KR20170034262A - 안경렌즈 처방을 위한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법 - Google Patents

안경렌즈 처방을 위한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 렌즈처방을 위한 QR코드(Quick Response Code)를 이용한 3차원 매개변수 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 중앙에 QR코드가 장착된 룰러(ruler)를 이마에 장착하고 좌우 이미지를 촬영하고, 촬영된 이미지로부터 QR코드 좌표를 자동 탐색하고, 안경테의 상하 좌우 마크 8개와 눈동자의 반사 포인트 2개를 탐색하여, 각막 곡률 중심을 포함하는 3차원 매개변수를 구하는, QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은, 피검안자의 이마에 위치되는 룰러, 피검안자의 좌우측 얼굴영상을 촬영하는 카메라, 상기 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 룰러의 영상을 이용하여 렌즈처방을 위한 3차원 매개변수를 검출하는 연산처리부를 포함하여 이루어진 3차원 매개변수 측정 장치에 있어서, 룰러의 중앙부에는 QR코드가 부착된 QR코드부를 구비하고 있으며, 연산처리부는 카메라로부터 수신된 좌우측 얼굴영상에서 QR코드를 검출하고, QR코드에 의해 설정된 좌표계를 공통좌표계로 하여 안경테의 세로 길이(B)를 포함하는 3차원 매개변수를 검출하는 것을 특징으로 한다.
QR코드는 원점, 제1포인트, 제2포인트, 제3포인트의 4개의 포인트를 구비하며, 원점은 QR코드 상단의 좌측에 있는 포인트이며, 제1포인트는 QR코드 상단의 우측에 있는 포인트로, 원점과 제1포인트가 연결된 선으로 X축을 나타내며, 제2포인트는 QR코드 하단의 좌측에 있는 포인트로, 원점과 제2포인트가 연결된 선으로 Y축을 나타내며, 제3포인트는 QR코드 중에서 원점, 제1포인트, 제2포인트, 제3포인트를 제외한 곳에 위치되는 하나의 포인트이다.

Description

안경렌즈 처방을 위한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법{Digital system providing 3D parameters for diagnosing the ophthalmic glasses}
본 발명은 안경렌즈처방을 위한 QR코드(Quick Response Code)를 이용한 3차원 매개변수 측정장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 중앙에 QR코드가 장착된 룰러(ruler)를 이마에 장착하고 좌우 이미지를 촬영하고, 촬영된 이미지로부터 QR코드 좌표를 자동 탐색하고, 안경테의 상하 좌우 마크 8개와 눈동자의 반사 포인트 2개를 탐색하여, 각막 곡률 중심을 포함하는 3차원 매개변수를 구하는, 안경렌즈 처방을 위한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
눈의 굴절력 이상을 가진 사람들은 시 굴절력을 교정하기 위하여 안경 렌즈를 안경원에서 처방받게 되는데, 지금까지는 환자의 눈이 가지는 굴절력 상태와 자각적인 증상만을 가지고 안경을 처방하여 왔지만 노안용으로 처방되고 있는 누진 렌즈와 같은 특수 렌즈의 출현 등으로 인하여 환자의 시 습관이나 얼굴 형태 등에 따라 안경테와 렌즈를 정밀하게 처방할 필요성이 증대되고 있다.
이에, 길이 스케일링(scaling)에 필요한 보조 기구물인 룰러(ruler)와 고 해상도의 CCD 카메라를 사용하여 여러 측정 파라미터를 안경테를 착용한 환자의 앞모습과 옆모습을 연속하여 두 번 촬영한 이미지를 가지고 구하는 기술이 제안되고 있지만, 연속하여 앞모습과 옆모습을 촬영해야 하는 단점이 있다. 또한, 고 해상도의 CCD 카메라 2대를 사용하여 서로 다른 각도에서 안경을 착용한 환자의 모습을 동시에 촬영하여 필요한 데이터를 제공하는 기술이 제안되고 있다. 하지만, 카메라에서 피측정자까지의 거리가 일정하게 고정되어야 하고, 2대의 카메라를 사용해야 한다는 문제가 있었다.
기존 장비의 경우 측정 방식이 단순히 2차원 이미지를 분석하여 데이타를 얻는 방식이기 때문에 길이나 각도의 측정치가 불명확할 뿐만 아니라 사위나 사시 안을 가진 고객에게 프리즘 도수 처방을 해야 하는 경우에는 좌우 단안 PD를 측정할 수가 없는 단점이 있었다.
스마트 기기로 촬영한 고해상도 이미지 2장을 분석하여 고객 얼굴 형태와 선택한 테(즉, 안경테)를 나타내는 고유의 길이와 각도를 측정하여 얻어지는 파라미터는 안경테의 가로 길이(BOX A, A), 안경테의 세로 길이(BOX B, B), 동공에서 안경테까지의 최대 길이(BOX ED), 양안의 동공간 거리(PD), 테 중심에서 왼쪽 동공까지의 거리(LPD), 테 중심에서 오른쪽 동공까지의 거리(RPD), 안경테의 코걸이 길이(DBL), 안경테의 최 하단에서 동공까지의 수직 거리(EP), 원거리 주시 시, 렌즈의 뒷면 정점으로부터 동공 정점까지의 수평 거리(VCD), 안경테 중심에서 동공까지의 수평(x축)거리(u), 안경테 중심에서 동공까지의 수직(y축)거리(v), 안경테 중심에서 동공까지의 수평거리/수직거리(u/v), 안경테의 수직 기울기 각(PA), 안경테와 얼굴 안면과의 수평 각(FFA), 원거리 물체를 주시할 때, 얼굴의 수직 기울임 각(TA), 원거리 물체를 주시할 때, 얼굴의 수평 돌림 각(RA) 등이 있다.
선행기술로, 본 출원인은 국내 등록특허 제10-1075972호 '렌즈처방을 위한 매개변수 측정장치'를 보유하고 있다. 이 발명은 길이 표준을 제공해 주는 룰러를 거치한 안경테를 장착한 피검안자가 본체 앞에 위치해 있을 때, 근거리와 원거리 물체를 바라보도록 시선을 유도한 후, 그의 모습을 기기에 내장된 두 대의 카메라로 두 방향에서 연속 촬영하여 렌즈 처방에 필요한 매개변수를 카메라로 획득한 총 4개의 디지털이미지에서 분석하는 렌즈처방을 위한 매개변수 측정장치를 제공한다.
국내 등록특허 제10-1075972호의 경우, 룰러에 있는 길이스케일러를 이용하여 매개변수를 검출하는 것으로, 점 시표가 인쇄된 투명 거울을 반듯이 필요로 하며, 연산처리도 상대적으로 복잡하고, 2개의 카메라를 필요로 한다. 또한, 소정 룰러를 안경테의 소정 위치에 장착하도록 이루어져 있어, 안경테에 따라 위치가 달라지며, 이는 측정오차를 가져올 수도 있어 정확도도 상대적으로 떨어지며, 장비(즉, 룰러)의 설치가 어렵고, 사용이 불편하다.
따라서, 본 발명은 룰러의 설치 및 사용이 간단하고, 정확도를 보다 높인 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법을 제안한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 중앙에 QR코드가 장착된 룰러를 이마에 장착하고 좌우 이미지를 촬영하고, 촬영된 이미지로부터 QR코드 좌표를 자동 탐색하고, 위치 탐색의 정밀성을 증진하기 위하여 안경테의 데모렌즈에 부착된 상하 좌우 마크 8개와 눈동자의 반사 포인트 2개를 탐색하여, 각막 곡률 중심을 포함하는 3차원 매개변수를 구하는, QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 룰러의 설치 및 사용이 간단하고, 정확도를 보다 높였으며, 사위나 사시 안을 가진 고객에게 프리즘 도수 처방을 해야 하는 경우에는 좌우 단안 PD를 측정할 수 있는, 렌즈처방을 위한 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은, 피검안자의 이마에 위치되는 룰러, 피검안자의 좌우측 얼굴영상을 촬영하는 카메라, 상기 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 룰러의 영상을 이용하여 렌즈처방을 위한 3차원 매개변수를 검출하는 연산처리부를 포함하여 이루어진 3차원 매개변수 측정 장치에 있어서, 룰러의 중앙부에는 QR코드가 부착된 QR코드부를 구비하고 있으며, 연산처리부는 카메라로부터 수신된 좌우측 얼굴영상에서 QR코드를 검출하고, QR코드에 의해 설정된 좌표계를 공통좌표계로 하여 안경테의 가로(A) 길이, 세로 길이(B)를 포함하는 3차원 매개변수를 검출하는 것을 특징으로 한다.
QR코드는 원점, 제1포인트, 제2포인트, 제3포인트의 4개의 포인트를 구비하며, 원점은 QR코드 상단의 좌측에 있는 포인트이며, 제1포인트는 QR코드 상단의 우측에 있는 포인트로, 원점과 제1포인트가 연결된 선으로 X축을 나타내며, 제2포인트는 QR코드 하단의 좌측에 있는 포인트로, 원점과 제2포인트가 연결된 선으로 Y축을 나타내며, 제3포인트는 QR코드 중에서 원점, 제1포인트, 제2포인트를 제외한 곳에 위치되는 하나의 포인트이다.
제3포인트는 QR코드 하단의 우측에 있는 포인트일 수 있다.
룰러는, 피검안자의 일측 눈썹에서부터 다른 일측 눈썹까지의 위에 위치되는 밴드로, QR코드부를 중앙에 거치하게 하는 눈썹위 밴드; 눈썹위 밴드 밑의 좌우 양측에 구비되며, 안경 렌즈의 전면에 위치되는 전면 다리부와 안경 렌즈의 후면에 위치되는 후면 다리부로 이루어지며, 안경 렌즈를 전면 다리부와 후면 다리부의 사이에 끼우도록 이루어진, 클립부;를 포함하여 이루어질 수 있다.
룰러는 전두엽부분에 장착되는 이마밴드의 중앙에 QR코드부가 장착된 일 수 있다. QR코드의 면은 상하로 각도 조절이 가능한 면이며 피검자의 시선에 수직인 면이다.
피검안자의 우측 얼굴영상을 촬영하는 카메라를 제1카메라로 하고, 제1카메라 센서면에 평행한 좌표계를 제1좌표계로 하며, 피검안자의 좌측 얼굴영상을 촬영하는 카메라를 제2카메라로 하고, 제2카메라 센서면에 평행한 좌표계를 제2좌표계로 하며, 연산처리부는 제1좌표계에서 QR코드부로부터 카메라까지의 수직거리(L)을
Figure pat00001
(단, 제1포인트의 제1좌표계에서의 좌표는 (x'1, y'1, 0) 이고, 제2포인트의 제1좌표계에서의 좌표는 (x'2, y'2, 0) 이고, 제3포인트의 제1좌표계에서의 좌표는 (x'3, y'3, 0) 이고, 제1좌표계에서의 카메라의 중앙(센터) 좌표는 (x's, y's, -sL)임)
에 의해 구하여진다,
상기 s는
Figure pat00002
를 이용하여 구하여 진다.
제3포인트의 좌표(x3, y3, z3)를 공통좌표계로 (αd, αd, 0)라 하고, 제1포인트의 좌표(x1, y1, z1)를 공통좌표계로 (d, 0, 0)이고, 제2포인트의 좌표(x2, y2, z2)를 공통좌표계로 (0,d,0)일 때, 오일러 변환각(ψ,φ,θ)는
Figure pat00003
이다.
제3포인트의 좌표(x3, y3, z3)의 오일러 변환 각도는
Figure pat00004
이고, 제1포인트의 좌표(x1, y1, z1)의 오일러 변환 각도는
Figure pat00005
이고, 제2포인트의 좌표(x2, y2, z2)의 오일러 변환 각도는
Figure pat00006
이다.
안경테의 일측의 렌즈 프레임을 따라 상하좌우에 위치되는 b,c,d,e 점의 좌표인, 점b의 좌표(Xb,Yb,Zb), 점c의 좌표(Xc, Yc, Zc), 점d의 좌표(Xd, Yd, Zd), 점e의 좌표(Xe, Ye, Ze)와, 안경테의 다른 일측의 렌즈 프레임을 따라 상하좌우측 중 일측에 위치되는 f점의 좌표인, 점f의 좌표(Xf, Yf, Zf)를 가질때, 테의 세로 길이(B)는
Figure pat00007
에 의해 구하여진다.
브리지 길이(DBL)는
Figure pat00008
에 의해 구하여진다.
테의 가로길이(A)와 테의 안면각(FFA)는
Figure pat00009
Figure pat00010
에 의해 구하여진다.
Pantascopic angle(PA)는
Figure pat00011
를 이용하여 구하여진다.
좌측의 카메라 렌즈의 중앙(센터) 점과, 기 설정된 좌측 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은점(a'1)을 지나는 연장선의 점(x'1, y'1, 0)은 공통좌표로 점(X10, Y10, Z10)로 변환하고, 좌측의 카메라의 중앙(센터) 좌표(x'1s, y'1s , -L1)는 공통좌표로 (X1s, Y1s, Z1s)로 변환하고, 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 좌측 카메라 렌즈상 점(x'1s + D, y'1s, -L1)는 공통좌표로 (X1l , Y1l, Z1l)로 변환하고, 점(X10, Y10, Z10)과 점(X1s, Y1s, Z1s)을 연결하는 직선 중의 한점의 좌표를 (X1, Y1, Z1) 이라고 할 때, 점(X1, Y1, Z1)과 점(X1s , Y1s , Z1s)을 연결하는 직선의 단위 벡터(a1)는
Figure pat00012
에 의해 구하여 지고, 점 (X1, Y1, Z1)과 점(X1l , Y1l, Z1l)을 연결하는 직선의 단위 벡터(b1)는
Figure pat00013
에 의해 구하여 지고, 점(X1, Y1, Z1)과 점(X1s , Y1s , Z1s)을 연결하는 직선의 단위 벡터(a1)와, 점 (X1, Y1, Z1)과 점(X1l , Y1l, Z1l)을 연결하는 직선의 단위 벡터(b1)를 같은 각도로 나누는 단위 벡터(c1)는
Figure pat00014
에 의해 구하여 진다.
점(X1, Y1, Z1)를 지나며 벡터 c1에 평행인 직선 l1 은
Figure pat00015
(r1은 직선을 나타내는 변수로 실수임)
이다.
우측의 카메라 렌즈의 중앙(센터) 점과, 기 설정된 우측 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은점(a'2)을 지나는 연장선의 점(x'2, y'2, 0)은 공통좌표로 점(X20, Y20, Z20)로 변환하고, 우측의 카메라의 중앙(센터) 점 좌표(x'2s, y'2s , -L2)는 공통좌표로 (X2s, Y2s, Z2s)로 변환하고, 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 우측 카메라 렌즈상 점(x'2s + D, y'2s, -L2)은 공통좌표로 (X2l , Y2l, Z2l)로 변환하고, 점(X20, Y20, Z20)과 점(X2s, Y2s, Z2s)을 연결하는 직선 중의 한점의 좌표를 (X2, Y2, Z2) 이라고 할 때, 점(X2, Y2, Z2)과 점(X2s , Y2s , Z2s)을 연결하는 직선 벡터(a2)는
Figure pat00016
에 의해 구하여지고, 점(X2, Y2, Z2)과 점(X2l , Y2l, Z2l)을 연결하는 직선 벡터(b2)는
Figure pat00017
에 의해 구하여지고, 점(X2, Y2, Z2)과 점(X2s , Y2s , Z2s)을 연결하는 직선 벡터(a2)와, 점(X2, Y2, Z2)과 점(X2l , Y2l, Z2l)을 연결하는 직선 벡터(b2)를 같은 각도로 나누는 단위 벡터(c2)는
Figure pat00018
에 의해 구하여 진다.
우측 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은점(a'2)을 지나며 벡터 c2에 평행인 직선 l2 은
Figure pat00019
(단, r2은 직선을 나타내는 변수로 실수임) 이다.
직선 l1 과 직선 l2 사이의 거리가 최소가 되는 점이 각막 곡률 중심으로, r1 과 r2를 변화 시켜가면서 두 직선의 거리가 최소가 되는 r1 과 r2를 구하고, 직선 l1 과 직선 l2 의 교점을 구하여 각막 곡률 중심과 각막곡률을 구한다.
r1과 r2 값은 같은 값은 값(r)을 가지며, Z1과 Z2의 값은 양수(positive) 구간에서,
Figure pat00020
을 만족하는 (X1, Y1, Z1)과 (X2, Y2, Z2) 점의 좌표를 찾아서, 각막 곡률 중심을 구한다.
좌우 양안의 회전 중심점으로 부터 각막곡률 중심점 까지의 길이는 같고, 룰러 원점은 동공 사이의 정 중앙에 위치하고, 원거리 시선은 Z축과 일치하고, 상하 좌우 프리즘은 회전 중심점을 중심으로 안구를 상하 좌우로 회전시킨다는 가정하고, UpDown 프리즘 및 InOut 프리즘을 보상하면, 좌안 원거리 주사에서 각막곡률 중심 좌표는
Figure pat00021
(단, 좌안 원거리 주사에서 각막곡률 중심점 좌표는 (x1', y1', z1')이고, 회전 중심점 좌표는 (x1, y1, z1)이고, 각막곡률 중심점(x1', y1', z1')로부터 회전 중심점(x1, y1, z1)까지의 선은 l1이고, UpDown 프리즘관련 회전각이 θud이고, InOut 프리즘관련 회전각이 θio임)
에 의해 구하여진다.
UpDown 프리즘 및 InOut 프리즘을 보상하면, 우안 원거리 주사에서 각막곡률 회전 중심 좌표는
Figure pat00022
(단, 우안 원거리 주사에서 각막곡률 중심점 좌표는 (x2', y2', z2')이고, 회전 중심점 좌표는 (x2, y2, z2)이고, 각막곡률 중심점(x2', y2', z2')로부터 회전 중심점(x2, y2, z2)까지의 선은 l2이고, UpDown 프리즘관련 회전각이 θ'ud이고, InOut 프리즘관련 회전각이 θ'io임)
에 의해 구하여진다.
우위안으로서 동공의 회전각(θa)는
Figure pat00023
(단,
Figure pat00024
를
Figure pat00025
로 치환한 것임)
에 의해 구하여진다.
렌즈의 뒷면 정점으로부터 동공 정점까지의 수평 거리(VCD)는, 좌우측 얼굴영상 각각에서 좌우 각막의 정점(vertex 점)을 각각 점v1 과 점 v2로 하고, 좌측 안경테의 상하좌우의 4개점인 b,c,d,e가 이루는 제1 구와 우측 안경테의 상하좌우의 4개점인 f,g,h,i가 이루는 제2 구를 구하고, 점v1으로부터 제1 구까지의 z축 방향의 수직 거리를 좌안의 VCD 값으로 구하고, 점v2으로 부터 제2 구까지의 z축 방향의 수직 거리를 우안의 VCD 값으로 구한다.
d(Xd, Yd, Zd)과 점 g1 (xg1, yg1, zg1) 을 사용하여 EHL (eye height)값은
Figure pat00026
에 의해 구하여진다.
좌측 테의 u값(uL)과 v값(vL)은
Figure pat00027
에 의해 구하여진다.
근거리 좌 PD(LPD_N)과 근거리 우 PD(RPD_N)는
Figure pat00028
Figure pat00029
에 의해 구하여진다.
또한, 본 발명은, 피검안자의 이마에 위치되며 중앙부에는 QR코드가 부착된 룰러; 피검안자의 좌우측 얼굴영상에서 QR코드를 검출하고 QR코드에 의해 설정된 좌표계를 공통좌표계로 하여 안경테의 가로(A), 세로 길이(B)를 포함하는 3차원 매개변수를 검출하는 연산처리부;를 포함하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법에 있어서,연산처리부는 촬영된 얼굴의 좌우 이미지를 수신하고, 수신된 이미지 중 QR코드를 인식하고, QR코드 좌표를 구하는, QR코드 좌표 탐색단계; QR코드 좌표 탐색단계 후, 사용자(검사자)에 의해 설정된 테의 상하 좌우 마크 8개(b,c,d,e 점들과 f,g,h,i 점들)와 눈동자의 반사 포인트 2개 (점 a'1, 점a'2 )를 연산처리부가 수신하는, 테의 상하 좌우 마크와 눈동자의 반사 포인트 설정값 수신단계; 테의 상하 좌우 마크와 눈동자의 반사 포인트 설정값 수신단계 후, 연산처리부는 QR 코드의 마크 위치로 부터 좌우 이미지의 촬영거리, 즉, 제1좌표계 및 제2좌표계 각각에서 QR코드부로부터 각 카메라까지의 수직거리를 계산하는, QR 코드로 부터 좌우 이미지의 촬영거리 계산단계; QR 코드로 부터 좌우 이미지의 촬영거리 계산단계 후, 연산처리부는 제1좌표계 및 제2좌표계 각각에서 카메라 센서면과 평행한 좌표계와 룰러(ruler) QR코드 면과 평행한 좌표면 사이의 오일러 변환 각도를 구하는, 오일러 회전각 계산단계;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법은, 오일러 회전각 계산단계 후, 연산처리부는 QR 코드 중에 포함된 제1포인트의 좌표, 제2포인트의 좌표 제3포인트의 좌표의 오일러 변환 각도를 포함하는, QR코드 면의 공통 좌표계로 변환해줄 행렬요소(matrix element)를 계산하는, 공통 좌표계로 변환을 위한 행렬 요소 계산단계; 공통 좌표계로 변환을 위한 행렬 요소 계산단계 후, 연산처리부는 테의 상하 좌우 마크 8개의 공통 좌표계에서의 실제 3차원 좌표를 구하는, 테의 상하좌우마크의 실제 3차원 좌표 연산단계;를 더 포함하여 이루어진다.
3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법은, 연산처리부는 테의 상하좌우마크의 실제 3차원 좌표 연산단계에서 얻은 좌표계를 사용하여 A, B, DBL, PA, FFA를 구하는, A와 B와 DBL과 PA와 FFA를 계산하는 단계;를 더 포함하여 이루어진다.
3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법은, A와 B와 DBL과 PA와 FFA를 계산하는 단계 후, 좌우 눈의 눈동자의 반사 포인트와 각 좌표계의 카메라의 센서 중심점을 연결하는 선을 사용하여 연산처리부는 각막 곡률 중심을 구하는, 각막 곡률 중심을 구하는 단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법은, 각막 곡률 중심을 구하는 단계 후, 연산처리부는 프리즘 처방값을 수신하였는지 여부를 판단하여, 프리즘 처방값을 수신하였다면, 각막곡률 중심의 좌표를 재 설정한다(S200). 각막곡률 중심의 좌표의 재 설정단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법은, 연산처리부는 각막곡률 좌표를 이용하여 LPD, RPD, PD, u, v, VCD, EH를 구하는, LPD와 RPD와 PD와 u와 v와 VCD와 EH 연산단계; 를 더 포함하여 이루어진다.
본 발명의 안경렌즈처방을 위한 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법에 따르면, 중앙에 QR코드가 장착된 밴드형태의 룰러를 이마에 장착하고 좌우 이미지를 촬영하고, 촬영된 이미지로부터 QR코드 좌표를 자동 탐색하고, 안경테의 상하 좌우 마크 8개와 눈동자의 반사 포인트 2개를 탐색하여, 각막 곡률 중심을 포함하는 3차원 매개변수를 구한다.
본 발명은 룰러의 설치 및 사용이 간단하고, 정확도를 보다 높였으며, 사위나 사시 안을 가진 고객에게 프리즘 도수 처방을 해야 하는 경우에는 좌우 단안 PD를 측정할 수 있으며, 가격도 상대적으로 저렴하게 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명은 경우에 따라서 하나의 카메라로 사용가능하다.
본 발명은 고객마춤형 안경처방 시스템에 적용되는 것으로, 안경원에서 고객 마춤형 안경을 처방하는데 필요한 고객변수를 측정하여 제공함으로서 노안 교정용 누진 렌즈, 고도 난시 및 사시 교정용 특수 안경 렌즈와 착용형 모바일기기인 구글 글래스 등 고객마춤형 안경렌즈 처방의 정확성을 획기적으로 높여 주고 여러 가지 콘텐츠를 제공하여 렌즈의 코팅 조건 등 렌즈 옵션을 선택하는데 도움을 준다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 QR코드를 이용한 룰러이다.
도 2는 도 1의 룰러의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이다.
도 4는 도 3의 좌표계를 설명하기 위한 설명도이다.
도 5는 도 1의 룰러를 착용하고 촬영한 영상이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 QR코드를 이용한 룰러이다.
도 7은 도 6의 룰러의 일예이다.
도 8은 도 6의 룰러를 장착하고 촬영한 영상이다.
도 9는 본 발명에서의 QR코드부(130)의 인식을 설명하기 위한 설명도이다.
도 10은 제1좌표계에서 QR코드부(130)로부터 카메라까지의 수직거리(L)을 검출하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 11은 A와 B 값의 산출을 위한 안경테의 프레임의 포인트들을 설명하기 위한 설명도이다.
도 12는 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은 점을 나타내는 도면이다.
도 13은 원거리 주시 각막곡률 중심을 구하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 14는 점(X10, Y10, Z10)과 점(X1s, Y1s, Z1s)을 연결하는 직선의 방정식 상의 t값을 변화시킴에 따른 일점 P(X1, Y1, Z1)을 나타내는 도면이다.
도 15는 좌안 원거리 주시의 시선상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 우안 원거리 주시의 시선상태를 나타내는 도면이다.
도 17은 우위안으로서 얼굴을 왼쪽으로 돌리고 동공이 반대쪽으로 회전된 상태의 좌우안구를 나타낸다.
도 18은 3차원 공간상의 4점을 지나는 구를 설명하기위한 설명도이다.
도 19는 근거리 좌우의 양안 동공간 거리(PD)를 설명하는 설명도이다.
도 20은 연산처리부에서 본 발명의 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
도 21은 안경테의 상하 좌우장착된 8개의 마크를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 장치 및 방법의 구성 및 동작을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 QR코드를 이용한 룰러이며, 도 2는 도 1의 룰러의 측면도로, 룰러(100)는 눈썹위 밴드(110), QR코드부(130), 클립부(190)을 포함하여 이루어진다.
눈썹위 밴드(110)는 일측 눈썹에서부터 다른 일측 눈썹까지의 위에 위치되는 밴드로, QR코드부(130)를 중앙에 거치하는 수단이다. 양단에 표식(113)을 구비하여 길이 스케일로 사용가능하며, 경우에 따라서 표식(113)는 생략가능하다.
QR코드부(130)는 세점을 구비하여, 원점, X축, Y축을 제공한다.
클립부(190)는 안경 렌즈의 전면에 위치되는 전면 다리부(193)와 안경 렌즈의 후면에 위치되는 후면 다리부(195)로 이루어져, 안경테, 즉, 안경 렌즈가 전면 다리부(193)와 후면 다리부(195)의 사이에 끼어지도록 이루어진다. 눈썹위 밴드(110)의 좌우 양측에 클립부(190)가 위치된다.
도 3은 본 발명의 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 장치의 구성을 개략적으로 설명하기 위한 설명도이고, 도 4는 도 3의 좌표계를 설명하기 위한 설명도이다.
도 3에서와 같이 2대의 카메라, 즉, 제1카메라(10)와 제2카메라(20)을 구비하여, 좌측과 우측을 촬영한다. 도 3에서는 편의상 2대의 카메라를 사용하는 것을 나타내고 있으나, 이는 하나의 카메라로 순차적으로 좌측과 우측을 촬영하여 사용할 수도 있다.
즉, 제1카메라(10)로 좌우측 중 일측을 촬영하고, 제2카메라(20)로 좌우측 다른 일측을 촬영하며, 촬영된 영상은 연산처리부(30)로 전송되어 렌즈처방을 위한 3차원 매개변수를 구한다.
도 4의 (a)는 제1좌표계로, 제1카메라(10) 센서면에 평행한 좌표계이다. 즉, 제1카메라(10)에 의해 촬영된 영상의 좌표계이다.
도 4의 (b)는 제2좌표계로, 제2카메라(20) 센서면에 평행한 좌표계이다. 즉, 제2카메라(20)에 의해 촬영된 영상의 좌표계이다. 도 4의 (c)에서 O는 중심점을 나타낸다.
도 4의 (c)는 공통좌표계, 즉, (X,Y,Z)좌표계로, QR코드의 마크를 기준으로 한 좌표계로이다. 즉, 실제 고객의 눈으로 보여진 영상의 좌표계이다.
(X,Y,Z)좌표계는 제1좌표계, 제2좌표계, 원점이 일치하도록 위치시키며 (X,Y,Z) 좌표계는 QR코드 마크를 기준으로 한다. 모든 좌표는 (X,Y,Z) 좌표계에서 계산이 이루어진다. 여기서, QR코드면에 수직인 방향은 Z축으로 한다.
도 5는 도 1의 룰러를 착용하고 촬영한 영상이다.
도 5의 (a)는 제1카메라(10)에 촬영된 피검안자(고객)의 좌우측 중 일측의 얼굴 영상으로, 여기서는 편의상 제1영상이라 한다.
도 5의 (b)는 제2카메라(20)에 촬영된 피검안자의 좌우측 중 다른 일측의 얼굴 영상을 여기서는 편의상 제2영상이라 한다.
도 5에서와 같이, 본 발명은 QR코드에서 원점이 정하여 지기 때문에, 영상 자체의 원점은 X축과 Y축에서 소정 거리를 가진다. 즉, 도 5에서 제1영상의 중심은 (x'1s, y'1s, 0)이고, 제2영상의 중심은 (x＇2s, y＇2s, 0)이다.
QR코드를 기준룰러로 사용하는 경우, 기준 좌표계는 QR코드의 외곽 사각형 중심을 잇는 고정된 좌표계로서 면의 기준 포인트를 연결하는 수평선이 X축 방향이고, 지표면 수직 방향이 Y축 방향이며 면에 수직하고, 이미지 방향으로 들어가는 방향이 Z축방향이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 QR코드를 이용한 룰러이며, 도 7은 도 6의 룰러의 일예이고, 도 8은 도 6의 룰러를 장착하고 촬영한 영상이다.
도 6의 룰러(100)는 이마 밴드(120), QR코드부(130)를 포함하여 이루어진다.
이마 밴드(120)는 전두엽부분에 장착되는 밴드로, QR코드부(130)를 중앙에 거치하는 수단이다. 통공형태의 표식(123)을 다수개 구비하여 길이 스케일로 사용가능하며, 경우에 따라서 표식(123)은 생략가능하다.
QR코드부(130)는 도 1과 같으므로, 여기서 설명은 생략한다.
도 7의 (a)는 도 6의 룰러의 일예이고, 도 7의 (b)는 도 7의 룰러의 배면도이고, 도 7의 (c)는 도 7의 룰러의 측면도이다.
도 7에서와 같이 QR코드부(130)는 QR코드 받침부(134)의 상면에 QR코드(137)가 부착되어 있으며, QR코드 받침부(134)의 저면에 기둥부(139)가 이마 밴드(120)의 중앙에 있는 기둥 삽입부(129)에 삽입되어 고정되도록 이루어져 있다. 기둥부(139)를 가짐으로써, QR코드부(130)와 이마 밴드(120)의 사이에 소정거리가 이격됨에 따라, 상하로 QR코드면의 각도를 조절할 수 있다.
도 8의 (a)는 제1영상, 즉, 제1카메라(10)에 의해 촬영된 피검안자(고객)의 좌우측 중 일측의 얼굴 영상이다.
도 8의 (b)는 제2영상, 즉, 제2카메라(20)에 촬영된 피검안자의 좌우측 중 다른 일측의 얼굴 영상이다.
다음은 연산처리부에서 제1좌표계 및 제2좌표계에서 QR코드부(130)로부터 각 카메라까지의 수직거리(L)을 검출하는 방법을 설명한다.
도 9는 본 발명에서의 QR코드부(130)의 인식을 설명하기 위한 설명도이고, 도 10은 제1좌표계에서 QR코드부(130)로부터 카메라까지의 수직거리(L)을 검출하는 방법을 설명하는 설명도이다.
도 9의 (a)는 QR코드에서 사용되는 포인트를 나타내는 도면이다.
도 9의 (b)는 QR코드에서 포인트들에 의해 나타내는 X축과 Y축을 설명하는 도면이다.
도 9의 (a)에서 QR코드는 원점, 제1포인트(P1), 제2포인트(P2), 제3포인트(P3)를 구비한다.
원점은 QR코드 상단의 좌측에 있는 포인트로, 이 점을 기준으로 한다. 원점의 좌표(x0, y0, z0)로 표시할 수 있다.
제1포인트(P1)는 QR코드 상단의 우측에 있는 포인트로, 즉 QR 코드의 x축 사각 마크이다. 제1포인트(P1)의 좌표(x1, y1, z1)는 QR 코드의 x축 사각 마크 중심 좌표이다.
제2포인트(P2)는 QR코드 하단의 좌측에 있는 포인트로, 즉 QR 코드의 y축 사각 마크이다. 제2포인트(P2)의 좌표(x2, y2, z2)는 QR 코드의 y축 사각 마크 중심 좌표이다.
제3포인트(P3)는 도 9의 (a)에서 QR코드 하단의 우측에 있는 포인트로 나타내고 있으나, 이로써 한정하기 위한 것이 아니며, QR코드 중 원점, 제1포인트(P1), 제2포인트(P2)를 제외한 어느 하나의 포인트로, QR코드 상에 원점, 제1포인트(P1), 제2포인트(P2)를 제외한 어디에도 있을 수 있다. 제3포인트(P3)의 좌표(x3, y3, z3)로 표시할 수 있다.
제1포인트(P1)가 실제 카메라에의 2차원 이미지 면에 잡히는 위치로 부터, 즉, 공통좌표계에서의 제1포인트(P1)의 3차원 좌표(x1, y1, z1)와 제1좌표계에서의 좌표(x'1, y'1, 0)는 같은 이미지 점을 갖는다고 가정할 수 있다. 제1좌표계의 원점의 좌표는 (x'0, y'0, 0)이라 할 수 있다.
제2포인트(P2)가 실제 카메라에의 2차원 이미지 면에 잡히는 위치로 부터, 즉, 공통좌표계에서의 제2포인트(P2)의 3차원 좌표(x2, y2, z2)와 제1좌표계에서의 좌표(x'2, y'2, 0) 는 같은 이미지 점을 갖는다고 가정할 수 있다.
제3포인트(P3)가 실제 카메라에의 2차원 이미지 면에 잡히는 위치로 부터, 즉, 공통좌표계에서의 제3포인트(P3)의 좌표(x3, y3, z3)와 제1좌표계에서의 좌표는 (x'3, y'3, 0) 는 같은 이미지 점을 갖는다고 가정할 수 있다.
도 10에서와 같이, 제1포인트(P1)의 좌표들, 즉 (x1, y1, z1)과 (x'1, y'1, 0) 을 지나는 선과, 제2포인트(P2)의 좌표들, 즉 (x2, y2, z2)과 (x'2, y'2, 0) 을 지나는 선과, 제3포인트(P3)의 좌표들, 즉 (x3, y3, z3)과 (x'3, y'3, 0) 을 지나는 선이 만나는 점이, 제1좌표계에서의 카메라의 중앙(센터) 좌표로, 카메라의 중앙(센터) 좌표는 (x's, y's, -sL)이라 할 수 있다.
각각의 좌표 값을 카메라의 픽셀로 나타내고 있는 데, s는 이미지 1픽셀이 실제로 몇 mm에 해당하는지를 나타내는 계수이다. s는 본 3차원 매개변수 측정 장치의 사용초기, 또는 검사 초기에 카메라로 거리에 따라 미리 이미지를 촬영하여 측정하여 저장된 값이다.
점 (x'1, y'1, 0)과 점(x's, y's, -sL)을 연결하는 직선의 방정식은 수학식 1과 같다.
Figure pat00030
여기서 t는 직선을 나타내는 변수로 실수이다.
상기 직선의 방정식이 이루는 직선상에 점 (x1, y1, z1)이 있을 조건은 수학식 2와 같다.
Figure pat00031
x1을 x'1로 나타내고, y1을 y'1로 나타내면 수학식 3과 같다.
Figure pat00032
원점으로 부터 점 (x1, y1, z1) 까지의 길이는, 실제 QR코드의 포인트간 거리인 d 와 같으며, 이를 식으로 나타내고, 수학식 3에서 구하여진 x1과 y1을 대입하면 수학식4가 된다.
Figure pat00033
수학식 4를 만족하는 (z1, L, s)의 쌍은 무수히 많으므로 위 조건 만으로는 원하는 L의 해를 얻을 수 없다. (z1, L, s)쌍의 해를 얻으려면 다음과 같은 ruler 상의 다른 점(x2, y2, z2)에 대한 정보를 이용한다.
점 (x'2, y'2, 0)과 점(x's, y's, -sL)을 연결하는 직선의 방정식은 수학식5와 같다.
Figure pat00034
이 직선의 방정식이 이루는 직선상에 점 (x2, y2, z2)이 있을 조건은 수학식 6과 같다.
Figure pat00035
x2을 x'2로 나타내고, y2을 y'2로 나타내면 수학식 7과 같다.
Figure pat00036
같은 방법으로, (x's,y's, -sL )와 점 (x'3, y'3,0) 를 연결하는 직선은 (x3,y3,z3) 을 지나야 하며, 이를 식으로 나타내면 수학식 8과 같다.
Figure pat00037
Figure pat00038
Figure pat00039
x3을 x1과 x2로 나타내고, y3을 y1과 y2로 나타내고, z3을 z1과 z2로 나타내면 (x3,y3,z3)은 수학식 9와 같다.
Figure pat00040
α는 QR코드의 3번째 포인트의 위치를 나타내는 수치인데, 원점으로부터 1번째 QR코드의 점까지 길이와 3번째 QR코드의 X좌표 크기 값의 비이다.
여기서 x1, x2, x3을 x'1, x'2, x'3로 나타낸 위의 식들(수학식 3, 7, 8을 참조)로 대치하면, x3, y3, z3는 수학식 10과 같이 구하여 진다.
Figure pat00041
이를 정리하면 수학식 11과 같다.
Figure pat00042
윗 식 들에서 z3(수학식 10참조)를 대입하면 수학식 12와 같다.
Figure pat00043
수학식 12를 정리하고, x1을 x'1로 나타내는 수식(수학식 3 참조)으로부터 z1을 구하여 적용하고, y1을 y'1로 나타내는 수식(수학식 3 참조)으로부터 z1을 구하여 적용하여 다시 정리하면 수학식 13과 같다.
Figure pat00044
Figure pat00045
이와같이 정리되어, 결과적으로 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00046
위에서 구한 수학식 4는 다음과 같다.
Figure pat00047
그리고 수학식 4와 같은 방법에 의해, 원점으로 부터 점 (x2, y2, z2) 까지의 길이는 실제 QR코드의 포인트간 거리인 d 와 같으며, 이를 식으로 나타내고, 수학식 7에서 구하여진 x2과 y2을 대입하면 수학식 15와 같이 된다.
Figure pat00048
수학식 15에, 수학식 7에서 구하여진 x2와 y2을 대입하여 z2를 구하면 수학식 16과 같다.
Figure pat00049
수학식 16에서는 일부를 B로 치환하였으며, B는 다음과 같다.
Figure pat00050
(x1, y1, z1)과 (x2, y2, z2)는 수직을 이룸으로써, 수학식 17과 같다.
Figure pat00051
수학식 17에서 일부를 A로 치환하였다. 즉, 벡터(x1, y1 z1)와 (x2 y2 z2)는 수직이고, A=x1x2+y1y2 이다.
수학식 17에 수학식 16에서 구하여진 z2를 대입하여 정리하면 수학식 18과 같다.
Figure pat00052
수학식 14의 z2/sL 및 z1/sL과, 수학식 18의 z1 2을 사용하여 z1을 구하고 z2 를 구한다.
그리고 다음의 수학식 4를 사용하여 s를 구한다.
Figure pat00053
그리고 다음의 수학식 14를 사용하여 L을 구한다.
Figure pat00054
그리고, 위에서 얻은 s와 L을 사용하여 QR코드의 원점을 제외한 3개의 포인트의 좌표 (x1, y1, z1), (x2, y2, z2)와 (x3, y3, z3)를 구한다.
제2 좌표계가 설정된 다른 방향에서 촬영한 이미지로부터 촬영거리 L'과 s'을 같은 방법을 사용하여 구한다.
다음은 제1 좌표계와 제2 좌표계의 QR코드 상의 좌표들을, QR코드에 설정된 좌표계(X,Y,Z), 즉 공통좌표계로의 변환 방법을 설명한다
카메라 센서면과 평행한 좌표계와 ruler의 QR코드 면과 평행한 좌표면 사이의 오일러 변환 각도를 구한다.
제3포인트(P3)는 도 9의 (a)에서와 같이 작은 사각 마크로, 제3포인트(P3)의 좌표(x3, y3, z3)는 작은 사각 마크 좌표이다. 이는 공통좌표계(즉, (X,Y,Z) 좌표계)에서 (αd, αd, 0)이다. 즉, (x3, y3, z3)는, 공통좌표계로, (αd, αd, O)이다.
제1포인트(P1)는 도 9의 (a)에서와 같이 x축 끝단 마크로, 제1포인트(P1)의 좌표(x1, y1, z1)는 x축 끝단 마크 좌표이다. 이는 공통좌표계(즉, (X,Y,Z) 좌표계)에서 (d,0,0)이다. 즉, (x1, y1, z1)는, 공통좌표계로, (d,0,0)이다.
제2포인트(P2)는 도 9의 (a)에서와 같이 y축 끝단 마크로, 제2포인트(P2)의 좌표(x2, y2, z2)는 x축 끝단 마크 좌표이다. 이는 공통좌표계(즉, (X,Y,Z) 좌표계)에서 (0,d,0)이다. 즉, (x2, y2, z2)는, 공통좌표계로, (0,d,0)이다.
소정 (x, y, z) 좌표계에서 공통좌표계, 즉 (X,Y,Z) 좌표계로의 좌표 변환행렬 T (y축: θ, x축 : ψ, y축 :φ)는 다음과 같다.
Figure pat00055
즉, 이는 (x, y, z) 좌표계에서 (X,Y,Z) 좌표계로의 좌표 변환행렬 T(y축을 중심으로 만큼 회전, x축을 중심으로 만큼 회전, y축을 중심으로 만큼 회전)를 나타낸다. 여기서 (x,y,z) 좌표계는 카메라들에 의해 형성된 좌표계를 말한다.
이를 이용하여 제3포인트(P3)의 좌표(x3, y3, z3)의 오일러 변환 각도를 구하면 수학식 19와 같다.
Figure pat00056
제1포인트(P1)의 좌표(x1, y1, z1)의 오일러 변환 각도를 구하면 수학식 20과 같다.
Figure pat00057
제2포인트(P2)의 좌표(x2, y2, z2)의 오일러 변환 각도를 구하면 수학식 21과 같다.
Figure pat00058
여기서, θ ,ψ, φ은 수학식22와 같다.
Figure pat00059
이는 우측 카메라에 대해서 카메라 센서면과 평행한 좌표계와 ruler 면과 평행한 좌표면 사이의 오일러 변환 각도를 구한 것이다. 좌측 카메라에 대해서도 위와 같은 식을 전개하여 카메라 센서면과 평행한 좌표계와 ruler 면과 평행한 좌표면 사이의 오일러 변환 각도를 구한다.
다음은 연산처리부에서 A/B, DBL, FFA, PA 값의 검출방법을 설명한다.
도 11은 A와 B 값의 산출을 위한 안경테의 프레임의 포인트들을 설명하기 위한 설명도이다.
A/B 값을 측정하기 위하여 안경테의 일측의 렌즈 프레임을 따라서 도 11의 이미지와 같이 4점 b,c,d,e를 취한다. QR 코드면에 고정된 공통 좌표계(X,Y,Z)로 변환된 각 점의 좌표 값을 얻는다. 두 카메라의 줌심으로 부터 각점 까지 직선을 취하여 그 교점을 얻으면 그 점의 좌표가 3차원 실제 좌표가 된다. 그 위치를 정확히 지정하기 위하여 테의 데모렌즈에 마크를 부착하거나 인쇄를 할 수 있다.
안경테의 일측의 렌즈 프레임을 따라 얻어진 b,c,d,e 점의 좌표, 즉, 점b의 좌표(Xb,Yb,Zb), 점c의 좌표(Xc, Yc, Zc), 점d의 좌표(Xd, Yd, Zd), 점e의 좌표(Xe, Ye, Ze)와, 안경테의 다른 일측의 렌즈 프레임을 따라 얻어진 f점의 좌표, 즉, 점f의 좌표(Xf, Yf, Zf)를 설정한다.
B는 안경테의 폭을 나타내는 수치이고 A는 안경테의 길이를 나타내는 수치로, 안경테를 따라 데모렌즈의 상하좌우의 마크는, 각 마크의 위치를 길이와 폭을 측정할 수 있는 곳에 붙여져 있다(도 21참조) .
테의 세로 길이를 나타내는 B값은 수학식 23과 같다.
Figure pat00060
브리지 길이 DBL은 수학식 24와 같다.
Figure pat00061
테의 가로길이 A와 테의 안면각 FFA는 수학식 25와 같다.
Figure pat00062
Figure pat00063
Pantascopic angle(PA)는 수학식 26과 같다.
Figure pat00064
다음은 연산처리부에서 원거리 주시 각막곡률 중심을 구하는 방법을 설명한다.
도 12는 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은 점을 나타내는 도면이고, 도 13은 원거리 주시 각막곡률 중심을 구하는 방법을 설명하는 설명도이고, 도 14는 점(X10, Y10, Z10)과 점(X1s, Y1s, Z1s)을 연결하는 직선의 방정식 상의 t값을 변화시킴에 따른 일점을 나타내는 도면이다.
점 a'는 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은 점을 나타낸다. 즉, 도 12 및 도 13에서 점 a'1, a'2 는 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은 점을 나타낸다.
도 13에서의 빨강색 선, 즉, 카메라와 플래쉬 사이의 직선은 점 a'1, a'2 에서의 반사를 고려한 각막곡률에 수직인 직선이다.
또한, 도 13에서 Z(ruler 좌표)축 방향은 QR 코드 면에 수직인 방향을 나타내며, O는 회전 중심점을 나타내고, O'(Xo, Yo, Zo)는 각막곡률 중심점을 나타내며, V'(Xo, Yo, Zo - r)은 각막 첨두점을 나타내며, r은 각막곡률 중심을 나타낸다.
좌측의 카메라 렌즈의 중앙(센터) 점과 점 a'1를 지나는 연장선의 점인 a10'(x'1, y'1, 0)은 앞에서 구한 오일러 행렬을 사용하여 공통좌표로 a10'(X10, Y10, Z10)로 변환하고, 우측의 카메라 렌즈의 중앙(센터) 점과 점 a'2를 지나는 연장선의 점인 a20'(x'2, y'2, 0)은 공통좌표로 a20'(X20, Y20, Z20)로 변환하고, 좌측의 카메라의 중앙(센터) 좌표 S'(x'1s, y'1s , -L1)은 공통좌표로 S'(X1s, Y1s, Z1s)로 변환하고, 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 좌측 카메라 렌즈상 점인 P'(x'1s + D, y'1s, -L1)은 공통좌표로 P'(X1l , Y1l, Z1l)로 변환하고, 우측의 카메라 렌즈의 중앙(센터) 좌표 S'(x'2s, y'2s , -L2)은 공통좌표로 S'(X2s, Y2s, Z2s)로 변환하고, 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 우측 카메라 렌즈상 점인 P'(x'2s + D, y'2s, -L2)은 공통좌표로 P'(X2l , Y2l, Z2l)로 변환한다.
도 13에서 H'(x'1s + D/2, y'1s, -L1)는 P'(x'1s + D, y'1s, -L1)과 S'(X1s, Y1s, Z1s)의 중간지점이고, H'(x'2s + D/2, y'2s, -L2)는 P'(x'2s + D, y'2s, -L2)과 S'(x'2s, y'2s , -L2)의 중간지점이다.
점(X10, Y10, Z10)과 점(X1s, Y1s, Z1s)을 연결하는 직선의 방정식은 수학식 27과 같다.
Figure pat00065
여기서, t 값을 변화시키면서 직선상의 점의 좌표를 가정할 수 있다.
그 중 한점의 좌표를 (X1, Y1, Z1) 이라고 한다면, 도 14와 같이 나타낼 수 있다.
점 P(X1, Y1, Z1)과 점(X1s , Y1s , Z1s)을 연결하는 직선의 단위 벡터는 수학식 28과 같다.
Figure pat00066
점 (X1, Y1, Z1)과 점(X1l , Y1l, Z1l)을 연결하는 직선의 단위 벡터는 수학식 29와 같다.
Figure pat00067
두 직선 벡터를 같은 각도로 나누는 단위 벡터는 수학식 30과 같다.
Figure pat00068
점 P를 지나며 벡터 c1에 평행인 직선 l1 은 수학식 31과 같다.
Figure pat00069
여기서 r1은 직선의 변수로 실수이다.
제2 카메라에 의한 이미지에도 같은 과정을 반복한다.
점 (X2, Y2, Z2)과 점(X2s , Y2s , Z2s)을 연결하는 직선 벡터는 수학식 32와 같다.
Figure pat00070
점 (X2, Y2, Z2)과 점(X2l , Y2l, Z2l)을 연결하는 직선 벡터는 수학식 33과 같다.
Figure pat00071
두 직선 벡터를 같은 각도로 나누는 단위 벡터는 수학식 34와 같다.
Figure pat00072
점 a2을 지나며 벡터 c2에 평행인 직선 l2 은 각막 곡률 중심을 지나며, 수학식 35와 같다.
Figure pat00073
여기서 r2은 직선의 변수로 실수이다.
직선 l1 과 직선 l2 사이의 길이가 최소가 되는 점이 각막 곡률 중심이다. 그러므로 r1 과 r2를 변화 시켜가면서 두 직선의 거리가 최소가 되는 r1 과 r2를 구하고 그 교점을 구하여 각막 곡률 중심과 각막곡률을 구한다. 이 때 각막을 球라고 가정하면 이상적으로는 r1과 r2 값은 같아야 하고 그 값이 각막의 곡률이며 수학식 36의 벡터는 각막곡률 중심을 나타낸다.
Figure pat00074
이를 정리하면 수학식 37를 얻는다.
Figure pat00075
수학식 37을 만족하는 (X1, Y1, Z1)과 (X2, Y2, Z2) 점의 좌표를 찾아간다.
이때 탐색 구간은 Z1과 Z2의 값은 양수(positive) 구간이어야 한다
다음은 연산처리부에서 동공 회전 중심점 탐색과정을 설명한다.
이를 위해서는 다음과 같은 가정이 필요하다.
첫째로, 좌우 양안의 회전 중심점으로 부터 각막곡률 중심점 까지의 길이는 같다.
둘째로, 룰러 원점은 동공 사이의 정 중앙에 위치한다.
셋째로, 원거리 시선은 Z축과 일치한다.
넷째로, 상하 좌우 프리즘은 회전 중심점을 중심으로 안구를 상하 좌우로 회전 시킨다.
이러한 가정하에 동공 회전 중심점 탐색과정은 다음과 같다.
UpDown 프리즘관련 각막곡률 중심 좌표 검출단계로, 좌우 눈의 UpDown 프리즘에 대하여 이를 처방 시 보상된 각막곡률 중심 좌표를 구한다.
InOut 프리즘관련 각막곡률 중심 좌표 검출단계로, 좌우 눈의 InOut 프리즘에 대하여 이를 처방 시 보상된 각막곡률 중심 좌표를 구한다.
우위안으로 회전된 눈관련 각막곡률 중심 좌표 검출단계로, 마지막으로 좌우 눈에 대한 우위안으로 회전된 눈에 대하여 각막곡률 중심 좌표를 구한다.
이와같은 3단계를 거쳐 보상된 각막곡률 좌표를 가지고 회전 중심점을 구한다.
도 15는 좌안 원거리 주시의 시선상태를 나타내는 도면이고, 도 16은 우안 원거리 주시의 시선상태를 나타내는 도면이고, 도 17은 우위안으로서 얼굴을 왼쪽으로 돌리고 동공이 반대쪽으로 회전된 상태의 좌우안구를 나타낸다.
도 15 및 도 16에서, θud는 UpDown 프리즘 관련 회전각으로, 즉, BASE UP/DOWN 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도이고, θio는 InOut 프리즘관련 회전각으로, 즉, BASE IN/OUT 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도이다. 또한, θa는 BASE IN/OUT 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 동공의 회전한 각도(θio)이외에, 좌우 우위안에 의하여 얼굴이 회전함으로서 시선 방향이 고정되어 돌아간 동공의 각도이다.
도 15의 좌안 원거리 주시에서, 각막곡률 중심점(x1', y1', z1')로부터 회전 중심점(x1, y1, z1)까지의 선(l)과, 회전 중심점(x1, y1, z1)을 지나며 x축에 평행한 선의 사이에 UpDown 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도(θud)와 InOut 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도(θio)가 위치된다. 결과적으로 UpDown 프리즘 및 InOut 프리즘을 보상하면 수학식 38과 같은 각막곡률 중심 좌표를 구한다.
Figure pat00076
같은 방법으로, 도 16의 우안 원거리 주사에서 UpDown 프리즘 및 InOut 프리즘을 보상하면 수학식 39와 같은 각막곡률 중심 좌표를 구한다.
Figure pat00077
이와같이, 프리즘이 보상되었으나 우위안인 경우, 즉, (우위안으로서 얼굴을 왼쪽으로 돌리고 동공이 반대쪽으로 회전된 상태를 고려해야 한다.
도 17에서. 면 PA는 QR 코드면의 수직 중심점을 지나고 두 안구의 각막곡률 중심을 잇는 선분에 수직한 기준 면이다. 각막곡률 중심을 잇는 선분과 면과의 교점인 A점에서 좌우 각막 곡률중심까지의 거리는 안구가 회전된 상태이므로 같지 않다.
도 17에서, r은 각막곡률이고, R은 각막 끝에서 회전 중심점까지의 거리이고, l는 각막중심에서 회전 중심점까지의 거리이다.
여기서, R = (39.23-1.976*r)/2.0 이고, l=R-r 이다.
우위안으로서 동공의 회전각, 즉, 우위안에 의하여 얼굴이 회전함으로서 시선 방향이 고정되어 돌아간 동공의 각도(θa)을 고려하여, 수학식 38과 수학식 39를 다시 정리하면, 수학식 40과 같이 되며, 좌우 양안의 회전 중심점으로 부터 각막곡률 중심점 까지의 길이는 같다는 가정에 의해 우위안으로서 동공의 회전각(θa)을 구한다.
Figure pat00078
단, 위에서 B, C는 다음과 같이 치환된 것이다.
Figure pat00079
또한, QR코드의 포인트 사이의 최대거리는 22.764999 mm이다.
여기서, 프리즘의 부호는 피검자의 실제 좌우가 아니고 이미지의 좌우를 기준으로 한다.
일반적으로, BaseUp 프리즘은 θud, θud’가 negative value를 가지며, BaseDown 프리즘은 θ ud, θ ud’가 positive value를 가진다.
일반적으로 BaseIn 프리즘에서, 왼쪽 눈의 θio’는 positive value을 가지며, 오른쪽 눈의 θio는 negative value를 가진다. 또한, BaseOut 프리즘에서 왼쪽 눈의 θ io’는 negative value를 가짐며, 오른쪽 눈의 θio는 positive value을 가진다.
다음은 연산처리부에서 VCD (vertex-cornea distance)를 구하는 과정을 설명한다. 즉, 렌즈의 뒷면 정점으로부터 동공 정점까지의 수평 거리(VCD)를 구하는 과정을 설명한다.
점 v1과 v2는 각 이미지의 좌우 각막의 정점(vertex 점)을 나타낸다. QR코드 공통 좌표계 (X,Y,Z)에서 각막의 정점(vertex) 좌표는 수학식 41과 같다.
Figure pat00080
v1과 v2점으로 부터 공간상의 4점 b,c,d,e와 f,g,h,i가 이루는 2개의 구까지의 z축 방향의 수직 거리가 각각 좌우안의 VCD 값이 된다. 즉, b,c,d,e에 의하여 이루어진 구(S1), f,g,h,i에 의하여 이루어진 구(S2)는 안경렌즈 면이 되며, 앞에서 구한 각막 첨두점 v1, v2 로부터 두 개의 구(S1과 S2) 까지의 Z축을 따라 교차하는 점까지의 거리를 좌우안의 VCD라고 한다.
그 두 직선이 구와 만나는 점을 각각 g1, g2이라고 하고 다음과 같은 좌표를 갖는다고 가정한다.
Figure pat00081
b,c,d,e와 f,g,h,i가 이루는 2개의 구는 3차원 공간상의 4점을 지나는 구(sphere)를 구하고, 이렇게 구하여진 구에서 g1, g2좌표를 구하여 VCD 값을 구할 수 있다.
여기서, 3차원 공간상의 4점을 지나는 구(sphere)는 PRECISION POINT 에 게제된 방식으로 구할 수 있다.(참고: http://www.jpe.nl/downloads/Fit-sphere-through-points.pdf#search='Fit+sphere+through+4+data')
3차원 공간상의 4점을 지나는 구에 대해 간략히 설명한다.
도 18은 3차원 공간상의 4점을 지나는 구를 설명하기위한 설명도이다.
구의 중앙(센터) 좌표를 (xc, yc, zc)이라고 하고, 구의 반경을 R이라고 할때, z(x,y) 평면의 방정식은 다음과 같다.
Figure pat00082
여기서 데이터 포인트들을 다음과 같다고 할 수 있다.
Figure pat00083
구의 중앙좌표와 반경을 적용하여 정리하면 다음과 같다.
Figure pat00084
여기서 R2의 값이 1과 가까우면, 구에 보다 가까움을 나타낸다.
다음은 연산처리부에서 EH (eye height)와 u/v의 연산과정을 설명한다.
EH (eye height)는 점 d(Xd, Yd, Zd)과 점 g1 (xg1’, yg1, zg1) 을 사용하면 수학식 42와 같이 좌측 테의 EHL 값을 얻을 수 있다.
Figure pat00085
좌측 테의 u, v값은 수학식 43과 같으며, 이를 이용하여 u/v 값을 구할 수 있다.
Figure pat00086
다음은 연산처리부에서 근거리 좌우 PD 연산과정을 설명한다.
도 19는 근거리 좌우의 양안 동공간 거리(PD)를 설명하는 설명도이다.
35cm를 독서 거리로 하여 앞단에서 얻은 회선점(즉, 동공 회전 중심점)을 중심으로 회전한 시선이 테를 지나는 좌표를 구하여 근거리 좌우 PD, 즉, 근거리 좌 PD(NLPD)과 근거리 우 PD(NRPD)를 계산하면, 수학식 44와 같다.
Figure pat00087
Figure pat00088
여기서, LPD_F는 왼쪽눈의 원거리 동공거리이고, VCD_L은 왼쪽눈의 각막 첨두에서 렌즈 까지의 거리이고, RC_L는 각막 첨두에서 회전 중심점까지의 거리이다.
다음은 연산처리부에서 본 발명의 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 방법을 구하는 과정을 전체적으로 설명한다.
도 20은 연산처리부에서 본 발명의 QR코드를 이용한 3차원 매개변수 측정 방법을 개략적으로 설명하는 흐름도이다.
QR코드 좌표 탐색단계로, QR코드 좌표 탐색단계로, 연산처리부(30)는 촬영된 얼굴의 좌우 이미지를 수신하고(S110), 수신된 이미지 중 QR코드를 인식하고, QR코드 좌표를 구한다(S120). 여기서 QR코드인식은 패턴인식을 사용할 수도 있다.
테의 상하 좌우 마크와 눈동자의 반사 포인트 설정값 수신단계로, 테의 상하 좌우 마크 8개(즉, b,c,d,e와 f,g,h,i 점)와 눈동자의 반사 포인트 2개 (즉 점 a'1, a'2 ) 를 디스플레이 화면(즉, GUI)상 사용자가 설정할 수 있으며, 설정된 테의 상하 좌우 마크 8개와 눈동자의 반사 포인트 2개는 연산처리부(30)에서 수신된다(S130).
QR 코드로 부터 좌우 이미지의 촬영거리 계산단계로, QR 코드의 마크 위치로 부터 좌우 이미지의 촬영거리, 즉 제1좌표계 및 제2좌표계에서 QR코드부(130)로부터 각 카메라까지의 수직거리(L)를 계산한다(S140). 즉, 수학식 14를 이용하여 L을 구한다.
오일러 회전각 계산단계로, 각 카메라 좌표계에서 공통좌표계로의 오일러 회전각을 계산한다(S150). 즉, 카메라 센서면과 평행한 좌표계와 ruler QR 코드 면과 평행한 좌표면 사이의 오일러 변환 각도를 구한다. 즉, 오일러 변환 각도는 수학식 22를 이용하여 구한다.
공통 좌표계로 변환을 위한 행렬 요소 계산단계로, QR코드 면의 공통 좌표계로 변환해줄 행렬요소(matrix element)를 계산한다(S160). 즉, 제1포인트(P1)의 좌표(x1, y1, z1), 제2포인트(P2)의 좌표(x2, y2, z2) 제3포인트(P3) 등의 오일러 변환 각도를 수학식 20, 수학식 21 등을 이용하여 구한다.
테의 상하좌우마크의 실제 3차원 좌표 연산단계로, 테의 상하 좌우 마크 8개의 공통 좌표계에서의 실제 3차원 좌표를 구한다(S170). 즉, 상하 좌우 마크 8개(즉, b,c,d,e와 f,g,h,i 점)도 QR 코드면에 고정된 공통 좌표계(X,Y,Z)로 변환된 각 점의 좌표 값을 얻는다. 즉, 두 카메라의 줌심으로 부터 각점 까지 직선을 취하여 그 교점을 얻으면 그 점의 좌표가 3차원 실제 좌표가 된다.
A, B, DBL, PA, FFA를 계산하는 단계로, 테의 상하좌우마크의 실제 3차원 좌표 연산단계에서 얻은 좌표계를 사용하여 A, B, DBL, PA, FFA 의 길이와 각도를 구한다(S180). 즉, 이들은 수학식 23 내지 수학식 26을 이용하여 구한다.
각막 곡률 중심을 구하는 단계로, 좌우 눈의 동공 밝은 점과 각 카메라의 센서 중심점을 연결하는 선을 사용하여 각막 곡률 중심을 구한다(S190). 즉, 수학식 37을 만족하는 (X1, Y1, Z1)과 (X2, Y2, Z2) 점의 좌표를 찾는다.
프리즘 처방값 수신여부 판단단계로, 프리즘 처방값을 수신하였는지 여부를 판단한다. 프리즘 처방값을 수신하였다면, 즉, 피검안자(고객)의 좌우 눈의 프리즘 처방 값이 있는 경우로, 각막곡률 중심의 좌표를 재 설정한다(S200). 즉, UpDown 프리즘관련 각막곡률 중심 좌표 검출단계에서, 좌우 눈의 UpDown 프리즘에 대하여 이를 처방 시 보상된 각막곡률 중심 좌표를 구하고, InOut 프리즘관련 각막곡률 중심 좌표 검출단계에서, 좌우 눈의 InOut 프리즘에 대하여 이를 처방 시 보상된 각막곡률 중심 좌표를 구하고, 우위안으로 회전된 눈관련 각막곡률 중심 좌표 검출단계에서, 마지막으로 좌우 눈에 대한 우위안으로 회전된 눈에 대하여 각막곡률 중심 좌표를 구한다. 이는 수학식 38, 수학식 39, 수학식 40을 이용하여 구한다.
LPD, RPD, PD, u, v, VCD, EH 연산단계로, 각막곡률 좌표를 가지고 LPD, RPD, PD, u, v, VCD, EH를 구한다(S220). 즉, 수학식 42, 수학식 43 등등을 이용하여 구한다.
이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
10 : 제1카메라 20 : 제2카메라
30 : 연산처리부 93 : 전면 다리부
95 : 후면 다리부 100 : 룰러
110 : 눈썹위 밴드 113 : 표식
120 : 이마 밴드 123 : 통공형태의 표식
129 : 기둥 삽입부 130 : QR코드부
134 : QR코드 받침부 137 : 상면에 QR코드
139 : 기둥부 190 : 클립부

Claims (33)

  1. 피검안자의 이마에 위치되는 룰러, 피검안자의 좌우측 얼굴영상을 촬영하는 카메라, 상기 카메라로부터 촬영된 영상으로부터 룰러의 영상을 이용하여 렌즈처방을 위한 3차원 매개변수를 검출하는 연산처리부를 포함하여 이루어진 3차원 매개변수 측정 장치에 있어서,
    룰러의 중앙부에는 QR코드가 부착된 QR코드부를 구비하고 있으며,
    연산처리부는 카메라로부터 수신된 좌우측 얼굴영상에서 QR코드를 검출하고,
    QR코드에 의해 설정된 좌표계를 공통좌표계로 하여 안경테의 세로 길이(B)를 포함하는 3차원 매개변수를 검출하는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    QR코드는 원점, 제1포인트, 제2포인트, 제3포인트의 4개의 포인트를 구비하며,
    원점은 QR코드 상단의 좌측에 있는 포인트이며,
    제1포인트는 QR코드 상단의 우측에 있는 포인트로, 원점과 제1포인트가 연결된 선으로 X축을 나타내며,
    제2포인트는 QR코드 하단의 좌측에 있는 포인트로, 원점과 제2포인트가 연결된 선으로 Y축을 나타내며,
    제3포인트는 QR코드 중에서 원점, 제1포인트, 제2포인트, 제3포인트를 제외한 곳에 위치되는 하나의 포인트인 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    제3포인트는 QR코드 하단의 우측에 있는 포인트인 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서, 룰러는
    피검안자의 일측 눈썹에서부터 다른 일측 눈썹까지의 위에 위치되는 밴드로, QR코드부를 중앙에 거치하게 하는 눈썹위 밴드;
    눈썹위 밴드 밑의 좌우 양측에 구비되며, 안경 렌즈의 전면에 위치되는 전면 다리부와 안경 렌즈의 후면에 위치되는 후면 다리부로 이루어지며, 안경 렌즈를 전면 다리부와 후면 다리부의 사이에 끼우도록 이루어진, 클립부;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 룰러는
    전두엽부분에 장착되는 이마밴드의 중앙에 QR코드부가 장착된 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    피검안자의 좌측 얼굴영상을 촬영하는 카메라를 제1카메라로 하고, 제1카메라 센서면에 평행한 좌표계를 제1좌표계로 하며,
    피검안자의 우측 얼굴영상을 촬영하는 카메라를 제2카메라로 하고, 제2카메라 센서면에 평행한 좌표계를 제2좌표계로 하며,
    연산처리부는 제1좌표계에서 QR코드부로부터 카메라까지의 수직거리(L)을
    Figure pat00089

    (단, 제1포인트의 제1좌표계에서의 좌표는 (x'1, y'1, 0) 이고, 제2포인트의 제1좌표계에서의 좌표는 (x'2, y'2, 0) 이고, 제3포인트의 제1좌표계에서의 좌표는 (x'3, y'3, 0) 이고, 제1좌표계에서의 카메라의 중앙(센터) 좌표는 (x's, y's, -sL)임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    s는
    Figure pat00090

    (단, d는 QR코드의 포인트간 거리임)
    를 이용하여 구하여 지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    제3포인트의 좌표(x3, y3, z3)를 공통좌표계로 (αd, αd, 0)라 하고,
    제1포인트의 좌표(x1, y1, z1)를 공통좌표계로 (d, 0, 0)이고,
    제2포인트의 좌표(x2, y2, z2)를 공통좌표계로 (0, d, 0)일 때
    오일러 변환각(ψ,φ,θ)는
    Figure pat00091

    인 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    제3포인트의 좌표(x3, y3, z3)의 오일러 변환 각도는
    Figure pat00092

    이고,
    제1포인트의 좌표(x1, y1, z1)의 오일러 변환 각도는
    Figure pat00093

    이고,
    제2포인트의 좌표(x2, y2, z2)의 오일러 변환 각도는
    Figure pat00094

    인 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    안경테의 일측의 렌즈 프레임을 따라 상하좌우에 위치되는 b,c,d,e 점의 좌표인, 점b의 좌표(Xb,Yb,Zb), 점c의 좌표(Xc, Yc, Zc), 점d의 좌표(Xd, Yd, Zd), 점e의 좌표(Xe, Ye, Ze)와, 안경테의 다른 일측의 렌즈 프레임을 따라 상하좌우측 중 일측에 위치되는 f점의 좌표인, (Xf, Yf, Zf)는 피검자가 착용한 테의 데모 렌즈상에 식별마크를 부착하여 촬영한 좌우 이미지에서 동일 지점의 좌표 값을 찾도록 해 주며, 두 이미지 상의 동일 점의 좌표값을 사용하여, 테의 세로 길이 (B), 가로 길이 (A), 브릿지 길이 (DBL), 안면각 (FFA)와 안면각(PA)을 구하는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    브리지 길이(DBL)는
    Figure pat00095

    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    테의 가로길이(A)와 테의 안면각(FFA)는
    Figure pat00096

    Figure pat00097

    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    Pantascopic angle(PA)는
    Figure pat00098

    를 이용하여 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    좌측의 카메라 렌즈의 중앙(센터) 점과, 기 설정된 좌측 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은점(a'1)을 지나는 연장선의 점(x'1, y'1, 0)은 공통좌표로 점(X10, Y10, Z10)로 변환하고,
    좌측의 카메라의 중앙(센터) 좌표(x'1s, y'1s , -L1)는 공통좌표로 (X1s, Y1s, Z1s)로 변환하고,
    카메라 플래쉬에 의하여 반사된 좌측 카메라 렌즈상 점(x'1s + D, y'1s, -L1)는 공통좌표로 (X1l , Y1l, Z1l)로 변환하고,
    점(X10, Y10, Z10)과 점(X1s, Y1s, Z1s)을 연결하는 직선 중의 한점의 좌표를 (X1, Y1, Z1) 이라고 할 때,
    점(X1, Y1, Z1)과 점(X1s , Y1s , Z1s)을 연결하는 직선의 단위 벡터(a1)는
    Figure pat00099

    에 의해 구하여 지고,
    점 (X1, Y1, Z1)과 점(X1l , Y1l, Z1l)을 연결하는 직선의 단위 벡터(b1)는
    Figure pat00100

    에 의해 구하여 지고,
    점(X1, Y1, Z1)과 점(X1s , Y1s , Z1s)을 연결하는 직선의 단위 벡터(a1)와, 점 (X1, Y1, Z1)과 점(X1l , Y1l, Z1l)을 연결하는 직선의 단위 벡터(b1)를 같은 각도로 나누는 단위 벡터(c1)는
    Figure pat00101

    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    점(X1, Y1, Z1)를 지나며 벡터 c1에 평행인 직선 l1 은
    Figure pat00102

    (r1은 직선을 나타내는 변수로 실수임)
    인 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    우측의 카메라 렌즈의 중앙(센터) 점과, 기 설정된 우측 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은점(a'2)을 지나는 연장선의 점(x'2, y'2, 0)은 공통좌표로 점(X20, Y20, Z20)로 변환하고,
    우측의 카메라의 중앙(센터) 점 좌표(x'2s, y'2s , -L2)는 공통좌표로 (X2s, Y2s, Z2s)로 변환하고,
    카메라 플래쉬에 의하여 반사된 우측 카메라 렌즈상 점(x'2s + D, y'2s, -L2)은 공통좌표로 (X2l , Y2l, Z2l)로 변환하고,
    점(X20, Y20, Z20)과 점(X2s, Y2s, Z2s)을 연결하는 직선 중의 한점의 좌표를 (X2, Y2, Z2) 이라고 할 때,
    점(X2, Y2, Z2)과 점(X2s , Y2s , Z2s)을 연결하는 직선 벡터(a2)는
    Figure pat00103

    에 의해 구하여지고,
    점(X2, Y2, Z2)과 점(X2l , Y2l, Z2l)을 연결하는 직선 벡터(b2)는
    Figure pat00104

    에 의해 구하여지고,
    점(X2, Y2, Z2)과 점(X2s , Y2s , Z2s)을 연결하는 직선 벡터(a2)와, 점(X2, Y2, Z2)과 점(X2l , Y2l, Z2l)을 연결하는 직선 벡터(b2)를 같은 각도로 나누는 단위 벡터(c2)는
    Figure pat00105

    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    우측 카메라 플래쉬에 의하여 반사된 밝은점(a'2)을 지나며 벡터 c2에 평행인 직선 l2 은
    Figure pat00106

    (r2은 직선을 나타내는 변수로 실수임)
    인 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    직선 l1 과 직선 l2 사이의 길이가 최소가 되는 점이 각막 곡률 중심으로,
    r1 과 r2를 변화 시켜가면서 두 직선의 거리가 최소가 되는 r1 과 r2를 구하고, 직선 l1 과 직선 l2 의 교점을 구하여 각막 곡률 중심과 각막곡률을 구하는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    r1과 r2 값은 같은 값은 값(r)을 가지며,
    Z1과 Z2의 값은 양수(positive) 구간에서,
    Figure pat00107

    을 만족하는 (X1, Y1, Z1)과 (X2, Y2, Z2) 점의 좌표를 찾아서, 각막 곡률 중심을 구하는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  20. 제9항에 있어서,
    좌우 양안의 회전 중심점으로 부터 각막곡률 중심점 까지의 길이는 같고, 룰러 원점은 동공 사이의 정 중앙에 위치하고, 원거리 시선은 Z축과 일치하고, 상하 좌우 프리즘은 회전 중심점을 중심으로 안구를 상하 좌우로 회전시킨다는 가정하고,
    UpDown 프리즘 및 InOut 프리즘을 보상하면, 좌안 원거리 주사에서 각막곡률 중심 좌표는
    Figure pat00108

    (단, 좌안 원거리 주사에서 각막곡률 중심점 좌표는 (x1', y1', z1')이고, 회전 중심점 좌표는 (x1, y1, z1)이고, 각막곡률 중심점(x1', y1', z1')로부터 회전 중심점(x1, y1, z1)까지의 선은 l1이고, BASE UP/DOWN 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도가 θud이고, BASE IN/OUT 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도
    이 θio임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    UpDown 프리즘 및 InOut 프리즘을 보상하면, 우안 원거리 주사에서 각막곡률 중심 좌표는
    Figure pat00109

    (단, 우안 원거리 주사에서 각막곡률 중심점 좌표는 (x2', y2', z2')이고, 회전 중심점 좌표는 (x2, y2, z2)이고, 각막곡률 중심점(x2', y2', z2')로부터 회전 중심점(x2, y2, z2)까지의 선은 l2이고, BASE UP/DOWN 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도가 θ'ud이고, BASE IN/OUT 프리즘에 해당하는 사시에 의하여 돌아간 동공의 각도가 θ'io임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    우위안으로서 동공의 회전각(θa)는
    Figure pat00110

    (단, A, B, C는
    Figure pat00111
    를
    Figure pat00112
    로 치환에 따른 값임)
    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  23. 제9항에 있어서,
    렌즈의 뒷면 정점으로부터 동공 정점까지의 수평 거리(VCD)는
    좌우측 얼굴영상 각각에서 좌우 각막의 정점(vertex 점)을 각각 점v1 과 점 v2로 하고
    좌측 안경테의 상하좌우의 4개점인 b,c,d,e가 이루는 제1 구와 우측 안경테의 상하좌우의 4개점인 f,g,h,i가 이루는 제2 구를 구하고
    점v1으로부터 제1 구까지의 z축 방향의 수직 거리를 좌안의 VCD 값으로 구하고, 점v2으로 부터 제2 구까지의 z축 방향의 수직 거리를 우안의 VCD 값으로 구하는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  24. 제9항에 있어서,
    d(Xd, Yd, Zd)과 점 g1 (xg1, yg1, zg1) 을 사용하여 EHL (eye height)값은
    Figure pat00113

    에 의해 구하여 지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  25. 제24항에 있어서,
    좌측 테의 u값(uL)과 v값(vL)은
    Figure pat00114

    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  26. 제22항에 있어서,
    근거리 좌 PD(LPD_N)과 근거리 우 PD(RPD_N)는
    Figure pat00115

    Figure pat00116

    에 의해 구하여지는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.
  27. 피검안자의 이마에 위치되며 중앙부에는 QR코드가 부착된 룰러; 피검안자의 좌우측 얼굴영상에서 QR코드를 검출하고 QR코드에 의해 설정된 좌표계를 공통좌표계로 하여 안경테의 세로 길이(B)를 포함하는 3차원 매개변수를 검출하는 연산처리부;를 포함하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법에 있어서,
    연산처리부는 촬영된 얼굴의 좌우 이미지를 수신하고, 수신된 이미지 중 QR코드를 인식하고, QR코드 좌표를 구하는, QR코드 좌표 탐색단계;
    QR코드 좌표 탐색단계 후, 사용자(검사자)에 의해 설정된 테의 상하 좌우 마크 8개(b,c,d,e 점들과 f,g,h,i 점들)와 눈동자의 반사 포인트 2개 (점 a'1, 점a'2 )를 연산처리부가 수신하는, 테의 상하 좌우 마크와 눈동자의 반사 포인트 설정값 수신단계;
    테의 상하 좌우 마크와 눈동자의 반사 포인트 설정값 수신단계 후, 연산처리부는 QR 코드의 마크 위치로 부터 좌우 이미지의 촬영거리, 즉, 제1좌표계 및 제2좌표계 각각에서 QR코드부로부터 각 카메라까지의 수직거리를 계산하는, QR 코드로 부터 좌우 이미지의 촬영거리 계산단계;
    QR 코드로 부터 좌우 이미지의 촬영거리 계산단계 후, 연산처리부는 제1좌표계 및 제2좌표계 각각에서 카메라 센서면과 평행한 좌표계와 룰러(ruler) QR 코드 면과 평행한 좌표면 사이의 오일러 변환 각도를 구하는, 오일러 회전각 계산단계;
    를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법.
  28. 제27항에 있어서,
    오일러 회전각 계산단계 후, 연산처리부는 QR 코드 중에 포함된 제1포인트의 좌표, 제2포인트의 좌표 제3포인트의 좌표의 오일러 변환 각도를 포함하는, QR코드 면의 공통 좌표계로 변환해줄 행렬요소(matrix element)를 계산하는, 공통 좌표계로 변환을 위한 행렬 요소 계산단계;
    공통 좌표계로 변환을 위한 행렬 요소 계산단계 후, 연산처리부는 테의 상하 좌우 마크 8개의 공통 좌표계에서의 실제 3차원 좌표를 구하는, 테의 상하좌우마크의 실제 3차원 좌표 연산단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법.
  29. 제28항에 있어서,
    연산처리부는 테의 상하좌우마크의 실제 3차원 좌표 연산단계에서 얻은 좌표계를 사용하여 A, B, DBL, PA, FFA를 구하는, A와 B와 DBL과 PA와 FFA를 계산하는 단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법.
  30. 제29항에 있어서,
    A와 B와 DBL과 PA와 FFA를 계산하는 단계 후, 좌우 눈의 눈동자의 반사 포인트와 각 좌표계의 카메라의 센서 중심점을 연결하는 선을 사용하여 연산처리부는 각막 곡률 중심을 구하는, 각막 곡률 중심을 구하는 단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법.
  31. 제30항에 있어서,
    각막 곡률 중심을 구하는 단계 후, 연산처리부는 프리즘 처방값을 수신하였는지 여부를 판단하여, 프리즘 처방값을 수신하였다면, 각막곡률 중심의 좌표를 재 설정한다(S200). 각막곡률 중심의 좌표의 재 설정단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법.
  32. 제31항에 있어서,
    연산처리부는 각막곡률 좌표를 이용하여 LPD, RPD, PD, u, v, VCD, EH를 구하는, LPD와 RPD와 PD와 u와 v와 VCD와 EH 연산단계;
    를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치의 구동방법.
  33. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
    안경테의 렌즈 프레임을 따라 상, 하, 좌, 우에 위치하는 점의 좌표를 얻기 위하여, 안경테에 장착된 데모렌즈의 상, 하, 좌, 우에 마크가 붙여져 있거나 인쇄되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 매개변수 측정 장치.



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