(57)【要約】  対象物（１０５）の少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の３Ｄ座標を決定する方法において、対象物は、測定領域に配置され、可変の照明源（２０）は、測定領域に配置された対象物に可変パターン（Ａ〜Ｃ、２００、２１０、・・２３０）を投影する。照明源に対して予め知られた関係で配置された画像記録装置（１０）は、可変の照明源によって照射された対象物の少なくとも１つの部分の画像（３００、３１０、・・３３０）を記録する。少なくとも１つの既定点が、記録画像内で検出される。記録画像を確認した場合に、記録画像内で、少なくとも１つの既定点が、可変パターンの特徴（Ｍ１、Ｌ１〜Ｌ３、Ｒ１〜Ｒ３）によってマークされたことが分かった場合は、照明源に対する画像記録装置の予め知られた関係を考慮して、少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標が、記録画像から決定される。
2019511012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物（１０５）の少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の３Ｄ座標を決定する方法であって、
ａ）前記対象物（１０５）が、測定領域に配置され、
ｂ）可変の照明（２０）が、前記測定領域に配置された前記対象物（１０５）に可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）を投影し、
ｃ）前記照明源（２０）に対して一定の関係で配置された画像記録装置（１０）が、前記可変の照明源（２０）によって照射された前記対象物（１０５）の少なくとも１つの部分領域の画像（３００、３１０、３２０、３３０）を記録し、
ｄ）前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）が、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）内で検出され、および、
ｅ）前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）を確認した場合に、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）内の前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）が、前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によってマークされていた場合は、前記画像記録装置（１０）の前記照明源（２０）に対する前記一定の関係を考慮して、前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の前記３Ｄ座標が、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）から決定される、
方法。
【請求項２】
前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）を確認した場合に、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）内の前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）が、前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によってマークされていなかった場合は、前記照明源（２０）によって前記対象物（１０５）に投影された前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が変化し、前記変化したパターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）を照射してステップｃ）からｅ）がその後繰り返される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記対象物（１０５）に投影された前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が変化し、その後、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）の前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）が前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によってマークされるまで、ステップｃ）からｅ）が前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）で繰り返されて、前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の前記３Ｄ座標が計算される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が特定的に変化し、その結果、前記変化したパターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が、前記対象物（１０５）の前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）を、前記変化したパターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）で予測的にマークする、請求項２または３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の前記３Ｄ座標が計算されるまで、少なくとも１０Ｈｚの繰り返し周波数で前記画像（３００、３１０、３２０、３３０）が連続して記録される、請求項２〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が、前記パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が変化すると変位する特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）として、少なくとも１つの実質的に水平および／または垂直なコントラスト縁部を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が、特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）としてコントラスト縁部を伴ういくつかの幾何学形状を有し、前記パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）が変化すると、前記いくつかの幾何学形状が増加し、したがって前記パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の前記いくつかのコントラスト縁部が増加する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記対象物（１０５）が、眼鏡フレーム（１０１）を使用位置に配置した使用者（１００）の頭部である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
瞳孔中心点（ＬＰＭ、ＲＰＭ）、
内側側頭部フレーム点（ＴＲＦ、ＴＬＦ）、
内側鼻フレーム点（ＮＲＦ、ＮＬＦ）、
前記瞳孔上方の内側フレーム点（ＯＲＦ、ＯＬＦ）、および／または
前記瞳孔下方の内側フレーム点（ＵＲＦ、ＵＬＦ）、
のうちの少なくとも１つが、前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）として使用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記使用者（１００）の光学パラメータが、前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の前記決定済みの３Ｄ座標から決定される、請求項８または９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
瞳孔中心点（ＬＰＭ、ＲＰＭ）に隣接する少なくとも２つの点が、既定点として、それぞれ前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の少なくとも１つの特徴（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）でマークされ、ここから前記瞳孔中心点（ＬＰＭ、ＲＰＭ）の前記３Ｄ座標が推定されることで、前記使用者（１００）の前記瞳孔中心点（ＬＰＭ、ＲＰＭ）の前記３Ｄ座標が決定される、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
対象物（１０５）の少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の３Ｄ座標を決定する装置であって、
−測定領域に配置された前記対象物（１０５）に可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）を投影する可変の照明源（２０）と、
−前記照明源（２０）に対して一定の関係で配置された画像記録装置（１０）であって、前記可変の照明源（２０）によって照射された前記対象物（１０５）の少なくとも１つの部分領域の画像（３００、３１０、３２０、３３０）を記録する画像記録装置（１０）と、
−前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）内で前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）を検出する検出モジュールと、
−前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）を確認した場合に、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）内の前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）が、前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によってマークされていた場合は、前記画像記録装置（１０）の前記照明源（２０）に対する前記一定の関係を考慮して、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）から、前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）の前記３Ｄ座標を決定する座標決定モジュールと、
を備える装置。
【請求項１３】
前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）を確認した場合に、前記記録画像（３００、３１０、３２０、３３０）の前記少なくとも１つの既定点（ＬＰＭ、ＲＰＭ、ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、ＮＬＦ）が、前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）の特徴（Ｍ１、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３）によってマークされていなかった場合は、前記照明源（２０）によって前記対象物（１０５）に投影された前記可変パターン（Ａ、Ｂ、Ｃ、２００、２１０、２２０、２３０）を変化させるパターン変化モジュールを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
使用位置に眼鏡フレーム（１０１）を配置した使用者（１００）の頭部が、前記対象物（１０５）として使用される限りにおいて、前記決定された３Ｄ座標から前記使用者（１００）の光学パラメータを決定するように設計されたパラメータ決定装置を備える、請求項１２または１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
コンピュータに読み込まれると、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法を実行および／または制御するように設計されたプログラム部分を含む、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物の少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標を決定する方法および装置、ならびに本方法を実行するコンピュータプログラム製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
個別に最適化した眼鏡レンズを導入することによって、視力に障害を持つ人の要求に答えることが可能になり、例えば、可視領域を個別に最適化した眼鏡レンズを提供することが可能である。個別に適合させた眼鏡レンズにより、眼鏡レンズ使用者の光学的な視覚障害を最適に補正することができる。スポーツゴーグル用に、眼鏡レンズを個別に計算して適合させることも可能であり、これは、たわみ、そり角、前傾角が大きいことを特徴とする。
【０００３】
個別の眼鏡レンズの利点、特に、個別に適合させた累進レンズの利点を完全に生かすには、使用者の使用位置を知った上で、このような眼鏡レンズを計算して製造し、計算および製造に用いられた使用位置に従って、これらのレンズを着用することが必要になる。使用位置は、使用者の瞳孔間距離、そり角、眼鏡フレームにおける眼鏡レンズの傾き、眼鏡と眼との角膜頂点間距離、ならびに眼鏡レンズのフィッティング高さなどの、複数の光学パラメータに依存する。使用位置を記述するのに使用され得る、または記述に必要な、これらおよび別のパラメータは、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ１３６６、ＤＩＮ５８  ２０８、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ８６２４、ＤＩＮ５３４０などの関連する規格に含まれ、これらの規格から知ることができる。眼鏡レンズは、製造に用いられた光学パラメータに対応させて眼鏡フレームに配置する、またはその中心に位置合わせすることも必要であり、その結果、眼鏡レンズは、光学パラメータに対応する使用位置で実際に着用される。
【０００４】
眼の前方にある眼鏡レンズの位置を決定するには、複数の光学パラメータを決定する必要がある。一方では、これによって、研磨してフレームに挿入するのに必要な情報を得ることができ、他方では、使用位置における着用位置に適合させるために、眼鏡レンズ自体の最適化をこれによって行うことができる。
【０００５】
このような光学パラメータを決定するために、眼鏡をかけた使用者の画像をそれぞれ異なる記録方向から記録する、２つの画像記録装置を有する装置が、例えば、ドイツ特許公開第１０２００５００３６９９号明細書などで知られており、この画像から、例えば、眼鏡をかけた使用者の、既定点の三次元（３Ｄ）座標を計算する。光学パラメータは、このような３Ｄ座標から決定され得る。
【０００６】
他の装置は、複数の画像を用いて所望の光学パラメータを決定する、二次元計算法で動作する。これに加えて、瞳孔計、および瞳孔間距離ルーラなど、手動で決定することが考えられる。
【０００７】
このような測定方法では、測定する人、および測定の実装に依存性が存在する。例えば、二次元記録を使用すると、瞳孔間距離の決定時に、個々の角膜頂点間距離を決定することはできず、それによって被験者およびフレームに依存する、瞳孔間距離の体系的な不一致が生じる。
【０００８】
既定点の３Ｄ座標から使用者の光学パラメータを決定するために、立体カメラシステムを使用すると、対応問題が生じる。対応問題は、異なる視点から捕捉した２つの記録における、互いに対応する点の識別に関する。両方の記録において互いに対応する点が決定された後でなければ、記録した点の３Ｄ再構築を行うことはできない。
【０００９】
実際には、対応する点は、記録の人手による評価によって決定される。この人手による評価は、多大な時間コストを必要とし、また使用者に依存することによって、３Ｄ構築にとって、考えられる誤差の一因となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ドイツ特許公開第１０２００５００３６９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、対象物の既定点、特に、使用者の光学パラメータの３Ｄ座標を決定する、改善された可能性を決定する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的は、独立クレームの主題によって達成される。
【００１３】
第１の態様は、対象物の少なくとも１つの既定点（predetermined point）の３Ｄ座標を決定する方法に関し、この方法では、
ａ）対象物が、測定領域に配置され、
ｂ）可変の照明源が、測定領域に配置された対象物に可変パターンを投影し、
ｃ）照明源に対して一定の関係（specified relation）で配置された画像記録装置が、可変の照明源によって照射された対象物の少なくとも１つの部分領域の画像を捕捉し、
ｄ）既定点が、記録画像内で検出され、および
ｅ）記録画像を確認した場合に、記録画像内の少なくとも１つの既定点が、可変パターンの特徴によってマークされていた場合は、画像記録装置の照明源に対する一定の関係を考慮して、少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標が、記録画像から決定される。
【００１４】
本方法の目的は、対象物の少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標を決定することであり得る。３Ｄ座標は、地球の基準座標系、対象物の基準座標系、画像が記録される装置の基準座標系、および／または画像記録装置の基準座標系など、任意の３Ｄ座標系で決定されてもよい。３Ｄ座標は、後でさらに処理されてもよい。
【００１５】
対象物は、具体的には眼鏡フレームを装着している使用者としての人間の頭部であり得る。これにより少なくとも１つの既定点は、眼鏡フレームを装着した使用者の頭部を含む、座標系の点であってもよく、これは、瞳孔中心点などの、光学パラメータの計算に使用され得る。少なくとも１つの既定点が、本方法によるものであってもよい。これによって本方法はさらに、複数の既定点に対し、それぞれの関連する３Ｄ座標を決定するように設計され提供される。
【００１６】
本方法は、決定済みの３Ｄ座標から光学パラメータを決定することと併せて説明される。したがって原理上は、歯科、および／または整形外科の分野など、他の応用分野にも本方法を用いることが可能であり、この場合は、モデルに基づく表面、および／または身体が用いられ、既定点の３Ｄ座標を用いて決定され得る、規定された数のパラメータが記述用に用いられる。さらに、本方法は、例えば、ロボットによって機械的に制御される工業的な製造工程において、３Ｄ座標を決定するために使用されてもよい。例えばこれは、一群の回路基板に用いられてもよく、回路基板に追加されるべき既定点（例えば、穿孔された孔）が、本方法によって配置される。さらに、例えば、規定されたテストポイントを有する部品が、対象物として使用されてもよく、テストポイントは、例えば、穿孔された孔などの取り付け点を有する、鋳造部品、または工作物である。概して、少なくとも１つの既定点は、明確に画定された、対象物の既定点である。
【００１７】
画像記録装置、および照明源は両方とも、測定領域に配列される。測定領域は、拡張された三次元、または二次元区域として設計されてもよく、あるいは単に眼鏡フレームを装着した使用者用のステーションなどの点によって画定されてもよい。
【００１８】
測定領域に配置された対象物に可変パターンを投影するために、様々な照明源が設計され提供される。したがって、補助的な「可変」という言葉は、照明源が、単一のパターンだけでなく、複数の異なるパターンを投影し得ること、および／または照明源がパターンを投影する投影方向が可変である、したがって変化可能であることを意味する。
【００１９】
照明源は、特定的に活動化できる、個別の画素を有してもよい。例えば、照明源として、ＬＣＤなどのスクリーンが提供されてもよい。活動化される照明源の画素に応じて、異なって設計されたパターンが、照明源によって放射され得る。
【００２０】
本方法については、可変の照明源は、少なくとも３２０×２００画素、または６４０×４８０画素などの、少なくともＶＧＡ規格に対応するいくつかの画素を処理すれば十分である。照明源は、本方法を行っている間は、照明源が放射するパターンが変化するように活動化させることができ、かつ活動化させてもよい。照明源は、偏向ミラー、プリズム、レンズ、偏光ビームスプリッタ、λ／４板、λ／２板などの、放射パターンに影響を及ぼす１つ以上の光学素子をさらに有してもよい。
【００２１】
例えば、画像記録装置としてカメラが、特に、対象物の少なくとも１つのサブ領域のデジタル画像を記録できる、デジタルカメラが使用されてもよい。画像記録装置は、偏向ミラーなどの、少なくとも１つの光学偏向素子をさらに有してもよい。対象物のサブ領域の画像データは、偏向素子によって偏向されてもよい。
【００２２】
画像記録装置は、照明源によって照射された、少なくとも１つの対象物のサブ領域の画像を捕捉し、画像記録装置は、画像データを生成し得る。画像データは、記録画像のデジタルデータとして形成されてもよい。記録された画像、したがって記録された画像データもまた、これにより、照明源のパターンによって照射された、少なくとも１つの対象物のサブ領域を含む。本方法を実装するには、例えば、静止状態でしっかりと固定した単一の画像記録装置があれば十分であろう。したがって本方法は、立体カメラシステムは使用せず、かつ／または立体画像評価を必要としない。３Ｄ座標は、単一の記録画像の画像データから決定され得る。
【００２３】
これにより画像記録装置は、照明源に対して一定の関係で配置される。つまり、例えば、画像記録装置のレンズの中央を通る画像記録装置の光軸は、照明源の照射方向に対して固定した関係で配置される。画像記録装置の光軸と、照明源の照射方向とは、両方とも偏向素子によって偏向させてもよいので、特に、照射方向の部分に対する、画像記録装置の光軸の部分は、最終的には、測定領域に配置された対象物で出会う、またはこれと交差することは、本発明の範囲内では予め分かっている（原文のまま）。
【００２４】
一定の関係には、光軸と照射方向との間の角度、ならびに照明源からの画像記録装置の距離が含まれ得る。
【００２５】
一定の関係には、これに代えて、またはこれに加えて、表、相関関数、および／またはリストなどの形式で、関連する距離の情報が含まれてもよい。一定の関係には、特に、照明源に対する画像記録装置の調整、および／または較正が含まれてもよい。さらに、一定の関係には、照明源からの画像記録装置の距離、または照明源の偏向素子からの、画像記録装置の偏向素子の距離が含まれてもよい。距離に加えて、例えば、前述の位置の３Ｄ座標が、一定の関係の要素として特定されてもよい。
【００２６】
本方法によれば、画像記録装置によって記録された画像内に、少なくとも１つの既定点が検出される。検出は、ソフトウェアに支援されて、手動、または半自動で行われてもよい。実際には検出は、例えば、適切なソフトウェアプログラムを活用して、全自動で行われてもよい。この検出ステップでは、記録された画像データ内で少なくとも１つの点が検出され、好ましいことに、既定点が全て検出される。随意選択で、検出された１つ以上の点が、マークされてもよい。本方法を実行する、または本方法の実装を監視するオペレータは、その後、マークされた点、そして検出するステップを検討する。
【００２７】
少なくとも１つの既定点を検出した後に、記録画像の検討が行われる。この検討は、例えば、ソフトウェアによって完全に自動的に行われるか、光学技術者などの前述したオペレータによって手動で行われるか、または例えば、ソフトウェアが決定した指示を受けたオペレータによって、半自動で行われてもよい。記録画像の検討時に、少なくとも１つの既定点が、可変パターンの特徴によってマークされたかどうかが検討される。可変パターンの特徴は、例えば、線、コントラスト縁部、交差、および／または可変パターンの別の特徴であってもよい。特徴は、具体的には、幅わずか１画素などの細い光線、またはコントラスト縁部であることが好ましく、パターンにおいて照射されている領域から、パターンによって照射されていない領域までの、はっきりとした移行部である。これに代えて、またはこれに加えて、特徴とは、パターンの第１の色から第２の色までの移行部、および／またはパターンの第１の輝度レベルから、パターンの第２の輝度レベルまでの移行部であってもよい。
【００２８】
記録画像の少なくとも１つの既定点が、このような特徴によってマークされたかどうかの確認が行われる。この確認は、線、またはコントラスト縁部などのパターン特徴が既定点を通過すると、肯定される、または積極的に評価される。既定点と、記録画像の特徴との間で、最大５画素、好ましくは最大１画素の公差が考慮されてもよい。マークは特に、長方形のパターン特徴、例えば、線またはコントラスト縁部が、眼鏡フレームの部分などの、対象物の長方形の特徴と交差するときに、比較的正確に検出可能である。ある角度における、パターン特徴と、対象物の長方形の特徴とのこのような交点は、検討時に、既定点のマークとして評価および／または推定されてもよい。
【００２９】
画像データを用いることによって、三次元空間のどの座標が、画像データにマークされた既定点と関連するかを、照明源の画像記録装置に対する一定の関係から、決定、検出、および／または計算することができる。３Ｄ座標は、三角測量によって決定されてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、関連する３Ｄ座標は、記録画像における照明源の個々の画素の、距離に対する一定の相関関係から決定されてもよい。恒久的に取り付けられた静止した照明源と、恒久的に取り付けられた静止した画像記録装置とを調整すると、照明源の１つ１つの画素の、画像記録装置からの距離に対する一定の相関関係が、測定され記憶され得る。このような調整については、以下で詳細に説明する。
【００３０】
例えば、３Ｄ座標は、デカルト座標として、円柱座標として、および／または球面座標として計算されてもよい。３Ｄ座標の出力は、本方法の最後に必ずしも実行する必要はない。３Ｄ座標は、特に、使用者の光学パラメータを計算するために、最初にさらに処理されてもよい。このような光学パラメータは、これらを計算するために決定された３Ｄ座標ではなく、１つの出力として出力されてもよい（原文のまま）。他の適用例において、決定された３Ｄ座標に基づいて、例えば、単に良／不良の記述が出力されてもよい。
【００３１】
本方法では、画像からの１つの既定点の座標と、他の別々に関連付けられた各画像（例えば、連続して記録された）からの残りの既定点の座標のみが決定され得る。あるいは、全ての既定点の全ての３Ｄ座標が、１枚の画像から同時に決定されてもよい。このため、検討時には、１つの既定点だけでなく、全ての既定点が、それぞれ可変パターンの少なくとも１つの特徴によってマークされたかどうかの確認が行われる。したがって、それぞれの関連する３Ｄ座標の決定が、最初に行われる。
【００３２】
本方法は、立体視法ではない。つまり、３Ｄ座標を決定するために、立体視法で通常見られる、異なる記録方向からの画像内で、互いに対応する点を見つけなければならないという、対応問題を解決する必要がない。第１の態様による方法には、対応問題の解決は適用されない。これにより、考えられる誤差源が減少する。
【００３３】
同時に、本方法を完全に自動的に、または少なくとも半自動で、すなわちプロセッサ、およびコンピュータプログラム製品などの、プロセッサで実行されるソフトウェアに支援されて、実装することが可能である。記録画像における既定点の検出、およびこれらの点が、パターンの各特徴によってマークされたかどうかの確認は、全自動、または少なくとも半自動で行われてもよい。これにより、本方法の実装が容易かつ簡単になる。
【００３４】
さらに、本方法は、単一の画像記録装置に支援されて実装することができ、これは静止状態で取り付けられてもよく、かつ測定領域に配置された対象物の画像を、その光軸に沿って、１つの画像記録方向からのみ記録するために提供され設計されてもよい。したがって、本方法においては、特に、画像記録装置、および立体カメラシステムを追加することについては、省略されてもよい。
【００３５】
一実施形態によれば、記録画像を検討して、記録画像内の少なくとも１つの既定点が、可変パターンの特徴によってマークされていなかった場合は、照明源によって対象物に投影された可変パターンが変化し、変化したパターンで照射されて、ステップｃ）〜ｅ）が、その後繰り返される。検討した結果、可変パターンの少なくとも１つの特徴によって、画像データ（したがって記録画像）内の既定点が、それぞれ全くマークされなかった、あるいは既定点が全てマークされたわけではなかった場合は、パターンが変化する。パターンの変化は、例えば、可変の照明源の画素の少なくとも１つのサブグループが、前の画像の所与の記録とは異なるように活動化されることで行われてもよい。これにより、変化したパターンが提供され得る。パターンが変化することで、特に、可変パターンの特徴、例えば、パターンの線、交差、および／またはコントラスト縁部が、（例えば、二次元画像で横方向に）変位し得る。以降の画像を記録する際、パターンが変化することで、パターン特徴が、例えば既定点で、異なる位置に配置されるという効果が得られる。パターンの変化においては、特に、既定点の１つまたはいくつかが、既に可変パターンの特徴によってマークされていることが考慮されてもよい。可変パターンのこのようなサブ領域は、一定に保たれて、変化しなくてもよい。例えば、照明源の画素のサブグループを活動化すると、既定点のうちの１つをマークした特徴でサブ領域が形成されるが、これは一定のままに保たれてもよい。本方法を実施するには、（例えば、画素の対応するサブグループを活動化することによって）記録画像のサブ領域でのみパターンを変化させればよく、その中には、まだ可変パターンの特徴によってマークされていない、既定点の１つが配置される。
【００３６】
パターンが変化した後に、ステップｃ）で説明したように、画像記録装置が、可変の照明源によって照射された、対象物のサブ領域の画像を記録する。これにより対象物は、修正されたパターン、したがって変化したパターンによって照射される。新たな記録画像では、１つ以上の既定点が続いて検出され、変化したパターンの少なくとも１つの各特徴によって、１つ以上の既定点がマークされたかどうかが再度検討される。本方法では、複数の画像が連続して記録されても、少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標の計算には、記録画像のうちの１枚のみが使用され、具体的には、既定点が可変パターンの特徴によってマークされた画像が使用される。
【００３７】
この実施形態の開発によれば、照明源によって対象物に投影される可変パターンは変化し、記録画像の少なくとも１つの既定点が可変パターンの特徴によってマークされ、少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標が計算されるまで、本方法のステップｃ）からｅ）が、変化したパターンで連続して繰り返される。したがって、本方法は、１つの既定点、または複数の既定点の３Ｄ座標を決定できるまで、反復および／または繰り返されてもよい。直近の記録画像において、少なくとも１つの点が、可変パターンの特徴によってまだ十分にマークされていない間は、測定領域の中に投影されるパターンが修正されて、本方法のステップｃ）、ｄ）、およびｅ）が繰り返される。この反復的な方法により、少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標は、最初は目標を定めてマークされ、その後、確実に決定されてもよい。
【００３８】
一実施形態によれば、可変パターンは、目標を定めたやり方においては変化し、その結果変化したパターンが、対象物の少なくとも１つの既定点を、変化したパターン特徴で予測的にマークする。言い換えれば、投影パターンの変化時は、少なくとも１つの既定点が、直近の記録画像のどこで検出されたかが考慮される。しかしながら、既定点の３Ｄ座標はまだ分かっておらず、マークのない二次元画像からはまだ決定することもできないので、パターンを変化させるには、直前の記録画像における、点の二次元座標のみを使用することができ、その結果、パターン特徴は、既定点の仮定され推定された位置に配置される。既定点のおおよその位置のこの推定は、逐次近似によって改善されてもよく、したがってパターンの変化と共に本方法のステップｃ）〜ｅ）を反復すると、パターン特徴は既定点に反復的に接近する。パターン変化は、したがってこれまでに記録された二次元画像からの、既定点の位置の推定を考慮して行われ、さらに一定の母集団データへのアクセスが改善され得る。少なくとも１つの既定点の、予想される位置の推定を考慮に入れることによって、実際の３Ｄ座標を計算するまでに必要な反復ステップの数が減少し、したがって本方法を実施するのに必要な時間が短縮される。
【００３９】
一実施形態によれば、少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標が計算されるまで、少なくとも１０Ｈｚの繰り返し周波数で、画像が連続して記録される。これにより、検出するステップ、検討、およびパターン変化が、自動的かつ非常に迅速に行われるので、次の画像は、１０分の１秒後には既に変化したパターンで記録され得る。画像の繰り返し周波数は、したがって少なくとも１０Ｈｚ、好ましくは少なくとも２０Ｈｚである。画像処理速度、変化速度、および記録速度が高速なことにより、眼鏡フレームを装着した使用者などの対象物がわずかに動くだけで、対象物の既定点が記録画像にマークされるように、パターンがうまく変化し得るという効果がある。また、繰り返し周波数が高いことによって、少なくともゆっくり動くだけで、対象物の既定点の３Ｄ座標を決定できるようになる。
【００４０】
一実施形態によれば、可変パターンは、パターンが変化すると移動、および／または変化する特徴として、少なくとも１つの実質的に水平、および／または垂直なコントラスト縁部を有する。コントラスト縁部は、したがって具体的には線として設計され、特に、幅１画素など、幅がわずか数画素の線として設計されてもよい。コントラスト縁部は、例えば、パターンの照射領域と未照射領域との間にある、線に沿った高コントラストの移行部として形成されてもよい。「水平な」および「垂直な」という表現は、したがって地球の基準座標系、または対象物の基準座標系のいずれかに関する。特に、これらの用語は、ボクシングシステムにおける垂直な、および水平な方向を含んでもよい。
【００４１】
本発明においては、ボクシングシステムにおける寸法決めによって理解されることは、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ８６２４、および／またはＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ１３６６ＤＩＮ、および／またはＤＩＮ５８２０８、および／またはＤＩＮ５３４０などの、関連する規格に記載されている測定系である。ボクシングシステム、ならびに追加的に用いられる従来の用語、およびパラメータに関しては、書籍「Die Optik des Auges und der Sehhilfen [“The optics of the eye and vision aids”]」 by Dr.Roland Enders, 1995 Optische Fachveroffentlichung GmbH, Heidelberg、ならびに「Optik und Technik der Brille” [“Optics and engineering of spectacles”]」 by Heinz Diepes und Ralf Blendowski, 2002 Verlag Optische Fachveroffentlichungen GmbH, Heidelbergも参照されたい。規格ならびに引用した書籍は、用語を定義するために、本発明の不可欠な構成要素を同様に表している。
【００４２】
コントラスト縁部の変位は、コントラスト縁部の進行方向に対して、本質的に直角に生じてもよい。本質的に水平なコントラスト縁部は、本質的に垂直な方向に変位してもよく、その一方で、本質的に垂直なコントラスト縁部は、本質的に水平な方向に変位してもよい。したがって、各コントラスト縁部の実際の配列は保存される、かつ／または一定に保たれる。
【００４３】
一実施形態によれば、可変パターンは、特徴としてコントラスト縁部を伴う、いくつかの幾何学形状を有する。パターンの幾何学形状の数、したがってコントラスト縁部の数は、パターンが変化することによって増加する。幾何学形状の数は、したがって、記録画像内で少なくとも１つの既定点が検出されたパターンの部分領域において、特に増加し得る。幾何学形状として、長方形、三角形、および／または台形が用いられてもよい。簡単な例として、例えば、直近の記録画像において、長方形などの幾何学形状が決定されてもよく、ここに既定点が配置される。続く画像記録では、少なくとも点が検出されたその幾何学形状がさらに細分化されるように、パターンが変化する。例えば、幾何学形状としての長方形は、したがって複数のより小さい長方形など、本質的に同一の大きさにされた幾何学形状に細分化されてもよい。例えば、長方形は、本質的に同じ大きさの、４つのより小さい長方形に細分化されてもよい。あるいは、長方形は、１６個以上など、より多くの長方形に細分化されてもよい。少なくとも１つの既定点を予測的に含む、パターン領域のコントラスト縁部の数は、複数のより小さい幾何学形状を使用することによって増加する。本方法では、複数の既定点の３Ｄ座標を決定する必要がある場合は、既定点のうちの１つを含むこれらの幾何学形状は全て、パターンが変化する際にさらに細分化されてもよい。これにより、特に効果的な変化が生じ、適正な数回の反復ステップの後に、３Ｄ座標をうまく決定することにつながり得る。
【００４４】
一実施形態によれば、対象物は、眼鏡フレームを使用位置に配置した使用者の頭部である。使用位置に眼鏡フレームが配置された、使用者の頭部の部分領域は、画像記録装置に収容されており、少なくとも１つの瞳孔、両方の瞳孔、および／または眼鏡フレームに囲まれた複数の瞳孔を含み得る。使用位置は、例えば、前述した規格で画定される。この実施形態では、本方法は、使用者の光学パラメータの計算に使用されてもよく、これは、個々の眼鏡レンズの調整時に考慮されてもよい。
【００４５】
この実施形態の開発においては、
−瞳孔中心点
−内側側頭部フレーム点
−内側鼻フレーム点
−瞳孔上方の内側フレーム点、および／または
−瞳孔下方の内側フレーム点
のうちの少なくとも１つが、少なくとも１つの既定点として使用される。
【００４６】
本方法では、前述の５つの点の３Ｄ座標が、好ましくは使用者の２つの眼のそれぞれに対して決定される。したがって全体としては、１０個の前述した点が本方法で決定され得る。これら１０個の点の３Ｄ座標から、使用者の最も関連性の高い光学パラメータを決定することができる。これに代えて、またはこれに加えて、さらにフレーム境界点が、特にボクシングシステムで決定されてもよい。
【００４７】
これにより使用者の光学パラメータは、既定点の決定済みの３Ｄ座標から決定されてもよい。具体的には、瞳孔中心点同士の間の長さとしての瞳孔間距離が、光学パラメータとして三次元空間で計算されてもよい。追加の光学パラメータとして、瞳孔間距離を、右側瞳孔間距離と左側瞳孔間距離とに分割することがさらに行われてもよい。さらに、そり角の光学パラメータが、左側および／または右側の眼鏡フレームに対して計算されてもよい。さらに、例えば、ブランク長さ、および／またはブランク高さの光学パラメータが決定されてもよく、これは、前述の１０個の点では、概算しかされない場合がある。これらのパラメータをより正確に計算するために、前述したボクシングシステムが用いられてもよく、計算上考慮に入れられてもよい。
【００４８】
眼鏡フレームを使用位置に配置した使用者が対象物として用いられる、本方法の１つの開発によれば、使用者の瞳孔中心点の３Ｄ座標が用いられるが、瞳孔中心点に隣接する少なくとも２つの点が、既定点として、それぞれ可変パターンの少なくとも１つの特徴でマークされ、ここから瞳孔中心点の３Ｄ座標が推定される。瞳孔中心点を前提とすると、瞳孔中心点自体が、照明源によって限定された範囲でしかマークされないという問題が生じる。瞳孔中心点は生物学的に、入射光線を眼の内部に導くように形成される。したがってこの点では、画像データに歪みが生じる場合がある。各瞳孔中心点を各パターン特徴で直接マークする代わりに、実際の瞳孔中心点は意図的に、パターンによって選択およびマークされることはなく、その代わりに、瞳孔中心点に隣接する２つ、または３つ以上の点が、既定点として選択され、パターンによってマークされる。瞳孔中心点の３Ｄ座標を実際に求めるには、隣接する点それぞれの平均値から決定してもよい。例えば、瞳孔中心点の左右に水平に配置された点が、虹彩上にマークされてもよく、その３Ｄ座標が決定されてもよい。右および／または左瞳孔中心点の３Ｄ座標の決定が、これによって容易になりかつ改善される。
【００４９】
第２の態様は、対象物の少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標を決定する装置に関する。本装置は、可変パターンを投影する可変の照明源と、測定領域内に配置された対象物と、照明源に対して一定の関係で配置され、可変の照明源によって照射された対象物の少なくとも１つの部分領域の画像を記録するために設計され提供された画像記録装置とを有する。本装置は、記録画像内で少なくとも１つの既定点を検出する検出モジュールと、記録画像を検討した場合に、記録画像内の少なくとも１つの既定点が、可変パターンの特徴によってマークされていた場合は、画像記録装置の照明源に対する一定の関係を考慮して、記録画像から少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標を決定する座標決定モジュールとを有する。
【００５０】
本装置は、特に、第１の態様によって本方法を実装するために使用されてもよい。したがって、本方法について示された全ての記述は、本装置にも当てはまり、その逆もまた可能である。本装置は、部屋の所定の場所などに据え付けて配置される、静止装置として設計されてもよい。測定領域は、装置から少し離れた、同じ部屋の中の領域であってもよい。照明源、および画像記録装置は両方とも本装置に静止状態で固定され、これによって一定の関係が生じる。これに加えて、測定領域の装置に対する関係も特定されてもよい。
【００５１】
検出モジュール、および座標決定モジュールは両方とも、記録画像の画像データのグラフィカルな評価を含んでもよい。検出モジュールと、座標決定モジュールとは、ソフトウェアに支援されるモジュールとして設計されてもよい。少なくとも１つの既定点のマークにおける記録画像の検討もまた、ソフトウェアに支援されて、例えば、対応する検討モジュールを介して実行されてもよい。本装置の個々のモジュールは、例えば、プロセッサ、特に、同じプロセッサで実装されてもよい。
【００５２】
一実施形態によれば、本装置は、記録画像を検討して、記録画像内の少なくとも１つの既定点が、可変パターンの特徴によってマークされていなかった場合は、照明源によって対象物に投影されたパターンを変化させる、パターン変化モジュールをさらに有する。本方法に関して前述したように、パターン変化モジュールは、可能な変化、具体的には、パターンのコントラスト縁部の変化、および／または変位、ならびに／あるいはパターン内、特にパターンの領域内の幾何学形状の数および大きさの変化を実装し、少なくとも１つの既定点が配置される。パターン変化モジュールは、画像記録装置によって後で記録された画像が、３Ｄ座標の決定に使用され得るまで、このような周波数まで、かつこのような周波数で、パターンを変化させてもよい。つまり、パターンは、直近の記録画像において、少なくとも１つの既定点が、可変パターンの少なくとも１つの特徴によってマークされていたという検討結果が得られるまで変化する。
【００５３】
一実施形態によれば、本装置は、使用位置に眼鏡フレームを配置した使用者の頭部が、対象物として使用される限りにおいて、決定された３Ｄ座標から、使用者の光学パラメータを決定するように設計された、パラメータ決定装置を備える。
【００５４】
第３の態様は、コンピュータに読み込まれると、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法を実装および／または制御するように設計されたプログラム部分を含む、コンピュータプログラム製品に関する。したがってコンピュータプログラム製品は、特に、本方法のステップｂ）〜ｅ）を実装、および／または制御するように設計されてもよい。コンピュータプログラム製品は、具体的にはソフトウェア製品、および／または対応するソフトウェアが読み込まれ得る、コンピュータプログラム製品を有する装置であってもよい。
【００５５】
本発明は、図に示す例示的な実施形態を用いて、以下で詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１Ａ】既定点の３Ｄ座標を決定する装置の構成部品を伴う、使用者を上方から見た概略図である。
【図１Ｂ】既定点の３Ｄ座標を決定する装置の構成部品を伴う、使用者の概略側面図である。
【図２】眼鏡フレームを装着した使用者の画像の画像データを概略図で示し、この画像データは、画像記録装置によって記録される。
【図３Ａ】照明源によって投影されるパターンの概略図である。
【図３Ｂ】照明源によって投影される別のパターンの概略図である。
【図３Ｃ】照明源によって投影されるさらに別のパターンの概略図である。
【図４】眼鏡フレームを装着した使用者の画像の部分領域を概略図で示し、この画像データは、画像記録装置によって記録される。
【図５Ａ】照明源によって投影される、第１のパターンの概略図である。
【図５Ｂ】図５Ａに示す第１のパターンが変化して生成される、第２のパターンを概略図で示す。
【図５Ｃ】図５Ｂに示す第２のパターンが変化して生成される、第３のパターンを概略図で示す。
【図５Ｄ】図５Ｃに示す第３のパターンが変化して生成される、第４のパターンを概略図で示す。
【図６Ａ】眼鏡フレームで囲まれた、使用者の眼の第１の画像を概略図で示し、この眼に図５Ａに示す第１のパターンが投影される。
【図６Ｂ】眼鏡フレームで囲まれた、使用者の眼の第２の画像を概略図で示し、この眼に図５Ｂに示す第２のパターンが投影される。
【図６Ｃ】眼鏡フレームで囲まれた、使用者の眼の第３の画像を概略図で示し、この眼に図５Ｃに示す第３のパターンが投影される。
【図６Ｄ】眼鏡フレームで囲まれた、使用者の眼の第４の画像を概略図で示し、この眼に図５Ｄに示す第４のパターンが投影される。
【図７】少なくとも１つの既定点の３Ｄ座標を決定する方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
概略図において、図１Ａおよび図１Ｂは、既定点の３Ｄ座標を決定する装置の、測定領域にいる使用者１００を示す。装置の画像記録装置１０、および照明源２０のみが、構成部品として示されている。画像記録装置１０、および照明源２０は両方とも、測定領域に向かって配列される。図１Ａおよび図１Ｂにおいて、測定領域は個別には特定されていない。使用者１００、より正確には使用位置に眼鏡フレーム１０１を配置した使用者１００の頭部は、測定領域に配置される。前述で使用した用語でいうと、使用者１００の頭部と、使用位置に配置された眼鏡フレーム１０１とは、装置の測定領域に配置された、対象物１０５を形成する。使用位置は、前記に示した規格で画定される。本装置は、対象物１０５の既定点を検出し、その３Ｄ座標を計算するように設計され提供される。これは、光学パラメータとしての瞳孔間距離、そり角、眼鏡レンズの傾き、眼鏡の機構と眼との角膜頂点間距離、ならびに眼鏡レンズのフィッティング高さなどの、光学パラメータを計算するのに役立つ（原文のまま）。
【００５８】
画像記録装置１０は、デジタルカメラとして設計されてもよく、光軸１１を有する。光軸１１は、画像記録装置１０の捕捉レンズの中心点、および／または絞り開口によって測定領域に向けられ、前記の画像記録装置１０で記録できる画像の記録方向を画定する。照明源２０は、同様に測定領域の方へ向けられ、その結果、照射方向２１が、照明源２０から測定領域に向けられる。これにより、照射方向２１は、照明源２０から測定領域に光が放射される方向を画定する。照明源２０は、構造化パターンの形態で光を放射するように設計され提供される。照明源２０によって放射されるパターンは、したがって構造化光パターンとして設計される。この構造化光パターンは、対象物１０５に投影され、図示されている例示的な実施形態では、使用者１００の頭部、およびそこに配置された眼鏡フレーム１０１に投影される。構造化光パターンは、具体的には、本質的に単色光パターンとして設計されてもよく、したがって例えば、単一波長の光で構成されてもよい。したがって光パターンは、光に照射される部分領域と、光に照射されない光パターンの部分領域との、明暗の帯を有する。光パターンは、明確に画定された移行部として、コントラストの移行部、具体的にはコントラスト縁部を伴う特徴を有してもよく、これはパターンの高光度の部分領域から、パターンの低光度の部分領域まで、少なくとも部分的に直線で配置され、その逆もまた可能である。低光度の部分領域は、例えばここでは、隣接する高光度の部分領域の光度よりも、光度が少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７５％、特に好ましくは少なくとも９５％低い、光パターンの部分領域として設計されてもよい。１つの例示的な実施形態において、光度が低い、かつ／または弱い少なくとも１つの部分領域は、照明源によって照射されない。
【００５９】
照明源２０によって測定領域中に投影されたパターンは、可変である。つまり、照明源２０は、異なるパターンを放射し得る。このため、照明源２０は、例えば、個別に活動化できる個別の画素を有する、スクリーンとして設計されてもよい。照明源２０によって放射されたパターンの変化は、したがって、照明源２０の個別の各画素によって放射された光の変化に基づいてもよい。したがって照明源は、画素毎に、放射するパターンを変化させ得る。これにより、画素のサブグループがパターンの部分領域に関連付けられてもよく、その結果、画素の１つ以上のサブグループを活動化することによって、パターンの部分領域、または複数の部分領域の光度は、制御され、かつ／または調整される。
【００６０】
画像記録装置１０と、照明源２０とは、互いに一定の関係で配置される。つまり、画像記録装置は、三次元空間において、照明源２０から既知の距離を有する。さらに、照射方向２１の配置、および進行方向と同様に、光軸１１の配置、および具体的には進行方向が特定されてもよい。特に、光軸１１と照射方向２１との間の角度が指定されてもよい。
【００６１】
図１Ａ、および図１Ｂに示す実施形態において、光軸１１と、照射方向２１とは、交点３０で交差する。交点３０は、装置の測定領域に配置される。図示されている例示的な実施形態では、交点は、ほぼ使用者の両眼と、鼻のブリッジとの間に配置される。代替的な実施形態において、光軸１１と、照射方向２１とは、必ずしも１点で交差する必要はなく、互いにわずかな距離を有していてもよい。このような互いに対するわずかな距離は、例えば、最大でも１０ｃｍであってもよい。画像記録装置１０と、照明源２０との一定の配置、ならびに関連する光軸１１と、照射方向２１との一定の配置から、画像記録装置１０によって記録された画像における、既定点の３Ｄ座標の計算が、三角測量を用いて行われ得る。
【００６２】
これに代えて、またはこれに加えて、本装置は、調整され、較正され、かつ／または画像記録装置１０が照明源２０に対して、静的に固定された配置で固定されてもよい。装置を較正するため、したがって照明源の一定の関係を捕捉、および／または画像記録装置１０に記憶するために、較正物体が使用されてもよい。照明源２０の１つ１つの画素の調整として、式、および／または対応表が適用されてもよく、式、および／または対応表は、この画素が、画像記録装置の記録された二次元画像のどの位置に配置されたかに応じて、３Ｄ座標を照明源２０の１つ１つの画素に関連付ける。照明源２０、および画像記録装置１０は、光軸１１と照射方向２１とがある角度で交差する、あるいはこれら２本の直線の、水平な、および／または垂直な平面に投影された画像が、ある角度で交差するように（したがってこれら２本の直線は、互いに平行には配列されない）、互いに対して配置されるので、前述した相関関係は、照明源の各画素に対して、決定、計算、および／または記憶することができる。
【００６３】
したがって測定領域の３Ｄ座標は、記録画像における各画素の各２Ｄ座標、したがって例えば、画像記録装置１０によって記録された、画像内の各ＸＹ座標に関連付けられてもよい。一般に、記録画像内の２Ｄ座標は、画像記録装置１０、および照明源２０の位置に対する、対象物の各照射点の位置に依存する。このような相関関係は少なくとも、測定領域に配置されたこれらの対象物の点に対して、予め決定される、かつ／または記憶されてもよい。数学的に表すと、以下の形式の相関関数ｆｐが、照明源の各画素について予め記憶されてもよい。
【００６４】
ｆｐ（ｘ，ｙ）→（ｘ’，ｙ’ｚ’）
座標（ｘ，ｙ）は、ここでは画素ｐによって照射された、記録画像内の点の２Ｄ座標である。これにより２Ｄ座標（ｘ，ｙ）は、記録画像内で画素ｐによって照射された領域の、中心点の座標であってもよい。座標（ｘ’，ｙ’，ｚ’）は、その位置の３Ｄ座標であり、かつ／または画素ｐによって照射された、したがってこれによって記録画像内に照射された点、および／または照射された領域を発生させる、測定領域内の点である。
【００６５】
照明源２０の各画素ｐ、または複数の画素ｐに対して、相関関数ｆｐは、数学関数の形式で、および／または関連表の形式で、装置の記憶モジュールに予め記憶されてもよい。
【００６６】
そのように照射、および／またはマークされた、対象物１０５の点の３Ｄ座標は、したがって、対象物１０５の検出済みの点、または既定点を照射する、照明源２０の画素を決定することによって、決定されてもよい。言い換えれば、本方法を実装する際は、例えば、画像内で検出された既定点を、照明源２０のどの画素が照射するかが決定されてもよい。このことから、三角測量を用いて、または前述の相関関数によって、関連する３Ｄ座標が計算されてもよい。３Ｄ座標の決定は、画像記録装置１０によって記録された画像に関連付けられる、またはこのような画像に対応する、これらの画像データから自動的に行われてもよい。
【００６７】
図２は、画像記録装置１０によって記録され生成された画像を概略図で示す。図示されている例示的な実施形態は、眼鏡フレームを使用位置に配置した、使用者１００の頭部の部分領域の、前面を記録したものを概略的に示す画像データである。図２では、２つの眼鏡レンズ１１０、眼鏡フレーム１０１、使用者１００の右眼１１２、および左眼１１４のみが示される。図２では、右眼１１２の右瞳孔中心点ＲＰＭ、および左眼１１４の左瞳孔中心点ＬＰＭが、既定点として示されている。図２は、ボクシングシステムにおける、右眼１１２の周囲にある、右側眼鏡レンズ縁部、または眼鏡フレーム縁部１０２の境界１２０と、左眼１１４の周囲にある、左側眼鏡レンズ縁部、または眼鏡フレーム縁部１０２の境界１２２をさらに示す。さらに、使用者１００の基準座標系として、水平面ＨＲにおける、鼻右側フレーム点ＮＲＦと、側頭部右側フレーム点ＴＲＦとが示され、眼鏡フレーム縁部１０２は、右眼１１２に関連している。これに加えて、図２では、使用者１００の基準座標系として、使用者１００の水平面ＨＲに直交する垂直平面ＶＲにおける、右上フレーム点ＯＲＦと、右下フレーム点ＵＲＦとが示されており、眼鏡フレーム縁部１０２は、右眼１１２に関連している。
【００６８】
これと同様に、使用者１００の基準座標系として、水平面ＨＬにおける、鼻左側フレーム点ＮＬＦと、側頭部左側フレーム点ＴＬＦとが示され、眼鏡フレーム縁部１０２は、左眼１１４に関連している。これに加えて、図２では、使用者１００の基準座標系として、使用者１００の水平面ＨＬに直交する垂直平面ＶＬにおける、左上フレーム点ＯＬＦと、左下フレーム点ＵＬＦが示されており、眼鏡フレーム縁部１０２は、左眼１１４に関連している。
【００６９】
図２は、使用者１００の頭部、および使用位置に配置した眼鏡フレーム１０１を含む、系の複数の点を示す。この系では、光学パラメータを決定するために、既定点の３Ｄ座標が決定され、光学パラメータは、眼鏡レンズを個別に、特に眼科用眼鏡レンズを個別に作成、および／または計算するのに使用され得る。一実施形態によれば、以下の１０個の点の３Ｄ座標がこれによって決定される。
【００７０】
−右瞳孔中心点ＲＰＭ
−左瞳孔中心点ＬＰＭ
−側頭部右側フレーム点ＴＲＦ、および側頭部左側フレーム点ＴＬＦ
−右側鼻フレーム点ＮＲＦ、および左側鼻フレーム点ＮＬＦ
−右上フレーム点ＯＲＦ、および左上フレーム点ＯＬＦ
−右下フレーム点ＵＲＦ、および左下フレーム点ＵＬＦ
前述の１０個の点の３Ｄ座標から、最も重要な光学パラメータが既定点として決定され得る。
【００７１】
本方法では、既定点は、照明源２０によって投影されたパターンによって、特定的にマークされる。特に、８個のフレーム点、すなわちＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、およびＮＬＦは、記録画像のパターンのコントラスト縁部が、眼鏡フレーム縁部（および／または眼鏡レンズ縁部）１０２とある角度で交差するところでマークされてもよい。画像内の各フレーム点を明確にマークするために、交差角度は具体的には、本質的に直角であってもよく、かつ／または約３０度と約１５０度との間の交差角度であってもよい。
【００７２】
投影パターンのこのようなコントラスト縁部は、例えば、各フレーム点ＯＲＦ、ＮＲＦ、ＵＲＦ、ＴＲＦ、ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、および／またはＮＬＦを通って特定的に配置された線によって提供され得る。例えば、８個のフレーム点を特定的にマークするために、各線は垂直平面ＶＲ、およびＶＬに沿って眼に投影され、かつ各線は、水平面ＨＲおよびＨＬを通って眼に投影される。対象物１０５に投影される線は、例えば、既定点を最適な形で正確に、かつ目標を定めてマークできるように、幅わずか１画素になるように形成されてもよい。しかしながら、パターンの未照射領域と、パターンの照射領域との間にあるコントラスト縁部が、パターンとして用いられてもよい。
【００７３】
２つの瞳孔中心点、ＬＰＭおよびＲＰＭを検出してマークするために、関連する３Ｄ座標を間接的に決定してもよい。人間の瞳孔は生物学的に、可視光の大部分を眼の中に導き、これを反射しないようになっているので、パターン特徴を用いて瞳孔中心点をマークするのは、技術的に困難な場合がある。したがって、瞳孔中心点ＬＰＭおよびＲＰＭの３Ｄ座標は、場合によっては、フレーム縁部点のように直接的に決定されなくてもよい。したがって、本方法の範囲内では、瞳孔中心点自体は、投影パターンの特徴によって直接マークされることはないが、代わりに、右眼１１２、および左眼１１４のそれぞれの虹彩上の点などの、瞳孔中心点ＬＰＭおよびＲＰＭに隣接する点がマークされる。
【００７４】
図２では、右瞳孔中心点ＲＰＭの代わりに、３つの虹彩点が、パターン特徴Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３でマークされており、３つの虹彩点は、右瞳孔中心点ＲＰＭに隣接して、右眼１１２の虹彩に配置される。これら３つの虹彩点が、対象物１０５の既定点として、パターン特徴Ｒ１、Ｒ２、およびＲ３によって最初にマークされてもよい。前述したように、３つの関連する虹彩点の３Ｄ座標が、その後で決定されてもよい。３Ｄ座標は、特に、それぞれの右眼における、３つの虹彩点の互いに対する形状に応じて、例えば、３つの虹彩点の３Ｄ座標の平均値として決定されてもよい。
【００７５】
これと同様に、図２では、左瞳孔中心点ＬＰＭもまた、パターン特徴によって直接マークされず、左瞳孔中心点ＬＰＭに隣接して配置された、左眼１１４の虹彩上の３つの点のみがマークされている。これら３つの点は、３つのパターン特徴Ｌ１、Ｌ２、およびＬ３によってマークされる。これらの３Ｄ座標は、前述したように決定されてもよい。左瞳孔中心点ＬＰＭの３Ｄ座標は、これら３つの虹彩点の３Ｄ座標に応じて決定されてもよい。
【００７６】
図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、強く際立ったコントラスト縁部を有する、３つの異なる投影パターンＡ、Ｂ、およびＣを示す。パターンＡ、Ｂ、Ｃにおいて、暗く示されている部分領域は未照射であり、明るく示されている部分領域は、照明源２０によって照射されている。パターンＡ、Ｂ、およびＣはしたがって、例えば、それぞれがコントラスト縁部によって互いに区切られた、未照射の部分領域と、（例えば単色で）照射された部分領域とでのみ構成された、白黒のパターンとして設計されてもよい。コントラスト縁部は、少なくとも部分的に、本質的に直線として形成される。コントラスト縁部の直線部分は、パターン特徴Ａ、Ｂ、Ｃを形成し、これは、特定の点をマークするのに特によく適している。
【００７７】
例えば、単色光は、ここでは単一に規定された波長の光であってもよいが、あるいは白色光などの異なる波長の光で構成されてもよい。特に、光は、赤外域など、使用者１００に影響を及ぼさない波長範囲で放射することもでき、したがって前記使用者１００の眼を損傷することはない。
【００７８】
パターンは、少なくとも１つの波長で、かつ／または少なくとも１つの波長範囲で、測定領域の中に、少なくとも１つの色で投影され、これは、画像記録装置１０によって記録された画像で認識され、かつ／または検出することができ、したがって画像には、検出できるように画像データが含まれている。使用される画像記録装置１０は、したがって照明源２０によって使用される波長範囲で感知する。
【００７９】
図４は、画像記録装置１０によって記録された画像の半分のみを概略図で示す。図示されている画像データでは、左眼鏡フレーム縁部１０２に囲まれた、使用者１００の左眼１１４のみが示されている。これと同様に、記録全体には、右眼鏡フレーム縁部１０２に囲まれた、使用者１００の右瞳孔、ならびに右眼１１２がさらに含まれ得る。概して、使用者１００の頭部は、好ましくは測定領域に配置され、その結果、それぞれが眼鏡フレーム縁部、または眼鏡レンズ縁部１０２に完全に囲まれた、使用者１００の両眼１１２および１１４は、画像記録装置１０によって生成された画像データに、完全に、かつ正面向きで描かれる。
【００８０】
図４は、特に、照明源２０によって放射された、４つのパターン特徴Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、およびＬ４によってマークされた、左眼１１４の４つの虹彩点の中心点として、左瞳孔中心点ＬＰＭを示す。Ｌ１〜Ｌ４までの各特徴は、少なくとも２本の交差する線を有し、その交点は、左眼１１４の虹彩上の虹彩点をマークする。使用者１００の関連する４つの虹彩点の３Ｄ座標は、画像記録装置１０の、照明源２０に対する関係が一定であることを活用して、決定され得る。左瞳孔中心点ＬＰＭの３Ｄ座標は、これに応じて、具体的には４つの虹彩点の３Ｄ座標の平均値として決定され得る。これに加えて、画像記録装置１０からの距離を示す１つ以上の座標が、指定された測定データに基づいて補正されてもよい。これら指定された測定データは、眼球が丸い形状であることを計算に入れる、かつ／または計算に含めてもよく、したがって瞳孔中心点は、マークされた虹彩点に対して外方へ、例えば、画像記録装置１０の方へ変位される。
【００８１】
一般に、（例えば、同じ眼の虹彩上の虹彩点から）少なくとも２つの隣接する点の３Ｄ座標が最初に決定されて、そこから瞳孔中心点の３Ｄ座標が決定されることで、瞳孔中心点の３Ｄ座標が決定されてもよい。これは、図２に示すように、３つの虹彩点に支援されて行われてもよく、あるいは図４に示すように、少なくとも４つの虹彩点に支援されて行われてもよい。
【００８２】
図４は、照明源によって放射された、パターン特徴Ｍ１をさらに示す。特徴Ｍ１は、本質的に垂直に配置された、照明源２０のパターンの線として設計され、眼鏡フレーム縁部１０２の進行方向に直交するように配置される。眼鏡フレーム縁部１０２は、その後ろに配置された使用者１００の顔よりも画像記録装置１０の近くに配置されるので、図４に示す画像データの特徴Ｍ１は、複数の特徴部分Ｍ１’、Ｍ１’’、およびＭ１’’’を、互いに横方向にずらして照射する。画像において、使用者１００の顔を照射する２つの特徴部分Ｍ１’、およびＭ１’’’はしたがって、画像において、眼鏡フレーム縁部１０２の部分を照射する特徴部分Ｍ１’’から横方向にずれる。３つの特徴部分Ｍ１’、Ｍ１’’、およびＭ１’’’は全て、画像データにおいて、それぞれ本質的に垂直な線として示される。眼鏡フレーム縁部１０２が、この後ろに位置する使用者１００の顔から空間的にずれていることにより、画像データのパターン特徴は、２つの跳躍部を示し、すなわち眼鏡フレーム縁部１０２にある特徴部分Ｍ１’’に対して、顔にある特徴部分Ｍ１’の上方と、すなわち特徴部分Ｍ１’’’に対して、この上方の顔に戻った所とである。パターン特徴Ｍ１で目標を定めてマークすることによって、左下フレーム点ＵＬＦが配位され、これが既定点として決定されてもよい。このために、中間ステップにおいて、照明源２０のどの画素が特徴部分Ｍ１’’を照射するか、そしてどの相関関数ｆｐがこれらの画素に関連付けられるかが決定されてもよい。
【００８３】
図５Ａは、照明源２０によって、特に照射方向２１に沿って測定領域の中に投影される、第１のパターン２００を示す。第１のパターン２００は、本質的に長方形の、照射された部分領域を１つのみ有し、同様に、本質的に長方形の未照射の部分領域を有する。第１のパターン２００の特徴Ｍ１は、第１のパターン２００の照射された部分領域と、未照射の部分領域との間に配置される。特徴Ｍ１は、コントラスト縁部として設計され、特に、少なくとも部分的に、直線で形成されたコントラスト縁部として設計される。対象物１０５の既定点は、特徴Ｍ１のコントラスト縁部の直線部分でマークされてもよい。
【００８４】
図６Ａは、画像記録装置１０によって記録された、第１の画像３００を概略図で示す。使用者１００の片眼、すなわち左眼１１４のみが、この画像に含まれている。これに代えて、画像は、それぞれが眼鏡フレーム縁部（および／または眼鏡レンズ縁部）１０２に囲まれた、使用者の両眼を含んでもよい。このようにして記録された第１の画像３００は、照明源２０の第１のパターン２００が、使用者１００の顔、および顔の使用位置に配置された眼鏡フレーム１０１の部分領域をどのように照射するかを示す。ここで、図６Ａの描写は、単に概略的なものであることに留意されたい。実際の記録においては、コントラスト縁部、つまり特徴Ｍ１は、つながった直線としては形成されず、照射される対象物、つまり使用者１００の顔、ならびに眼鏡フレーム縁部１０２の表面構造に応じたものになる。しかしながら、説明を分かりやすくするために、この概略図でのみ、特徴Ｍ１は、図に示すように引き続き直線として示される。
【００８５】
既定点の３Ｄ座標を決定する方法を実装する際に、３Ｄ座標が検出されるべき既定点が、記録された第１の画像３００において最初に決定される。このような既定点の例として、左瞳孔中心点ＬＰＭ、および左上フレーム点ＯＬＦが、図６Ａに示されている。既定点は、第１の画像３００の画像データにおいて、具体的にはソフトウェアに支援されて、自動的に検出されてもよい。第１の画像３００の画像データにおいて、既定点は、画像処理によって、および／または手動による選択のいずれかによって検出されてもよい。したがって、既定点は、具体的には前述したフレーム点、および瞳孔中心点であってもよいが、眼の隅、口角などであってもよい。
【００８６】
既定点は、後続の画像で再検出され、これは例えば、図６Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄ（以降で説明する）に示されている。後続の画像が連続して、１秒に複数枚など、可能な限り迅速に作成されれば好適である。画像は好ましくは、少なくとも１０Ｈｚ、特に好ましくは少なくとも２０Ｈｚの繰り返し周波数で、順次作成される。
【００８７】
照明源２０は、測定領域に配置された対象物に可変パターンを投影する、プロジェクタとして使用される。第１のパターン２００は、照明源２０によって、使用者１００の顔に最初に投影される。第１のパターン２００は、具体的には、対象物１０５の既定点に重ねられる。第１の画像３００の画像データにおいて、既定点の１つまたは全てが、第１のパターン２００の特徴によってマークされたかどうかの確認が行われる。しかしながら、図６Ａに示すように、既定点はいずれも、第１のパターン２００の特徴Ｍ１によってマークされていない。つまり、第１のパターン２００の特徴はいずれも、第１の画像３００の画像データにおいて既定点の１つと一致することはない。特に、特徴Ｍ１のコントラスト縁部の直線部分は、既定点の１つを通過することはなく、むしろそこから少し離れて配置されている。したがって、既定点の３Ｄ座標は、第１の画像３００の画像データからはまだ計算されない。
【００８８】
図５Ｂは、同様に照明源２０によって放射される、第２のパターン２１０を示す。前述したように、第１の画像の第１のパターン特徴２００によって既定点が全てマークされるわけではなく、第２のパターン２１０が確定されると、変化したパターンで本方法が反復される。このようにして、第２のパターン２１０は、第１のパターン２００が変化して生成され得る。例えば、変化時に、第１のパターン２００の未照射の部分領域（図５Ａの左側に示す）は、第２のパターン２１０の２つの新たな、本質的に長方形の部分領域に分割され、１つは照射され、もう１つは未照射である。
【００８９】
第１のパターン２００の、照射されているより大きい部分領域（図５Ａの右側に示す）は、第２のパターン２１０の４つの部分、すなわち、第２のパターン２１０の４つの新しい、本質的に長方形の部分領域に分割される。第２のパターン２１０のこれら４つの、本質的に長方形の部分領域は、２つは照射され、２つは未照射である。全体として、第２のパターン２１０は、３つの照射された本質的に長方形の領域と、３つの未照射の本質的に長方形の領域とを有する。これにより、互いに隣接する部分領域および／または区域は常に、交互に照射されたり、照射されなかったりする。したがって、前述の照射／未照射の部分領域／区域同士の間にコントラスト縁部ができ、このコントラスト縁部は、対象物１０５の既定点をマークするためのパターン特徴として適している。このようなコントラスト縁部は全て、少なくとも部分において、本質的に直線の領域を有し、既定点はこれでマークされてもよい。
【００９０】
全体として、照明源２０によって投影されるパターンは、本質的にチェス盤のように形成されてもよい。つまり、パターンは排他的に、本質的に長方形の部分領域、および／または部分区域を有し、これは区域全体にわたって、照射または未照射のいずれかになる。さらに、部分領域は、垂直方向、および／または水平方向に、交互に照射および未照射になる。本質的に水平に配置され、かつ本質的に垂直に配置されたコントラスト縁部は、これにより、可変パターンの特徴となる。このチェス盤様の配置は、照明源２０によって測定領域中に投影された全てのパターンに対して有効であり得る。個々の「チェス盤領域」、したがってパターンの、照射および未照射の部分領域、または部分区域は、これにより、例えば長方形として、異なる寸法にされてもよい。
【００９１】
このように投影された光パターンは、例えば、本質的に長方形の領域を形成する、本質的に直角で、かつ本質的に垂直な線が、二次元放射表面、またはパターン表面と交わって引かれるように設計されてもよい（原文のまま）。
【００９２】
図６Ｂは、眼鏡フレーム１０１で囲まれた、左眼１１４の第２の画像３１０を概略図で示し、この左眼１１４に、第２のパターン２１０が投影される。第２の画像３１０は、画像データに変換され、既定点は再度検出される。さらに、そして次に、第２のパターン２１０の各特徴の、全ての既定点がマークされたかどうかの確認が行われる。第２の画像３１０においても、これはまだ行われていないので、投影パターンは、次のステップで再度変化する。
【００９３】
図５Ｃは、第３のパターン２２０を用いた新たな変化を示し、チェス盤様に配置されたパターンにおける、パターンの照射および未照射の部分領域、ならびに／または部分区域の数がさらに増加している。変化したことにより、パターンに含まれる幾何学形状の数は増加し、かつその平均の大きさは減少している。パターンのコントラスト縁部の数は、これにより増加する。変化したことにより、本質的に垂直に配列された分割線の数はパターンの数だけ増加し、パターンの個々の部分領域／部分区域同士の間でパターンを通過する、本質的に水平な分割線の数も増加する（原文のまま）。
【００９４】
図６Ｃは、眼鏡フレーム１０１で囲まれた、使用者１００の左眼１１４の第３の画像３２０を概略図で示し、この左眼１１４に、図５Ｃに示す第３のパターン２２０が投影される。この画像においても、第３のパターン２２０の特徴によって、既定点がそれぞれマークされたかどうかの確認が行われる。確認してマークされていないことが分かった場合は、パターンはさらに変化する。
【００９５】
図５Ｄは、第３のパターン２２０の変化に基づく、第４のパターン２３０を概略図で示す。第４のパターンは必ずしも、第３のパターン２２０から直接生じたものではない。追加の画像を記録するための追加のパターン（図示せず）が、第３のパターン２２０の生成と、第４のパターン２３０の生成との間に生成されて、測定領域に投影されてもよい。各変化において、パターンのコントラスト縁部の数は、特に、対象物１０５の既定点が配置される領域では増加してもよい。
【００９６】
図６Ｄは、眼鏡フレーム１０１で囲まれた、眼の第４の画像３３０を概略図で示し、この眼に、第４のパターン２３０が投影される。図６Ｄに示すように、具体的には、４つの左フレーム点ＯＬＦ、ＴＬＦ、ＵＬＦ、およびＭＬＦが、第４のパターン特徴２３０によってそれぞれマークされる。第４のパターン２３０のコントラスト縁部は、眼鏡フレーム１０１の進行方向に本質的に直交して、それぞれ配置される。眼鏡フレーム１０１と、第４のパターン２３０の各特徴との交点は、各既定点をマークする働きをし、したがってこの例では、第４の画像３３０における、各左フレーム点をマークする。このマークから、既定点の、それぞれの関連する３Ｄ座標が、例えば、それぞれの相関関数ｆｐを活用して、照明源２０の画像記録装置１０に対する一定の関係から決定および／または計算されてもよい。
【００９７】
設計の較正、したがって画像記録装置１０の照明源２０に対する一定の関係が、パターンの変化において考慮され、かつ／または使用されてもよい。対象物１０５からの装置の距離は、最初は知られていないので、各記録画像における、パターン投影と、各投影パターンの特徴の局所化とを介して、距離が反復的に決定される。既定点が、投影パターンの各特徴と重なる場合、および投影パターンの個々の特徴が、記録画像において、照明源２０の素子と、したがってその１つ以上の各画素と関連付けられてもよい場合は、対象物１０５の、個々の既定点の十分に正確な３Ｄ座標の決定が行われ得る。これにより３Ｄ座標は全て、１つの画像、すなわち最後の記録画像を用いて計算されてもよく、例示的な実施形態では第４の画像３３０を用いて計算されてもよい。対応問題の解決策として、異なる記録方向から作成された２つの記録において、互いに対応する点の位置は省略される。
【００９８】
言い換えれば、装置は、能動的で適応性のある、映像の中央合わせを行うように設計されて提供され、投影パターンは変化し、いわば更新されて、対象物１０５の既定点になる。投影を更新することによって、後続の記録、したがって記録画像における、空間解像度の増加が達成される。パターンシーケンスに基づく、構造化照明の安定法がここで使用されてもよい。
【００９９】
画像処理において、画像の既定点を検出するため、ならびに各既定点が投影パターンの特徴によってマークされたかどうかを確認するために、既知の方法が用いられてもよい。顔認識、および／または顔の特徴の局所化のため、したがって既定点を検出するために、カスケード型分類（例えば、Ｍ．Ｊｏｎｅｓ、およびＰ．Ｖｉｏｌａによる「Fast Multi-view Face Detection」という文献で詳しく述べられている）、あるいは記述子ベクトルが用いられてもよく、記述子ベクトルでは、後で基準記述子と比較して一致することを決定するために、記述子によって記述された、キーポイントが最初に決定される。記述子には、ＦＡＳＴ、ＦＲＥＡＫ、ＢＲＩＳＫなどがある。このような方法は、原則として当業者に知られている。
【０１００】
後続の記録画像における、使用者１００の動き、したがって対象物１０５の動きは、キーポイントによって決定され、本方法において考慮されてもよい。これに代えて、またはこれに加えて、動きを追跡し、これをその後のパターン投影で考慮に入れるために、オプティカルフローの計算が行われてもよい。
【０１０１】
対象物の動きを考慮に入れて、１回の記録で全ての３Ｄ座標を完全に決定することによって、普通なら一連の継続的な、構造化され照射される記録において発生するとともに結果を損なう可能性のあるアーチファクトが排除され得る。
【０１０２】
測定領域の構造化照明として使用され得る複数のパターンは、照明源２０によって放射される、投影パターン、および／または光パターンとして用いられてもよい。測定物、またはその表面の密な、および／または完全な３Ｄ再構築は、本方法では求められておらず、単に個々の既定点、例えば最大１００個のこのような選択点、好ましくは最大５０個のこのような選択点、特に好ましくは８〜１２個の選択点を決定すればよい。したがって、第１のステップでは、大部分が構造化されていないパターンである広い区域が、第１のパターンとして投影されてもよい。少なくとも１つの既定点が投影パターン内に配置された場合、またはこのように配置されるとすぐに、パターンの空間解像度を増加させるためのシーケンスが開始されてもよく、したがって投影パターンが変化し得る。これは、少なくとも１つの既定点が測定領域に配置される場合は、通常の事例である。１つ以上のパターンは、したがって本質的に、測定領域全体に重なるように設計されてもよい。
【０１０３】
例えば、可能な変化シーケンスとして、二進コード、および／またはグレイコードが適している。このようなコードは、例えば、Ｊ．Ｇｅｎｇによる文献「Structured-light 3D surface imaging:a tutorial」で詳細に説明されている。
【０１０４】
複数の眼鏡フレームは、同様に多数の色を伴うので、コード化のための色の静的な使用は一見不利に見えるが、投影パターンをさらに色分けしてもよい。例えば、背景に対して相補的なパターンの各色が、特に、眼鏡フレームをマークするために選択されてもよい。記録画像のコントラストは、これによってさらに増強され、既定点の３Ｄ座標の決定が改善され得る。
【０１０５】
したがって、縞模様などの、パターンの一次元シーケンスが、小さい物理的寸法の素子をマークするのに用いられてもよく、したがって例えば、金属製の眼鏡のフレーム縁部をマークするのに使用されてもよい。フレーム縁部の既定点は、縞模様のコントラスト縁部によって、このように特定的にマークされる。一般に、投影パターンのコントラスト縁部は、既定点の周囲の最大寸法と交差する、比較的大きい交差角度を有している必要がある。例えば、画像における本質的に直線のコントラスト縁部は、フレーム縁部の各部分の進行方向に対して、本質的に直交して配置されてもよい。この例では、既定点が配置された対象素子の次元が、パターンのコントラスト縁部が配置された方向とは異なる方向に移動すると、既定点の検出および／またはローカライザを使用可能にすることができる。図４における特徴Ｍ１の特徴部分Ｍ１’、Ｍ１’’、およびＭ１’’’で示されているような、記録画像におけるコントラスト縁部の不連続部は、これによって画像に組み込まれる。
【０１０６】
既定点は、対象素子、および／または対象物の特徴の複数の点であり、例えば、眼鏡フレーム縁部および／または眼鏡レンズ縁部の上の、またはこれらにおける点である。複数の点、例えば、関連する瞳孔の選択点としての瞳孔中心点は、同様に対象素子、および／または対象物の特徴として既定されてもよい。
【０１０７】
前述したように、投影パターンの再帰性反射がないため、複数の周囲点の３Ｄ座標を平均化することによって、瞳孔中心点の３Ｄ座標を決定してもよい。
【０１０８】
既定点の３Ｄ座標の決定は、並行して、したがって１つの画像に対して次々に行われてもよく、あるいは時系列順に連続して行われてもよい。空間的には相互に近くに位置しているが、例えば、パターンが不連続なために一意に識別することができない既定点は、あいまいさを回避するために、連続的に検出することができる。このように連続して決定された３Ｄ点は、複数の画像で決定された３Ｄ点を介して、他の３Ｄ点に関連付けられてもよい。
【０１０９】
パターンの投影は、例えば、既定点における反射率、および／または全体的な照明効果を考慮に入れることで改善され得る。
【０１１０】
連続的な記録画像のオフセットは、本方法では必要とされない。このようなオフセットは、全体的に省略されてもよい。連続的な記録画像は、実際には、対象物の動きの計算、特に、記録画像のオプティカルフローの計算が幾分考慮されるが、ここでは（３Ｄカメラとは対照的な）単一の標準的なデジタルカメラが、画像記録装置として用いられてもよい。具体的には、（例えば、移相パターンを伴う）複数画像が互いに比較されたり、３Ｄカメラを使用したりする方法とは対照的に、３Ｄ座標を計算するために、二次元画像を１枚のみ評価すればよい、あるいは１枚のみしか評価してはならない。
【０１１１】
前述した映像の中央合わせは、例えば、歯科または整形外科の分野で用いられてもよく、この場合は、その記述のために規定された数のパラメータを有する、モデルに基づく表面、または身体が用いられる。
【０１１２】
図７の流れ図は、対象物の既定点の３Ｄ座標を決定する方法のステップを示す。ここで流れ図は、特に、コンピュータプログラム製品で実行され得るステップを示す。
【０１１３】
まずステップ４００において、対象物が測定領域に導入され、測定領域は、例えば、明確に画定された測定体積として設計され得る。第１のパターンとして、対象物に投影される開始パターンが選択される（ステップ４０４も参照）。ステップ４０１において、開始パターンが投影された対象物の画像が、記録される。
【０１１４】
その後、ステップ４０２において、記録画像、あるいはより正確には、記録画像のデジタル画像データが分析される。このステップでは、記録画像の既定点を検出するために、画像データの画像分析が行われる。既定点は、図７に示す流れ図では、選択点と呼ばれる。一般に、このような選択点は、３Ｄ座標が決定されるべき対象物の、個々の、選択された、そして既定された点である。
【０１１５】
画像を分析するステップ４０２に続き、ステップ４０３では、画像データの個々の選択点が、それぞれパターン特徴でマークされたかどうかが検討される。これに当てはまらない場合は、ステップ４０４において、投影パターンが変化し、変化パターンが、測定領域内の対象物に投影される。ステップ４０１において、変化したパターンが投影された、対象物の新しい画像が記録される。本方法は、ステップ４０３において、選択点が全てパターン特徴でマークされたことが確実になるまで反復される。その結果、ステップ４０５において測定を完了してもよく、全ての選択点、したがって決定されるべき全ての点の３Ｄ座標が、直近の記録画像、または関連する画像データから決定され得る。これは、照明装置の照明源に対する一定の関係を用いて、例えば、既知の相関関数ｆｐを用いて行われる。
【０１１６】
さらに、同様に本方法の範囲内で実装され得る、２つの随意選択の方法ステップが、流れ図に示される。図では参照符号４０６で識別される第１の随意選択肢では、いくつか、または全ての選択点の位置の時間曲線、したがって既定点の時間曲線が追跡されてもよい。これにより、次の画像が記録される際に、選択点がおおよそどこに配置されるかを予測することが可能になる。これには、パターンの変化が考慮されてもよい。対象物の動きに従って投影パターンを適応させるために、次の記録における対象物の動きを予測してもよい。第１の随意選択肢４０６は、特に、対象物がコンベヤベルトに配置される用途で有用である。これに加えて、低速振動（少なくとも画像記録速度と比較して低速の振動）で、例えば、測定装置の前にいる、顔を記録すべき人間の揺れを補正してもよい。このような揺れは、補正のための動き、または呼吸による動きのいずれかであり得る。
【０１１７】
本方法の追加の随意選択肢として、ステップ４０７が提供されてもよく、これは記録時に、例えば、オペレータが手動で選択点を決定する。このようなオペレータは、例えば、光学技術者であってもよい。全ての選択点を完全に自動的に決定する際は、手動、または半自動での選択点の選択もまた行われてもよい。例えば、使用者（例えばオペレータ）が、最初の記録時にのみ既定点をマークする、１回きりの処理が含まれてもよい。次に、後続の記録において、既定点の探索が、コンピュータに支援されて、またはソフトウェアに支援されて、より簡単かつ確実に行われ、これは具体的には、確実な既知の画像処理方法、例えば、パターンマッチング、または画像点を互いに相関させることによって行われる。
【０１１８】
例えば、図５Ａに示すように、第１のパターン２００が、図７に示す方法のための静的な開始パターンとして使用されてもよい。第１のパターン２００は、特徴Ｍ１として、明から暗、または暗から明への移行部を１つのみ有しており、これは、画像データにおいて一意に検出され、画像記録装置１０からの距離に関連付けられ得る。例えば、被験者（つまり使用者１００）の距離を推定するための距離の決定は、この単一の移行部で既に行われている場合がある。距離の決定は、投影された光線で、光切断法と同様に行われてもよい。第１のパターン２００の明の部分領域と暗の部分領域との間にある、垂直に配置された移行部（特徴Ｍ１）によって得られる、垂直方向の距離情報は、モデルに基づいて、測定位置から二次元画像内の位置に伝達されてもよく、二次元画像内の位置では、画像を処理するステップ４０２によって選択点が見つかっている。
【０１１９】
第１の近似値では、例えば、測定位置から選択点に距離情報を伝達するために、カメラ平面と平行に配置された平面として設計された、モデルが使用されてもよい。
【０１２０】
一般に、例えば、記録された第１の画像３００において、第１のパターン２００の垂直線（特徴Ｍ１）の、決定された距離の平均値が決定されることで、測定領域における対象物１０５の平均距離が決定されてもよい。これにより、測定領域における対象物１０５の平均距離が得られる。
【０１２１】
あるいは、第１の距離を決定するために、対象物１０５用の３Ｄ顔モデルが、既に適合、および／または使用され、かつ／または考慮されている場合がある。三次元顔モデルにおける、類似する、または関連する点は、したがって二次元画像で検出された選択点、例えば、第１の画像３００の点に関連付けられてもよい。三次元顔モデルの関連する点から検出されたこの選択点の、（例えば、画像記録装置１０の投影方向、つまり光軸１１の方向における）相違、または距離は、パターン特徴の位置をより良好に選択点と一致させるために、距離補正値として使用されてもよい。パターンが変化するならば、顔モデル内の関連する点からの、検出された選択点の偏差に基づく、距離補正値を考慮に入れてもよい。一実施形態において、距離補正値はまた、顔モデル内の関連する点から検出された、選択点の２Ｄ距離から、したがって記録された二次元画像の画像データから決定されてもよい。
【０１２２】
新しいパターン、例えば、図５Ｂに示す第２のパターン２１０、およびそれに続く、図５Ｃに示す第３のパターン２２０は、このようにして決定された距離から、あるいは３Ｄにおけるモデルの距離から、二次元的に決定された選択点と共に計算されてもよい（ステップ４０２を参照）。パターンの縁部が投影によって決定された選択点に配置されるパターンがここで選択される。パターンは、したがってパターン特徴が選択点の位置を予測的に通過するように変化し、選択点は、ここまでは二次元でのみ決定されている。
【０１２３】
ここで、パターンの個々のコントラスト縁部は重ならず、その結果、個々のパターン特徴に対する、投影パターンの一意な関連付けができなくなることを考慮に入れてもよい。したがってパターンの変化において、投影パターンの特徴を一意に関連付ける能力があることを考慮に入れてもよい。これは、画像記録装置から、画像では横方向の対象物の位置（例えば、鼻から眼窩にかけての傾斜）に沿った、予想される距離の変化を考慮して、かつ／またはいくつかのパターン特徴（コントラスト縁部）の継続的な増加を介して行われてもよい。例えば、パターンの変化を前提とすると、１つの垂直な、および／または水平なコントラスト縁部のみが、前述した均質なパターンの部分領域に、反復ステップ毎にさらに配置されてもよい。
【０１２４】
一実施形態によれば、パターンが変化すると、多くとも１つの新しい垂直および／または水平なコントラスト縁部が、均質な区域領域、および／または部分領域毎に追加される。これにより、パターン特徴が重なり合う危険性が減少し、したがって記録画像における、一意に関連付ける能力が低下する危険性が減少する。
【０１２５】
決定するべき全ての選択点が、各特徴、具体的には例えば、図６Ｄに示すような、投影されたパターンの縁部で覆われるとすぐに、測定を終えることができる。１つの２Ｄ画像（ステップ４０５、および第４の画像３３０を参照）を用いて、選択点の全ての３Ｄ座標が引き続き計算され得る。
【０１２６】
一実施形態によれば、本方法は、１〜５０個の既定点（選択点）、好ましくは５〜２０個の選択点、特に好ましくは１０〜１６個の選択点の、３Ｄ座標を決定するのに役立つ。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  画像記録装置
１１  光軸
２０  照明源
２１  照明方向
３０  交点
１００  使用者
１０１  眼鏡フレーム
１０２  眼鏡レンズ縁部／眼鏡フレーム縁部
１０５  対象物
１１０  眼鏡レンズ
１１２  右眼
１１４  左眼
１２０  ボクシングシステムにおける右眼の境界
１２２  ボクシングシステムにおける左眼の境界
２００  第１のパターン
２１０  第２のパターン
２２０  第３のパターン
２３０  第４のパターン
３００  第１の画像
３１０  第２の画像
３２０  第３の画像
３３０  第４の画像
４００〜４０７  方法ステップ
Ａ  パターン
Ｂ  パターン
Ｃ  パターン
ＬＰＭ  左瞳孔中心点
ＲＰＭ  右瞳孔中心点
ＮＲＦ  右側鼻フレーム点
ＴＲＦ  右側頭部フレーム点
ＮＬＦ  左側鼻フレーム点
ＴＬＦ  左側頭部フレーム点
ＯＲＦ  右上フレーム点
ＵＲＦ  右下フレーム点
ＯＬＦ  左上フレーム点
ＵＬＦ  左下フレーム点
ＨＲ  右瞳孔中心点を通る水平面
ＶＲ  右瞳孔中心点を通る垂直平面
ＨＬ  左瞳孔中心点を通る水平面
ＶＬ  左瞳孔中心点を通る垂直平面
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３  右眼における特徴
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４  左眼における特徴
Ｍ１  特徴
Ｍ１’，Ｍ１’’，Ｍ１’’’  特徴部分
【図１Ａ】
2019511012.tif 000003
【図１Ｂ】
2019511012.tif 000004
【図２】
2019511012.tif 000005
【図３Ａ】
2019511012.tif 000006
【図３Ｂ】
2019511012.tif 000007
【図３Ｃ】
2019511012.tif 000008
【図４】
2019511012.tif 000009
【図５Ａ】
2019511012.tif 000010
【図５Ｂ】
2019511012.tif 000011
【図５Ｃ】
2019511012.tif 000012
【図５Ｄ】
2019511012.tif 000013
【図６Ａ】
2019511012.tif 000014
【図６Ｂ】
2019511012.tif 000015
【図６Ｃ】
2019511012.tif 000016
【図６Ｄ】
2019511012.tif 000017
【図７】
2019511012.tif 000018
【国際調査報告】
2019511012.tif 000019
2019511012.tif 000020
2019511012.tif 000021
2019511012.tif 000022
2019511012.tif 000023
2019511012.tif 000024