用于远视矫正的光电双眼仪器和用于双眼远视矫正的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于远视矫正的光电双眼仪器和一种用于双眼远视矫正的方法。该仪器包括两个光电透镜(103、110；203、204)和捕获眼睛的图像的成像子系统。使用通过处理眼睛的图像执行的瞳孔跟踪，系统能够确定受试者注视的深度。瞳孔跟踪以非常高的速度进行，使用高性能图形卡和高度并行化的瞳孔检测算法。该方法包括两个步骤。在第一步骤中，执行校准，其中，要求受试者凝视不同距离处的物体并测量瞳孔的大小和位置。在该方法的第二步中，使用仪器执行矫正。系统连续捕获并处理图像以计算要施加的矫正，并最终通过施加所述矫正来矫正远视。

Photoelectric binocular instruments for hyperopia correction and methods for binocular hyperopia correction

The invention relates to a photoelectric binocular instrument for hyperopia correction and a method for binocular hyperopia correction. The instrument consists of two photoelectric lenses (103, 110, 203, 204) and an imaging subsystem for capturing the image of the eye. Using pupil tracking performed by processing the image of the eye, the system can determine the depth of the subject's gaze. Pupil tracking is performed at very high speed, using high performance graphics card and highly parallel pupil detection algorithm. The method consists of two steps. In the first step, calibration is performed, in which subjects are asked to gaze at objects at different distances and to measure the size and location of pupils. In the second step of the method, the instrument is used to perform the correction. The system continuously captures and processes images to calculate the corrections to be applied, and ultimately corrects hyperopia by applying the corrections.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于远视矫正的光电双眼仪器和用于双眼远视矫正的方法
本专利技术涉及用于在没有受试者干预的情况下实时自动矫正眼睛中的远视的光电双眼仪器，以及用于使用这种仪器的远视双眼矫正方法。
技术介绍
远视影响50岁以上人口的100％。这是一个与衰老相关的自然过程，它会导致眼睛随着年龄的增长而丧失调节能力。因此，自动远视矫正是具有巨大潜在市场的全球热门话题。作为一个大问题，已经提出了一些解决方案。但是，到目前为止，大多数使用的解决方案都是局部的，并且基于静态方案。现今最简单的解决方案是使用单焦点眼镜来看近目标。通常，这些眼镜具有适度的矫正，允许对近目标聚焦，然而对远目标散焦。利用相同眼镜提供近焦和远焦视觉的另一种解决方案是双焦或渐进眼镜。然而，这些透镜在立体视觉和使用透镜的最合适区域看每个距离所需的训练方面也存在一些问题。广泛使用的另一种方法称为单视觉。该技术为每只眼睛使用不同的焦点，其中一个总是聚焦在远处，而另一个总是聚焦在近处。大脑根据人看的距离选择合适的图像。但是，这种方法有很大的缺点。只有减小的距离范围才能针对每只眼睛完美地聚焦。此外，双眼图像的求和是不可能的，因此立体视觉也受到影响。存在一些基于使用光电透镜例如文献US20120133891A1中所述的光电透镜的其它系统，其中，提出光电透镜使用改进的CMOS传感器执行角膜反射的跟踪来矫正近视(不是远视)。在文献US8690321B2中，光电透镜被用于使用用于执行受试者的面部和眼睛的跟踪的外部摄像机来矫正远视。之后，将获得的信息发送到眼镜。该专利技术非常有限，因为它依赖于外部摄像机来使系统工作。在文献WO2014179857A1中，提出了一种具有可调透镜的系统。该方法使用凝视来控制所施加的光学功率。但是，只有有限的一系列光学功率值可能会被施加到透镜。这些非连续的光学功率值可能导致受试者的不舒适体验。在文献US20120194781A1中，提出了一种使用动态聚焦Alvarez透镜和角膜反射的系统来矫正远视。此外，瞳孔追踪是许多领域中广泛使用的技术，从营销到医学，还有电子游戏。作为一种流行的技术，有很多替代方法可以实现它。例如，Mompeán、J.，Aragón、J.L、PrietoP.和ArtalP已经提出了通过使用图形处理器(GPU)以高速和高精度执行瞳孔跟踪的高度并行化实现。(“GPU-AcceleratedHigh-SpeedEyePupilTrackingSystem”，第27届计算机体系结构与高性能计算国际研讨会，SBAC-PAD，第17-24页，2015年10月)。EmmanuelChirre、PedroPrieto和PabloArtal已经提出了另一种理解瞳孔动态与眼睛调节之间关系的方法(“Dynamicsofthenearresponseundernaturalviewingconditionswithanopen-viewsensor”，Biomed.Opt.Express6,4200-4211，2015)。该信息用于训练和控制受试者的反应。
技术实现思路
本专利中呈现的本专利技术的目的是提供一种用于在无需来自受试者的任何动作的情况下实时自动双眼远视矫正的方法和仪器。本专利技术提供了一种用于远视矫正的光电双眼仪器，其包括：高速瞳孔跟踪系统，其包括：针对远视进行矫正的受试者的眼睛的图像捕获子系统，其包括至少一个摄像机和朝向眼睛定向的若干光源，以及图像处理子系统，其用于计算瞳孔大小和瞳孔间距，能够使用基于使用图形处理器(GPU)和高度并行的瞳孔跟踪算法的高性能实现来处理双眼的图像，以及两个光电透镜，其提供可变的光学功率并且能够位于针对远视进行矫正的受试者的眼睛前方并且每只眼睛前方各一个。摄像机用于执行瞳孔跟踪，并且透镜负责在每个时刻施加期望的光学矫正。本专利技术还提供了一种用于双眼远视矫正的方法，其使用根据前述权利要求所述的用于双眼远视矫正的光电双眼仪器，并且包括具有以下步骤的第一校准阶段和第二远视矫正阶段：a)校准阶段：针对远视进行矫正的受试者看向被放置于距离d远处的远目标，使用捕获图像子系统捕获图像，通过图像处理子系统处理所捕获的图像，并计算瞳孔大小S远和瞳孔间距，正在被矫正的受试者看向被放置于距离d近处的近目标，通过捕获图像子系统捕获图像，通过图像处理子系统处理所捕获的图像，并计算瞳孔大小S近和瞳孔间距，b)远视矫正阶段：通过捕获图像子系统捕获图像，通过图像处理子系统处理所捕获的图像，并计算瞳孔大小S当前和瞳孔间距，使用以下这些公式计算受试者看的距离D：D＝d近+[(d远-d近)/(s远-s近)]＊(s当前-s近)D＝(H/2)＊tan(90-α)，其中，α＝atan(d/r)其中，d是瞳孔移动的距离，α是眼睛转动的角度，r是眼睛的半径，H是受试者在看向无限远时的瞳孔间距，根据距离D计算要施加在光电透镜中的光学功率，以及将所计算的光学功率施加到光电透镜，其中，远视矫正阶段的各步骤连续执行若干次。通过从跟踪眼睛瞳孔的大小、形状和位置的特性的自有系统接收的信息引导矫正。本专利技术对每只眼睛的瞳孔的大小和位置执行连续跟踪。这些参数用于计算在每个时刻必须施加于透镜或光电系统或可变焦光机系统的矫正。通过用摄像机捕获双眼的图像并提供适当的照明来执行瞳孔跟踪。然后使用图形处理器(GPU)中的瞳孔检测算法的高性能和并行实现来处理图像。附图说明图1示出了根据本专利技术的用于远视矫正的双眼光电仪器的图。图2示出了根据本专利技术的用于远视矫正的双眼光电仪器的简化版本的图。图3示出了当人眼看远目标和近目标时产生的瞳孔大小的变化。图4示出了当人眼看远目标和近目标时产生的瞳孔位置的变化。图5示出了用于实时双眼远视校正的方法的图，其包括具有其相应步骤的校准阶段和矫正阶段。图6示出了示出本专利技术的仪器的操作的图。图7示出了在看近目标时眼睛的角度的示意图。具体实施方式本专利技术包括一种能够实时对眼睛的远视进行自动和双眼矫正的方法和相关联的仪器。此外，该方法具有三种不同的控制施加矫正的方式。在图1和图2中示意性地示出能够实现本专利技术中提出的方法的仪器的实际实现的最重要部分。图2是仪器的简化版本。图1中的系统包括两个用于红外照明的LED102、109；照明是必要的，因此照摄像机107可以捕获高质量的图像。另外，该系统具有被放置在受试者的眼睛101、108的前方的两个光电透镜103、110。它们用于施加计算的光学功率，使得受试者可以聚焦目标。另一方面，该系统具有多个镜104、105、111、112和透镜106，以正确地聚焦照摄像机中的瞳孔的图像。系统连续地拍摄由瞳孔跟踪子系统处理的图像。高性能并行实现用于使用图形处理器(GPU)进行瞳孔跟踪。利用所获得的关于两个瞳孔的大小和位置的参数，计算透镜103、110必须施加以矫正受试者的远视的光学功率。最后，利用光电透镜103、110对物体施加矫正。图2示出了本专利技术中提出的光学仪器的简化版本的方案。该系统有两个用于照明的红外LED207、208；照明对于摄像机202、205是必要的，因此它们可以捕获高质量的图像。此外，两个光电透镜203、204被放置在受试者201、206的眼睛的前方。与未简化版本一样，系统连续地捕获图像，该图像然后由瞳孔跟踪子系统处理。然后，所获得的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于远视矫正的光电双眼仪器，其特征在于，所述光电双眼仪器包括：高速瞳孔跟踪系统，其包括：针对远视进行矫正的受试者的眼睛的图像捕获子系统，其包括至少一个摄像机(107；202、205)和朝向所述眼睛定向的若干光源(102、109；207、208)，以及图像处理子系统，其用于计算瞳孔大小和瞳孔间距，能够使用基于使用图形处理器(GPU)和高度并行化的瞳孔跟踪算法的高性能实现来处理双眼的图像，以及两个光电透镜(103、110；203、204)，其提供可变的光学功率并且能够位于针对远视进行矫正的所述受试者的眼睛前方并且每只眼睛前方各一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.12 ES P2016310941.一种用于远视矫正的光电双眼仪器，其特征在于，所述光电双眼仪器包括：高速瞳孔跟踪系统，其包括：针对远视进行矫正的受试者的眼睛的图像捕获子系统，其包括至少一个摄像机(107；202、205)和朝向所述眼睛定向的若干光源(102、109；207、208)，以及图像处理子系统，其用于计算瞳孔大小和瞳孔间距，能够使用基于使用图形处理器(GPU)和高度并行化的瞳孔跟踪算法的高性能实现来处理双眼的图像，以及两个光电透镜(103、110；203、204)，其提供可变的光学功率并且能够位于针对远视进行矫正的所述受试者的眼睛前方并且每只眼睛前方各一个。2.根据权利要求1所述的用于远视矫正的光电双眼仪器，其中，所述光源(102、109；207、208)是红外照明LED。3.根据权利要求1或2所述的用于远视矫正的光电双眼仪器，还包括若干镜(104、105、111、112)和至少一个透镜(106)以将针对远视进行矫正的所述受试者的眼睛瞳孔的图像聚焦在至少一个摄像机(107；202、205)中。4.根据权利要求3所述的用于远视矫正的光电双眼仪器，其中，所述镜是平面镜(104、111)、二向色镜(105)和棱镜(112)。5.一种用于双眼远视矫正的方法，所述方法使用根据前述权利要求所述的用于双眼远视矫正的光电双眼仪器，并且包括具有以下步骤的第一校准阶段和第二远视矫正阶段：a)校准阶段：针对远视进行矫正的所述受试者看向被放...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕布洛·阿尔塔尔索里亚诺，朱安·蒙佩安埃斯特班，朱安·路易斯·阿拉贡，
申请(专利权)人：穆尔西亚大学，
类型：发明
国别省市：西班牙,ES