ES2881887T3 - Procedimiento y material de medición para la personalización y el montaje de lentes oftálmicas correctoras - Google Patents

Abstract

Procedimiento de medición de la posición de un punto relevante virtual (PRV) correspondiente al centro de rotación del ojo (CRO) en una referencia espacial unida a la cabeza del sujeto, dicho procedimiento comprende: - una etapa de adquisición de al menos dos imágenes de la totalidad o parte del rostro del sujeto con un medio de adquisición de imágenes (2) que tiene un centro óptico, siendo las imágenes adquiridas en situaciones correspondientes a ángulos de visión/cabeza distintos y de manera tal que la dirección de la mirada pase por el centro óptico del medio de adquisición de imágenes en al menos una imagen, siendo que el sujeto mira un punto de fijación (PF) generado por un dispositivo; - una etapa de estimación de la posición del rostro con respecto al medio de adquisición de imágenes mediante un procesamiento de dichas imágenes; - una etapa de determinación, sobre dichas imágenes, de las coordenadas (Xpref, Ypref) de uno o varios puntos de referencia (PRef) constituidos por un reflejo córneo (RC) originado por al menos una fuente externa o por el centro de la pupila; caracterizado porque el punto relevante virtual (PRV) es visible sobre, como máximo, la imagen en la que la dirección de la mirada pasa por el centro óptico del medio de adquisición de imágenes y la posición de punto relevante virtual (PRV) está unida por una relación geométrica predeterminada con las coordenadas del o los puntos de referencia (PRef) según un modelado geométrico (23) del ojo que fija la mirada en una diana, y porque dicho procedimiento de medición incluye, además, una etapa de optimización de al menos una de las coordenadas (XPRV, YPRV, ZPRV) del punto relevante virtual (PRV) en la referencia espacial a partir de las coordenadas determinadas del o los puntos de referencia PRef utilizando la relación geométrica.

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y material de medición para la personalización y el montaje de lentes oftálmicas correctoras Ámbito técnico

La presente invención se refiere al ámbito de las mediciones efectuadas por un óptico para la personalización de lentes oftálmicas correctoras y el montaje sobre la montura de dichas lentes.

Técnica anterior

El óptico procede a la adquisición de los datos necesarios para la optimización de la preparación de las lentes correctoras en un paciente equipado de las monturas que ha elegido, para determinar los datos relativos a la configuración de implantación de las lentes correctoras frente a los ojos del portador.

En el estado de la técnica se conoce la patente francesa FR2914173, que describe un procedimiento de medición de la posición, según una dirección horizontal del plano sagital, de un punto relevante de un ojo de un sujeto, en particular el Centro de Rotación del Ojo (CRO), en un referencial unido a la cabeza de este sujeto, caracterizado por incluir las siguientes etapas:

51) colocar en una primera postura relativa la cabeza del sujeto con respecto a la pupila de entrada de un aparato de captura de imagen dispuesto enfrente de la cara del sujeto,

52) en esta primera postura relativa, capturar una primera imagen plana del ojo por medio del aparato de captura de imagen,

53) identificar, en esta primera imagen, la imagen de un primer punto de referencia predeterminado del ojo, 54) disponer en una segunda postura relativa la cabeza del sujeto con respecto a la pupila de entrada del aparato de captura de imagen, distinta de la primera postura relativa,

55) en esta segunda postura relativa, capturar una segunda imagen plana del ojo por medio del aparato de captura de imagen,

56) identificar, en esta segunda imagen, la imagen de un segundo punto de referencia predeterminado del ojo, S9) calcular dicha posición del punto relevante del ojo en función de las imágenes de los primer y segundo puntos de referencia del ojo y de los primer y segundo valores de un parámetro de postura, respectivamente asociados a las primera y segunda posturas relativas. El acercamiento de las imágenes de los primer y segundo puntos de referencia del ojo es representativo del desplazamiento angular aparente del ojo a partir de dos puntos de vista diferentes que corresponden a las primera y segunda posturas relativas. Un cálculo de paralaje permite entonces, teniendo en cuenta las informaciones sobre los dos puntos de vista que constituyen los primer y segundo valores del parámetro de postura, obtener la posición buscada.

El cálculo de paralaje propuesto para calcular la posición del punto relevante del ojo consiste en ejecutar las subetapas de:

- deducir, de la imagen del primer punto de referencia del ojo y del primer valor del parámetro de postura, las coordenadas, en dicho referencial de la cabeza del sujeto, de una primera recta de observación (DO1) que une la pupila del aparato de captura de imagen y el primer punto de referencia del ojo,

- deducir, de la imagen del segundo punto de referencia del ojo y del segundo valor del parámetro de postura, las coordenadas, en dicho referencial de la cabeza del sujeto, de una segunda recta de observación (D02) que une la pupila del aparato de captura de imagen y el segundo punto de referencia del ojo,

- calcular la posición del punto relevante del ojo del sujeto en el referencial unido a la cabeza del sujeto en función de las coordenadas de las primera y segunda rectas de observación. El punto relevante cuya posición se busca es el centro de rotación del ojo del sujeto y en el que la posición de ese punto se calcula como posición del punto de intersección o, si estas rectas no son rigurosamente secantes, de mayor proximidad a las dos rectas de observación. Esta solución conocida de medición de un punto relevante del ojo mediante un cálculo de paralaje proporciona información exacta sobre la posición geométrico-fisionómica del centro de rotación del ojo solo cuando el eje de mirada, definido por la recta que pasa por el Centro de Rotación del ojo (CRO) y el centro de la pupila del ojo, pasa exactamente por el centro óptico de la lente de entrada de la cámara, y los puntos de referencia elegidos para cada una de las dos imágenes son el centro de la pupila del ojo.

De hecho, la intersección de las rectas de observación (D01 y D02), mencionadas en la solución, da la posición de un punto de referencia del ojo en el espacio con respecto a la cabeza del sujeto si, entre las dos capturas de imagen, este punto no se ha desplazado con respecto a la cabeza del sujeto. El Centro de Rotación del ojo (CRO) no se desplaza con respecto a la cabeza del sujeto pero, al no ser material, no es visible sobre la imagen y, por lo tanto, no se puede utilizar directamente como punto denominado de referencia. La pupila sí es visible, pero para medir su centro de rotación, el ojo debe efectuar una rotación entre las dos capturas de imagen, lo que implica que las pupilas del sujeto se han desplazado, como todos los puntos del ojo distintos de su centro de rotación. Por lo tanto, la intersección de las rectas de observación (DO1 y DO2) no da la posición de las pupilas. Sin embargo, cuando el sujeto fija la mirada en la lente de entrada de la cámara, es decir cuando el eje de mirada pasa por el centro óptico de la lente de entrada de la cámara, el centro de rotación del ojo (CRO) se alinea con el centro de la pupila del ojo y el centro óptico de la cámara, lo que hace que las rectas de observación D01 y D02 se confundan con el eje de mirada y se crucen en el centro de rotación del ojo (CRO). En otras palabras, el CRO y el centro de la pupila del ojo se confunden sobre las imágenes capturadas por la cámara. Entonces, el cálculo de paralaje que utiliza a la pupila como punto de referencia da la posición del CRO y, por lo tanto, la medida buscada es correcta.

En cambio, cuando el sujeto no fija la mirada precisamente en la cámara de captura, las rectas de observación D01 y D02 no se confunden con el eje de mirada y el CRO ya no se confunde con la pupila sobre las imágenes. Por lo tanto, el cálculo de paralaje propuesto a partir del centro de las pupilas da un punto alejado de la posición del centro de rotación del ojo CRO y, entonces, los resultados correspondientes a la medición de la posición del centro de rotación del ojo (CRO) son erróneos.

Por otro lado, un estudio de la técnica anterior muestra que gran parte de los sistemas de mediciones electrónicas existentes para el centrado de lentes correctoras sobre una montura de gafas se realiza para una posición de cabeza y una convergencia de los ojos cuando el portador está en visión de lejos (es decir, que el portador fija la mirada en un punto recto delante de él en el infinito). Esta visión de lejos será reproducida o bien alejando la cámara —aunque esto hace que el uso sea delicado a causa de la necesidad de espacio en la tienda y del alejamiento del óptico respecto de su cliente— , o bien mediante un sistema óptico que proyecte una imagen virtualmente orientada al infinito o alejada con respecto al portador.

Alternativamente, se puede acercar la cámara colocándola, por ejemplo, a 80 cm del portador, utilizando un espejo puesto frente al portador, también a 80 cm. Entonces, el portador se mira en el espejo, a una distancia virtual que queda de 160 cm, lo cual se torna aceptable para las mediciones relativas a la visión de lejos. Sin embargo, en ese caso, el eje de mirada de cada ojo no pasa por el centro óptico de la cámara y el error sobre el CRO es importante. Es decir que estas dificultades de la solución propuesta por la patente francesa FR2914173 implican grandes restricciones en la implementación de este procedimiento, ya que los resultados solo serán exactos si el eje de mirada está precisamente alineado con la pupila de entrada de la cámara. Estas dificultades se incrementan cuando no se avisa al portador de la importancia de una rigurosa observación de las consignas relativas a la dirección en la que debe fijar su mirada.

La consecuencia es que los datos proporcionados pueden estar afectados por un error significativo, que se traduce en una confección de lentes correctoras cuya personalización se basa en datos inexactos y, por lo tanto, conducen a la fabricación de lentes que, en realidad, no son óptimas.

Explicación de la invención

Se entiende por «punto relevante virtual (PRV)» un punto que solo es visible sobre una imagen, como mucho, obtenida por medios de captura de imagen, y que presenta un interés para las mediciones realizadas en el marco de la fabricación de lentes correctoras personalizadas y/o el montaje de lentes correctoras.

Para resolver uno o varios de los inconvenientes antes citados, un procedimiento de medición de la posición de un punto relevante virtual asociado al rostro de un sujeto portador de una lente correctora en una referencia espacial (RS) unida a la lente correctora, a la montura de gafas o, más generalmente, a la cabeza de dicho sujeto, incluye las etapas del procedimiento de medición definido en la reivindicación 1. La reivindicación 11 define un sistema de medición, y la reivindicación 12 un producto de programa de ordenador. En las reivindicaciones dependientes se definen modos de realización adicionales.

Los siguientes son características o modos de realización particulares, utilizables solos o combinados:

• la relación geométrica está definida por las coordenadas de los puntos de referencia sobre, al menos, dos imágenes;

• dichos puntos de referencia de la relación geométrica varían en la referencia espacial de la adquisición de una imagen a otra;

• la relación geométrica comprende un modelado geométrico del ojo que fija la mirada en una diana, modelado en tres dimensiones o proyectado sobre el plano de al menos dos de las imágenes;

• el punto de referencia sobre al menos dos de las imágenes es el centro geométrico del iris, de la córnea o de una imagen correspondiente, con origen en, al menos, una fuente externa;

• la etapa de cálculo de al menos una de las coordenadas del punto relevante virtual consiste en:

• formular una hipótesis inicial de un punto relevante virtual teórico sobre al menos una de dichas coordenadas; • calcular un punto de referencia teórico utilizando la relación geométrica;

• si la distancia entre el punto de referencia teórico y el punto de referencia observado es superior a un valor predeterminado, modificar al menos una vez dicha hipótesis para minimizar dicha distancia;

• el punto relevante virtual (PRV) es el centro de rotación del ojo (CRO); al menos dos de las imágenes son adquiridas en situaciones que corresponden a ángulos de visión/cabeza distintos; y la dirección de la mirada no pasa, en al menos una imagen, por el centro óptico del medio de adquisición de imágenes;

• durante la adquisición de imágenes, el sujeto mira un punto de fijación que genera un dispositivo, siendo la distancia óptica entre el ojo del sujeto y el punto de fijación diferente de la distancia óptica entre el ojo del sujeto y el medio de adquisición. En un caso particular, el sujeto mira su reflejo durante la adquisición de imágenes a través de un espejo.

• el medio de adquisición de imágenes está constituido por una cámara que procede al registro de una secuencia de imágenes; • el registro de las imágenes se efectúa al momento en el que el sujeto mira un punto de fijación PF cuya posición es conocida con respecto al medio de adquisición de imágenes;

• incluye, además, una etapa de estimación de la dirección de la mirada que toma en cuenta al menos dos puntos característicos del ojo sobre dichas imágenes;

• dado que el medio de adquisición incluye al menos dos dispositivos de captura de imagen, la etapa de estimación de la posición del rostro con respecto al medio de adquisición de imágenes se realiza mediante el procesamiento de una serie de imágenes adquiridas simultáneamente; y/o

• la etapa de estimación de la posición del rostro con respecto al medio de adquisición de imágenes mediante un procesamiento de dichas imágenes se realiza por adquisición de una imagen del sujeto portador de un dispositivo provisto de, al menos, tres marcadores de referencia.

En un segundo aspecto no reivindicado, un procedimiento de determinación del plano de Frankfurt de un sujeto comprende:

• para cada ojo del sujeto, determinación de la posición de un punto relevante virtual del ojo por aplicación del procedimiento anterior;

• determinación de la posición del punto suborbital de cada ojo mediante una relación geométrica predeterminada con el punto relevante virtual de dicho ojo;

• determinación de la posición del tragión del sujeto sobre al menos una de las imágenes tomadas durante la etapa de determinación del punto relevante virtual;

• determinación del plano de Frankfurt a partir de la posición del tragión y de los puntos suborbitales.

Breve descripción de los dibujos

La invención se entenderá mejor al leer la siguiente descripción, dada únicamente a título de ejemplo, y con referencia a las figuras adjuntas, donde:

- la figura 1 es una vista de frente de los rectángulos que abarcan las lentes correctoras, con la mirada de frente;

- la figura 2 es una vista de tres cuartos de frente de los rectángulos que abarcan las lentes correctoras, con la mirada de soslayo;

- la figura 3 es una vista general de un equipo según un modo de realización de la invención;

- la figura 4 es una vista de tres cuartos de frente de un accesorio de tipo clip para la implementación de un modo de realización de la invención;

- la figura 5 representa un modelo del ojo que fija la mirada en una diana;

- la figura 6 es una vista esquemática de un rostro con determinación del plano de Frankfurt con captura de un solo punto sobre la imagen de tres cuartos; y

- la figura 7 es una vista esquemática desde arriba del trazado del tragión.

Manera/s de realizar la invención

Se entiende por «punto relevante virtual (PRV)» un punto que solo es visible sobre una imagen, como mucho, obtenida por medios de captura de imagen, y que presenta un interés para las mediciones realizadas en el marco de la fabricación de lentes correctoras personalizadas y/o el montaje de lentes correctoras. En el modo de realización reivindicado, el punto relevante virtual PRV es:

• el centro de rotación del ojo CRO;

En variantes no reivindicadas, el punto relevante virtual PRV es

• uno de los vértices del rectángulo que abarca la lente («rectángulo Boxing»). El rectángulo Boxing corresponde al rectángulo que abarca el corte exterior de una de las dos lentes correctoras. Como generalmente la montura y la lente no son planas, este rectángulo abarcador se asimila al rectángulo que abarca la proyección del corte exterior de la lente sobre el plano medio de la lente (ver figuras 1 y 2); y/o

• el tragión de la oreja, cuando no haya podido ser identificado correctamente sobre, al menos, dos imágenes.

En referencia a la figura 3, un equipo de determinación de un PRV comprende:

• una pantalla de visualización 1 de rayos catódicos o de cristal líquido;

• un dispositivo de toma de vistas 2 del tipo de tomas de vistas puntuales o de captura de imágenes animadas. Generalmente, se trata de una cámara digital o, según una variante particular, de una cámara analógica asociada a un circuito de captura y procesamiento de vídeo;

• un dispositivo de mira constituido en el ejemplo de implementación descrito de un espejo unidireccional 3. Este dispositivo está destinado a proporcionar un punto de fijación (PF) al portador;

• un dispositivo de iluminación 4 destinado a iluminar el rostro del portador, especialmente, para formar un reflejo sobre la córnea de los ojos de dicho portador; • un dispositivo como el accesorio 5 de la figura 4 destinado a posicionar la cabeza del portador, la montura de gafas o las lentes correctoras;

• una unidad central; y

• medios de comando del sistema (teclado, ratón, pantalla táctil, botones...).

El dispositivo de toma de vistas 2 está unido a la unidad central por una interfaz adecuada de captura de vídeo y de control de la cámara, que dirige la pantalla a través de un circuito de salida de vídeo. El usuario, generalmente un óptico, puede operar el sistema, por ejemplo, mediante un teclado, un ratón, una interfaz táctil en la pantalla, etc. El portador de lentes ópticas se coloca delante de la cámara 2, el espejo 3 está ubicado frente al portador y, o bien se sitúa justo delante de la cámara 2, si se trata de un espejo unidireccional, o justo debajo, si se trata de un espejo común, de forma tal que el portador pueda orientar su mirada hacia el reflejo de un punto de su rostro en el espejo 3 al momento de la captura de las imágenes (mirando, por ejemplo, el medio del puente de la montura o el medio de su nariz). Así, el espejo 3 permite simular un punto de fijación (PF) dos veces más lejos que el dispositivo, lo cual es ventajoso para efectuar mediciones en posición «visión de lejos» manteniendo el dispositivo relativamente cerca del portador. Además, un cálculo diferencial demuestra que, ventajosamente, la cantidad de errores en la medición del CRO debidos a una incorrecta convergencia de la mirada será dos veces menor en esta situación (mirada convergente hacia un reflejo en un espejo) que en la situación en la que se pide al portador que mire la pupila de entrada de la cámara.

Ventajosamente, el dispositivo de mira comprende un espejo unidireccional, colocado en el marco frente al portador de gafas, detrás del cual se ubica, en una cavidad prevista con ese fin, el dispositivo de toma de vistas 2. El dispositivo puede incluir, entonces, medios de desplazamiento en altura, motorizados o manuales, para ajustar la altura del dispositivo de toma de vistas 2 para colocarlo a nivel de la mirada del portador de gafas.

Un dispositivo de iluminación 4 opcional, en el ejemplo descrito un diodo electroluminiscente, se coloca debajo de la cámara. Está destinado a formar una imagen sobre la córnea, que representa uno o varios puntos de referencia del ojo, llamado reflejo córneo (RC), visible sobre la imagen capturada por la cámara. Una alternativa a este dispositivo es medir la posición de la pupila y, eventualmente, su tamaño y su forma sobre la imagen.

El dispositivo de toma de vistas 2 también puede ser portátil. Así, el operador puede realizar fácilmente las tomas de vistas posicionándose frente al rostro del sujeto, para efectuar las tomas de vistas necesarias. Entonces, el dispositivo de mira puede ser, por ejemplo, un espejo común colocado debajo del dispositivo de toma de vistas 2.

Según una forma de realización particularmente simple y económica, el dispositivo de toma de vistas 2 puede ser una simple cámara fotográfica, que tome sucesivamente dos imágenes o más.

También puede ser una cámara de vídeo, que registre la primera y la segunda tomas de vista, así como la totalidad o parte del movimiento efectuado por el portador durante el barrido de rotación alrededor del eje vertical. Entonces, la selección de la primera y segunda vistas óptimas entre la pluralidad de vistas tomadas por la cámara, se puede realizar, por ejemplo, según el procedimiento descrito en el documento FR 2860887 a nombre de la Solicitante.

La implementación del equipo se efectúa, entonces, de la siguiente manera.

El portador está equipado de una montura 6 sobre la que está colocado un accesorio de tipo clip 5, cuya figura 4 representa un ejemplo de realización.

Este accesorio 5 está destinado a ser solidario de la cabeza del portador de gafas.

El accesorio 5 está hecho, por ejemplo, de material plástico transparente, comprende un cuerpo principal 7 formado por una viga alargada horizontalmente y dos vástagos curvos 8, 9 flexibles. El accesorio 5 incluye algunas referencias visuales, o marcadores 10 a 13, preferentemente, al menos tres.

En el ejemplo descrito, el accesorio 5 comprende cuatro zonas de marcadores altos 10 a 13 de un color de espectro bien identificado, por ejemplo, un verde vivo, y otros dos marcadores bajos 14, 15 de forma y color preferentemente distintos a los de los marcadores altos 10 a 13.

Además comprende dos conjuntos de fijación sobre la montura, formada por un primer par de pinzas 17, 18, y un segundo par de pinzas 19, 20 para sujetar el accesorio 5 a la montura 6.

De ese modo, una vez que el portador se ha puesto las gafas (correctoras u ópticamente neutras o, incluso, sin cristales) en una posición bien estable, y se ha colocado el accesorio 5 sobre la montura 6, dicho accesorio ocupa una posición bien definida y fija con respecto a la montura 6 y a la cabeza del portador.

De hecho, los cuatro ganchos 17 a 20 definen puntos de apoyo conocidos con respecto a los marcadores 10 a 15, que se colocarán en puntos característicos de la lente.

Además, el accesorio 5 comprende, a partir del medio del cuerpo principal 7, un pedestal 21 que se extiende verticalmente y una parte en saliente 22 que se extiende horizontalmente, de manera sensiblemente perpendicular al cuerpo 7. Entonces, dos marcadores 11, 12 de los cuatro marcadores del cuerpo principal 7 se ubican, respectivamente, a nivel de la extremidad libre de la parte en saliente 22 y del pedestal 21.

Los dos marcadores 10 y 13 se hallan a la izquierda y a la derecha. Los dos últimos marcadores 14, 15, por su parte, se hallan justo debajo de los ganchos hacia abajo 17, 20.

Evidentemente, puede utilizarse cualquier otra disposición de los marcadores, en su caso en mayor o menor cantidad, en función, particularmente, de los tipos de movimientos cuyo análisis se deba priorizar, de la precisión deseada y de las eventuales ambigüedades que se deban resolver cuando los marcadores sean muy escasos y/o estén espaciados de manera demasiado uniforme.

Entonces, el equipo toma dos imágenes del sujeto que tiene colocadas sus gafas con este accesorio.

El dispositivo de toma de vistas 2 realiza, en primer lugar, una primera toma de vista (imagen 1) del rostro del portador de gafas, en la cual el portador fija la mirada en un punto de fijación (PF), preferentemente, frente a él. El punto de fijación es, por ejemplo, el reflejo en el espejo del medio del puente de la montura. Dada la realización del equipo y, en particular, la utilización de un espejo unidireccional 3, el portador no fija el eje del objetivo del dispositivo de toma de vistas 2.

En una segunda etapa, el óptico solicita al portador que gire la cabeza alrededor de un eje vertical, mientras sigue fijando la mirada en el punto de fijación PF, según un ángulo a, preferentemente, comprendido entre 10° y 30° con respecto a la primera toma de vista (imagen 1), más preferentemente, entre 15° y 25° con respecto a la primera toma de vista (imagen 1). Es decir que el sujeto sigue llevando el accesorio que comprende los marcadores 10 a 15. El dispositivo de toma de vistas 2 realiza, entonces, una segunda toma de vista (imagen 2).

Ventajosamente, las dos imágenes pueden ser elegidas en una misma secuencia de vídeo: durante la grabación del vídeo el portador se mira naturalmente de frente en posición de visión de lejos, luego gira la cabeza alrededor de un eje vertical.

Ventajosamente, una de las dos tomas de vistas corresponde a una posición de referencia para las mediciones relativas a la personalización de lentes o al montaje de las gafas, como la posición en visión de lejos o la posición en visión de cerca. Es decir que permite que el equipo determine la posición y la inclinación de la cabeza del portador según los seis ejes de libertad posibles cuando el portador está en posición de visión de lejos (o en visión de cerca, según la posición de referencia elegida).

Ahora se describirá una utilización del equipo para la determinación de la posición del Centro de Rotación del ojo (CRO). Se identifica (automática o manualmente) la posición de los puntos de referencia sobre cada una de las dos imágenes tomadas según el protocolo descrito anteriormente. Los puntos de referencia en esta implementación son los reflejos córneos para las mediciones vinculadas al centro de rotación del ojo.

Dado que el centro de rotación del ojo no es visible en la imagen, se utilizan puntos visibles en la imagen, denominados puntos de referencia PRef (aquí, el reflejo córneo), así como un modelo que relaciona la posición de los puntos de referencia PRef con la posición 3D de los puntos virtuales. Por ejemplo, esta relación, que se denota RPRV, PRef, será bajo la forma de una función definida por soporte lógico llamada función de proyección FPRV, que dará la posición sobre la imagen de un punto de referencia PRef en función de la posición 3D de un punto relevante virtual p Rv . La función de proyección FPRV es, entonces, una función que tiene como parámetro de entrada el CRO y que de allí deduce la posición de los puntos de referencia PRef sobre las imágenes.

Esta función utiliza un modelo 23 del ojo que fija la mirada en una diana, representado en la figura 5, que incluye los siguientes parámetros:

• un radio del ojo (RO) que indica la distancia entre el centro de rotación del ojo (CRO) 24 y el borde de la córnea 25, medido en el eje de mirada;

• la distancia (DeltaC) entre el CRO y el centro de radio de curvatura de la córnea 26; y

• el radio de curvatura de la córnea (RCC) que es la distancia entre el centro de radio de curvatura de la córnea 26 y el borde de la córnea 25.

Estos parámetros pueden definirse mediante valores medios medidos en muestras de sujeto. Típicamente, RO vale 13 mm, DeltaC 5 mm y RCC 8 mm. Los valores reales del modelo 23 pueden fluctuar de un individuo a otro, pero la utilización de valores medios tiene muy poca influencia en los resultados.

El eje de mirada está definido por la recta que une el CRO 24 y el centro de radio de curvatura de la córnea 26, este último puede ser deducido del radio de curvatura de la córnea (RCC) y de las posiciones con respecto a la cámara del reflejo córneo RC y del dispositivo de iluminación (4).

Alternativamente al reflejo córneo (RC) es posible tomar el centro de la pupila (27) como punto de referencia (PRef). El eje de mirada está, entonces, definido por la recta que une el CRO (24) y el centro de la pupila del ojo (27).

Cuando el ojo dirige su mirada hacia un punto de fijación (PF) 28, los puntos 24, 26, 27 y 28 están alineados.

A partir de la posición del CRO y de la del portador, se calcula la dirección de la mirada. Como el portador se mira en el espejo, la dirección de la mirada puede calcularse mediante la posición del punto de fijación PF, ya que este mismo se deduce en función de la posición de la cámara y del portador. El punto de fijación PF será, entonces, simétrico al punto mirado (por ejemplo, el medio del puente de la montura, calculado mediante la posición del accesorio 5) con respecto al plano del espejo. Entonces, la dirección de la mirada es el vector definido por el par ordenado (CRO, PF). En una variante de la invención, es posible utilizar varios puntos relevantes del ojo, preferentemente, a distancias diferentes del CRO para calcular la dirección de la mirada. Estos puntos podrían ser una combinación de puntos elegidos entre los de la imagen de la pupila del ojo, del iris y del reflejo córneo.

A partir del CRO y de la dirección de la mirada, se calcula la posición del centro de radio de curvatura de la córnea (CRCC).

A partir del CRCC, del radio de curvatura de la córnea RCC y de la posición conocida con respecto a la cámara del dispositivo de iluminación LED, es posible aplicar la ley de Snell-Descartes para la reflexión de un rayo de luz sobre una superficie reflectante y, así, proyectar el reflejo córneo sobre la imagen que define un punto de referencia PRef. La función FPRV que permite conocer las posiciones 2D del punto de referencia PRef sobre las imágenes en función de la posición 3D del punto virtual no posee una función inversa fácil de calcular analíticamente y que permita obtener el CRO a partir de los puntos de referencia. Una de las razones de esta dificultad es que el reflejo córneo (RC) y la pupila se han desplazado con respecto a la cabeza del portador entre cada toma de vista y, entonces, tienen coordenadas tridimensionales en la referencia espacial (RS) que son diferentes para cada imagen, imagen 1 e imagen 2. En consecuencia, se utilizan otros métodos que no sean un cálculo directo, para obtener la posición del CRO a partir de los puntos de referencia PRef. Por ejemplo, es posible utilizar iteraciones sucesivas que busquen el posicionamiento CRO por optimización.

Se pueden aplicar numerosos métodos de optimización conocidos en el estado de la técnica para optimizar la posición 3D del punto relevante virtual PRV minimizando el error de proyección. Por ejemplo, se puede definir una función FOPT a optimizar, tomando como parámetro un punto 3D p Rv que retorne la suma SDDeltaPRef de las distancias sobre cada imagen (imagen 1 e imagen 2) entre el o los puntos de referencia Pref observados sobre la imagen y el punto proyectado por la función de proyección FPRV a partir de la posición supuesta del punto relevante virtual PRV. Nosotros presentamos aquí una implementación simple pero eficaz del método de descenso de gradiente, que consiste en llevar a cabo las siguientes etapas:

• inicializar la posición del punto relevante virtual PRV en una posición PRVinitial probable y cercana al valor final para evitar cualquier mínimo local. Para ello, es posible tomar como partida la posición en el espacio del punto más cercano a las dos rectas de observación (DO1 y DO2) formadas por el centro óptico de la cámara y la posición del punto de referencia PRef sobre cada imagen (imagen 1 e imagen 2), siendo aquí estos puntos PRef los reflejos córneos observados sobre las imágenes (imagen 1 e imagen 2). La posición del CRO PRVinitial obtenida será la primera posición actual del CRO PRVcourant al momento del cálculo iterativo de la optimización.

• repetir por iteración las siguientes subetapas:

• calcular la función FOPT aplicada al punto actual PRVcourant. Esto lleva a efectuar las subetapas:

• calcular para cada una de las imágenes (imagen 1 e imagen 2) la posición del punto de referencia teórico PRefthéorique como la proyección del punto actual PRVcourant aplicándole la función de proyección FPRV.

• calcular la suma SDDeltaPRef de las distancias obtenidas para cada una de las imágenes (imagen 1 e imagen 2) entre el punto de referencia PRef observado en la imagen y el punto calculado por proyección PRefthéorique.

• cuando la suma de las distancias SDDeltaPRef sea inferior a un umbral predefinido, detener las iteraciones, si no:

• estimar el vector gradiente de la función FOPT en la position actual del CRO PRVcourant haciendo fluctuar levemente la posición actual PRVcourant según sus grados de libertad (3 grados en el caso de un punto 3D), por ejemplo, añadiendo un valor muy inferior a la precisión de la medición final sucesivamente a cada una de las coordenadas XPRV, YPRV y luego ZPRV para calcular una derivada para cada una de las coordenadas XPRV, YPRV, ZPRV del punto CRO actual PRVcourant, siendo que estas derivadas forman el vector gradiente en tres dimensiones DFPRV de la función de proyección FPRV en el punto actual PRVcourant.

• sustraer el vector gradiente DFPRV al punto actual PRVcourant para obtener la posición actual PRVcourant de la próxima iteración.

Este método de optimización, por supuesto, no es limitativo y el experto en la técnica podrá, de ser necesario, adaptarlo en función de las situaciones halladas, recurriendo al estado de la técnica relativa a la optimización multiparamétrica de manera de, por ejemplo, optimizar la velocidad de convergencia del algoritmo (por ejemplo, ajuste dinámico de los coeficientes de convergencia) o evitar un mínimo local (por ejemplo, por recocido simulado).

En particular, para realizar la optimización de la posición del CRO, es ventajoso utilizar otro método que resulte eficaz por su buena relación precisión/coste de cálculo. Este método consiste en las siguientes etapas:

• Se inicializa la posición del punto virtual en una posición probable. Para el CRO, se puede tomar, por ejemplo, una posición por defecto correspondiente a valores medios para la separación pupilar, la altura y la distancia lente-ojo. También es posible tomar como partida la posición en el espacio del punto más cercano a las dos rectas formadas por el centro óptico de la cámara y el centro del reflejo córneo sobre cada imagen. La posición CRO obtenida será la primera posición actual del CRO al momento del cálculo iterativo que sigue.

• Se realiza la siguiente iteración hasta obtener la precisión de posicionamiento deseada:

• Con la función de proyección, se calcula la posición del reflejo sobre cada imagen pRC.

• Sobre cada imagen, se calcula la distancia entre la posición calculada y la posición observada. Si la distancia mínima entre las dos imágenes es muy inferior a la precisión de posicionamiento del reflejo córneo observado en la imagen, se detiene la optimización y se mantiene la posición actual del CRO.

• Sobre cada imagen, se proyecta la posición actual del CRO sobre la imagen pCRO. Para cada imagen, se obtiene un vector de traslación (pRC, pCRO) que representa el desfase entre el CRO y el reflejo córneo.

• Se traslada a cada imagen el reflejo córneo observado con (pRC, pCRO). Se obtiene, sobre cada imagen, la proyección del CRO de la próxima iteración.

• Se calcula la posición 3D del CRO mediante las 2 proyecciones.

La función de proyección no se limita a una proyección sobre la imagen, ya que si el punto relevante, o cualquier punto intermedio, puede ser posicionado en 3D, la optimización puede hacerse sobre una distancia 3D.

Por el contrario, en algunas situaciones, la relación RPRV, PRef retenida puede dar una estimación satisfactoria de la posición del punto relevante virtual PRV en función de la posición del punto de referencia PRef, por ejemplo, la posición del punto relevante virtual PRV proyectada sobre la imagen (imagen 1 o imagen 2) del punto relevante virtual PRV en función de la posición sobre esta misma imagen del punto de referencia PRef asociado a la posición del portador con respecto a la cámara, indicando, particularmente, la distancia del portador con respecto a la cámara y la dirección de su mirada. De este modo, el punto bidimensional PRef asociado a la distancia del portador con respecto a la cámara aporta una aproximación tridimensional de la posición de ese punto de referencia PRef. Las proyecciones de los puntos PRV obtenidas con la relación RPRV, PRef pueden, entonces, definir dos nuevas rectas de observación (DO1 y DO2) para cada imagen (imagen 1 e imagen 2) respectivamente, siendo la posición del punto relevante virtual PRV en el referencial deseado la posición del punto de intersección o, si estas rectas no son rigurosamente secantes, de mayor proximidad a las dos rectas de observación (D01 y D02).

Utilizando una tercera toma de vista (imagen 3) y la medición del centro de rotación del ojo CRO ya realizada con dos imágenes, la invención también permite medir el radio del ojo. En la tercera toma de vista (imagen 3) el sujeto fija la mirada en una diana cuya posición es conocida o puede ser estimada con respecto a la cámara y, preferentemente, colocada de manera tal que el ángulo formado por la dirección de la mirada con respecto al eje entre el CRO y el centro óptico de la cámara sea sensiblemente diferente a ese mismo ángulo en las otras dos tomas de vistas (imágenes 1 e imágenes 2). Un método posible para calcular el radio del ojo es utilizar uno de los dos métodos de optimización anteriormente presentados y aplicarlo a las tres imágenes. El radio del ojo, que anteriormente era una constante del modelo del ojo utilizado para la función de proyección FPRV, se vuelve aquí un parámetro adicional a optimizar.

Una variante de la invención es combinar varios puntos relevantes virtuales y/o varios puntos de referencias. Una vez medida la posición de un PRV con la presente invención, este puede utilizarse fácilmente como un punto de referencia para medir, con otra relación (RPRV, PRef), la posición de otro PRV, ya sea directamente o en combinación con otros PRef. Esta variante permite, por ejemplo, medir el plano de Frankfurt relativo al sujeto. Para facilitar la adquisición de medidas con un equipo portátil, por ejemplo, una solución ventajosa consiste en tomar en cuenta un plano morfológico relevante, a saber el plano de Frankfurt. El plano de Frankfurt se define como el plano que pasa por los puntos suborbitales y el porion, siendo el porion el punto del cráneo más elevado del conducto auditivo.

Es un hecho generalmente admitido que este plano es horizontal cuando el sujeto, que se mantiene derecho, mira recto hacia adelante a la altura de sus ojos. Siendo esta postura la posición de referencia para las mediciones de «visión de lejos», es muy ventajoso poder medir la posición del plano de Frankfurt con respecto a un plano horizontal. De hecho, con la medición del plano de Frankfurt y la posición del CRO, es posible calcular la dirección de la mirada con respecto a la lente de gafas o la montura, para una postura y un punto de fijación determinado, lo que permite calcular las mediciones de «visión de lejos», incluso si el sujeto no tenía una postura de visión de lejos al momento de la toma de medida. De hecho, a menudo es menos preciso medir la posición real del sujeto en visión de lejos en vez de utilizar el plano de Frankfurt, ya que el sujeto puede no tener una posición natural al momento de la toma de medida. Esto se produce, particularmente, cuando el sujeto está estresado, o no comprende bien la importancia de las indicaciones del óptico o, incluso, si está influenciado por el dispositivo de mira, es decir, si no tiene una postura libre cuando mira una LED o cuando se mira en un espejo. Entonces, corresponde a la pericia del óptico decidir si debe tomar como referencia de horizontalidad para las medidas de «visión de lejos» la posición de cabeza medida o el plano de Frankfurt.

Por otra parte, con la utilización de un dispositivo económico de tipo portátil, puede ser ventajoso no tener que controlar la horizontalidad con respecto a la cámara. El plano de Frankfurt sería, entonces, la referencia para la posición de cabeza en «visión de lejos».

La figura 6 representa una vista esquemática de un rostro con determinación de una buena aproximación del plano de Frankfurt (APF) con captura de un solo punto sobre la imagen de tres cuartos (punto 201), aproximación definida en las líneas siguientes.

El plano del tragión 204 es perpendicular al eje que pasa por los centros de rotación del ojo 203, 206 y que pasa por el borde temporal extremo de las órbitas oculares 202.

El plano de Frankfurt 205 está definido por los tragiones 201 y la parte inferior de las órbitas oculares 202.

Históricamente, el plano de Frankfurt se ha medido en cráneos en antropología, y luego en radiografías, en particular en el ámbito dental, donde las esferas orbitales y los poriones son visibles.

Para determinar el plano de Frankfurt de forma simple en una persona viva, sin recurrir a la radiografía para determinar la posición del porion, ni a la palpación para determinar la posición del punto suborbital, puede utilizarse la aproximación APF del plano de Frankfurt: esta aproximación APF del plano de Frankfurt se define como el plano que pasa por el tragión de la oreja, visible en la imagen de tres cuartos, paralelo a la recta ACRO que pasa por los dos CRO, y ubicado a una distancia conocida DPF de este eje ACRO.

La distancia DPF, de aproximadamente 22 milímetros, podrá ajustarse, en primer lugar, con los conocimientos disponibles sobre la anatomía humana, y luego, de manera experimental para optimizar los resultados de medición. Así, la aproximación APF del plano de Frankfurt es tangente al cilindro CYPF definido por el conjunto de los puntos que están a la distancia DPF del eje ACRO. Luego, de manera manual, automática o semiasistida, se coloca la posición de al menos un tragión sobre al menos dos imágenes del rostro del sujeto portador del accesorio 5. Siendo los puntos del tragión puntos de referencia (visibles) y estando el tragión TG inmóvil en la referencia del accesorio 5, puede posicionarse en 3D como la intersección de las dos rectas de observación D01 y D02. El plano de Frankfurt puede, entonces, calcularse fácilmente como el plano que contiene el punto TG y tangente al cilindro CYPF. Evidentemente, será posible ajustar este modelo de cálculo en las mediciones experimentales, por ejemplo, modificando el valor DPF o añadiendo una constante a la inclinación con respecto a la horizontal del plano obtenido.

Queda un inconveniente en este enfoque:

es importante para el óptico que la toma de medidas sea rápida (para no hacer esperar a sus clientes), simple y con un mínimo de intervenciones manuales, para minimizar los riesgos de error. Ahora bien, sobre las 2 imágenes ya tomadas para las demás mediciones, una es de frente (la posición de visión de lejos) y para muchos sujetos que se presentan de frente, los tragiones no son visibles o son difíciles de localizar. En cambio, el tragión es bien visible en la vista de 3/4. Sin embargo, aquí también, el CRO permite colocar un punto no visible sobre la imagen. De hecho, el porion está situado en un plano perpendicular al eje ACRO a una distancia DTG fija cuyo valor podrá ser optimizado experimentalmente, pero que los conocimientos sobre la anatomía humana permiten estimar en 18mm. Cuando el sujeto tiene una posición de cabeza relativamente horizontal (más o menos 10° con respecto al plano de Frankfurt), incluso valores aproximados para la distancia DTG permiten tener una medida precisa de la inclinación del plano de Frankfurt (aproximadamente lo más exacta posible o mejor).

Cuando el CRO no se mide, igualmente es posible utilizar el centro de las pupilas o el reflejo córneo, ya que estos últimos están sensiblemente a la misma altura que el CRO cuando la posición de cabeza del sujeto está cerca de la posición de visión de lejos, es decir cuando el plano de Frankfurt está cerca de la horizontal.

En caso de que el CRO o el tragión estén mal definidos, también es posible estimar el plano de Frankfurt reemplazando el CRO o el tragión por las coordenadas de otro punto morfológico relevante del ojo o del rostro, como el punto subnasal, o combinando estas informaciones.

La figura 7 representa una vista esquemática desde arriba del trazado del plano del tragión 204 que contiene el tragión 201 y está posicionado con respecto a la posición del conducto auditivo 207 y de las órbitas oculares 202.

La invención está adaptada para la determinación de los puntos relevantes de tipo anatómicos, tales como el centro de rotación del ojo, el punto suborbital que permite definir el plano de Frankfurt y el tragión, cuando no está visible sobre las dos imágenes. También está adaptada para la determinación de puntos relevantes unidos a la montura y, en particular, los vértices de los puntos que abarcan la lente correctora.

La invención a sido ilustrada y descrita en detalle en los dibujos y la descripción precedente, la cual debe considerarse ilustrativa y dada a título de ejemplo no limitativo de la invención a esa única descripción.

En las reivindicaciones, la expresión «que comprende» no excluye otros elementos y el artículo «un/una» no excluye la pluralidad.

Claims (12)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de medición de la posición de un punto relevante virtual (PRV) correspondiente al centro de rotación del ojo (CRO) en una referencia espacial unida a la cabeza del sujeto, dicho procedimiento comprende:

• una etapa de adquisición de al menos dos imágenes de la totalidad o parte del rostro del sujeto con un medio de adquisición de imágenes (2) que tiene un centro óptico, siendo las imágenes adquiridas en situaciones correspondientes a ángulos de visión/cabeza distintos y de manera tal que la dirección de la mirada pase por el centro óptico del medio de adquisición de imágenes en al menos una imagen, siendo que el sujeto mira un punto de fijación (PF) generado por un dispositivo;

• una etapa de estimación de la posición del rostro con respecto al medio de adquisición de imágenes mediante un procesamiento de dichas imágenes;

• una etapa de determinación, sobre dichas imágenes, de las coordenadas (Xpref, Ypref) de uno o varios puntos de referencia (PRef) constituidos por un reflejo córneo (RC) originado por al menos una fuente externa o por el centro de la pupila; caracterizado porque el punto relevante virtual (PRV) es visible sobre, como máximo, la imagen en la que la dirección de la mirada pasa por el centro óptico del medio de adquisición de imágenes y la posición de punto relevante virtual (PRV) está unida por una relación geométrica predeterminada con las coordenadas del o los puntos de referencia (PRef) según un modelado geométrico (23) del ojo que fija la mirada en una diana, y

porque dicho procedimiento de medición incluye, además, una etapa de optimización de al menos una de las coordenadas (XPRV, YPRV, ZPRV) del punto relevante virtual (PRV) en la referencia espacial a partir de las coordenadas determinadas del o los puntos de referencia PRef utilizando la relación geométrica.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos puntos de referencia PRef de la relación geométrica varían en la referencia espacial de la adquisición de una imagen a otra.

3. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de cálculo de al menos una de las coordenadas (XPRV, YPRV, ZPRV) del punto relevante virtual (PRV) consiste en:

• formular una hipótesis inicial de un punto relevante virtual teórico (PRVinitial) sobre al menos una de dichas coordenadas (XPRV, YPRV, ZPRV);

• calcular un punto de referencia teórico (Prefthéorique) utilizando la relación geométrica;

• si la distancia entre el punto de referencia teórico (PRefthéorique) y el punto de referencia observado (PRef) es superior a un valor predeterminado, modificar al menos una vez dicha hipótesis para minimizar dicha distancia.

4. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque durante la adquisición de imágenes, el sujeto mira un punto de fijación (PF) que genera un dispositivo, siendo la distancia óptica entre el ojo del sujeto y el punto de fijación (PF) diferente de la distancia óptica entre el ojo del sujeto y el medio de adquisición (2).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el sujeto mira su reflejo durante la adquisición de imágenes a través de un espejo (3).

6. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio de adquisición de imágenes (2) está constituido por una cámara que procede al registro de una secuencia de imágenes.

7. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el registro de las imágenes se efectúa al momento en el que el sujeto mira un punto de fijación (PF) cuya posición es conocida con respecto al medio de adquisición de imágenes (2).

8. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque incluye, además, una etapa de estimación de la dirección de la mirada que toma en cuenta al menos dos puntos característicos del ojo sobre dichas imágenes.

9. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dado que el medio de adquisición (2) incluye al menos dos dispositivos de captura de imagen, la etapa de estimación de la posición del rostro con respecto al medio de adquisición de imágenes se realiza mediante el procesamiento de una serie de imágenes adquiridas simultáneamente.

10. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la etapa de estimación de la posición del rostro con respecto al medio de adquisición de imágenes (2) mediante un procesamiento de dichas imágenes se realiza por adquisición de una imagen del sujeto portador de un dispositivo provisto de, al menos, tres marcadores de referencia (10,11,12,13,14,15).

11. Sistema de medición de la posición de un punto relevante virtual (PRV) adaptado a la implementación de un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, dicho sistema incluye:

• un medio de adquisición (2) de al menos dos imágenes de la totalidad o parte del rostro del sujeto, teniendo dicho medio de adquisición (2) un centro óptico;

• un calculador de la posición del rostro con respecto al medio de adquisición de imágenes mediante un procesamiento de dichas imágenes;

• un medio de determinación, sobre dichas imágenes, de las coordenadas (Xpref, Ypref) de uno o varios puntos de referencia (PRef) constituidos por un reflejo córneo (RC) originado por al menos una fuente externa o por el centro de la pupila;

• un calculador de al menos una de las coordenadas (XPRV, YPRV, ZPRV) del punto relevante virtual (PRV) por optimización en la referencia espacial a partir de las coordenadas determinadas del o los puntos de referencia (Pref) utilizando la relación geométrica.

12. Producto de programa de ordenador que comprende instrucciones de código del programa grabado en un soporte legible por medios informáticos, para permitir al sistema de la reivindicación 11 implementar las etapas del procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 cuando dicho programa funcione en ordenador.