JP6084619B2 - 眼鏡装用者の幾何学的形状パラメータを測定する方法 - Google Patents
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Description
本発明の方法の主な特徴は、
頭を略水平方向に自然な状態で保ちながら、前方かつ無限遠に位置する点を装用者に観察させるステップであって、1組の眼鏡が、装用者の顔面上の自然な位置を占めるステップと、
この第1の姿勢でフレームの位置の第1の画像を取得するステップと、
自然で快適な位置をとることにより、画像取得システムに対して既知の位置に置かれた目標物を装用者に観察させるステップであって、前記観察によって人の頭が傾動し、1組の眼鏡が装用者の顔面上で第1の姿勢に対して不変の位置を保つステップと、
第1の姿勢で使用されたものと同じ画像取得システムにより、この第2の姿勢におけるフレームの位置の第2の画像を取得するステップと、
2枚の画像のうちの一方から眼の位置を判定するステップと、
装用者の幾何学的形状パラメータを判定する目的で、眼の位置、第1の姿勢のフレームの位置、第2の姿勢のフレームの位置、および画像取得システムの傾斜角から取得された2枚の画像をコンピュータ処理するステップであって、前記処理が、第1の位置と第2の位置との間で、眼から注視点までの注視軸に対する装用者の顔面の傾きの違いを考慮するための演算補正を含むステップと、
測定結果を提供するステップと、
を備えていることである。
画像取得システムは、動画または静止画を撮るための少なくとも1台のカメラを備えうる。画像取得システムは、両方の画像を2つの姿勢で取得するために、同じものを指定する必要がある。画像取得システムの軸の傾斜角は、その傾斜角による視差誤差を補正できるように、特に正確に把握する必要がある。画像取得システムは、所与の傾斜角で静止させて、あるいは可能な傾斜角の範囲で移動させて使用されうる。第1の構成では、装用者が、自身の顔がカメラの視野の中央に来るように位置を変える。第2の構成では、取得システムの傾斜角が、装用者の顔が適切にフレーム内に収まるように、装用者の位置に合わせられる。
「コンパクト」という用語は、前記画像取得システムに適用された場合、システムが小型であり、テーブルや机など従来の家具に置けるように、かつ適切な角度で傾けられるように簡単に取り扱えるということを意味する。目標物は、画像取得システムによって運ばれることが好都合である。このようにすれば、本発明の方法を実現するために必要な機器があまり分散しない。
本発明の測定方法の別の好適な実現形態では、目標物が画像取得システム自体によって構成される。取得システムによって2つの姿勢で撮られた画像は、装用者の眼を基準にして位置付けられた眼鏡フレームを主に示す。所望のパラメータを取得する目的で画像をコンピュータ処理するのに必要な情報のすべてが、前記眼鏡フレームの位置が装用者の眼を基準にして3次元で表示された結果として前記画像に明瞭に表示される必要がある。フレームおよび装用者の眼の両方が画像に明瞭かつ正確に表示されることが基本である。本発明の方法では、装用者の顔面上における眼鏡フレームの位置が、第1の姿勢と第2の姿勢との間で一定のままである。顔面上で正しく位置付けられると、眼鏡の位置は、一方の位置から他方の位置に再調整されない。幾何学的形状パラメータは、従来の三角法関係に基づいて前記画像から容易に推定できる。なお、画像処理は、顔面が、第1および第2の姿勢における装用者の眼と注視点との間の視軸に対して異なる位置にあることを考慮するために、取得されたパラメータを補正計算することを含む。この差は小さく、角度にして数度ではあるが、判定されるパラメータの値への影響は一般に大きくなりうる。フレームは、3次元におけるフレームの向きと傾斜角とを画像に正確に表示できるように、マーカを備えたクリップという形態の位置特定手段を任意で備えうる。画面の主な働きは、装用者が2つの姿勢をとっている間、取得画像を参照できるようにすることである。また、所望の幾何学的形状パラメータの測定結果を提供しうる。この方法は、眼鏡装用者によって、あるいは眼鏡士でありうるオペレータによって直接制御されうる。
説明中の曖昧さ避けるため、「1組の眼鏡」および「フレーム」という用語は均等とみなすべきである。「傾動」という用語は、水平軸を中心に頭を前後に回動する動きに使用される。
本発明の方法は、装用者の側での様々な実観察状況に現実的な手法を提案するために測定ステップを簡便化する働きをする。そのため、かかる方法によって判定されたパラメータは、大半が理論的な計算によって判定されたパラメータよりもランダム誤差が少ない。
− 図3および図5を参照すると、クリップ22を装着したフレームを有する眼鏡21の着用者20が、カメラ7、17の前で位置取りする。眼鏡士が眼鏡装用者に、快適かつ自然であり、前方の無限遠点をまっすぐ見ることから成る第1の姿勢をとってもらう。このとき、矢印24によって表された注視方向は略水平である。眼鏡士は、画面上に装用者の顔が見えるように、さらに具体的に言えば、必要に応じてカメラ7、17を傾けて前記画面の所定領域に装用者の顔が表示されるように、カメラ7、17を調節する。
− 装用者の顔がカメラ7、17の視野に良好に位置付けられると、眼鏡士は第1の画像を取得する。次にコンピュータが、フレーム21におけるクリップ22の正確な3次元(3D)向きを判定し、この向きから、カメラ7、17の軸25に対する、かつ傾斜計で測定された垂直線に対するカメラ7、17の角度ΘCam1に対するクリップ22の角度ΘClip1の角度の関数として表される装用時前傾角ΘP1を推定する。装用時前傾角ΘP1は、クリップ22により、正確に把握されている相対位置にあるクリップ22上で位置付けられた少なくとも3つのマーカ23位置に頼ることによって測定される。これらのマーカ23が単一面を画定し、画像処理ソフトウェアと関連付けられたカメラ7、17が、これら3つのマーカ23の3D位置を座標系(Xc、Yc、Zc)で判定し、前記座標系に対する前記面の向きを結果的に判定する。この向きが、角度ΘClip1を直接提供する。クリップ22のマーカ23の3D座標は、慣例的にPOSITタイプの反復アルゴリズムを使用して測定される。そして以下の角度関係が取得される。
ΘP1=ΘClip1−ΘCam1
− 図4および図6を参照すると、眼鏡士が、快適かつ自然であり、カメラ7、17に置かれた目標物8、18を見ることから成る第2の姿勢を装用者にとってもらう。
− 眼鏡士が第2の画像を取得する。装用時前傾角ΘP2がもう一度測定される。カメラの視野が、2つの位置間における頭の動きを網羅できる大きさなので、装置が2つの姿勢(ΘCam1=ΘCam2=ΘCam)の間で動かないことが理想的である。フラッシュ装置9、19がこの第2の画像の取得時に操作されて、角膜反射を取得する。フレーム21の左右の下縁および左右の鼻側と同様、角膜反射も、高さ(H)と瞳孔間距離(1/2PD)とを測定するために画像から抽出される。クリップ22は、画像の縮尺を復元してHおよびPDの正しい値を取得する目的でも使用される。本実施例で測定された高さはHmであり、Hmは、第2の姿勢で保たれている頭の位置が、図4および図6に点線26で示すクリップ22によって表された理想的な位置、すなわち、誤差がゼロであり、(90°−ΘCam)の角度で表される頭の傾斜に対応する位置でないことから、誤差を含む。式中、ΘCamは、カメラ7、17と垂直線との間の角度である。高さHrの実際値は、(Hr=Hm+ΔH)という関係による測定高さHmとは異なる。例として、図6は、第2の姿勢に対応する角度誤差ΘErrと、点線26によるゼロ度誤差ΘErrに対応する頭の位置およびクリップ22の位置と、を示している。
− 高さHに関する誤差はその後、第2の画像におけるクリップの角度誤差ΘErrと、レンズから眼までの距離(DVO)とを考慮して補正される。角度誤差は、次の式で表される。
ΘErr=ΘP1−ΘP2−(90°−ΘCam)
高さの補正は、第一近似として、次の式によって表される。
ΔH=(Reye+DVO)×tan(ΘErr)
=d(CRO,V)×tan(ΘErr)
式中、Reyeは平均12ミリメートル(mm)に等しい眼の半径であり、DVOは平均15mmに等しいレンズから眼までの距離である。パラメータd(CRO,V)は、眼の回転中心CROとレンズVとの間の距離を表す。図5は特に、レンズVの位置、すなわちフレーム21またはクリップ22の位置、ならびに眼27および瞳孔28の位置を基準に、距離と、DVO、CRO、およびReyeによって表されるパラメータとを可視化できるようにする。図7、8および9を参照すると、精度をさらに上げるために、DVOの正確な値が、2つの姿勢に対応する画像を使用して測定されうる。そのために、2枚の画像が使用され、マーカ23を使用して取得されたクリップ22の姿勢が、眼27の位置と同様、例えば瞳孔28、虹彩、または眼の隅を特定するなどして抽出される。
瞳孔28をクリップ22の座標系に投影し、そこから、三角測量を用いてクリップ22の座標系における両眼27の各々のCROの位置を推定することにより、その2枚の画像のクリップ22の面における両眼27の各々の瞳孔28のおよび/または虹彩の位置が判定される。そのための式は次の通りである。
d(CRO,V)=(Y1−Y2)/tan(ΘP1−ΘP2)
眼27の隅を使用する場合の式は次の通りである。式中、Y1およびY2は眼の隅の座標である。
DVO=(Y1−Y2)/tan(ΘP1−ΘP2)
任意の方法で、CROとVとの間の距離の平均値をとることを検討できる。その値は、例えば27mmでありうる。第1の選択肢では、第2の画像を撮っている間、装用者に、少なくとも10°の角度差を得るために頭をさらに傾けてもらうことができる。
第2の選択肢では、装用者に、目標物8、18あるいは特定物を注視しないで頭を回してもらい、眼27の隅を使用してDVOを測定できる。
眼鏡21の装用者が2枚の画像の撮影間に頭を傾けない場合には、ΘP1=ΘP2となる。
Claims (16)
- 眼鏡(21)装用者の幾何学的形状パラメータを測定するための測定方法であって、
当該方法は、画面と、目標物(8、18)と、前記画面に接続されて自身の傾斜角を判定するための手段を備えるコンパクトな画像取得システム(7、17)と、前記画像取得システムの制御と処理される画像の取得を可能にするコンピュータと、を備える独立したコンピュータ装置(1、10)を実現するものであり、
当該方法は、
頭を略水平方向(24)に自然に保ちながら、前方かつ無限遠に位置する点を前記装用者に観察させるステップであって、前記1組の眼鏡(21)が前記装用者の顔の上で自然な位置を占めるステップと、
この第1の姿勢で前記フレーム(21)の位置の第1の画像を取得するステップと、 自然で快適な姿勢をとり続けながら、前記点以外の前記画像取得システムに対する既知の位置に置かれた前記目標物(8、18)を観察する前記装用者に前記頭を傾かせるステップであって、前記1組の眼鏡(21)が前記装用者の顔の上で前記第1の姿勢に対して不変の位置を保つステップと、
前記第1の姿勢で使用されたものと同じ前記画像取得システム(7、17)により、この第2の姿勢で前記フレーム(21)の位置の第2の画像を取得するステップと、
前記第1の画像と前記第2の画像の一方から眼(27)の位置を判定するステップと、
前記装用者の前記幾何学的形状パラメータを判定する目的で、前記眼(27)の前記位置から、前記第1の姿勢の前記フレーム(21)の前記位置から、前記第2の姿勢の前記フレームの前記位置から、および前記画像取得システム(7、17)の前記傾斜角から取得された前記第1の画像と前記第2の画像をコンピュータ処理するステップであって、前記処理が、前記第1の姿勢と前記第2の姿勢との間で、前記眼から注視点までの注視軸に対する前記装用者の顔面の傾きの違いを考慮するための演算補正を含むステップと、
測定結果を提供するステップと、
を含むことを特徴とする測定方法。 - マーカ(23)を備え、前記フレーム(21)に固定されたクリップ(22)という形態の位置特定手段が前記フレーム(21)に装着されており、前記フレーム(21)の前記傾斜角が1台のカメラ(7、17)から評価されることを特徴とする、請求項1に記載の測定方法。
- 前記フレーム(21)の前記傾斜角が、立体方式で使用された少なくとも1台のカメラ(7、17)によって評価され、前記カメラ(7、17)が2枚の画像を撮ることを特徴とする、請求項1に記載の測定方法。
- 前記フレーム(21)の前記傾斜角が、立体方式で使用された少なくとも2台のカメラ(7、17)によって評価されることを特徴とする、請求項3に記載の測定方法。
- 前記画像取得システムが高解像度カメラ(7、17)であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記取得システムの前記傾斜角を判定するための前記手段が、傾斜計を備えることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記方法によって測定された前記幾何学的形状パラメータが、瞳孔(28)とレンズ(V)の底辺との間の高さ(H)および装用時前傾角(ΘP)であることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
- 測定高さ(Hm)が、前記レンズ(V)と前記眼(27)との間の距離(DVO)を考慮するために補正されることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記レンズ(V)と前記眼(27)との間の前記距離(DVO)が、前記2枚の画像間の測定差異から推定されることを特徴とする、請求項8に記載の方法。
- オペレータが前記眼鏡装用者の前に位置取り、前記オペレータが前記画像取得システム(7、17)を調節して、前記方法の前記各種ステップを制御することを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記取得システム(7、17)の傾斜角が、前記装用者の顔の前記位置に合わせるために調節されることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記取得システム(7、17)の前記傾斜角が一定であり、前記装用者が前記顔を、前記画像の中央に表示されるように適切な高さに位置決めすることを特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。
- コンピュータと、
傾斜計が装着された少なくとも1台のカメラ(7、17)と、
前記カメラ(7、17)によって撮られた前記画像を測定結果と一緒に表示できる表示画面と、
を備えており、
前記カメラ(7、17)の前記位置と前記画面の前記位置とを互いに独立して調節できることを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の測定方法を実施するための測定装置。 - 前記画面、第2のカメラ、前記傾斜計、および前記コンピュータを組み合わせたタブレット(1)と、前記少なくとも1台のカメラ(7)とによって構成されることを特徴とする、請求項13に記載の測定装置。
- 前記タブレット(1)と前記カメラ(7)とが固定されるサポート(2)を備えることを特徴とする、請求項14に記載の測定装置。
- 前記カメラ(7)および前記タブレット(1)が、垂直面のどちら側にも配置され、両者間で15°から45°までの範囲の角度を成すことを特徴とする、請求項15に記載の測定装置。
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