの計算量を減らす事を考えねばならない。
【００３９】
先ず、計算量を減らすための第一の手段は、平均化操作をするときの重みを簡略化することである。実際の光線追跡に基づく重み係数は、各光束の収差の状態に応じて様々な値をとるが、これを簡略化して、全てaｎ，ｍ＝1．0とするのである（Ｓは、平均化の範囲によって変わる。）。これは、レンズの収差として、非点収差と度数ずれのみを取り上げ、他の収差は全て無視することに相当する。眼鏡レンズの場合は、非点収差と度数ずれの影響が大きく、他の収差の影響は殆ど無視できることが知られており、この簡略化を行っても視野画像に大きな差異は生じない。重み係数を同じにする事によって、平均化操作をする時のパラメータは、その範囲を示すものだけになる。非点収差と度数ずれのみを考慮した時の点像の広がりは、楕円形になるため、長径・短径・軸方向の３つのパラメータが決まれば、その大きさが完全に決まる。従って、光線追跡によって画像の各点に対して、この３つのパラメータを求めてやれば良い。
【００４０】
次に、さらに計算量を減少させるために取る第二の手段は、光線追跡をする光束の本数を減らすことである。累進レンズの非点収差分布や度数分布が連続的であることを考慮すれば、物体距離が連続であれば、視野の中のボケ量も連続的に変化するものと期待される。従って、計算時間の短縮のためには、全部の画素について平均化範囲を計算するのをやめ、少数の画素についてのみ計算し、その他の画素については、内挿によって求める。平均化の範囲として楕円形状を想定すれば、その大きさを規定するパラメータは３つであるから、内挿も、それぞれのパラメータに対して行えば、各画素に対するパラメータを決めることができる。但し、平均化の計算は画素ごとに行うので、その範囲をあまり細かく計算しても意味が無い。計算量の減少のために平均化範囲を連続値として計算せず、離散値にすることも可能である。
【００４１】
これまでの方法は、ある１点におけるボケ量を求めるために、多数の光線を計算してやる方法であるが、さらに計算量を削減することも出来る。そのためには、画素の各点において、眼に入射する多数の光線から直接ボケ量を求めるのではなく、非点収差量と球面度数とを求め、これから平均化の範囲を推定してやる。非点収差量と球面度数を求める計算は、ある光線に対して、その近軸量を計算するため、遥かに計算量が少なくて済む。
【００４２】
図４に、画像処理部１３が元の画像データを上述したボケの処理を簡略化した画像処理によって視野画像を作成するフローチャートを示した。このフローチャートは、前述の図３に示したフローチャートにおけるステップ５３の画像処理の内容を示すものである。
【００４３】
まず、ステップ５３１で、選択した画像の元画像データをパソコン１０の記憶部１４に読み込む。これにより、眼鏡を通して見る物体表面の色や輝度のデータが入力される。
【００４４】
次に、ステップ５３２で、レンズを通して見たときの物体の方向（歪み）を求めると共に、ボケて見える光束の広がりを少数の画素に対して求める。光束の広がりは、上述したように、例えば、眼鏡レンズの光線追跡により、非点収差と度数ずれのみを考慮した時の点像の広がりである楕円形の長径・短径・軸方向の３つのパラメータを求めることにより求めることができる。また、画素の各点に対して非点収差量と球面度数を求めることにより、光束の広がりを求めることができる。
【００４５】
また、歪みを求める際、眼鏡を通して見ている物体が、写真や絵の様な２次元の物体を想定しているときは、ボケた画像を作る前の歪みを加えた中間画像を作成するための計算量を減少させることができる。つまり、全ての画素について光線追跡をして歪みを加えた画像を作るのではなく、選ばれた数少ない光線についてのみ計算し、その結果に基づいてそれ以外の画素は内挿によって変形後の像を求めるのである。
【００４６】
次に、ステップ５３３で、求めた物体の方向から、元画像を処理して眼鏡レンズを通して見たときの歪みを加えた中間画像を作成する。
【００４７】
次に、ステップ５３４で、光束の広がり量に応じて画素データを平均化処理する平均化範囲を計算する。この場合、ステップ５３２で求めた光束の広がり量は、上述した非点収差量と球面度数から求める簡略化した計算方法では、平均化処理する平均化範囲と一致する。
【００４８】
次に、ステップ５３５で、少数の画素に対して求めた平均化範囲から、全ての画素に対して平均化範囲を内挿によって求める。
【００４９】
次に、ステップ５３６で、ステップ５３３で作成した中間画像の各々の画素に対して、重なっているボケを積算して平均化処理し、これによって、歪みに加えて先鋭度を場所により変化させたボケを加えた視野画像を作成することができる。
【００５０】
このような眼鏡の視野体験装置によれば、画像処理を簡略化しながら厳密なシミュレーションとほぼ同じボケと歪みを加えた視野画像を作成することができる。そのため、パソコンの画像処理機能の負担を軽減して画像処理の高速化を達成できる。これにより、例えば、従来、パソコンの負担が大きくて実現できなかった眼鏡を掛けた顔を動かしたときの視野画像のゆれの動きなどを表示させることが可能となる。従って、より実際に近い状態の視野画像をユーザーに体験してもらうことが可能であり、ユーザーが自分に適した眼鏡レンズの選択を容易にできることになる。
【００５１】
（実施例１）
物体上のある１点から発して眼鏡レンズを通って目に到達する光束を計算すれば、その点がどの程度ぼけて見えるか、見かけ上どの方向に見えるかが判る。その見かけのボケ量に合わせて、画素を平均化操作する時の範囲を決めてやれば良い。点光源は、ほぼ楕円形状のボケになるので、その長・短径、及び軸方向を画素の各点について定めてやる。多数の画素それぞれについて平均化範囲を計算するのは大変なので、全部の画素についてボケの範囲を計算せず、少数の画素について計算してやり、その他の画素については、内挿によって求めてやる。例えば、６００×８００の画像であれば、２０画素ごとに格子点を取り、その格子点についてのみ光線追跡によってボケを求めてやれば、計算量は４００分の１になる。格子点以外の画素に対するボケ量を求めるには、格子点のデータを元に、補間多項式の係数を求め、その多項式から各画素に対するボケ量を計算してやる。
【００５２】
このようにして全ての画素に対するボケ量を求め、各画素に重なっているボケ量を積算し、元画像に歪みを加えた中間画像を平均化処理することにより、ボケと歪みを加えた視野画像を作成することができる。
【００５３】
図５は、このようにして得られた視野画像の一例を示す画像である。この視野画像は、累進多焦点レンズの中間領域を用いて中間距離にある目の前のテーブルを見た場合を示している。レンズの中間領域の中央から側方下部に非点収差と度数ずれによるボケが生じている状態が示されている。
【００５４】
（実施例２）
実施例１は、ある１点におけるボケ量を求めるために、目に到達する多数の光線を計算してやる方法であるが、さらに計算量を削減することもできる。そのために、直接ボケ量を求めるのではなく、各点において非点収差量と球面度数とを求め、これからボケ量を推定してやる。非点収差量と球面度数を求める計算は、ある光線に対して、その近軸量を計算する為、遥かに計算量が少なくて済む。
【００５５】
レンズによって生じる像のボケの原因には、非点収差によるものと、度数ずれによるものとがある。非点収差は、累進レンズの特性により、周辺部に必然的に生じるもので、それぞれのレンズ固有の分布をしており、その量は、光束がレンズを通る場所によって決まり、使用者の条件には依らない。これに対し、度数ずれは、レンズによる虚像の距離が使用者の眼の視度調節範囲を越えるために生じ、使用者の条件によって変化する。レンズによる虚像の距離は、物体までの距離と、光束が通るレンズ上の位置によって変わる。従って、画像を作成するためには、物体までの距離と使用者の条件（視度調節範囲）を想定し、それぞれの光束が通る位置を計算し、非点収差と度数ずれを算出する必要がある。
【００５６】
今、使用者の遠点度数をＰＯ、近点度数をＰ１とするとき、レンズのある１点を通る光束に対する平均度数がＳ、非点収差量がＡとすれば、ボケ像の径Ｄ１、Ｄ２と下記の関係が成り立つ。
【００５７】
１．Ｓ≦ＰＯのとき
Ｄｌ＝α|Ｓ−０．５Ａ−ＰＯ｜
Ｄ２＝α|Ｓ＋０．５Ａ−ＰＯ｜
２．ＰＯ≦Ｓ≦Ｐｌのとき
Ｄｌ＝０．５α|Ａ|
Ｄ２＝０．５α|Ａ|
３．Ｐｌ≦Ｓのとき
Ｄｌ＝α|Ｓ−０．５Ａ−Ｐｌ|
Ｄ２＝α|Ｓ＋０．５Ａ−Ｐｌ|
ここで、αは収差量と画像のボケ量との比例定数である。この式を用いて非点収差量と度数から、画像のボケ量を求めることができる。なお、ボケの軸方向は、非点収差の軸方向とすればよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法は、実際に眼鏡レンズがなくても眼鏡を掛けたときの視野画像を表示して、レンズのボケや歪みといった眼鏡レンズの特性をよりわかりやすい状態でユーザーに体験してもらうことができる。この場合のボケや歪みを作り出す際の計算量を減少させ、画像処理の負担を軽くし、高速でボケや歪みが加わった視野画像を作成することができる。そのため、計算時間が短くなってユーザーを待たせる時間が短くなり、更に動画の表示なども可能となる。従って、本発明は、ユーザーが自分にとって最適の視野を実現するレンズの種類と眼鏡フレームを選択するのに、非常に有用である。
【００５９】
また、本発明の記録媒体は、かかる視野体験方法をコンピュータに実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の眼鏡の視野体験装置のハードウエアの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の眼鏡の視野体験装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の眼鏡の視野体験装置の画像表示までの処理過程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の眼鏡の視野体験装置の画像処理部における画像処理過程を示すフローチャートである。
【図５】本発明の眼鏡の視野体験装置で表示される視野画像の一例を示す画像である。
【符号の説明】
１ 眼鏡の視野体験装置
１０ パソコン
１１ 選択入力部
１２ 画像入力部
１３ 画像処理部
１４ 記憶部
１５ 通信機能
１６ 表示出力部
２１ ＣＲＴ
２２ ヘッドマウントディスプレイ
２３ キーボード
２４ カメラ
２５ ハードディスクドライブ
２６ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
２７ コンパクトディスク
【発明の属する技術分野】
本発明は、眼鏡を掛けて見たときの視野画像を表示させる技術に関し、特に、レンズによる歪みやボケの画像処理速度を向上させた眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法及び記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
眼鏡を購入するときは、ユーザーが眼鏡レンズと眼鏡フレームを選択し、これらが組み合わされたものが納入される。眼鏡レンズを選択するときは、眼鏡店にサンプルとして用意されているレンズを装着して見え方をチェックし、店員の説明などを聞きながら自分に適していると思われるものを選択する。そして、別途選択された眼鏡フレームに、選択した眼鏡レンズが装着された眼鏡が作られてユーザーに納品される。
【０００３】
従来は、このようにしてユーザーが自分に適していると思われるレンズを実際に装着してから購入するのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、フレームにレンズが装着された眼鏡を掛けたときに視野がどの様に見えるかは、実際に納品された眼鏡を掛けてみるまでは判らない。店にサンプルで用意されている眼鏡レンズは数が限られており、サンプルとして用意されていない種類のレンズ、あるいは、サンプルとして用意されたレンズの中間的な性質を持つレンズなどがユーザーに適していると判断した湯合には、実際に納品された眼鏡を掛けて見るまでは、その眼鏡の特性は実際には判らない。
【０００５】
特に、距離の遠い物体を見るのに適した遠用領域と、距離の近い物体を見るのに適した近用領域と、これらの間で屈折力が徐々に変化する中間領域とを備えた累進多焦点レンズを選択する場合は、遠用および近用の度数、さらに、遠用あるいは近用のいずれを重視するかなどによって累進面の性質が異なる。そのため、累進多焦点レンズの種類は膨大であり、店に用意されている少数のサンプルを掛けてみただけではユーザーに適したレンズの視野がどのように見えるかは判らない。
【０００６】
また、眼鏡店の店員でも、実際に累進レンズを使用した経験の無いユーザーに対しては、その視野の状態を言葉で説明することは困難である。さらに、眼鏡レンズの処方は、球面度数、乱視度数、乱視軸方向、累進レンズでは加入度などがあり、これらが異なると見え方が様々に変化する。このため、サンプルや店員の説明だけでは視野の様子を全て把握することは不可能である。
【０００７】
この様な困難を解決するために、眼鏡を掛けて見える視野画像をパソコンなどを用いて表示し、眼鏡を掛けた視野の状態を疑似体験することにより、自分に最適な眼鏡を選択することが検討されている。しかし、累進多焦点レンズでは、眼鏡レンズの遠用領域、近用領域あるいは中間領域によって特性が異なるので、単に眼鏡全体の視野画像を示しただけではユーザーにその特性の差を明療に示すことが難しい。
【０００８】
そこで、本発明者は、累進多焦点眼鏡レンズの特性をユーザーに対し明瞭に表示し、累進多焦点眼鏡レンズを用いたときの見え方をユーザーが事前に把握して、自分に最適な眼鏡レンズを選択し、快適な視野が得られるようにすることを目的として眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法を提案した。
【０００９】
この場合、眼鏡レンズ、特に累進レンズの視野特性を把握するためには、視野の中で、必然的に生じる像のボケとゆがみをユーザーに理解させる必要があり、そのため、像のボケとゆがみが加わった視野画像を作成してユーザーに提示することが必要である。
【００１０】
ところで、眼鏡レンズを通して見られる虚像を、厳密な光学シミュレーションによって求めるためには、物体を多数の点光源の集まりと考え、それぞれの点から発し、目の開口部（瞳の部分）に入る光線を多数計算してやり、それらを光線の方向によって積分し明るさを求め、画像を作ってやればよい。しかし、この方法では、非常に多量の計算を行わなければならないため、計算時間が大変に長くかかり、視野体験装置としては実用的でない。そこで、厳密なシミュレーション画像と見かけ上同等の画像を、短い計算時間で作成する必要がある。
【００１１】
視野画像を作成する際の計算時間を短縮させることは、視野体験装置の実用面で大きな意味を持つ。計算処理を行うパソコンの処理能力が低い場合はもちろんであるが、処理能力に余裕が有る場合でも、短時間で画像を生成することは、視野体験装置に付加価値を付けられる。例えば、ユーザーを待たせないで迅速に画像を提供できる。また、使用者がゆれの状態を体験しようとすると、視線の方向の異なった画像を実時間で作成しなければならず、従来の画像処理を行っていたのでは、不可能である。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、眼鏡レンズ、特に累進多焦点眼鏡レンズの見え方の特性を画像で表示して、ユーザーが最適の眼鏡レンズを選択することができる眼鏡の視野体験装置において、画像処理を高速で行うことができる眼鏡の視野体験装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、眼鏡レンズ、特に累進多焦点眼鏡レンズの見え方の特性を画像で表示して、ユーザーが最適の眼鏡レンズを選択することができる眼鏡の視野体験方法において、画像処理を高速で行うことができる眼鏡の視野体験方法を提供することを目的とする。
【００１４】
更に、本発明は、かかる視野体験方法をコンピュータに実現させることができるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の眼鏡の視野体験装置は、眼鏡レンズを通して見るべき元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づき重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える画像処理を行う画像処理部と、前記画像処理部で画像処理された視野画像を表示する表示部とを備える眼鏡の視野体験装置であって、前記画像処理部が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理と、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理により得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成する処理と、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理により得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求める処理と、前記中間画像を作成する処理により得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得る処理とを行う構成としている。
【００１６】
また、請求項４記載の眼鏡の視野体験方法は、眼鏡レンズを通して見るべき元画像を眼鏡レンズを掛けて見た視野画像に画像処理し、画像処理した視野画像を表示する眼鏡の視野体験方法であって、前記画像処理が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成するステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求めるステップと、前記中間画像を作成するステップで得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得るステップとを有することとしている。
【００１７】
更に、請求項６記載の記録媒体は、眼鏡レンズを通して見るべき元画像を眼鏡レンズを掛けて見た視野画像に画像処理し、画像処理した視野画像を表示する眼鏡の視野体験方法であって、前記画像処理が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成するステップと、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求めるステップと、前記中間画像を作成するステップで得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得るステップとを有する眼鏡の視野体験方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体としている。
【００１８】
本発明では、光線追跡によるボケて見える光束の広がり量を好ましくは少数の画素に対して求め、その光束の広がり量から平均化処理する平均化範囲を全画素に対して求め、求めた平均化範囲から歪みを加えた中間画像の全ての画素を平均化処理することにより、歪みとボケの画像処理を簡略化して、厳密なシミュレーション画像と見かけ上同等の視野画像を、高速で作成することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１に、本発明の眼鏡の視野体験装置の装置構成の一例を示す。本発明の視野体験装置１は、パーソナルコンピュータ（パソコン）１０を中心に構成されており、視野画像を表示可能な画像表示装置としてＣＲＴ２１およびヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）２２が用意されている。また、情報入力装置としてはキーボード２３が用意されており、画像入力装置としてＣＣＤカメラ２４が用意されている。また、画像あるいはその他の情報を記憶可能な記憶装置としては、ハードディスク２５及びＣＤ−ＲＯＭドライブ２６が用意されており、コンパクトディスク（ＣＤ）２７に記憶された画像情報あるいはプログラムなどを利用できるようになっている。さらに、本例のパソコン１０は、インターネット等のネットワークに接続できるようになっており、ネットワークを介して画像情報あるいはソフトウェアなどの情報を授受できるようになっている。
【００２１】
図２に、本発明の視野体験装置１の機能構成のブロック図を示す。視野体験装置１の中核であるパソコン１０は、まず、キーボード２３から視野体験装置１を操作する命令を受け付けるとともに、眼鏡の種類、画像の種類などの選択命令を受け付け可能な選択入力部１１と、ＣＣＤカメラ２４から表示する物体の画像データの入力可能な画像入力部１２とを備えており、これらの入力されたデータに従って物体までの距離に対応する視野画像を選択または生成して出力可能な画像処理部１３を備えている。また、眼鏡の視野体験方法のプログラム等のソフトウェア、画像情報、および選択して表示可能な視野画像などを記憶可能な記憶部１４を備えており、この内容は、ＣＤ−ＲＯＭ２７あるいは、通信機能１５を通じてインターネット等のネットワークから随時アップデートすることができる。画像処理部１３によって生成または選択された視野画像は表示出力部１６からＣＲＴ２１あるいはＨＭＤ２２に出力され、表示される。
【００２２】
これらの各機能は本例のようにパソコン１０で実現することも可能であるが、パソコン１０でブラウザを起動し、インターネットを介して所定のアドレスのＷＷＷサーバーとコネクションを張り、同等の機能をパソコン１０を経由して提供することも可能であり、ＷＷＷサーバーから多種多様な視野画像の中からユーザーが所望する適当な視野画像を入手することも可能である。
【００２３】
また、画像処理に関しても、ネットワークを介してホストコンピュータに画像情報を送り、ホストコンピュータによって画像処理して、処理された画像をパソコン１０がネットワークを介して受け取って表示するようにしてもよい。
【００２４】
このパソコン１０は、眼鏡の視野体験方法のプログラムを記録したＣＤ−ＲＯＭ２７やフロッピーディスクなどの記録媒体からハードディスク２５などにインストールし、記憶部１４にインストールしたプログラムを読み込むことにより、眼鏡の視野体験装置として機能させることができる。
【００２５】
図３に、本発明の眼鏡の視野体験装置１での視野画像を表示する処理の概略のフローチャートを示してある。
【００２６】
まず、ステップ５１で、視野画像を表示したいレンズの種類を選択して入力装置２３から入力する。
【００２７】
次に、ステップ５２で表示したい画像を選択する。例えばＣＣＤカメラ２４から出力された画像、予め記憶部１４やハードディスク２５に格納されている画像、あるいはネットワークを介して取得する画像の中から選択する。累進多焦点レンズの場合、物体の距離に応じてレンズの遠用領域、中間領域、近用領域を使い分けるので、例えば、遠くにある物体の画像、中間の室内にある物体の画像、あるいは目の前の本の画像等の中から元画像を選択して入力装置２３から入力する。累進多焦点レンズでは、レンズの遠用領域、中間領域、近用領域の中から選択した画像の距離に応じたレンズ部位の特性に基づいて画像処理をすることになる。
【００２８】
そして、ステップ５３で、画像処理部１３が、ハードディスク２５あるいはＣＤ−ＲＯＭ２７などの記録媒体に用意された画像データやプログラムにより選択した元の画像データを選択したレンズ（選択されたレンズの部位）の特性に基づいて画像処理し、視野画像を作成する。
【００２９】
次に、ステップ５４で、画像処理部１３から出力された視野画像データを表示出力部１６を介してＣＲＴ２１、ＨＭＤ２２などに表示する。
【００３０】
ユーザーが他のレンズや他の画像を望む場合はステップ５１に戻ってレンズの選択、画像の選択などを行って上記の処理を繰り返す。ユーザがそれ以上の画像を望まなければ、処理を終える。
【００３１】
図３は本発明の視野体験装置の処理の一例について示したものであり、他の処理の流れも考えられる。例えば、図３では、レンズなどの選択が行われてから視野画像を作成しているが、可能な限りの場合を想定して、予めできる限り多くのレンズで得られる視野画像を作成し、記憶部１４やＣＤ２７等に格納しておくこともできる。視野体験装置１のパソコン１０の処理能力が低い場合などは、この方が実用的であろう。
【００３２】
さらに、本例のパソコン１０は、インターネットに接続できるようになっており、ネットワークを介して画像情報あるいはソフトウェアなどの情報を授受できるようになっている。
【００３３】
このような眼鏡の視野体験装置によれば、ユーザーは、実際に眼鏡を掛けて見る場合のボケや歪みなどとして現れる眼鏡レンズの特性を疑似体験し、多種多様な眼鏡レンズの中から自分に適した眼鏡レンズを店にはない種類の中からも選択することができる。
【００３４】
本発明の眼鏡の視野体験装置は、このような視野体験装置におけるレンズを通して見るべき元の画像データを高速に処理し、歪みとボケの加わったレンズの特性を短時間で視野画像に表示できることに特徴がある。
【００３５】
累進レンズの視野のボケを表現するには、同一視野の中で、部分的にボケの程度の異なる画像を作成する必要がある。そのためには、光線追跡による点像のボケに応じて、元画像の１つ１つの画素の値をその周辺の画素の重み付け平均値で置き換えてやればよい。つまり、E（ｉ，j）を元の画素の明るさを表すデータとすると、新しい画素データE’（ｉ，j）を
【００３６】
【数１】
で置き換えてやる。ここで、ｉ、ｊは、マトリックス状の画素の座標値を示し、aｎ，ｍは、n，mによって変わる重みを表している。
【００３８】
しかし、画素の位置や物体の距離によってボケの程度は異なるので、それぞれの画素に対して行う平均化操作の範囲や重みは、画素によって異なる。１つ１つの画素に対する平均化の範囲や重みを求めるには、多数の光線を計算する必要があり、前述の方法ほどではないにしろ計算時間がかかることに変わりは無い。そこで、少しでもこの計算量を減らす事を考えねばならない。
【００３９】
先ず、計算量を減らすための第一の手段は、平均化操作をするときの重みを簡略化することである。実際の光線追跡に基づく重み係数は、各光束の収差の状態に応じて様々な値をとるが、これを簡略化して、全てaｎ，ｍ＝1．0とするのである（Ｓは、平均化の範囲によって変わる。）。これは、レンズの収差として、非点収差と度数ずれのみを取り上げ、他の収差は全て無視することに相当する。眼鏡レンズの場合は、非点収差と度数ずれの影響が大きく、他の収差の影響は殆ど無視できることが知られており、この簡略化を行っても視野画像に大きな差異は生じない。重み係数を同じにする事によって、平均化操作をする時のパラメータは、その範囲を示すものだけになる。非点収差と度数ずれのみを考慮した時の点像の広がりは、楕円形になるため、長径・短径・軸方向の３つのパラメータが決まれば、その大きさが完全に決まる。従って、光線追跡によって画像の各点に対して、この３つのパラメータを求めてやれば良い。
【００４０】
次に、さらに計算量を減少させるために取る第二の手段は、光線追跡をする光束の本数を減らすことである。累進レンズの非点収差分布や度数分布が連続的であることを考慮すれば、物体距離が連続であれば、視野の中のボケ量も連続的に変化するものと期待される。従って、計算時間の短縮のためには、全部の画素について平均化範囲を計算するのをやめ、少数の画素についてのみ計算し、その他の画素については、内挿によって求める。平均化の範囲として楕円形状を想定すれば、その大きさを規定するパラメータは３つであるから、内挿も、それぞれのパラメータに対して行えば、各画素に対するパラメータを決めることができる。但し、平均化の計算は画素ごとに行うので、その範囲をあまり細かく計算しても意味が無い。計算量の減少のために平均化範囲を連続値として計算せず、離散値にすることも可能である。
【００４１】
これまでの方法は、ある１点におけるボケ量を求めるために、多数の光線を計算してやる方法であるが、さらに計算量を削減することも出来る。そのためには、画素の各点において、眼に入射する多数の光線から直接ボケ量を求めるのではなく、非点収差量と球面度数とを求め、これから平均化の範囲を推定してやる。非点収差量と球面度数を求める計算は、ある光線に対して、その近軸量を計算するため、遥かに計算量が少なくて済む。
【００４２】
図４に、画像処理部１３が元の画像データを上述したボケの処理を簡略化した画像処理によって視野画像を作成するフローチャートを示した。このフローチャートは、前述の図３に示したフローチャートにおけるステップ５３の画像処理の内容を示すものである。
【００４３】
まず、ステップ５３１で、選択した画像の元画像データをパソコン１０の記憶部１４に読み込む。これにより、眼鏡を通して見る物体表面の色や輝度のデータが入力される。
【００４４】
次に、ステップ５３２で、レンズを通して見たときの物体の方向（歪み）を求めると共に、ボケて見える光束の広がりを少数の画素に対して求める。光束の広がりは、上述したように、例えば、眼鏡レンズの光線追跡により、非点収差と度数ずれのみを考慮した時の点像の広がりである楕円形の長径・短径・軸方向の３つのパラメータを求めることにより求めることができる。また、画素の各点に対して非点収差量と球面度数を求めることにより、光束の広がりを求めることができる。
【００４５】
また、歪みを求める際、眼鏡を通して見ている物体が、写真や絵の様な２次元の物体を想定しているときは、ボケた画像を作る前の歪みを加えた中間画像を作成するための計算量を減少させることができる。つまり、全ての画素について光線追跡をして歪みを加えた画像を作るのではなく、選ばれた数少ない光線についてのみ計算し、その結果に基づいてそれ以外の画素は内挿によって変形後の像を求めるのである。
【００４６】
次に、ステップ５３３で、求めた物体の方向から、元画像を処理して眼鏡レンズを通して見たときの歪みを加えた中間画像を作成する。
【００４７】
次に、ステップ５３４で、光束の広がり量に応じて画素データを平均化処理する平均化範囲を計算する。この場合、ステップ５３２で求めた光束の広がり量は、上述した非点収差量と球面度数から求める簡略化した計算方法では、平均化処理する平均化範囲と一致する。
【００４８】
次に、ステップ５３５で、少数の画素に対して求めた平均化範囲から、全ての画素に対して平均化範囲を内挿によって求める。
【００４９】
次に、ステップ５３６で、ステップ５３３で作成した中間画像の各々の画素に対して、重なっているボケを積算して平均化処理し、これによって、歪みに加えて先鋭度を場所により変化させたボケを加えた視野画像を作成することができる。
【００５０】
このような眼鏡の視野体験装置によれば、画像処理を簡略化しながら厳密なシミュレーションとほぼ同じボケと歪みを加えた視野画像を作成することができる。そのため、パソコンの画像処理機能の負担を軽減して画像処理の高速化を達成できる。これにより、例えば、従来、パソコンの負担が大きくて実現できなかった眼鏡を掛けた顔を動かしたときの視野画像のゆれの動きなどを表示させることが可能となる。従って、より実際に近い状態の視野画像をユーザーに体験してもらうことが可能であり、ユーザーが自分に適した眼鏡レンズの選択を容易にできることになる。
【００５１】
（実施例１）
物体上のある１点から発して眼鏡レンズを通って目に到達する光束を計算すれば、その点がどの程度ぼけて見えるか、見かけ上どの方向に見えるかが判る。その見かけのボケ量に合わせて、画素を平均化操作する時の範囲を決めてやれば良い。点光源は、ほぼ楕円形状のボケになるので、その長・短径、及び軸方向を画素の各点について定めてやる。多数の画素それぞれについて平均化範囲を計算するのは大変なので、全部の画素についてボケの範囲を計算せず、少数の画素について計算してやり、その他の画素については、内挿によって求めてやる。例えば、６００×８００の画像であれば、２０画素ごとに格子点を取り、その格子点についてのみ光線追跡によってボケを求めてやれば、計算量は４００分の１になる。格子点以外の画素に対するボケ量を求めるには、格子点のデータを元に、補間多項式の係数を求め、その多項式から各画素に対するボケ量を計算してやる。
【００５２】
このようにして全ての画素に対するボケ量を求め、各画素に重なっているボケ量を積算し、元画像に歪みを加えた中間画像を平均化処理することにより、ボケと歪みを加えた視野画像を作成することができる。
【００５３】
図５は、このようにして得られた視野画像の一例を示す画像である。この視野画像は、累進多焦点レンズの中間領域を用いて中間距離にある目の前のテーブルを見た場合を示している。レンズの中間領域の中央から側方下部に非点収差と度数ずれによるボケが生じている状態が示されている。
【００５４】
（実施例２）
実施例１は、ある１点におけるボケ量を求めるために、目に到達する多数の光線を計算してやる方法であるが、さらに計算量を削減することもできる。そのために、直接ボケ量を求めるのではなく、各点において非点収差量と球面度数とを求め、これからボケ量を推定してやる。非点収差量と球面度数を求める計算は、ある光線に対して、その近軸量を計算する為、遥かに計算量が少なくて済む。
【００５５】
レンズによって生じる像のボケの原因には、非点収差によるものと、度数ずれによるものとがある。非点収差は、累進レンズの特性により、周辺部に必然的に生じるもので、それぞれのレンズ固有の分布をしており、その量は、光束がレンズを通る場所によって決まり、使用者の条件には依らない。これに対し、度数ずれは、レンズによる虚像の距離が使用者の眼の視度調節範囲を越えるために生じ、使用者の条件によって変化する。レンズによる虚像の距離は、物体までの距離と、光束が通るレンズ上の位置によって変わる。従って、画像を作成するためには、物体までの距離と使用者の条件（視度調節範囲）を想定し、それぞれの光束が通る位置を計算し、非点収差と度数ずれを算出する必要がある。
【００５６】
今、使用者の遠点度数をＰＯ、近点度数をＰ１とするとき、レンズのある１点を通る光束に対する平均度数がＳ、非点収差量がＡとすれば、ボケ像の径Ｄ１、Ｄ２と下記の関係が成り立つ。
【００５７】
１．Ｓ≦ＰＯのとき
Ｄｌ＝α|Ｓ−０．５Ａ−ＰＯ｜
Ｄ２＝α|Ｓ＋０．５Ａ−ＰＯ｜
２．ＰＯ≦Ｓ≦Ｐｌのとき
Ｄｌ＝０．５α|Ａ|
Ｄ２＝０．５α|Ａ|
３．Ｐｌ≦Ｓのとき
Ｄｌ＝α|Ｓ−０．５Ａ−Ｐｌ|
Ｄ２＝α|Ｓ＋０．５Ａ−Ｐｌ|
ここで、αは収差量と画像のボケ量との比例定数である。この式を用いて非点収差量と度数から、画像のボケ量を求めることができる。なお、ボケの軸方向は、非点収差の軸方向とすればよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明の眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法は、実際に眼鏡レンズがなくても眼鏡を掛けたときの視野画像を表示して、レンズのボケや歪みといった眼鏡レンズの特性をよりわかりやすい状態でユーザーに体験してもらうことができる。この場合のボケや歪みを作り出す際の計算量を減少させ、画像処理の負担を軽くし、高速でボケや歪みが加わった視野画像を作成することができる。そのため、計算時間が短くなってユーザーを待たせる時間が短くなり、更に動画の表示なども可能となる。従って、本発明は、ユーザーが自分にとって最適の視野を実現するレンズの種類と眼鏡フレームを選択するのに、非常に有用である。
【００５９】
また、本発明の記録媒体は、かかる視野体験方法をコンピュータに実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の眼鏡の視野体験装置のハードウエアの一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の眼鏡の視野体験装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の眼鏡の視野体験装置の画像表示までの処理過程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の眼鏡の視野体験装置の画像処理部における画像処理過程を示すフローチャートである。
【図５】本発明の眼鏡の視野体験装置で表示される視野画像の一例を示す画像である。
【符号の説明】
１ 眼鏡の視野体験装置
１０ パソコン
１１ 選択入力部
１２ 画像入力部
１３ 画像処理部
１４ 記憶部
１５ 通信機能
１６ 表示出力部
２１ ＣＲＴ
２２ ヘッドマウントディスプレイ
２３ キーボード
２４ カメラ
２５ ハードディスクドライブ
２６ ＣＤ−ＲＯＭドライブ
２７ コンパクトディスク
Claims (7)
- 眼鏡レンズを通して見るべき元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づき重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える画像処理を行う画像処理部と、前記画像処理部で画像処理された視野画像を表示する表示部とを備える眼鏡の視野体験装置であって、
前記画像処理部が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理と、
前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理により得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成する処理と、
前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求める処理により得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを全画素について求める処理と、
前記中間画像を作成する処理により得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得る処理とを行うことを特徴とする眼鏡の視野体験装置。 - 請求項１記載の眼鏡の視野体験装置において、
前記光束の広がり量を求める処理が、眼鏡レンズの球面度数と非点収差量から計算することを特徴とする眼鏡の視野体験装置。 - 請求項１又は２記載の眼鏡の視野体験装置において、
前記光束の広がり量に応じて画素データを平均化処理するときの平均化範囲を全画素について求める処理が、全画素の一部の画素について平均化範囲を求め、前記一部の画素の平均化範囲に基づく内挿によって全ての画素に対して平均化範囲を求めることを特徴とする眼鏡の視野体験装置。 - 眼鏡レンズを通して見るべき元画像を眼鏡レンズを掛けて見た視野画像に画像処理し、画像処理した視野画像を表示する眼鏡の視野体験方法であって、
前記画像処理が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップと、
前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成するステップと、
前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求めるステップと、
前記中間画像を作成するステップで得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得るステップとを有することを特徴とする眼鏡の視野体験方法。 - 請求項４記載の眼鏡の視野体験方法において、
前記光束の広がりを求めるステップが、眼鏡レンズの球面度数と非点収差量から計算することを特徴とする眼鏡の視野体験方法。 - 眼鏡レンズを通して見るべき元画像を眼鏡レンズを掛けて見た視野画像に画像処理し、画像処理した視野画像を表示する眼鏡の視野体験方法であって、
前記画像処理が、前記元画像を構成する各画素のデータと前記眼鏡レンズの収差量とを用いて光線追跡を行うことにより、前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップと、
前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記眼鏡レンズを通して見た物体の方向に基づき前記眼鏡レンズを通して見たときの歪みを求め、前記歪みを前記元画像を構成する各画素のデータへ加えた中間画像を作成するステップと、
前記眼鏡レンズを通して見たときの物体の方向と光束の広がり量とを求めるステップにより得られた前記光束の広がり量に応じて、前記元画像を構成する各画素の周辺の画素値に基づく重み付け平均値を算出後、前記元画像を構成する各画素の値を前記重み付け平均値で置き換える平均化を行うときの平均化範囲及び重みを前記眼鏡レンズの収差量に基づき全画素について求めるステップと、
前記中間画像を作成するステップで得られた前記中間画像を、前記平均化範囲及び重みに基づき平均化処理することにより前記視野画像を得るステップとを有する眼鏡の視野体験方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 請求項６記載の記録媒体において、
前記光束の広がりを求めるステップが、眼鏡レンズの球面度数と非点収差量から計算することを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19332098A JP3738563B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | 眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法及び記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19332098A JP3738563B2 (ja) | 1998-07-08 | 1998-07-08 | 眼鏡の視野体験装置、眼鏡の視野体験方法及び記録媒体 |
Publications (2)
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