TW202122033A

TW202122033A - 鏡框配戴參數之量測方法及其量測設備

Info

Publication number: TW202122033A
Application number: TW108145602A
Authority: TW
Inventors: 韓嘉輝
Original assignee: 華碩電腦股份有限公司
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-06-16
Also published as: US11841555B2; US20210181538A1; TWI756600B

Abstract

本案提供一種量測方法及其量測設備。此量測方法包含掃描配戴一定位鏡框之一受測者的人臉，以獲得瞳孔位置、視覺方向及一3D人臉模型，且3D人臉模型配戴對應定位鏡框之一定位鏡框模型。在3D人臉模型上疊合一3D眼鏡參考模型，使3D眼鏡參考模型疊合在3D人臉模型之定位鏡框模型上。計算視覺方向與3D眼鏡參考模型之內側相交點。根據瞳孔位置及內側相交點，計算出後頂點距離，並計算3D眼鏡參考模型之鏡片平面線與空間垂直線之間的夾角作為前傾角。

Description

基於3D人臉模型的配鏡參數後頂點距離及傾斜角的量測方法

本案係有關一種鏡框配戴參數之量測方法及其量測設備。

運動眼鏡之鏡框對臉部有較好的包覆度，通常採用高曲度設計，且運動眼鏡之鏡片與視覺方向大約有15～30度的夾角，鏡片會衍生額外的散光度數，因此運動眼鏡不能依處方度數配鏡，需要經過DRP（Digital Ray Path）數位光波追蹤技術精密的補償計算，才能讓配鏡者獲得正確的校正效果。

數位光追蹤技術可以將配鏡者之所有個人化鏡框配戴參數加以考量，模擬鏡片在前方進行分析，只要提供的資料愈多，例如後頂點距離（back vertex distance，BVD）或前傾角（pantoscopic tilt），模擬的效果就能愈精確，使配出來的鏡片具有更好的視覺效果。然而，傳統在量測後頂點距離和前傾角等鏡框配戴參數時，需要特殊的量測工具，例如Personalization Key，以人工方式進行量測，但此種方式耗時且不精確，在量測過程中配鏡者較不舒服。

本案提供一種鏡框配戴參數之量測方法，包含：掃描配戴一定位鏡框之一受測者的人臉，以獲得瞳孔位置、視覺方向及一3D人臉模型，且此3D人臉模型配戴對應定位鏡框之一定位鏡框模型。在3D人臉模型上疊合一3D眼鏡參考模型，使3D眼鏡參考模型疊合在3D人臉模型之定位鏡框模型上。計算視覺方向與3D眼鏡參考模型之內側相交點。根據瞳孔位置及內側相交點，計算出後頂點距離，並計算3D眼鏡參考模型之鏡片平面線與一空間垂直線之間的夾角作為前傾角。

本案另外提供一種鏡框配戴參數之量測設備，包含一定位鏡框、一3D影像擷取裝置及一運算裝置。3D影像擷取裝置係依不同角度掃描配戴定位鏡框之受測者的人臉，以取得複數人臉影像。運算裝置電性連接3D影像擷取裝置，以根據該些人臉影像獲得瞳孔位置、視覺方向及一3D人臉模型，且3D人臉模型配戴對應定位鏡框之一定位鏡框模型，運算裝置進行疊合步驟，在3D人臉模型上疊合一3D眼鏡參考模型，使3D眼鏡參考模型疊合在3D人臉模型之定位鏡框模型上，並計算視覺方向與3D眼鏡參考模型之內側相交點，運算裝置根據瞳孔位置及內側相交點，計算出後頂點距離，以及計算3D眼鏡參考模型之鏡片平面線與一空間垂直線之間的夾角作為前傾角。

綜上所述，本案可以自動化的方式來量測後頂點距離及前傾角等鏡框配戴參數，相較於使用特殊工具的人工量測方式，本案具有較高的量測效率，且量測到的鏡框配戴參數更為精確，且在量測過程中受測者不會有任何不適感。

後頂點距離係為眼角膜與鏡片背面之間的距離，而鏡片平面與空間垂直線之間的夾角即稱為前傾角，本案係藉由3D人臉模型及3D眼鏡參考模型的疊合運算，以取得後頂點距離及前傾角之鏡框配戴參數。

圖1為根據本案的量測設備之一實施例的方塊示意圖，請參閱圖1所示，鏡框配戴參數之量測設備10包含有一定位鏡框12、一3D影像擷取裝置14以及一運算裝置16。定位鏡框12係配戴在一受測者18之人臉20上。3D影像擷取裝置14係對應受測者18之人臉20，並依不同角度依序掃描配戴定位鏡框12之受測者18的人臉20，以取得對應之複數人臉影像。運算裝置16電性連接至3D影像擷取裝置14，以接收該些人臉影像，並根據該些人臉影像進行後續運算與應用，以取得後頂點距離及前傾角等鏡框配戴參數。在一實施例中，3D影像擷取裝置14及運算裝置16為各自獨立之裝置，例如3D影像擷取裝置14係為3D紅外線相機，運算裝置16可為行動電話、筆記型電腦、平板電腦、桌上型電腦等，但不以此為限。在另一實施例中，3D影像擷取裝置14及運算裝置16更可整合在一電子裝置中，3D影像擷取裝置14係為電子裝置內建之3D紅外線相機，運算裝置16可為電子裝置內之中央處理器、微控制器等，則電子裝置係為行動電話、筆記型電腦、平板電腦或桌上型電腦等，但不以此為限。

圖2為本案中之受測者就定位之一實施例的示意圖，圖3為本案之受測者配戴有定位鏡框之一實施例的示意圖，請同時參閱圖1至圖3所示，在開始量測鏡框配戴參數之前，受測者18係位於3D影像擷取裝置14之前方而就定位，此時受測者18係配戴著定位鏡框12，此定位鏡框12上設有四個有色的定位標記22，包含位於定位鏡框12之鼻橋中央位置的二中心定位標記221、222，以及分別位於定位鏡框12二側邊之左定位標記223及右定位標記224（以受測者本身之左右定義）。在一實施例中，3D影像擷取裝置14係設置在一旋轉支架24上，且馬達裝置26連接旋轉支架24，以利用馬達裝置26帶動旋轉支架24移動，旋轉支架24再帶動3D影像擷取裝置14左右旋轉共207度，以分別擷取不同角度的人臉影像。

圖4為根據本案的量測方法之一實施例的流程示意圖，請同時參考圖1至圖4所示，在受測者18就定位之後，馬達裝置26驅動旋轉支架24移動，使旋轉支架24上的3D影像擷取裝置14亦隨之左右轉動，以依不同角度依序掃描受測者18之人臉20及其人臉20上之定位鏡框12，並拍攝取得複數人臉影像傳送至運算裝置16，運算裝置16接收這些人眼臉影像進行運算，以獲得二瞳孔位置、二視覺方向及一3D人臉模型28（步驟S10），如圖5所示，此3D人臉模型28亦配戴有對應定位鏡框12之定位鏡框模型30。

接著，運算裝置16進行疊合步驟，如圖6及圖7所示，在3D人臉模型28上疊合一3D眼鏡參考模型32，使3D眼鏡參考模型32疊合在3D人臉模型28之定位鏡框模型30上（步驟S12）。其中，由於定位鏡框12上設有中心定位標記221、222、左定位標記223及右定位標記224，所以掃描建立的3D人臉模型28上的定位鏡框模型30上亦會有中心定位標記221’、222’、左定位標記（圖中未示）及右定位標記224’，此時，3D眼鏡參考模型32會依據中心定位標記221’、222’、左定位標記（圖中未示）及右定位標記224’配合一四點迭代最近點（4 points iterative closet point）演算法進行運算，以將3D眼鏡參考模型32疊合在3D人臉模型28上而與定位鏡框模型30完全重疊。在一實施例中，3D眼鏡參考模型32更包含一鏡框參考模型321以及一鏡片參考模型322，在上述疊合步驟中，可以直接將3D眼鏡參考模型32（包含鏡框參考模型321及鏡片參考模型322）整個疊合至定位鏡框模型30上。在另一實施例中，運算裝置16更可先將鏡框參考模型321依據該些定位標記22’疊合在3D人臉模型28之定位鏡框模型30上，再將鏡片參考模型322疊合至鏡框參考模型321上。

如圖1、圖4、圖7及圖8所示，運算裝置16計算此3D人臉模型28之二視覺方向（如圖7所示之箭頭方向）與3D眼鏡參考模型32之二內側相交點A_L 、A_R （步驟14），亦即3D人臉模型28之視覺方向分別與鏡片參考模型322之鏡片內側相交的二內側相交點A_L 、A_R ，二內側相交點A_L 、A_R 包含左內側相交點A_L 及右內側相交點A_R 。

如圖1、圖4、圖8、圖9a及圖9b所示，運算裝置16根據瞳孔位置及內側相交點A_L 、A_R ，計算出後頂點距離D_L 、D_R ，並計算3D眼鏡參考模型32之鏡片平面線（lens plane line）L_L 、L_R 分別與一空間垂直線L_S 之間的夾角作為前傾角θ_L 、θ_R （步驟S16），其中3D眼鏡參考模型32之鏡片平面線L_L 、L_R 為預先定義好的。詳言之，由於瞳孔位置包含左瞳孔位置及右瞳孔位置，內側相交點包含左內側相交點A_L 及右內側相交點A_R ，以根據左瞳孔位置及左內側相交點A_L 之間的距離，計算出左後頂點距離D_L ，以及根據右瞳孔位置及右內側相交點A_R 之間的距離，計算出右後頂點距離D_R 。同理，3D眼鏡參考模型32具有左鏡片平面線L_L 及右鏡片平面線L_R ，所以計算左鏡片平面線L_L 與空間垂直線L_S 之間的夾角可以得到左前傾角θ_L ，計算右鏡片平面線L_R 與空間垂直線L_S 之間的夾角可以得到右前傾角θ_R 。

在一實施例中，左鏡片平面線L_L 係為鏡片參考模型322上的左內側相交點A_L 之垂直線，右鏡片平面線L_R 係為鏡片參考模型322上的右內側相交點A_R 之垂直線。

在取得後頂點距離D_L 、D_R 及前傾角θ_L 、θ_R 之鏡框配戴參數之後，如圖10所示，更可配合瞳距D₁ 、眼距D₂ 、鼻距D₃ 、臉寬D₄ 及頭寬D₅ 等其他鏡框配戴參數，即可配出最適合受測者的眼鏡，讓受測者可以得到最正確的視力矯正效果。

以上所述之實施例僅係為說明本案之技術思想及特點，其目的在使熟悉此項技術者能夠瞭解本案之內容並據以實施，當不能以之限定本案之專利範圍，即大凡依本案所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本案之申請專利範圍內。

10:量測設備 12:定位鏡框 14:3D影像擷取裝置 16:運算裝置 18:受測者 20:人臉 22、22:定位標記 221、221’:中心定位標記 222、222’:中心定位標記 223:左定位標記 224、224’:右定位標記 24:旋轉支架 26:馬達裝置 28:3D人臉模型 30:定位鏡框模型 32:3D眼鏡參考模型 321:鏡框參考模型 322:鏡片參考模型 A_L :左內側相交點 A_R :右內側相交點 D_L :左後頂點距離 D_R :右後頂點距離 L_L :左鏡片平面線 L_R :右鏡片平面線 L_S :空間垂直線 θ_L :左前傾角 θ_R :右前傾角 D₁ :瞳距 D₂ :眼距 D₃ :鼻距 D₄ :臉寬 D₅ :頭寬 S10～S16:步驟

圖1為根據本案的量測設備之一實施例的方塊示意圖。圖2為本案之受測者就定位之一實施例的示意圖。圖3為本案之受測者配戴有定位鏡框之一實施例的示意圖。圖4為根據本案的量測方法之一實施例的流程示意圖。圖5為根據本案一實施例之3D人臉模型示意圖。圖6為根據本案一實施例之3D人臉模型疊合3D眼鏡參考模型前的示意圖。圖7為根據本案一實施例之3D人臉模型疊合3D眼鏡參考模型後的示意圖。圖8為根據本案一實施例之具有內側相交點之3D人臉模型的示意圖。圖9a為根據本案一實施例之具有後頂點距離及前傾角之3D人臉模型的左側示意圖。圖9b為根據本案一實施例之具有後頂點距離及前傾角之3D人臉模型的右側示意圖。圖10為根據本案一實施例之具有其他鏡框配戴參數之3D人臉模型的示意圖。

S10~S16:步驟

Claims

一種鏡框配戴參數之量測方法，包含：掃描配戴一定位鏡框之一受測者的人臉，以獲得瞳孔位置、視覺方向及一3D人臉模型，且該3D人臉模型配戴對應該定位鏡框之一定位鏡框模型；在該3D人臉模型上疊合一3D眼鏡參考模型，使該3D眼鏡參考模型疊合在該3D人臉模型之該定位鏡框模型上；計算該視覺方向與該3D眼鏡參考模型之內側相交點；以及根據該瞳孔位置及該內側相交點，計算出一後頂點距離，並計算該3D眼鏡參考模型之鏡片平面線與一空間垂直線之間的夾角作為前傾角。
如請求項1所述之鏡框配戴參數之量測方法，其中該3D眼鏡參考模型更包含一鏡框參考模型以及一鏡片參考模型。
如請求項2所述之鏡框配戴參數之量測方法，其中在該疊合之步驟中，更包含先將該鏡框參考模型疊合在該3D人臉模型之該定位鏡框模型上，再將該鏡片參考模型疊合至該鏡框參考模型上。
如請求項2所述之鏡框配戴參數之量測方法，其中該定位鏡框上更設有四個定位標記，使該鏡框參考模型依據該些定位標記疊合至該定位鏡框模型上。
如請求項4所述之鏡框配戴參數之量測方法，其中該鏡框參考模型依據該些定位標記配合一迭代最近點演算法進行運算，以疊合至該定位鏡框模型上。
如請求項4所述之鏡框配戴參數之量測方法，其中該些定位標記包含位於該定位鏡框之鼻橋中央位置的二中心定位標記，以及分別位於該定位鏡框二側邊之左定位標記及右定位標記。
如請求項1所述之鏡框配戴參數之量測方法，其中該瞳孔位置包含左瞳孔位置及右瞳孔位置，該內側相交點包含左內側相交點及右內側相交點，該後頂點距離包含左後頂點距離及右後頂點距離，以根據該左瞳孔位置及該左內側相交點，計算出該左後頂點距離，以及根據該右瞳孔位置及該右內側相交點，計算出該右後頂點距離。
如請求項2所述之鏡框配戴參數之量測方法，其中該鏡片平面線係為該鏡片參考模型上的該內側相交點之垂直線。
一種鏡框配戴參數之量測設備，包含：一3D影像擷取裝置，依不同角度掃描配戴一定位鏡框的受測者之人臉，以取得複數人臉影像；以及一運算裝置，電性連接該3D影像擷取裝置，以根據該些人臉影像獲得瞳孔位置、視覺方向及一3D人臉模型，且該3D人臉模型配戴對應該定位鏡框之一定位鏡框模型；該運算裝置進行疊合步驟，在該3D人臉模型上疊合一3D眼鏡參考模型，使該3D眼鏡參考模型疊合在該3D人臉模型之該定位鏡框模型上，並計算該視覺方向與該3D眼鏡參考模型之內側相交點，該運算裝置根據該瞳孔位置及該內側相交點，計算出一後頂點距離，以及計算該3D眼鏡參考模型之鏡片平面線與一空間垂直線之間的夾角作為前傾角。
如請求項9所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該3D眼鏡參考模型更包含一鏡框參考模型以及一鏡片參考模型。
如請求項10所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該運算裝置係先將該鏡框參考模型疊合在該3D人臉模型之該定位鏡框模型上，再疊合該鏡片參考模型至該鏡框參考模型上。
如請求項11所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該定位鏡框上更設有四個定位標記，使該鏡框參考模型依據該些定位標記疊合至該定位鏡框模型上。
如請求項12所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該些定位標記包含位於該定位鏡框之鼻橋中央位置的二中心定位標記，以及分別位於該定位鏡框二側邊之左定位標記及右定位標記。
如請求項12所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該運算裝置依據該些定位標記配合一迭代最近點演算法進行運算，以將該鏡框參考模型疊合至該定位鏡框模型上。
如請求項9所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該瞳孔位置包含左瞳孔位置及右瞳孔位置，該內側相交點包含左內側相交點及右內側相交點，該後頂點距離包含左後頂點距離及右後頂點距離，該運算裝置根據該左瞳孔位置及該左內側相交點，計算出該左後頂點距離，以及根據該右瞳孔位置及該右內側相交點，計算出該右後頂點距離。
如請求項10所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該鏡片平面線係為該鏡片參考模型上的該內側相交點之垂直線。
如請求項9所述之鏡框配戴參數之量測設備，其中該3D影像擷取裝置係為3D紅外線相機。