DE102011115239B4

DE102011115239B4 - Bestimmung der Scheibenform unter Berücksichtigung von Tracerdaten

Info

Publication number: DE102011115239B4
Application number: DE102011115239.7A
Authority: DE
Inventors: Stephan Trumm; Peter Seitz; Leonhard Schmid
Original assignee: Rodenstock GmbH
Current assignee: Rodenstock GmbH
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2016-02-11
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: DE102011115239A1

Abstract

Verfahren zum Ermitteln von Benutzerdaten für die Herstellung eines Brillenglases zu einer ausgewählten Brillenfassung für einen Benutzer, umfassend: – Bereitstellen (12) eines Tracerdatensatzes, welcher die Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases festlegt; – Erfassen (14) von Benutzerbilddaten zumindest eines Teilbereichs des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung; und – Ermitteln (16) von Konturpunkten des Randes des herzustellenden Brillenglases in den Benutzerbilddaten anhand des Tracerdatensatzes, wobei die im Tracerdatensatz festgelegte Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases durch computer-gestützte Bilderkennung als Bildelement in den Benutzerbilddaten gesucht wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten automatisierten Ermittlung individueller geometrischer Parameter für die Anpassung eines Brillenglases für einen Benutzer.
Um Brillengläser zur Korrektur eines Refraktionsfehlers herzustellen, wird seit langem eine rechnerische Optimierung der Brillenglasflächen für eine bestimmte Gebrauchssituation, also insbesondere einen zu erwartenden Objektabstand bzw. ein Objektabstandsmodell, und eine bestimmte Gebrauchsstellung des Brillenglases bzw. der Brillengläser, also eine bestimmte Stellung des Brillenglases bzw. der Brillengläser vor einem Auge bzw. vor den Augen eines Brillenträgers vorgenommen, bevor das Brillenglas gemäß der optimierten Flächen gefertigt wird. Die rechnerische Optimierung erfolgt dabei beispielsweise mittels Ray-Tracing, also einer Berechnung des Verlaufs von Lichtstrahlen vom Objektpunkt durch das Brillenglas bis zum entsprechenden Auge des Brillenträger oder einer entsprechenden Referenzfläche (z. B. Scheitelpunktkugel des Auges). Alternativ oder zusätzlich werden beispielsweise auch Verfahren mittels Wavefront-Tracing eingesetzt.
In jedem Fall ist für eine genau Anpassung des Brillenglases die Kenntnis über dessen Position bzw. Stellung vor dem entsprechenden Auge des Brillenträgers erforderlich. Während früher für der Optimierung von Brillengläsern standardisierte Werte der Gebrauchsstellung auf Basis von Mittelwerten für verschiedene Benutzer (Brillenträger) und verschiedene Brillenfassungen herangezogen wurden, ist es aufgrund der mittlerweile deutlich erhöhten Rechenleistung der verfügbaren Optimierungssysteme und aufgrund erheblicher technologischer Fortschritte in den Optimierungsprozessen seit einiger Zeit möglich, die Gebrauchsstellung für jeden einzelnen Brillenträger individuell zu berücksichtigen. Hierzu ist es aber nun notwendig, die individuelle Gebrauchsstellung des Brillenglases in der gewünschten Fassung für den jeweiligen Benutzer möglichst genau und zuverlässig zu bestimmen. Fehler in der Bestimmung der individuellen Gebrauchsstellung führen unmittelbar zu einer Verschlechterung der Anpassung des Brillenglases.
Dabei ist die Gebrauchsstellung einer am Kopf eines Probanden (Benutzers) angeordneten Brille bzw. der in einer Brille angeordneten Brillengläser von einer Vielzahl von Parametern abhängig bzw. wird durch eine Kombination einer Vielzahl von Parametern beschrieben. So hängt die Gebrauchsstellung beispielsweise von der Pupillendistanz des Benutzers, dem Fassungsscheibenwinkel, der Brillenglasvorneigung, der Fassungsform, dem Hornhautscheitelabstand des Systems von Brille und Auge und der Einschleifhöhe der Brillengläser ab. Diese und weitere Parameter, welche zur Beschreibung der Gebrauchsstellung herangezogen werden können, bzw. notwendig sind, sind in einschlägigen Normen, wie beispielsweise der DIN EN ISO 1366, der DIN 58 208, der DIN EN ISO 8624 und der DIN 5340 enthalten und können diesen entnommen werden. Ferner ist es notwendig, dass die Brillengläser entsprechend den optischen Parametern, welche zur Herstellung verwendet wurden in einer Brillenfassung angeordnet bzw. zentriert werden, so dass die Brillengläser tatsächlich entsprechend den optischen Parametern in Gebrauchsstellung getragen werden.
Um die einzelnen optischen Parameter individuell zu bestimmen, stehen dem Optiker eine Vielzahl von Messgeräten zur Verfügung. Beispielsweise kann der Optiker mit einem sogenannten Pupillometer Pupillenreflexe auswerten bzw. den Abstand der Pupillenmitten bestimmen, um derart die Pupillendistanz zu ermitteln. Vorneigungswinkel und Hornhautscheitelabstand können beispielsweise mit einem Messgerät bestimmt werden, bei dem in habitueller Kopf- und Körperhaltung des Kunden das Messgerät an eine Fassungsebene einer Brillenfassung gehalten wird. Der Vorneigungswinkel kann seitlich über einen schwerkraftgetriebenen Zeiger anhand einer Skala abgelesen werden. Zur Bestimmung des Hornhautscheitelabstands wird ein eingraviertes Lineal benutzt, mit welchem der Abstand zwischen dem geschätzten Nutengrund der Brillenfassung und der Kornea ebenfalls von der Seite gemessen wird.
Der Fassungsscheibenwinkel der Brillenfassung kann beispielsweise mit einem Messgerät bestimmt werden, auf welches die Brille gelegt wird. Der nasale Rand einer Scheibe muss dabei über einem Drehpunkt eines beweglichem Messarms angeordnet werden, wobei die andere Scheibe parallel zu einer eingravierten Linie verläuft. Der Messarm wird so eingestellt, dass eine markierte Achse des Messarms parallel zu der Fassungsebene der darüber angeordneten Scheibe verläuft. Der Fassungsscheibenwinkel kann anschließend an dieser Skala abgelesen werden.
Einen wesentlichen Fortschritt bei der Bestimmung individueller Parameter, insbesondere auch von Parametern der individuellen Gebrauchsstellung ergaben sich mit der Entwicklung computergestützter Videozentriersysteme. Diese ermöglichen eine zum großen Teil automatisierte Überprüfung und Bestimmung der Position eines Brillenglases in Gebrauchsstellung vor dem Auge des Benutzers. Dabei werden mittels einer oder mehrerer Kameras vorzugsweise dreidimensionale Bilddaten eines Benutzers mit der gewünschten Brillenfassung in der individuellen Gebrauchsstellung erzeugt und für die Ermittlung der erforderlichen Parameter ausgewertet.
Um die erforderlichen Parameter für eine genaue Anpassung des herzustellenden Brillenglases möglichst genau ermitteln zu können, ist eine möglichst genaue Kenntnis der individuellen Position der Brillengläser bzw. des Fassungsrandes bzw. der Stützscheiben wünschenswert. Die Position des inneren Randes des Fassung bzw. des äußeren Randes der eingeschliffenen bzw. der herzustellenden Gläser bzw. Stützscheiben vor den Augen des Benutzers (Brillenträgers) muss zumindest an einigen relevanten oder markanten Punkten der Brillenfassung bestimmt werden. Hierzu existieren manuelle und (semi-)automatische Verfahren, mit deren Hilfe diese Position in den Bilddaten, welche mittels der genannten Videozentriersysteme erstellt wurden, ausgewählt und festgelegt werden. Solche markanten Punkte, welche einen direkten oder indirekten Rückschluss auf die Lage des herzustellenden Brillenglases erlauben, können beispielsweise markante Punkte der Brillenträger gewünschten Fassung sein, die er Brillenträger während der Erstellung der Bilddaten trägt. Insbesondere könnten hierfür Lichtreflexe am Fassungsrand herangezogen werden. Aber auch vorübergehend an der Brillenfassung angebrachte Markierungen (z. B. in Form von Messbügeln) könnten hierfür herangezogen werden.
Die manuelle Selektion des inneren Fassungsrandes in Aufnahmen von Videozentriersystemen ist auf Grund der Vielzahl der infrage kommenden Kanten und des teilweise komplexen Verlaufs relativ zeitaufwändig und unter gewissen Voraussetzungen auch nur mit begrenzter Genauigkeit durchführbar. Die automatisierte Erkennung ist aus ähnlichen Gründen sowie der Vielzahl von Fassungstypen (z. B. Bohrbrillen, Nylorbrillen, Vollrandfassungen aus Metall oder Kunststoff) oft ungenau, wenig stabil und fehleranfällig. Besonders schwierig ist erfahrungsgemäß die Erkennung bei Bohr- und Nylorbrillen in Bildaufnahmen von Videozentriersystemen, da hier die Außenkanten von transparenten Stützscheiben erkannt werden müssen.
Einen besonders effizienten Ansatz für eine möglichst präzise Auswertung der Form und Position des Randes des herzustellenden Brillenglases bzw. des Fassungsrandes aus den Bilddaten eines Videozentriersystems bietet beispielsweise DE 10 2009 004 383 A1 . Darin wird eine spezielle Kombination aus Beleuchtungseinrichtungen und Bilderfassungseinrichtungen (Kameras) vorgeschlagen. Diese erlaubt durch die Erzeugung bzw. Verstärkung spezieller Reflexe an der Brillenfassung während der Aufnahme im Videozentriersystem eine verbesserte automatische bzw. vereinfachte manuelle Selektion der Fassungsränder. Allerdings hängt die Zuverlässigkeit und Genauigkeit dieses Systems stark von den der Form und der Reflektivität der gewünschten Fassung ab. Vor allem wenn beispielsweise im Bereich einer Fassungsnut mehrere Reflexe gleichzeitig auftreten, kann dies die Genauigkeit der Bestimmung der Form und Position des herzustellenden Brillenglases und damit auch die Genauigkeit der Ermittlung der für die Anpassung des Brillenglases erforderlichen Parameter ungünstig beeinflussen.
In einem anderen Zusammenhang spielte die Nutzung von Bildaufnahmen eines Brillenträgers auch schon länger eine Rolle: US 2003/0090625 A1 beschreibt ein computer-gestütztes, interaktives Bestellsystem für Brillengläser, Dabei wird einem Benutzer zunächst über einen Bildschirm die Auswahl einer Brillenfassung aus vorgegebenen Fassungen ermöglicht. Außerdem wird ein Bild des Gesichts des Benutzers aufgenommen, um dann das Bild der ausgewählten Fassung dem Bild des Gesichts des Benutzers zu überlagern. Damit wird synthetisch ein Bild des Benutzers mit Brille simuliert. Einen vergleichbaren Ansatz der synthetischen Bilderzeugung allerdings in einer dreidimensionalen Darstellung betrifft auch die Druckschrift US 2003/0123026 A1 . Diese Systeme einer synthetischen Bilderzeugung erlauben es dem Brillenträger, einen Eindruck davon zu bekommen, ob die ausgewählte Brille stilistische zu ihm passt, ohne die Brille vor der Bestellung tatsächlich tragen zu müssen. Eine Verbesserung der optischen Anpassung der Brillengläser wird dadurch nicht erreicht.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Präzision der Anpassung eines herzustellenden Brillenglases zu verbessern, ohne den erforderlichen Aufwand bei der Bestimmung der erforderlichen individuellen Parameter für die Gebrauchsstellung wesentlich zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein Computerprogrammprodukt mit den in unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Somit bietet die Erfindung in einem Aspekt ein Verfahren zum Ermitteln von Benutzerdaten für die Herstellung eines Brillenglases zu einer ausgewählten Brillenfassung für einen Benutzer. Das Verfahren umfasst dabei ein Bereitstellen eines Tracerdatensatzes, welcher die Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases festlegt. Als Tracerdatensatz im Sinne dieser Beschreibung wird ein Datensatz verstanden, welcher den räumlichen Verlauf des äußeren Randes eines Brillenglases bzw. des Fassungsrandes losgelöst von Bilddaten eines Benutzers (Brillenträgers) festlegt. Herkömmlicherweise werden solche Daten verwendet, um Brillengläser zu randen, also in die gewünschte Fassung einzuschleifen. Sie werden daher herkömmlicherweise erst unmittelbar vor dem Randen des Brillenglases mittels eines Tracers erfasst, welcher insbesondere die gewünschte Fassung oder eine Stützscheibe beispielsweise mechanisch oder optisch abtastet. Der Tracerdatensatz umfasst für eine Vielzahl von Punkten entlang des Randes des herzustellenden Brillenglases Koordinaten, welche die Form des Randes, also die Form der Randlinie, mittels lokaler Positionskoordinaten und/oder Tangenten beschreiben.
Abweichend von der herkömmlichen Vorgehensweise werden erfindungsgemäß nun die Tracerdaten (Tracerdatensatz) bereits vor der Ermittlung der Position des herzustellenden Brillenglases bzw. der gewünschten Fassung in der Gebrauchsstellung vor den Augen des Brillenträgers ermittelt bzw. bereitgestellt. Sie werden allerdings weiterhin, wie beim herkömmlichen Randen unabhängig von weiteren Bilddaten eines Videozentriersystems, insbesondere unabhängig von den später noch beschriebenen Benutzerbilddaten ermittelt bzw. mittels eines Tracers gemessen. Vorzugsweise wird der Tracerdatensatz in einem Datenspeicher einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die spätere Verwendung zur Auswertung von Benutzerbilddaten hinterlegt. Alternativ oder zusätzlich steht der Tracer – anders als in herkömmlichen Systemen – vorzugsweise mit einem Videozentriersystem zur Übertragung des Tracerdatensatzes in Signalverbindung, so dass der Tracerdatensatz für die nachfolgende Auswertung individueller Parameter der Gebrauchsstellung für das herzustellende Brillenglas aus den Benutzerbilddaten herangezogen werden kann.
Außerdem umfasst das Verfahren ein Erfassen von Benutzerbilddaten zumindest eines Teilbereichs des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung. Es werden also Bilddaten eines Teilbereichs des Kopfes, insbesondere einschließlich der Augenpartie, des Benutzers zusammen mit der ausgewählten Brillenfassung in der individuellen Gebrauchsstellung erzeugt. Dieser Schritt kann analog zur Bilddatenerfassung in herkömmlichen Videozentriersystemen erfolgen. Vorzugsweise werden die Benutzerbilddaten mittels einer oder mehrerer Digitalkamera(s) erzeugt. Dabei wird dem Benutzer beispielsweise zumindest eine Blickrichtung und/oder zumindest eine Kopfhaltung und/oder eine Kopfposition vorgegeben, um einerseits mittels einer vorgegeben montierten Bilderfassungseinrichtung (Kamera) alle erforderlichen Gesichtspartien erfassen zu können und andererseits den Benutzer zu einer habituellen Kopfhaltung zu bewegen.
Nachdem im Allgemeinen aber weder die genau individuelle Kopfhaltung noch die individuelle Gebrauchsstellung der Brillenfassung bzw. der Brillengläser vor den Augen des Benutzers vorgeschrieben werden oder vorab bekannt sind, ist auch die Position und Lage der in den Benutzerbilddaten (z. B. eines Videozentriersystems) abgebildeten, gewünschten Brillenfassung vorab nicht (genau) bekannt. Sowohl die manuelle als auch die automatische Selektion des Glasrandes bzw. der Glasränder aus den Benutzerbilddaten nach der herkömmlichen Vorgehensweise birgt die eingangs erwähnten Schwächen eines hohen Aufwands bzw. eines teilweise nicht unbeträchtlichen Ungenauigkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren hingegen umfasst nun – anders als herkömmliche Verfahren – ein Ermitteln von Konturpunkten des Randes des herzustellenden Brillenglases in den Benutzerbilddaten anhand des Tracerdatensatzes, wobei die im Tracerdatensatz festgelegte Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases durch computer-gestützte Bilderkennung als Bildelement in den Benutzerbilddaten gesucht wird. Es werden also diejenigen Bildpunkte der Benutzerbilddaten als Konturpunkte ermittelt, die zusammen eine geometrische Form beschreiben, welche durch Translation und/oder Rotation und/oder Skalierung und/oder Projektion (z. B. Parallelprojektion oder projektive Translation) aus der im Tracerdatensatz festgelegten Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases hervorgeht, und die sich in ihrer Gesamtheit in Kontrast und/oder Farbe von ihrer Umgebung abheben. Dies erfolgt durch eine computer-gestützte Bilderkennung. Dabei wird insbesondere durch eine Mustersuche (pattern matching) oder ein template matching in den Benutzerbilddaten die Form des Fassungsrandes oder einer Stützscheibe als Bildelement gesucht, wobei der Tracerdatensatz das zu suchende Muster bzw. template beschreibt.
Anders als in herkömmlichen Verfahren ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise keine freie Suche nach relevanten Punkten oder einer Konturlinie eines Brillenglasrandes oder eines (inneren) Brillenfassungsrandes mit a priori unbekannter Form erforderlich, die je nach Kontrast der Benutzerbilddaten im Einzelfall durchaus fehlerhaft und/oder unvollständig sein kann. Stattdessen wird die aus dem Tracerdatensatz bereits genau bekannte Form des herzustellenden Brillenglases herangezogen, um in den Benutzerbilddaten nach Bildstrukturen zu suchen, die – bis auf entsprechende Transformationen (z. B. Translation, Rotation) – dieser bekannten Form entsprechen. Damit können durch die Verwendung des Tracerdatensatzes sehr zuverlässig und präzise sogar Lücken in dem in den Benutzerbilddaten erkennbaren Randverlaufs des Brillenglases bzw. der Fassung, welche aufgrund lokal geringen Kontrasts in den Benutzerbilddaten auftreten, überbrückt werden. Außerdem wird durch die vorherige Bereitstellung des Tracerdatensatzes, welcher die genaue Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases festlegt, eine höhere Genauigkeit bei der Bestimmung der exakten Position des herzustellenden Brillenglases erreicht, da beispielsweise irreführende Reflexe des Fassungsrandes z. B. aufgrund der Ausprägung der Nut mit nahe beieinander liegende Kanten zuverlässiger erkannt und ausgemustert werden können.
Die vorliegende Erfindung verbessert damit die Sicherheit und die Genauigkeit bei der insbesondere automatisierten Selektion im Vergleich zu den bekannten Verfahren – auch unter ungünstigen Bedingungen. Auch für bestimmte Anwendungen bei der Farb- oder Veredelungsberatung im Bild der Fassungsberatung, Erfassen der Form zur Mittendickenminimierung oder der Bestimmung der Position zusätzlicher Elemente wie Insets oder sichtbaren Markenzeichen bietet die Erfindung durch die sehr genaue Bestimmung der vollständigen Form und Lage des Brillenglasrandes in den Benutzerbilddaten einen wesentlichen Vorteil.
Die Erfinder erkannten, dass die erfindungsgemäße Vorgehensweise durch das Heranziehen des vorgeschlagenen Tracerdatensatzes beim Ermitteln des Brillenglasrandes in den Benutzerbilddaten nicht nur zu einer wesentlichen Verbesserung der Präzision und Zuverlässigkeit führt, sondern andererseits für den Optiker in aller Regel auch keinen besonderen zusätzlichen Aufwand, sondern gegebenenfalls lediglich eine Umstellung seines Arbeitsablaufs bedeutet, da der Tracerdatensatz auch für das Einschleifen des Brillenglases herangezogen werden kann und somit hierfür keine eigene Messung mehr erfolgen muss. Vorzugsweise umfasst das Verfahren somit insbesondere nach dem Fertigen der optischen Flächen des Brillenglases ein Schleifen des Randes des Brillenglases, also ein Randen des Brillenglases, gemäß dem Tracerdatensatz.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren außerdem ein Ermitteln zumindest eines ausgezeichneten Punktes eines Auges des Benutzers aus den Benutzerbilddaten und ein Ermitteln von individuellen Parameter der Gebrauchsstellung aus der Lage der ermittelten Konturpunkte relativ zu dem zumindest einen ausgezeichneten Punkt. Es wird damit in besonders präziser und zuverlässiger Weise die Position des Brillenglases relativ zum Kopf des Benutzers, insbesondere relativ zum entsprechenden Auge, vorzugsweise relativ zur Pupille oder der Kornea bestimmt. Da durch die erfindungsgemäße Ermittlung der Konturpunkte die Gebrauchsstellung sehr viel genauer ausgewertet werden kann, wirkt sich dies auch auf die Präzision der optischen Anpassung des herzustellenden Brillenglases positiv aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der zumindest eine ausgezeichnete Punkt zumindest einen der folgenden Punkte: die Pupillenmitte, den Hornhautscheitel, zumindest einen optisch ausgezeichneten Punkt der Iris, zumindest einen optisch ausgezeichneten Punkt der Lederhaut. Die individuellen Parameter, welcher aus der Lage der ermittelten Konturpunkte des Brillenglasrandes relativ zu dem zumindest einen ausgezeichneten Punkt ermittelt werden umfassen vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Parameter:

– Position eines oder beider Brillengläser im dreidimensionalen Raum, insbesondere relativ zu dem Kopf und/oder relativ zu dem entsprechenden Auge und/oder relativ zu der entsprechenden Pupille des Benutzers, insbesondere bei einer vorgegebenen Blickausrichtung (z. B. Nullblickrichtung);
– Hornhaut-Scheitelabstand, insbesondere nach Bezugspunktforderung und/oder nach Augendrehpunktforderung;
– monokularer Zentrierpunktabstand;
– Zentrierpunktkoordinaten;
– Dezentration des Zentrierpunkts;
– Brillenglasvorneigung;
– Einschleifhöhe.

Alternativ oder zusätzlich werden aus den Benutzerbilddaten vorzugsweise auch weitere Parameter der Gebrauchsstellung ermittelt, welche insbesondere nicht von dem zumindest einen ausgezeichneten Punkt abhängen. Diese weiteren Parameter umfassen vorzugsweise einen oder mehrere der folgenden Parameter:

– Scheibenabstand;
– Scheibenmittenabstand;
– Fassungsscheibenwinkel.

Alternativ können diese weiteren Parameter auch bereits durch den Tracerdatensatz festgelegt sein. Dies ist insbesondere dann gegeben, wenn der Tracerdatensatz nicht nur den Randverlauf eines Brillenglases der gewünschten Brille festlegt, sondern den Randverlauf beiden Gläser sowie deren relative Lage zueinander.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren außerdem ein Optimieren des Brillenglases für die ermittelte Gebrauchsstellung. Dabei wird eine computer-gestützte Berechnung der optischen Flächen (bzw. zumindest einer der optischen Fläche, also Vorder- und/oder Rückfläche) des herzustellenden Brillenglases durchgeführt. Dies kann in an sich bekannter Weise mit herkömmlichen Optimierungsalgorithmen beispielsweise auf Basis von Ray-Tracing- und/oder Wavefront-Tracing-Verfahren in iterativer Weise unter Minimierung einer Zielfunktion erfolgen. Daher muss hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen werden. Allerdings erfolgt die Optimierung des Brillenglases oder der Brillengläser jetzt auf Basis der Gebrauchsstellung, die mittels der vorliegenden Erfindung sehr viel präziser und zuverlässiger ermittelt werden kann. Dies wirkt sich somit auch vorteilhaft auf die Genauigkeit des Optimierungsprozesses, also die Genauigkeit der Anpassung an den Benutzer aus.
Außerdem umfasst das Verfahren vorzugsweise ein Fertigen der optischen Flächen des optimierten Brillenglases. Insbesondere wird die zumindest eine optimierte Brillenglasfläche (Vorder- und/oder Rückfläche) insbesondere durch Schleifen in die im Optimierungsschritt ermittelte Form gebracht. Auch für diesen Schritt kann auf an sich bekannte Fertigungsverfahren zurückgegriffen werden, weshalb hierauf nicht näher eingegangen werden muss.
Vorzugsweise wird des so optimierte Brillenglas gemäß dem Tracerdatensatz in die ausgewählte Fassung eingeschliffen, also gerandet. Das Verfahren umfasst also vorzugsweise ein Schleifen des Randes des Brillenglases gemäß dem Tracerdatensatz. Damit betrifft die Erfindung in diesem Aspekt ein Verfahren zur Herstellung eines Brillenglases. Herkömmlich werden Brillengläser in der Regel als rohrunde Gläser, also mit kreisrundem Umfang, oder mit einer der endgültigen Fassungsform angenäherten Form gefertigt, d. h. die optischen Flächen werden optimiert und hergestellt bevor das Brillenglas die endgültige Randform für die Einpassung in die gewünschte Fassung erhält. In diesem Fall wird das „rohe”, insbesondere rohrunde Brillenglas beispielsweise vom Brillenglashersteller zum Optiker übermittelt, der das Glas anschließend randet. Zumindest soweit das Randen automatisch erfolgt, wird zuvor die innere Randform der Fassung bzw. die Randform der Stützscheibe insbesondere mittels eines Tracers z. B. optisch oder mechanisch vermessen. Die gemessenen Werte dienen dann zum Einschleifen des Brillenglases in die Fassung, also zum Randen des Brillenglases.
Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist es allerdings nunmehr möglich, für das Schleifen des Randes des Brillenglases, also für das Randen des Brillenglases, auf den bereits zuvor herangezogenen Tracerdatensatz zurückzugreifen. Es ist somit kein eigenes Vermessen der Randform für das Randen mehr erforderlich.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es nicht notwendig, dass das Brillenglas individuell optimiert und gefertigt wird. Vielmehr kann auf Basis der verbesserten Ermittlung der Gebrauchsstellung auf in genauer angepasster Weise auf vorgefertigte Brillengläser zurückgegriffen werden. In diesem Fall wird insbesondere auf Basis der individuell ermittelten Gebrauchsstellung ein geeignetes, nicht gerandetes Brillenglas für den Benutzer und die gewählte Fassung bereitgestellt, indem es beispielsweise aus einem vorgefertigten Satz von Brillengläsern entsprechend der ermittelten Gebrauchsstellung ausgewählt wird. Dieses Glas wird anschließend vorzugsweise analog zum individuell optimierten Brillenglas gemäß dem Tracerdatensatz gerandet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Erfassen von Benutzerbilddaten:

– Erfassen eines ersten Bilddatensatzes, welcher zumindest einen Teilbereich des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung in einer ersten Aufnahmerichtung; und
– Erfassen eines zweiten Bilddatensatzes, welcher zumindest einen Teilbereich des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung in einer zweiten, von der ersten verschiedenen Aufnahmerichtung.

Besonders bevorzugt umfasst das Ermitteln von individuellen Parametern der Gebrauchsstellung:

– Ermitteln einer dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des Auges anhand des ersten und zweiten Bilddatensatzes umfasst; und
– Ermitteln von dreidimensionalen Positionen der Konturpunkte des Randes des zu fertigenden Brillenglases anhand des ersten und zweiten Bilddatensatzes umfasst.

Es werden also vorzugsweise Bilddaten zumindest von Teilbereichen des Kopfes des Benutzers erfasst bzw. erzeugt, welche jeweils zumindest einen ausgezeichneten Punkt eines Auges des Benutzers umfassen. Insbesondere werden zumindest erste und zweite Bilddaten beispielsweise mittels einer ersten bzw. einer zweiten Bilderfassungseinrichtung aus verschiedenen Aufnahmerichtungen erfasst. Aus den zumindest zwei Bilddaten lässt sich eine dreidimensionale Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes bestimmen. In entsprechender Weise wird vorzugsweise für jeden Konturpunkt des Randes des zu fertigenden Brillenglases anhand der beiden Bilddatensätze der Benutzerbilddaten die dreidimensionale Position ermittelt. Dabei können die zumindest zwei Bilddatensätze mittels zweier Bilderfassungseinrichtungen (z. B. Kameras) insbesondere gleichzeitig, oder aber auch mittels einer einzigen Bilderfassungseinrichtung bei unterschiedlicher Kopfhaltung bzw. Blickrichtung nacheinander erfasst werden.
Vorzugsweise umfassen somit die erfassten Benutzerbilddaten einen ersten Bilddatensatz, welcher zumindest einen Teilbereich des Kopfes in einer ersten Aufnahmerichtung darstellt, und einen zweiten Bilddatensatz, welcher einen Teilbereich des Kopfes in einer zweiten Aufnahmerichtung darstellt. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Ermitteln von Konturpunkten des Randes des zu fertigenden Brillenglases für jeden Bilddatensatz der Benutzerbilddaten, also für jede Aufnahmerichtung (Perspektive) separat. Nachdem aber für beide Bilddatensätze derselbe Tracerdatensatz (insbesondere als zu suchendes Muster bzw. template) herangezogen wird, ist mit den separat ermittelten Konturpunkten in den einzelnen Bilddatensätzen über den jeweils korrespondierenden Datenpunkt des Tracerdatensatzes auch deren Zuordnung zueinander automatisch festgelegt, so dass direkt eine Bestimmung der dreidimensionalen Position erfolgen kann.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die relative Position und Aufnahmerichtung der ersten und zweiten Bilderfassungseinrichtung bekannt und die ersten und zweiten Bilddätensätze werden vorzugsweise gleichzeitig erzeugt. Damit sich auch die beiden Transformationen des Tracerdatensatzes für die Suche in den beiden Bilddatensätzen relativ zueinander bekannt. Die in einem solchen Stereokamerasystem inhärent vorhandenen Informationen lassen sich also vorzugsweise dazu verwenden, um die Suche schneller und sicherer zu machen.
Während in einer Ausführungsform die dreidimensionale Position sämtlicher ermittelter Konturpunkte bestimmt werden kann, werden in einer anderen bevorzugten Ausführungsform Referenzpunkte, für das Brillenglas, welche insbesondere von den Konturpunkten umfasst sind oder sich aus den Konturpunkten eindeutig ableiten lassen, (semi-)automatisch und/oder manuell ausgewählt, deren dreidimensionale Position bestimmt wird. Für das ermitteln individueller Parameter ist es nämlich zumindest teilweise nicht erforderlich, die dreidimensionale Position des gesamten Randverlaufs explizit auszuwerten. Vielmehr ist die relative Position des Brillenglases zum entsprechenden Auge ebenso wie die relative Position der beiden Gläser zueinander bereits durch wenige Koordinaten (auf Basis der Referenzpunkte) eindeutig beschrieben.
So wird durch die Berücksichtigung einerseits des gesamten Randverlaufs aus dem Tracerdatensatz bei der Ermittlung der Konturpunkte die Genauigkeit der Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung erhöht, während durch die anschließende Auswahl weniger Referenzpunkte, welche bereits eine eindeutige Bestimmung der (relativen) Position/Lage des Brillenglases bzw. der Brillengläser erlauben, der Rechenaufwand bei der Auswertung der individuellen Gebrauchsstellung gering gehalten wird.
Vorzugsweise legt der bereitgestellte Tracerdatensatz die Form des Verlauf des Randes des herzustellenden Brillenglases dreidimensional fest. Dies führt gegenüber beispielsweise einer rein zweidimensionalen Darstellung bzw. Festlegung der Randform vor allem bei stark gekrümmten Fassungsscheiben zu einer Verbesserung der Genauigkeit.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform legt der bereitgestellte Tracerdatensatz den Verlauf der Ränder beider Brillengläser der ausgewählten Brillenfassung sowie deren relative Lage zueinander (insbesondere dreidimensional) fest, wobei das Verfahren ein Ermitteln der Ränder beider Brillengläser der ausgewählten Brillenfassung in den Benutzerbilddaten anhand des Tracerdatensatzes umfasst. In diesem Fall wird anders als bei herkömmlichen Tracerdaten nicht der Verlauf jedes Brillenglas einer Brille einzeln ermittelt, sondern der erfindungsgemäße Tracerdatensatz legt vorzugsweise auch noch die relative Position und/oder Orientierung der beiden zu fertigenden Gläser der gewünschten Brillenfassung zueinander fest. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn die gewünschte Brille einen großen Fassungsscheibenwinkel aufweist. Aber auch bei einem kleinen Fassungsscheibenwinkel wird durch die ein Anpassen bzw. eine Mustersuche auf Basis der Kombination beider Brillengläser die Präzision in der Lage der ermittelten Konturpunkte weiter erhöht.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren außerdem ein Anzeigen der Benutzerbilddaten zusammen mit den ermittelten Konturpunkten beispielsweise über einen Bildschirm ähnlich einem aus herkömmlichen Videozentriersystemen bekannten Bildschirm. Damit kann einerseits ein Anwender die ermittelten Konturpunkte kontrollieren. Andererseits ist damit auch eine Fassungsberatung für den Brillenträger möglich.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Ermitteln von Benutzerdaten für die Herstellung eines Brillenglases zu einer ausgewählten Brillenfassung für einen Benutzer. Die Vorrichtung umfasst einen Datenspeicher mit einem Tracerdatensatzes, welcher die Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases festlegt. Außerdem umfasst die Vorrichtung eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen von Benutzerbilddaten zumindest eines Teilbereichs des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung. Schließlich umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln von Konturpunkten des Randes des zu fertigenden Brillenglases in den Benutzerbilddaten anhand des Tracerdatensatzes. Für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind die obigen ebenso wie die nachfolgenden Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren in analoger Weise zu verstehen.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung außerdem eine Bildanzeigeeinrichtung zum Ausgeben der Benutzerbilddaten zusammen mit den ermittelten Konturpunkten an den Benutzer umfasst. Damit kann einerseits ein Anwender die ermittelten Konturpunkte kontrollieren. Andererseits ist damit auch eine Fassungsberatung für den Brillenträger möglich.
Außerdem umfasst die Vorrichtung vorzugsweise eine Tracereinrichtung (also einen Tracer), welche ausgelegt ist zum

– Messen der Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases, insbesondere an der ausgewählten Brillenfassung; und
– Abspeichern der gemessenen Form als Tracerdatensatz im Datenspeicher.

Neben entsprechenden Verfahren zum Ermitteln von Benutzerdaten für die Herstellung eines Brillenglases zu einer ausgewählten Brillenfassung für einen Benutzer, insbesondere unter Einbeziehung einer oder mehrerer der als funktionale Abläufe in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen implementierten entsprechenden Verfahrensschritten bietet die Erfindung auch ein Computerprogrammprodukt, insbesondere in Form eines Speichermediums oder einer Signalfolge, umfassend computerlesbare Anweisungen, welche, wenn geladen in einen Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer, bewirken, dass der Computer ein Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, insbesondere in einer bevorzugten Ausführungsform durchführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beispielhaft beschrieben. Dabei zeigt:
1: eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.
Gemäß der in 1 veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Verfahren ein Bereitstellen eine Tracerdatensatzes (12), welcher die Form des Verlaufs des Randes zumindest einen herzustellenden Brillenglases für eine ausgewählte Brillenfassung festlegt. Der Verlauf des Randes des Brillenglases entspricht dabei im Wesentlichen dem inneren Fassungsrand der ausgewählten Brillenfassung. Bei randlosen Fassungen wird unter dem inneren Fassungsrand der Rand der Stützscheiben bzw. der später zu integrierenden Gläser verstanden. Für Bohr- und Nylorbrillen gilt dies sinngemäß. Der Tracerdatensatz gibt die Randform der späteren Gläser (bei Bohr- und Nylorbrillen also auch der Stützscheiben) und damit den geometrischen Verlauf des inneren Fassungsrandes (bei Nylor- und Vollrandfassungen) wieder. Besonders sinnvoll ist bei der Fassungsranderkennung für die Videozentrierung dabei, die Kante einer Fassung bzw. einer Stützscheibe zu wählen, auf die die Zentrierdaten für den späteren Prozessschritte bis hin zum Einschliefen referenziert werden.
Die Informationen über die Fassung (Daten im Tracerdatensatz) können zwei- oder dreidimensional vorliegen. In vielen Fällen kann mit zweidimensionalen Daten gearbeitet. Dabei handelt es sich vorzugsweise um eine Projektion der tatsächlichen Scheibenform in eine Ebene. Für eine möglichst stabile und genaue spätere Erkennung der Konturpunkte oder Konturlinie des Glasrandes aus Bildern des Benutzer ist es vorteilhaft, wenn die tatsächliche Scheibenform im Tracerdatensatz durch die Daten in allen drei Raumrichtungen wiedergegeben wird. Dies gilt insbesondere für Fassungen mit hohen Fassungsscheibenwinkeln, da hier die Projektionen der Fassung in die Bildebene einer Bilderfassungseinrichtung stark von der jeweiligen Perspektive abhängen können.
Die Darstellung des Brillenglasrandes im Tracerdatensatz kann diskret, durch einzelne Punkte an bestimmten Stützstellen, welche z. B. aus einer Messung mittels eines Tracers gewonnen wurden, oder analytisch erfolgen. Im einfachsten Fall werden zweidimensionale Daten als Einzelpunkte angegeben. Dies kann als Menge von Punkten in einem kartesischem Koordinatensystem (x, y) oder einem polarem Koordinatensystem (φ, r) geschehen. Im dreidimensionalen Fall können ebenfalls kartesische Koordinaten (x, y, z) oder Kugelkoordinaten (φ, r, ϑ) sowie Zylinderkoordinaten (φ, r, h) verwendet werden. Die Punkte können dabei auf dem Umfang der Kontur oder in Bezug auf die Winkelkoordinate φ äquidistant verteilt sein. Ferner können die Punkte in Bereichen mit kleinen Krümmungsradien dichter liegen. Zusätzlich können in jedem Punkt auch die Richtungen von Tangenten bzw. Tangentialebenen angegeben werden.
Unter einer analytischen Beschreibung wird ein funktionaler Zusammenhang verstanden, der es erlaubt den Verlauf der Form in jedem gewünschten Punkt mit beliebiger Genauigkeit anzugeben. Dies kann in Abhängigkeit einer Koordinate wie beispielsweise r = f(φ) bzw. (r, h) = f(φ) oder eines laufenden Parameters wie beispielsweise (r, φ) = f(l) bzw. (r, φ, h) = f(l) mit l = 0 ... 1 geschehen. Eine entsprechende Funktion kann auch abschnittsweise definiert werden. Ein Beispiel für eine derart abschnittsweise Beschreibung stellt die Angabe von Splines dar.
Alternativ oder zusätzlich zum Kantenverlauf können auch Bilddaten der relevanten Bereiche der Fassung herangezogen werden. Dabei kann es sich um ein oder mehrere lokale Ausschnitte oder eine Gesamtansicht handeln. Um die Daten für die Auswertung besser nutzen zu können, werden vorzugsweise für jeden lokalen Ausschnitt für mindestens einen Punkt des darin enthaltenen Bereichs der relevanten Kante dessen Position im Koordinatensystem der Bilddaten bereitgestellt, also angegeben. Unter dem Begriff Tracerdatensatz werden im Folgenden neben dem Kantenverlauf somit vorzugsweise auch derartige Erweiterungen verstanden.
Die Tracerdaten können individuell für eine ausgewählte Brillenfassung, also insbesondere nach der Auswahl der Brillenfassung durch den Benutzer beispielsweise vom Optiker bestimmt, insbesondere gemessen, oder generisch erzeugt werden.
Unter individuellen Daten werden dabei vorzugsweise Daten verstanden, die für die jeweilige, in den konkreten Aufnahmen zu detektierenden Fassungen individuell ermittelt werden. Derartige Daten bieten den Vorteil, dass sie auf Grund der individuellen Ermittlung die tatsächliche Form des zu erfassenden Exemplars der Fassung wiedergeben. Idealerweise erfolgt die Erfassung des später zu detektierenden Exemplars nach einer Anpassung für den Benutzer (Brillenträger, so dass anpassungsbedingte Veränderungen der Fassungsform miterfasst werden. Die Erfassung kann dabei beispielsweise taktil („klassischer Tracer”) oder optisch erfolgen. Bei der optischen Erfassung können auch Musterprojektionen und/oder Stereokamerasysteme verwendet werden. Je nach Erfassungsweg können dabei Daten mit den in den oben beschriebenen Inhalten erzeugt werden. Die zur Erfassung verwendete optische bzw. mechanische Einheit (z. B. Tracer) kann in einer bevorzugten Ausführungsform baulich in ein Videozentriersystem integriert werden, welches weitere, nachfolgend noch beschriebenen Auswertungen vornimmt.
Unter generischen Daten werden insbesondere Daten verstanden, die für ein Fassungsmodell – unabhängig vom dem zu detektierenden Exemplar – erzeugt werden. Diese können insbesondere bereits vom Hersteller des Fassungsmodells erzeugt und dem Optiker zur Verfügung gestellt werden. Vorteil dieser Variante ist der geringere Aufwand für den Optiker während des Beratungs-, Vermessungs- und Bestellprozesses. Die Daten können dabei direkt aus den Konstruktionsdaten der Fassung generiert, zentral an einem Exemplar der Fassung erfasst oder lokal durch den Optiker einmal an einem Exemplar ermittelt werden. Auch hier kann die zur erwähnten lokalen Erfassung notwendige optische bzw. mechanische Einheit in einer bevorzugten Ausführungsform baulich in das Videozentriersystem integriert sein.
Außerdem umfasst das Verfahren gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform ein Erfassen von Benutzerbilddaten (14) zumindest eines Teilbereichs des Kopfes des Benutzers, insbesondere einer Augenpartie, zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung. Dieser Vorgang kann analog zur Bilderfassung in bekannten Videozentriersystemen erfolgen. Dabei wird der Benutzer aufgefordert, die ausgewählte Brillenfassung in der gewünschten Gebrauchsstellung zu tragen und damit beispielsweise eine bestimmte Sehaufgabe zu erfüllen. Das heißt, er wird gebeten sich insbesondere in eine bestimmte Position vor eine Kamera zu begeben und gegebenenfalls in eine bestimmte Richtung zu blicken. Mittels der zumindest einen Kamera werden dann die Benutzerbilddaten erzeugt. Diese stellen zumindest eine für die Anpassung des Brillenglases bzw. der Brillengläser relevante Gesichtspartie (insbesondere eine Augenpartie) zusammen mit der getragenen Brillenfassung dar. Vorzugsweise stellen die Benutzerbilddaten im Wesentlichen das gesamte Gesicht dar und werden auch für eine Fassungs- und Gläserberatung herangezogen, wie sie in bekannten Videozentriersystems ebenfalls bereits durchgeführt wird.
In einem nächsten Schritt (16) sucht das Verfahren nun in den Benutzerbilddaten nach Bildelementen, die dem im Tracerdatensatz festgelegten Gläserrand entsprechen. Die Suche kann entweder per Bildverarbeitung in Bilddaten erfolgen oder – abstrakter – in einem Datensatz, in dem die relevanten Daten extrahiert und aufbereitet vorliegen. Hilfreiche Beschreibungen einiger im Folgenden erwähnten Suchalgorithmen, der Grundlagen des Pattern-(bzw. Template)matchings sowie der Definition geeigneter Zielfunktionen linden sich beispielsweise in Lehrbüchern der Künstlichen Intelligenz wie S. Russel und P. Norvig: „Artificial intelligence: A Modern Approach”, Prentice Hall, 3. Auflage (2009) und der Bildverarbeitung wie C. Steger et al.: „Machine Vision Algorithms and Applications”, Wiley-VCG (2008).
Im einfachsten Fall wird der – gegebenenfalls erweiterte – Tracerdatensatz in den Bilddaten nach den Prinzipien des Pattern-(bzw. Template)matchings gesucht. Dazu können während der Suche sowohl die zu suchenden Daten (als auch in speziellen Fällen die Bilddaten) Transformationen unterzogen werden. Auf Grund der Abbildung des dreidimensionalen Raums in die Bilddatenebene werden dazu vorteilhafterweise affine Transformationen wie Translation, Rotation, Skalierung, Reflexion und Scherung sowie Parallelprojektionen und (nichtaffine) projektive Translationen wie die Zentralprojektion in der aus der Literatur bekannten Weise eingesetzt. Die Parameter dieser Transformationen werden systematisch variiert und das derart transformierte Pattern (bzw. Template) wiederholt über den Suchraum gelegt. Damit wird die Übereinstimmung zwischen Pattern (bzw. Template) und Ausschnitt aus dem Suchraum gemäß einer Zielfunktion berechnet.
Als erfolgreiches Ergebnis der Suche gilt dabei die Position (d. h. der Parametersatz für die affine bzw. projektive Transformation) mit dem höchsten Wert, wenn dieser oberhalb einer gegeben Schwelle liegt. Naturgemäß können die aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz bekannten Verfahren eingesetzt werden. Beispiele hierfür wären heuristische Algorithmen, optimierende Verfahren, genetische Algorithmen und die simulierte Abkühlung (simulated annealing).
Um den Suchvorgang schneller bzw. stabiler zu gestalten, können die Bilddaten vor der Suche aufbereitet werden. Darunter fallen die typischen Operationen der Bildverarbeitung wie die Anpassung von Kontrast und Helligkeit, Farbraumtransformationen, die Verwendung angepasster Farbräume, die Einschränkung auf einzelne Farbkanäle und ähnliches. Aber auch komplexere Operationen wie das Schärfen, die Anwendung von Filtern und die Extraktion von Kanten gehören zu dieser Kategorie, solange es sich bei den Ergebnissen wiederum um Bilddaten im weitesten Sinn handelt.
Um Rechenzeit zu sparen, kann die Suche auch nacheinander in unterschiedlich aufbereiteten Suchräumen stattfinden. So kann in einem ersten gröber gerasterten Suchraum die ungefähre Position des Fassungsrandes (d. h. Parameter der oben genannten Transformation) ermittelt werden. In dessen Umgebung kann dann in einem feiner aufgelösten Suchraum die exakte Position bestimmt werden.
Unter abgeleiteten Daten bzw. Bilddaten wird ein Datensatz verstanden, in dem die relevanten Daten extrahiert und aufbereitet vorliegen. Ein Beispiel hierfür ist die Angabe von Kanten. Diese werden dabei per Bildverarbeitung extrahiert und dann durch die Angabe ihrer Koordinaten – insbesondere analog zur Angabe des Tracerdatensatzes, wie oben beschrieben – abgespeichert. Dies führt im einfachsten Fall zur Modellierung der Kante durch eine Punktwolke und die Angabe der einzelnen Koordinaten.
Bevorzugt wird eine analytische Angabe, bei der aus der Punktwolke einzelne Elemente (z. B. gerade Strecken, Radien oder Splines) extrahiert und in abstrakterer Beschreibung (z. B. Anfangspunkte, Stützpunkte, Längen, Radien, Richtungen, Tangenten, Tangentialebenen, einschließende Ebenen, Normalen, Koeffizienten von Funktionszusammenhängen) abgespeichert werden.
Im einfachsten Fall verläuft die Suche auf Basis der abgeleiteten Daten analog zu einem der oben beschriebenen Suchverfahren (z. B. Pattern-(bzw. Template)matching) für die direkten Bilddaten. Die optimale Position der Tracerdaten (Tracerdatensatz) in den abgeleiteten Daten (Benutzerbilddaten) (d. h. der Parametersatz für die Transformationen) wird durch entsprechende Suchstrategien zur Optimierung der Zielfunktion bei Variation der Parameter der Transformationen bestimmt. Von dem oben beschriebenen Vorgehen bei den direkten Bilddaten unterscheidet sich bei den abgeleiteten Daten aber die Bestimmung der Zielfunktion für die jeweils betrachtete Position der Tracerdaten (d. h. für einen konkreten Parametersatz). Sie wird vorzugsweise nicht wie oben beschrieben nach den Prinzipien des Pattern-(bzw. Template)matching bestimmt sondern wie im Folgenden beschrieben berechnet.
Für die Auswertung der Zielfunktion werden zuerst die für die gegebene Lage der transformierten Tracerdaten relevanten Elemente der aufbereiteten Daten ausgewählt. Dies kann beispielsweise durch die Bestimmung eines Abstandes und die Wahl der zu den Tracerdaten jeweils nächstliegenden Elemente geschehen. Anschließend wird aus der Lage der transformierten Tracerdaten sowie der ausgewählten Elemente der aufbereiteten Daten eine Zielfunktion berechnen. Diese besteht im einfachsten Fall aus der Summe bzw. dem integral der geometrischen Abstände über die vollständige Kontur. (In diesem Fall muss die Zielfunktion offensichtlich minimiert werden.) Besagte Abstände können entweder punktweise oder für jedes Element analytisch berechnet und dann über die gesamten Tracerdaten aufsummiert werden. Selbstverständlich sind auch weitere Metriken und Berechnungsmethoden verwendbar.
Die Verwendung analytischer Daten hat dabei den prinzipiellen Vorteil, dass während der Suche einzelne oder ein ganzer Satz Parameter auch analytisch bestimmt werden kann, ohne dass eine Suche mit Variation von Parametern und Maximierung der Zielfunktion notwendig ist. Wird z. B. während eines Schritts der Suche ein übereinstimmender Punkt eines Elements gefunden, kann die Lage des Elements (d. h. die Parameter der entsprechenden Transformationen) aus der analytischen Beschreibung des Elements direkt berechnet werden. Ein Beispiel hierfür wäre die Berechnung von Rotationsachsen und Winkeln bei der gefunden Zuordnung eines Endpunktes.
Vorzugsweise wird auch der Umgang mit fehlenden Elementen bei der Bestimmung der Zielfunktion berücksichtigt. Durch eine geeignete Bewertung dieser Abschnitte können zweierlei Fehler verhindert werden: Der erste Fehler besteht darin, dass der Algorithmus (offensichtlich falsche) Positionen für die Tracerdaten. bevorzugt, bei denen ein Punkt übereinstimmt, in dessen Nähe aber keine anderen Elemente vorhanden sind. Der gegenteilige Fehler tritt auf, wenn falsche Elemente in der Umgebung der Lücke richtiger Elemente die Position der Tracerdaten in ihre Richtung „ziehen”, um so die Lücke unter Vergrößerung des Abstandes von den anderen Elementen aufzufüllen. Diese Gefahr besteht insbesondere, wenn die Bilddaten auf Grund der Ausprägung der Nut viele nahe beieinander liegende Kanten aufweisen. Im einfachsten Fall wird ein fester Wert für den Abstand definiert. Dieser kann beispielsweise der maximalen Entfernung bei der Auswahl der Elemente entsprechen.
Weniger empfindlich auf kleinere Ausfälle ist ein Verfahren, bei dem die Bewertung mit der Länge des fehlenden Stücks überproportional zunimmt. Im Ergebnis können fehlende Stücke in den abgeleiteten Daten dann leicht durch die Tracerdaten überbrückt werden, da diese vollständig vorliegen.
Bei Stereokamerasystemen besteht prinzipiell die Möglichkeit, beide Kameras unabhängig voneinander zu betrachten und den Fassungsrand in den Bild- bzw. abgeleiteten Daten jeder Kamera unabhängig voneinander individuell zu suchen. Die in einem Stereokamerasystem inhärent vorhandenen Informationen lassen sich darüber hinaus vorzugsweise dazu verwenden, um die Suche schneller und sicherer zu machen.
Da die Abbildungseigenschaften der einzelnen Kameras sowie ihre Anordnung zueinander (d. h. intrinsische und extrinsische Parameter) bekannt sind, kann aus der Position des Musters im dreidimensionalen Raum die affine bzw. projektive Abbildung in den Bilddatensatz beider Kameras berechnet werden. Entsprechend ist es vorteilhaft, für die Suche, nicht die Parameter der abbildenden Funktionen zu Grunde zu legen, sondern das Muster durch den Raum (jeweils drei translatorische und rotatorische Koordinaten sowie gegebenenfalls ein Parameter zur Anpassung der absoluten Größe) zu verschieben und die aus den jeweiligen Positionen resultierenden Abbildungen des Musters mit den jeweiligen Bilddatensätzen der jeweiligen Kamera zu vergleichen.
Dazu kann auch eine gemeinsame Zielfunktion definiert werden, die die Übereinstimmung des Musters mit beiden Bildern wiedergibt. Um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass die Qualität der Bilder unterschiedlich sein kann (auch abhängig vom Ort bzw. der Perspektive) können Gewichtungsfaktoren verwendet werden.
Bei der Suche in abgeleiteten Daten kann – wie bereits oben beschrieben – für jede Kamera ein Datensatz abgeleitet werden. Das Modell kann dann in diesem ebenfalls gemäß dem oben beschriebenen Vorgehen gesucht werden, allerdings diesmal kombiniert mit dem beschriebenen Verfahren zur Verwendung der bekannten Kameraparameter (soweit vorhanden) und dreidimensionalen Daten.
Vorteilhafter ist es auch, aus den Daten der einzelnen Kameras einen dreidimensionalen Datensatz zu generieren, in dem die einzelnen Elemente (z. B. Punkte, Strecken, Radien, Splines) aus beiden Kameras einander zugeordnet und zu dreidimensionalen Objekten im dreidimensionalen Raum verknüpft werden. Dabei kann das oben beschriebene Verfahren (z. B. Berechnung von Rotationsachsen und Winkeln sowie Translationsvektoren) direkt vom zweidimensionalen auf den dreidimensionalen Raum übertragen werden. Geeignete Parameter sind auch wieder die jeweils drei translatorischen und rotatorischen Parameter so wie – falls erforderlich – ein Parameter zur Anpassung der absoluten Größe. Projektionen sind in diesem Fall nicht mehr notwendig.
Zur Minimierung des Suchaufwands und damit der Rechenzeit kann eine Einschränkung der Bilddaten, der abgeleiteten Daten sowie des Suchraums vorgenommen werden. Im Fall der direkten Suche in den Bilddaten wird durch eine Einschränkung der Bilddaten auf bestimmte Bereiche des Suchraums direkt verkleinert. Im Fall der Suche in den abgeleiteten Daten kann so die Menge der abzuleitenden sowie der abgeleiteten Daten ebenfalls verringert werden. Eine geeignete Einschränkung stellt beispielsweise der Bereich des Gesichts oder einer entsprechend erweiterten Augenpartie dar.
Bei der Suche in aufbereiteten Bilddaten oder abgeleiteten Daten wird durch eine Einschränkung der ursprünglichen Bilddaten zusätzlich die Aufbereitung bzw. die Ableitung beschleunigt, da bereits diese dann nur noch auf einem verringerten Datensatz angewandt werden muss. Unabhängig davon kann eine entsprechende Einschränkung weiterhin auch in den aufbereiteten Bilddaten vorgenommen werden. Dies gilt besonders, wenn diese für die Erkennung der relevanten Bereiche geeigneter sind. Auch im Fall der Verwendung von abgeleiteten Daten lässt sich dadurch der Aufwand für die beschriebene Ableitung reduzieren.
Diese Einschränkung kann manuell (z. B. durch das Aufziehen einer entsprechenden Form wie eines Rechtecks) in dargestellten Bilddaten erfolgen. Es kann aber auch ein Bereich per Bildverarbeitung automatisch oder semiautomatisch ausgewählt werden. Kriterien für eine automatische Selektion können dabei Merkmale des Gesichts (z. B. der Bereich um die Nase, der Bereich um die Augen bzw. die Pupillen, der Bereich auf Höhe der Ohren, ...) oder für die Fassung charakteristische Merkmale (z. B. Farben, Formen, Liniendichte, ...) sein.
Bei der Verwendung von abgeleiteten Daten kann der Suchraum ferner dadurch eingeschränkt werden, dass z. B. Kantenelemente, die bestimmte Bedingungen (z. B. minimaler oder maximaler Krümmungsradius, Größe und Geschlossenheit im Fall einer vollständigen Kontur), die die zu suchenden Daten aufweisen, nicht erfüllen, bereits vor der eigentlichen Suche verworfen werden.
Sowohl bei der Suche in Bilddaten als auch bei Suche in abgeleiteten Daten kann der Parameterraum eingeschränkt werden. Dies kann beispielsweise durch die Angabe von Angelpunkten geschehen. Dabei werden ein oder mehrere Punkte aus den Tracerdaten korrespondierenden Punkten aus den Bild- oder abgeleiteten Daten zugeordnet. Damit entfallen die Freiheitsgrade der Translation. Im Fall mehrerer Punkt für ein Element reduzieren sich darüber hinaus die Freiheitsgrade der Rotation. Auch eine ungefähre Zuordnung (z. B. Durch die Angabe eines Bereiches ist möglich). Dadurch entfallen zwar keine vollständigen Freiheitsgrade, jedoch wird der Suchraum in den entsprechenden Richtungen stark eingeschränkt.
Ebenfalls ist die Zuordnung (fix oder ungefähr) in einer Dimension (oder bei dreidimensionalen Daten auch in zwei Dimensionen) möglich. Dies ist zum Beispiel dann sinnvoll, wenn Angelpunkte einzelnen Bildpunkten der Aufnahmen, bei denen es sich naturgemäß um Projekionen handelt, zugeordnet werden können. Diese Zuordnung kann manuell, automatisch (z. B. in einem vorgelagerten Schritt der Bildverarbeitung) oder semi-automatisch erfolgen.
Analog zur Zuordnung von Punkten können auch Richtungen von Elementen vorgegeben werden. Dafür gilt das oben Beschriebene sinngemäß. Vorteilhaft ist auch die Verbindung der Angabe von einem oder mehreren Punkten mit der Angabe von einer oder mehreren Richtungen.
Das Ergebnis kann dem Benutzer in den Bilddaten angezeigt werden. Diese können zur besseren visuellen Erkennung der relevanten Kanten auch bereits im oben beschriebenen Sinne aufbereitet sein. Die Anzeige kann dabei aus einer Darstellung der gesamten Kontur des Modells oder einzelner (erkannter) Elemente daraus in der richtigen Position bestehen.
Dem Benutzer können weiterhin mehrere mögliche Positionen angezeigt werden. Diese können simultan oder sequentiell angezeigt werden, wobei der Anwender zwischen den verschiedenen Positionen wechseln kann. Dabei kann es sich entweder um eine vorgegebene Anzahl von Positionen mit den höchsten Werten für die Zielfunktion oder um alle Positionen handeln, bei denen die Zielfunktion einen gewissen Mindestwert erreicht. Geometrisch nahe beieinander liegende Positionen können dabei zusammengefasst werden. Der Anwender erhält nun die Möglichkeit eine dieser Positionen auszuwählen.
Dem Anwender kann ferner die Möglichkeit gegeben werden, die Position anzupassen, in dem er leichte Verschiebungen durchführt. Bei der Verwendung mehrerer Kameras und dem Vorliegen dreidimensionaler Informationen kann dieser dabei die Position im Raum manipulieren und das Resultat in den Bilddaten aller Kameras dargestellt werden. Weiterhin kann dem Benutzer die Möglichkeit eingeräumt werden, die Kontur geringfügig zu verändern, um sie der tatsächlichen Fassung anzupassen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es sich bei den Tracerdaten um generische handelt oder die Fassung nach dem individuellen Tracern verformt wurde. Bei randlosen oder Nylorbrillen kann dabei auch die Form des Glases für Fertigung und Formrandung manipuliert werden.
Auf Basis der auf diese Weise ermittelten Konturpunkte wird vorzugsweise in einem weiteren Schritt (18) die individuelle Gebrauchsstellung des Brillenglases bzw. der Brillenfassung für den Benutzer ermittelt. Dabei werden einige oder alle für eine nachfolgende Optimierung des Brillenglases (20) erforderlichen individuellen Parameter der Gebrauchsstellung ausgewertet. Nach dem Optimieren wird das Brillenglas entsprechend dem Optimierungsergebnis insbesondere durch einen Brillenglashersteller geschliffen, d. h. zumindest eine optische Fläche (Vorderfläche und/oder Rückfläche) wird vorzugsweise entsprechend dem Optimierungsergebnis individuell angepasst (22).
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist es nicht notwendig, dass das Brillenglas individuell optimiert und gefertigt wird. Vielmehr kann auf Basis der verbesserten Ermittlung der Gebrauchsstellung auf in genauer angepasster Weise auf vorgefertigte Brillengläser zurückgegriffen werden. In diesem Fall wird insbesondere auf Basis der individuell ermittelten Gebrauchsstellung ein geeignetes, nicht gerandetes Brillenglas für den Benutzer und die gewählte Fassung bereitgestellt, indem es beispielsweise aus einem vorgefertigten Satz von Britengläsern entsprechend der ermittelten Gebrauchsstellung ausgewählt wird.
Unabhängig davon ob es sich um individuell optimiertes und gefertigtes Brillenglas oder lediglich ein vorgefertigtes und nach der ermittelten Gebrauchsstellung der ausgewählten Brillenfassung ausgewähltes Brillenglas handelt, erfolgt anschließend ein Randen (24) des Glases gemäß dem Tracerdatensatz. Es ist in diesem Fall also kein zusätzliches oder erneutes Messen der Fassungsform für das Randen erforderlich.
Bezugszeichenliste

12: Bereitstellen eines Tracerdatensatzes
14: Erfassen von Benutzerbilddaten
16: Ermitteln von Konturpunkten
18: Ermitteln der individuellen Gebrauchsstellung
20: Optimieren des herzustellenden Brillenglases
22: Fertigen des optimierten Brillenglases
24: Randen des gefertigten Brillenglases

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Benutzerdaten für die Herstellung eines Brillenglases zu einer ausgewählten Brillenfassung für einen Benutzer, umfassend: – Bereitstellen (12) eines Tracerdatensatzes, welcher die Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases festlegt; – Erfassen (14) von Benutzerbilddaten zumindest eines Teilbereichs des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung; und – Ermitteln (16) von Konturpunkten des Randes des herzustellenden Brillenglases in den Benutzerbilddaten anhand des Tracerdatensatzes, wobei die im Tracerdatensatz festgelegte Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases durch computer-gestützte Bilderkennung als Bildelement in den Benutzerbilddaten gesucht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches außerdem umfasst: – Ermitteln zumindest eines ausgezeichneten Punktes eines Auges des Benutzers aus den Benutzerbilddaten, wobei der zumindest eine ausgezeichnete Punkt des Auges die Pupillenmitte und/oder den Hornhautscheitel und/oder zumindest einen optisch ausgezeichneten Punkt der Iris und/oder zumindest einen ausgezeichneten Punkt der Lederhaut umfasst; und – Ermitteln (18) von individuellen Parametern der Gebrauchsstellung aus der Lage der ermittelten Konturpunkte relativ zu dem zumindest einen ausgezeichneten Punkt, wobei die individuellen Parameter der Gebrauchsstellung einen oder mehrere der folgenden Parameter umfassen: – Position eines oder beider Brillengläser im dreidimensionalen Raum relativ zum Kopf und/oder relativ zu dem entsprechenden Auge und/oder relativ zu der Pupille des entsprechenden Auges bei einer vorgegebenen Blickausrichtung; – Hornhaut-Scheitelabstand; – monokularer Zentrierpunktabstand; – Zentrierpunktkoordinaten; – Dezentration des Zentrierpunkts; – Brillenglasvorneigung; – Einschleifhöhe.
Verfahren nach Anspruch 2, welches außerdem umfasst: – Bereitstellen eines nicht gerandeten Brillenglases für die ermittelte Gebrauchsstellung; und – Schleifen (24) des Randes des Brillenglases gemäß dem Tracerdatensatz.
Verfahren nach Anspruch 2, welches außerdem umfasst: – Optimieren (20) des Brillenglases für die ermittelte Gebrauchsstellung durch computer-gestützte Berechnung der optischen Flächen des herzustellenden Brillenglases; – Fertigen (22) der optischen Flächen des durch computer-gestützte Berechnung optimierten Brillenglases; und – Schleifen (24) des Randes des Brillenglases gemäß dem Tracerdatensatz.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Erfassen (14) von Benutzerbilddaten umfasst: – Erfassen eines ersten Bilddatensatzes, welcher zumindest einen Teilbereich des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung in einer ersten Aufnahmerichtung; und – Erfassen eines zweiten Bilddatensatzes, welcher zumindest einen Teilbereich des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung in einer zweiten Aufnahmerichtung.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Ermitteln (18) von individuellen Parametern der Gebrauchsstellung umfasst: – Ermitteln einer dreidimensionalen Position des zumindest einen ausgezeichneten Punktes des Auges anhand des ersten und zweiten Bilddatensatzes; und – Ermitteln von dreidimensionalen Positionen der Konturpunkte des Randes des zu fertigenden Brillenglases anhand des ersten und zweiten Bilddatensatzes.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der bereitgestellte Tracerdatensatz die Form des Verlauf des Randes des herzustellenden Brillenglases dreidimensional festlegt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der bereitgestellte Tracerdatensatz den Verlauf der Ränder beider Brillengläser der ausgewählten Brillenfassung sowie deren relative Lage zueinander festlegt, und wobei das Verfahren ein Ermitteln der Ränder beider Brillengläser der ausgewählten Brillenfassung in den Benutzerbilddaten anhand des Tracerdatensatzes umfasst, wobei die im Tracerdatensatz festgelegte Form des Verlaufs der Ränder der beiden Brillengläser sowie deren relative Lage durch computer-gestützte Bilderkennung als Bildelement in den Benutzerbilddaten gesucht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welches außerdem ein Anzeigen der Benutzerbilddaten zusammen mit den ermittelten Konturpunkten umfasst.
Vorrichtung zum Ermitteln von Benutzerdaten für die Herstellung eines Brillenglases zu einer ausgewählten Brillenfassung für einen Benutzer, umfassend: – einen Datenspeicher mit einem Tracerdatensatzes, welcher die Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases festlegt; – eine Bilderfassungseinrichtung zum Erfassen von Benutzerbilddaten zumindest eines Teilbereichs des Kopfes des Benutzers zusammen mit der vom Benutzer getragenen, ausgewählten Brillenfassung; und – eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln von Konturpunkten des Randes des zu fertigenden Brillenglases in den Benutzerbilddaten anhand des Tracerdatensatzes, wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, die im Tracerdatensatz festgelegte Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases durch computer-gestützte Bilderkennung als Bildelement in den Benutzerbilddaten zu suchen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, welche außerdem eine Bildanzeigeeinrichtung zum Ausgeben der Benutzerbilddaten zusammen mit den ermittelten Konturpunkten an den Benutzer umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, welche außerdem eine Tracereinrichtung umfasst, welche ausgelegt ist zum – Messen der Form des Verlaufs des Randes des herzustellenden Brillenglases, insbesondere an der ausgewählten Brillenfassung; und – Abspeichern der gemessenen Form als Tracerdatensatz im Datenspeicher.
Computerprogrammprodukt umfassend computerlesbare Anweisungen, welche, wenn geladen in einen Speicher eines Computers und ausgeführt von dem Computer, bewirken, dass der Computer ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 durchführt.