用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法，其中，提供头部的正面图像和头部的侧面图像，这些图像被相互校准，其中，借助几何位置的确定从该正面图像和该侧面图像来确定该角膜顶点在空间中的位置。

Computer implemented method for detecting corneal apex

The present invention relates to a computer implementation method for detecting the vertex of the cornea, in which the frontal image of the head and the side image of the head are provided with each other, in which the position of the corneal vertex in the space is determined from the positive image and the side image by the geometric position determination.

【技术实现步骤摘要】
用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法
本专利技术涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法、一种根据权利要求3的前序部分所述的用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法、一种根据权利要求5的前序部分所述的用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法、一种根据权利要求13的前序部分所述的用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法、以及一种根据权利要求14的前序部分所述的用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法。
技术介绍
受试者的角膜顶点在确定用于调整眼镜的定中心参数时是重点。定中心参数被用于将眼镜片正确安排或定中心在眼镜架中，使得眼镜片相对于配戴眼镜的人的眼睛被安排在正确位置上。在此，有时是相关人员的解剖学参数（例如瞳孔距离），有时是只与镜架相关的参数（例如镜片宽度或者镜片高度），有时是解剖学参数和镜架相关参数的组合（例如角膜顶点距离和透视高度）。2013年10月的DINENISO13666给出了常见定中心参数的概览。至少近似地确定角膜顶点空间位置且优选是两个角膜顶点空间位置可以在进一步分析时被有利地考虑用于确定定中心参数，尤其用于确定角膜顶点距离。迄今，角膜顶点位置都是在正面图像和侧面图像中被手动标注。在此，根据光学工作人员的喜好不同而优选基于反光标注或基于瞳孔标注。在基于反光标注时，借助LED产生瞳孔反光，这种反光比瞳孔中心更易检测到。但许多光学工作人员像过去那样优选基于瞳孔标注。由US2011/0007269A1已知一种开篇所述类型的方法。在该方法中，也像在由US2003/0123026A1、JP2007/206211A和US2007/195266A1已知的方法中那样采用了立体算法，其依据的是在图像中找到对应性。相应地，前提是图像大部分重叠，因此照相机安排的选择受到严重限制。以截然不同的空间拍摄方向来安排照相机此时是不可行的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法，可以借此简单检测角膜顶点的空间位置。鉴于US2011/0007269A1，根据权利要求1所述的方法实现了通过数据预处理来简化已知方法的目的。鉴于US2011/0007269A1，根据权利要求3所述的方法避免了复杂的立体观测方法的执行。鉴于US2011/0007269A1，根据权利要求5所述的方法实现了通过数据预处理来简化已知方法的目的。鉴于US2011/0007269A1，根据权利要求13和14所述的方法实现了可以精确地确定角膜顶点的目的。利用本专利技术的方法，为以下情况创造了条件：计算定中心参数（如瞳孔距离和角膜顶点距离），尤其是不仅在以实的眼镜架“真实地”定中心时，也在虚拟地定中心时，在这里，当存在其几何数据时，在受试者图像上虚拟地“放置”眼镜或眼镜架。此时优选提供同时拍摄的且经校准的图像。其校准包括拍摄图像的照相机或先后拍摄图像的照相机的外部特性，如其光轴的相对取向、以及其彼此相对空间安排，以及其内在特性，即照相机本身的特性，这些特性限定了：位于相应的照相机的内部坐标系内的空间中的一个点如何被映射到所拍摄的图像的像素坐标上。照相机校准的详细说明可以在RichardHartley和AndrewZisserman的教科书“MultipleViewGeometryinComputerVision（计算机视觉中的多视图几何）”（第2版，剑桥大学出版社2004）中找到，具体是在第8页上。此时优选的是，在确定角膜顶点的空间几何位置时采用三角测量法。在第一次逼近中所确定的角膜顶点空间位置接受修正计算。于是，修正计算方式取决于如下方式：即，如何在第一次逼近中确定角膜顶点的空间位置。根据本专利技术的第一实施方式提出，在所谓的基于瞳孔的分析中，该角膜顶点的空间位置在第一次逼近中作为交点来确定，该交点是拍摄侧面图像的侧面照相机的与角膜相切的第一瞄准线与拍摄正面图像的正面照相机的对准瞳孔的瞄准线的交点。如果是这种情况，则有利地借助修正计算根据a=q+µ*v+µ*w来计算该角膜顶点的位置，其中，a是在执行修正计算后该角膜顶点在空间中的位置矢量，q是第一次逼近时该角膜顶点的位置，µ是瞳孔中心与该角膜顶点之间的距离的经验值或实际值，v是从瞳孔中心到该正面照相机的空间方向的单位矢量，以及w是延伸经过角膜球中心的视线方向的单位矢量。根据本专利技术的第二实施方式提出，基于反光的分析是以如下方式实行的：即，在拍摄图像时优选借助LED产生闪光，其中，角膜顶点的空间位置在第一次逼近中作为该闪光在角膜上的反光点的位置来确定。鉴于这种第一次逼近，当闪光借助居中安排在受试者面部前方的光源产生时，借助修正计算从该反光点起通过将Δx=+/-r*sin(½*(arccosz/a+arctanx/(z-v)))添加至x坐标来近似地修正角膜顶点在水平方向上的位置，其中，r是角膜半径的经验值或实际值，a是拍摄正面图像的正面照相机的光学中心至该反光点的距离，x和z是该反光点在原点位于该正面照相机的光学中心处的坐标系中的x坐标和z坐标，其中，该正面照相机的视线方向对应于z方向且x方向水平正交于z方向且沿z方向看朝右指向，以及v是产生该闪光的光源距该正面照相机的光学中心的、在z方向上的距离。作为其补充或替代，借助修正计算，从反光点起通过添加Δy=+/-r*sin½*(arctanl/(d-v))来计算角膜顶点在y方向上的位置，其中，r是角膜半径的经验值或实际值，d是该正面照相机的光学中心至反光点的距离，v是产生该闪光的该光源距该正面照相机的光学中心的、在z方向上的距离，以及l是该光源距该正面照相机的光学中心的、在y方向上的距离，其中，y方向正交于x方向和z方向且在空间中朝上指向。光学中心是指照相机的投影中心。在此，当从受试者的视线看的左眼的角膜顶点被检测时，在x方向上采用加号，而减号被用于从受试者视线看的右眼。当发出闪光的光源被定位在比正面照相机低的高度时，在y方向上采用加号；当该光源安装在更高的高度时，采用减号。这两个前述的修正公式是出于以下考虑：为了确定一个点的3D坐标，必须在至少两个视图中检测相同的点，即在这里是在正面图像和侧面图像中。因为眼睛的玻璃体是一种球体，故在两个视图中检测反光并不足够。一方面，反光因为大的拍摄角度而在侧面图像中几乎或完全看不到，另一方面，球体上的反光根据照相机的视线方向而变化，这可能导致非常不准确的3D点。即便不反光，也需要修正3D位置，因为瞳孔略微位于玻璃体表面后方且照相机瞄准线因球体形状而略微在球体前方相交。瞳孔或反光点优选借助特征提取和/或特征匹配（特征对比）和/或借助机器学习通过与多个已知数据进行比较来检测。在此方法步骤之前可以进行面部检测和/或面部特征（如眼睛）的检测作为预处理，此时检测哪些图像数据属于受试者的面部，从而只对这些数据进行检测。为了进一步简化该方法可以提出的是：从该正面图像计算出该正面照相机的对准该角膜顶点的瞄准线，并将该瞄准线投射到该侧面图像中，并且在被投射到该侧面图像中的瞄准线上检测该角膜顶点。为了可以确定两只眼睛的在空间中的角膜顶点而优选的是：提供与第一和第二图像（正面图像和侧面图像）同时地关于头部从侧向拍摄的、经校准的至少一个第三图像或另外的侧面图像。该至少一个侧面图像和在必要时该至少一个另外的侧面图像原则上可以从如下拍摄方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法，其中，提供头部的正面图像和头部的侧面图像，这些图像被相互校准，其中，借助几何位置的确定从该正面图像和该侧面图像确定该角膜顶点在空间中的位置，其中，该角膜顶点在空间中的位置在第一次逼近中作为交点q来确定，该交点是拍摄侧面图像的侧面照相机（16b）的与角膜（50）相切的第一瞄准线（52）与拍摄正面图像的正面照相机（16a）的对准瞳孔（54）的第二瞄准线（56）的交点，其中，在必要时在拍摄图像时产生闪光，并且该角膜顶点在空间中的位置在第一次逼近中作为该闪光在角膜上的反光点的位置来确定，其特征在于，瞳孔或该反光点是借助特征提取和/或特征匹配和/或借助机器学习通过与多个已知数据进行比较来检测的。

【技术特征摘要】
2017.01.27 EP 17153558.61.一种用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法，其中，提供头部的正面图像和头部的侧面图像，这些图像被相互校准，其中，借助几何位置的确定从该正面图像和该侧面图像确定该角膜顶点在空间中的位置，其中，该角膜顶点在空间中的位置在第一次逼近中作为交点q来确定，该交点是拍摄侧面图像的侧面照相机（16b）的与角膜（50）相切的第一瞄准线（52）与拍摄正面图像的正面照相机（16a）的对准瞳孔（54）的第二瞄准线（56）的交点，其中，在必要时在拍摄图像时产生闪光，并且该角膜顶点在空间中的位置在第一次逼近中作为该闪光在角膜上的反光点的位置来确定，其特征在于，瞳孔或该反光点是借助特征提取和/或特征匹配和/或借助机器学习通过与多个已知数据进行比较来检测的。2.根据权利要求1所述的用计算机实现的方法，其特征在于，这些图像彼此不重叠，或者为了检测该角膜顶点而只采用这些图像的未相互重叠的区域。3.一种用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法，其中，提供头部的正面图像和头部的侧面图像，这些图像被相互校准，其中，通过几何位置的确定从该正面图像和该侧面图像确定该角膜顶点在空间中的位置，其特征在于，这些图像彼此不重叠，或者为了检测该角膜顶点而只采用这些图像的未相互重叠的区域。4.根据前述权利要求之一所述的用计算机实现的方法，其特征在于，从该正面图像计算出该正面照相机（16a）的对准该角膜顶点的瞄准线，并将该瞄准线投射到该侧面图像中，并且在被投射到该侧面图像中的瞄准线上检测该角膜顶点。5.一种用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法，其中，提供头部的正面图像和头部的侧面图像，这些图像被相互校准，其中，借助几何位置的确定从该正面图像和该侧面图像确定该角膜顶点在空间中的位置，其特征在于，从该正面图像中计算出该正面照相机（16a）的对准该角膜顶点的瞄准线并将该瞄准线投射到该侧面图像中，并且在被投射到该侧面图像中的该瞄准线上检测该角膜顶点。6.根据前述权利要求之一所述的用计算机实现的方法，其特征在于，在确定几何位置时采用三角测量法。7.根据前述权利要求之一所述的用计算机实现的方法，其特征在于，该角膜顶点的位置接受修正计算。8.根据权利要求3至7之一所述的用计算机实现的方法，其特征在于，该角膜顶点在空间中的位置在第一次逼近中作为交点q来确定，该交点是拍摄侧面图像的侧面照相机（16b）的与角膜（50）相切的第一瞄准线（52）与拍摄正面图像的正面照相机（16a）的对准瞳孔（54）的第二瞄准线（56）的交点。9.根据权利要求7和权利要求8所述的用计算机实现的方法，其特征在于，借助修正计算根据a=q+µ*v+µ*w来计算该角膜顶点的位置，其中，a是在执行修正计算后该角膜顶点在空间中的位置矢量，q是第一次逼近时该角膜顶点的位置，µ是瞳孔中心与该角膜顶点之间的距离的经验值或实际值，v是从瞳孔中心到该正面照相机的空间方向的单位矢量，以及w是延伸经过角膜球中心的视线方向的单位矢量。10.根据权利要求1至7之一所述的用计算机实现的方法，其特征在于，在拍摄图像时产生闪光，并且该角膜顶点在空间中的位置在第一次逼近中作为该闪光在角膜上的反光点的位置来确定。11.根据权利要求7和权利要求10所述的用计算机实现的方法，其特征在于，借助修正计算从该反光点起通过将Δx=+/-r*sin(½*(arccosz/a+arctanx/(z-v)))添加至x坐标来计算该角膜顶点在水平方向上的位置，其中，r是角膜半径的经验值或实际值，a是拍摄正面图像的正面照相机（16a）的光学中心至该反光点的距离，x和z是该反光点在原点位于该正面照相机（16a）的光学中心处的坐标系中的x坐标和z坐标，其中，该正面照相机的视线方向对应于z方向且x方向水平正交于z方向且沿z方向看朝右指向，以及v是产生该闪光的光源（58）距该正面照相机（16a）的光学中心的、在z方向上的距离。12.根据权利要求7和权利要求10或11所述的用计算机实现的方法，其特征在于，借助修正计算从该反光点起通过添加Δy=+/-r*sin½*(arctanl/(d-v))来计算该角膜顶点在y方向上的位置，其中，r是角膜半径的经验值或实际值，d是该正面照相机（16a）的光学中心至反光点的、在z方向上的距离，v是产生该闪光的该光源（58）距该正面照相机（16a）的光学中心的、在z方向上的距离，以及l是该光源（58）距该正面照相机（16a）的光学中心的、在y方向上的距离，其中，y方向正交于x方向和z方向且在空间中朝上指向。13.一种用于检测角膜顶点的用计算机实现的方法，其中，提供头部的正面图像和头部的侧面图像，这些图像被相互校准，其中，借助几何位置的确定从该正面图像和该侧面图像确定该角膜顶点在空间中的位置，其中，该角膜顶点的位置接受修正计算，并且其中，该角膜顶点在空间中的位置在第一次逼近中作为交点q来确定，该交点是拍摄侧面图像的侧面照相机（16b）的与角膜（50）相切的第一瞄准线（52）与拍摄正面图像的正面照相机（16a）的对准瞳孔（54）的第二瞄准线（56）的交点，其特征在于，借助修正计算根据a=q+µ*v+µ*w来计算该角膜顶点的位置，其中，a是在执行修正计算后该角膜顶点在空间中的位置矢量，q是第一次逼近时该角膜顶点的位置，µ是瞳孔中心与该角膜顶点之间的距离的经验值或实际值，v是从瞳...

【专利技术属性】
技术研发人员：C妞文休斯，O施瓦茨，M甘珀林，
申请(专利权)人：卡尔蔡司光学国际有限公司，卡尔蔡司股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE