JP6533925B2 - レンズ装着情報の算出方法、同算出方法を実行するための電子システム及び同電子システムに使用するプログラム - Google Patents
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Description
これらレンズ装着情報は実際に装用者に装用させて測定するものである、しかし、装用者としてはレンズ装着情報を測定されることは非常に煩わしく感じるので、従来からそのような測定の手間を軽減したいという要望があった。
そのため、実際に測定せずにレンズ装着情報を算出で求めようとする場合において簡単で、かつ誤差がすくなく正確に算出することができる手段が求められていた。
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、眼鏡フレームにレンズを装着させる際に必要とされるレンズ装着情報を簡単かつ正確に算出することができるレンズ装着情報の算出方法、同算出方法を実行するための電子システム及び同電子システムに使用するプログラムを提供することにある。
撮影においては、例えばデジタルスチールカメラでもよく、カメラ付き携帯電話、カメラ付きタブレット型コンピュータ等で撮影してもよい。その場合、画像分析とパラメータ最適化計算を行なうためのソフトをこれらの装置に内臓させて、眼鏡装用者固有の装用状態に関する情報を単体で得るようにしてもよい。また、画像を別のコンピュータに送信して計算させるようにしてもよい。
撮影距離は、画像中に遠近の差が出にくいようにある程度の距離を開けることがよい。例えば、以下の実施の形態のように1m程度離れた距離から撮影することがカメラと眼鏡装用者の顔の距離をパラメータとして設定して最適化する計算が不要となるよでよい。
例えば、20〜30cm程度の近接した距離から撮影する場合は、フレームの一部がカメラに近く、一部が遠くなる。このため、得られる画像としては、近い部分が大きく、遠い部分が小さくなるので、その効果を考慮した最適化計算を行うことがより正確な結果を得るためによい。
「眼と前記フレーム形状等の相対的な位置関係と前記フレーム形状等の三次元的な形状を定めるためのパラメータ群」とは、人の眼(虹彩や瞳孔)の位置とフレーム形状等との関係を特定するためのパラメータであり、初期値はこれらパラメータに設定される数値となる。パラメータとしては、例えばフレーム形状の前面のXY座標、フレーム形状の前面を含む平面の向き、フレーム形状の前面幅(リム幅やセル幅)、フレーム形状の前後幅、虹彩中心の座標、虹彩直径等が挙げられる。
「適合度を最適化する」とは、例えば最適化計算を行って最も大きな値や小さな値を得るようにすることでパラメータの解を探すようにしたり、実際に比較すべき画像の形状の一致を測定し、どのくらい一致しているかを数値化するようなことで実現できる。それらの計算はコンピュータによって実行される。
「適合度を最適化することで初期値を修正して修正値を得る」とは、適合度を最適化した結果に基づいてパラメータ群に与えた初期値を修正することである。より正確なレンズ装着情報を算出するためには、初期値が修正された修正値に基づいて更に適合度を最適化することで次々と修正値を更新して収束させることがよく、繰り返し修正することで最も最適な適合度となる修正値を採用することができる。
より妥当な値を初期値とすれば、最適化計算における収束の効率がよくなる。そのためにこのように撮影された複数の異なる画像データから選択することがよい。また、そのためには比較的正面から撮影した画像を使用することがよいが、その場合でも上記のような最適化計算を行うため正確に正面から撮影した画像でなくともよい。
また、例えば初期値を多くのデータの平均的な値を採用するようにしてもよい。あるいは代表的な10個程度のパターンを想定し、もっとも適合度が高いものを初期状態として選択してもよい。ここでいう「多くのデータの平均的な値」とは、ある特定のフレームを何回も撮影して得た画像データでもよく、異なる様々な種類のフレームを複数の人が装用した画像データでもよい。また、「画像データ」に限定する必要はなく、実測したデータも含む意義である。
また、「任意の画像データに基づいて設定する」とは1又は複数の画像データであればよく、また、例えば、比較的正面方向から撮影した写真が2つある場合に、それらを基にして平均値を初期値にすることもよい。
ここで、シミュレーション画像データを作成するために初期値又は修正値を利用する。修正値は眼と前記フレーム形状等の相対的な位置関係と前記フレーム形状等の三次元的な形状を定めるためのパラメータ群に与えられた値であるので、撮影した画像と類似する画像を得ることができる。
このような構成であると、複数の画像の適合度が考慮されて最適化を実行することができ、最終的に得られるレンズ装着情報の正確性が向上する。複数の異なる画像データから選択するため、撮影されたすべての画像を使用しても一部の画像を使用してもよい。
また、手段5では、前記レンズ装着情報とは、アイポイント、頂点間距離、前傾角、そり角から選ばれる少なくとも1以上の情報であることをその要旨とする。
これらの情報が眼鏡フレームにレンズを装着させる際に最も重要で普遍的な情報だからである。
このような構成を採用すれば、画像データに写った物体の正確な大きさや方向(角度)を計算で算出することができるため、その後の計算が容易になる。
これは虹彩の形状が特定できないとフレーム形状等と眼の位置関係が不正確になってしまうからである。つまり、ある1つの画像データによって虹彩の形状が特定されなくとも複数の画像データの組み合わせでトータルとして虹彩の形状が特定されてもよい。
また、手段8では、前記複数の異なる画像データに基づいて前記フレーム形状等が特定されることをその要旨とする。
それぞれ画像として一部又は全部の前記フレーム形状等を必ず含んでおり、最終的にそれらを組み合わせてフレーム形状等を特定することができればよい。
また、手段9では、選択した前記複数の異なる画像データのうち、少なくとも2つ以上は虹彩が判別できる画像データであることをその要旨とする。
虹彩が判別できる画像データが2つ以上あれば虹彩は特定可能だからである。
以下の実施の形態における計算はコンピュータにおいて表示手段としてのモニター上で操作手段としてのキーボード、マウス等を操作することで実行される。コンピュータは、ユーザーの入力に応じてプログラム実行可能なハードウエア構成を有する情報処理装置であり、その内蔵ハードディスクには、OS(OperationSystem)や画像処理、最適化計算、座標算出等のためのプログラムがあらかじめインストールされている。各プログラムはコンピュータ内の制御手段としてのCPU(CentralProcessingUnit:中央制御装置)が呼び出しその制御の下で各プログラムが実行される。
<実施の形態1>
(1)眼鏡フレームの条件
実施の形態1では図1に示すようなリム断面が長方形のメタルフレームからなる眼鏡フレーム1を使用する。眼鏡フレーム1は左右のリム2とこれを連結するブリッジ3と左右のリム2の外端に取り付けられたテンプル4から構成されている。
眼鏡フレーム1のリム2の前面は三次元的な曲がりがなく平面状であるとする。すなわち、リム2前面が一つの平面に含まれるとする。金属フレーム断面の長方形の「前後方向長さ」と「リム幅長さ」はあらかじめ測定するか、あるいは製品固有のデータとして与えられているものとする。ただし、これらの値をあらかじめ決めないでおいて、画像に基づいて最適化することもできる。実施の形態1ではこの眼鏡フレーム1に実際のレンズもダミー板も入れず、素通しの状態で撮影することとする。
撮影した画像の基準となる長さとしてブリッジ3を含む左右のリム2間の長さ(図4における著方形の点線の長手方向)を測定しておく(スケーリング)。更に、リム2の断面形状の前後幅とリム幅(リムの内周と外周の差)を測定しておく。
本実施の形態1では同じデジタルスチールカメラを使用して図2(a)のように6つの遠用視線の画像を撮影する。同様に図2(b)のように3つの近用視線の画像を撮影した。画像数は適宜変更可能である。リム2の特定はこれらの画像のようになるべくリムの全体が写るように心がけるが、テンプル4に関しては水平方向を特定することが目的なので、テンプル全体が写る必要はなく一部が写ればよい。尚、いずれの画像にもリム2と装用者の虹彩が写っているが、理論的には虹彩については2つの写真があれば立体的な位置を特定することが可能である。
この画像を図3(a)(b)に示すように眼鏡フレーム1と虹彩だけの画像として2値化する画像処理を施した。
画像から虹彩とリム2との相対的な位置関係とリム2の三次元的な形状を定める必要がある。そのために、パラメータ群(第1のパラメータ群)を定める必要がある。
イ)座標の設定
パラメータ群を定める前提として座標を設定する。
図4に示すように、装用者にとって左方向を正方向としたX軸、原点から装用者にとって上方向を正方向としたY軸を設定する。X軸方向の水平基準はリム上側(あるいは下側)の接線とする。眼鏡フレーム1を正面から見て、フロント前面を取り囲む長方形の中心をXY原点(X座標とY座標が0の点)とし、XY原点から正面方向に伸ばした直線をZ軸として設定する。Z軸方向の水平基準はテンプル5の延出方向とする。Z原点(Z座標が0の点)は、左右の枠前面のボクシング高さの鼻側端を結ぶ中点にもとづいて決定する。
ボクシングセンタは、リム2前面(外側)を包囲する長方形形状において上下方向と左右方向の中心とする。但し、本実施の形態1ではリム2前面を基準とするのではなく、後述する最適化計算の都合上XY平面に射影した状態、つまり長方形形状をZ軸に垂直となるように配置してボクシングセンタを定義する。
虹彩中心は眼球のもっとも前方位置としてパラメータとすることが重要である。左右の眼の虹彩中心として、別々に存在し、かつ遠用視と近用視の場合がある。そしてそれぞれの位置でX座標、Y座標、Z座標の3つのパラメータを有することから虹彩中心に関するパラメータは合計12である。
ハ)虹彩直径のパラメータ
左右の眼の虹彩の直径は共通の値とし、虹彩直径1パラメータとする。計算上眼球の半径は日本人の平均値としての12mmを採用する。虹彩中心のXYZ座標・眼球の半径・虹彩直径の値をもとに虹彩を表す円板形状が決定し、後述するようにこの円板の画像をシミュレーションにより作成することができる。
原点から左右のリム2のそれぞれのボクシングセンタへの、X軸方向の距離をFPDとし、これを1パラメータとする。
ホ)リム前面上の外側に設定する各点のXY座標
リム2前面の外側の点の座標を特定する。ここでは右(R)用と左(L)用それぞれに24点ずつを設定し、ボクシングセンタから各点への距離r01〜r24をパラメータとする。
リム2前面の傾きを法線ベクトルで表す。左右のリム2前面をそれぞれ含む2つの平面は、それぞれ点R01と点L01を通る。法線ベクトルのZ成分を1として、X成分とY成分をパラメータとする。R側リム2前面の法線ベクトルが決まれば、L側リム2前面の法線ベクトルも定まるので、自由度(パラメータ)は2である。
以上のロ)〜ヘ)のパラメータ群は合計で40個である。このパラメータを最適化することで撮影した画像に基づいたリム2と眼(虹彩)の形状と位置が定まる。
上記のロ)からヘ)のパラメータについて初期値を設定する。以下の計算においてはこの初期値および初期値を修正した修正値に基づいてシミュレーション画像との適合度を算出し、その値に基づいて初期値を徐徐に修正していくような計算を行うため、ここで初期値が適当であれば、計算の収束がよいので有利である。複数の画像の中から、比較的正面に近い方向から撮影した画像を選出し、それに基づいて初期値を設定する。初期値は上記のスケーリングをして左右のリム2間の長さを基準として算出することができる。この数値はそれほど正確に算出しなくともよい。
(5)シミュレーション画像について
設定した上記の40個のパラメータの初期値に基づいてシミュレーション画像データを作成する。また、初期値を修正した場合にはその修正値ごとにシミュレーション画像データを作成する。
シミュレーション画像データに基づくシミュレーション画像の一例として上記(2)撮影内容、で撮影した撮影画像の数に対応した数を作成する。
シミュレーション画像データを作成する際には初期値又は修正値に基づいて様々な座標を算出する。例えば、リム2の形状は次のように断面長方形の角部を算出する。
図4に示すように、リム2の前面外側の角部について、R側では点R01をY座標0の鼻側の点とし、点R13をY座標0の耳側の点として点R01〜点R24を装用者を正面から見て反時計回りに等角度で設定する。また、L側では点L01〜点L24を時計回りの等角度に設定する。片方のリム2で24点であるため隣接する点の角度は15度ずつずれることとなる。例えばR側の各点の座標は、上記ニ)とホ)のパラメータを使用して次のような式で表すことができる。
点R01(XR01=−FPD+r01、 YR01=0 、ZR01)
点R02(XR02=−FPD+r02・cos15°、YR02=r02・sin15°、ZR02)
点R03(XR03=−FPD+r03・cos30°、YR03=r03・sin30°、ZR03)
つまり、一般式として点R01〜点R24は数1の式で表される。
法線ベクトルのX成分・XR01+法線ベクトルのY成分・YR01+ZR01=定数
法線ベクトルのX成分・(−FPD+r01)+法線ベクトルのY成分・0+0=定数
定数=法線ベクトルのX成分・(−FPD+r01)
このようにして、定数の値が定まる。
法線ベクトルのX成分・XRi+法線ベクトルのY成分・YRi+ZRi=定数
これを変形して、ZRiの値を決定できる。
点L01(XL01=−XR01、YL01=YR01、ZL01=ZR01)
点L02(XL02=−XR02、YL02=YR02、ZL02=ZR02)
このようにしてリム2についてR側とL側の24個の長方形断面を作成する。そして、隣りあう2個の間の空間を埋めるように塗りつぶす。R側とL側の各リムに関して断面長方形が24個あり、それぞれの長方形には4つの角がある。そのうちある1つの角(たとえば前面外側)の座標のみをとりだして、その24点をスプライン補間する。同様に、前面内側、後面外側、後面内側の24点ずつのセットもそれぞれスプライン補間をする。その結果を用いて、24個の断面長方形の間を埋めるような長方形を連続的に描いて補間する。
また、虹彩については、初期値または修正値を修正した修正値から円板形状を作成する。角膜頂点から瞳孔までの距離の一般的な値として、3.0mmとする。これは解剖学的な距離ではなく、眼の外部から観察した際に角膜で屈折された結果として観測される入射瞳の位置である。このようにして、作成したシミュレーション画像データに基づくシミュレーション画像を図5(a)(b)に示す。
図5(a)(b)のシミュレーション画像は図3(a)(b)の各画像と最も適合するようにパラメータを変化させて画像化したものである。この画像データ作成作業は画像処理のプログラムによって上記のようにコンピュータによって実行される。
シミュレーション画像を変化させるためのパラメータ(第2のパラメータ群)について説明する。シミュレーション画像の座標はXY平面上に投影できるため、ここではZ成分は1としてX成分とY成分だけを考慮すればよい。そうすると、XY平面上の交点Pについて、
イ)交点Pからカメラの方向に向かうベクトルのX成分とY成分とで2パラメータ。
ロ)カメラの光軸に沿ってカメラから伸ばした直線がXY平面と交差する交点Pの座標で2パラメータ。
ハ)光軸を中心としてカメラが回転する角度で1パラメータ。
の計5つのパラメータとなる。
このうち、ロ)とハ)はシミュレーション画像を平行移動又は回転移動させて、画像の適合度を最大にするために増減させるのみである。イ)のX成分とY成分はそれぞれ数値を変更させることでシミュレーション画像を様々に変形させることになる。図6(a)〜(f)はロ)とハ)のパラメータを固定し、イ)のパラメータを変化させた例を視覚化した一例である。
シミュレーション画像のパラメータ(第2のパラメータ群)を変化させることでシミュレーション画像と2値化した撮影画像との適合度が算出される。言い換えると対応する撮影画像に対して適合度が最大のシミュレーション画像をもって撮影画像のシミュレーション画像が確定することとなる。この作業は画像処理のプログラムによって上記のようにコンピュータによって実行される。
コンピュータはプログラムに基づいて第2のパラメータ群を少しずつ数値を変えた多くのシミュレーション画像のデータを作成する(実際にモニター上に表現すれば図6(a)〜(c)のようになる)。このデータと2値化した画像のデータとを比較することとなる。
具体的な適合度はドット単位で画像データを比較して判断される。2値化した画像の各ドットについて、白を0、フレームまたは虹彩を表す黒を1とする。また、シミュレーション画像の各ドットについて、白を0、フレームを1、虹彩を2とする。シミュレーション画像で虹彩を2とするのは、虹彩の一部が瞼やフレームで隠れることが多いので、そのことを適合度の計算に反映するためである。すなわち、シミュレーション画像が2で2値化画像が0または1の場合においては、部位によって適合度をマイナスする値を適当に変化させるようにする。本実施の形態1ではこのための一例として図7のようにその部位を設定する。この設定は多くの撮影例をもとに適正に変更可能である。例えば、この例では、不連続な設定であるが、連続的に設定してもよい。このような比較は数値的な比較で行われるが、イメージとしては図8のように2値化画像にシミュレーション画像を重ねてどのくらい一致しているかを判断していると考えることができる。
次に図9のフローチャートに基づいて装用者が眼鏡フレーム1を装用した画像を撮影してからレンズ装着情報を算出するまでの流れを説明する。
ステップ(以下、S)1において、撮影した画像を取捨選択する。例えば、撮影したすべての画像から似たような方向からの無駄な画像を排除して、最適化計算に意義のある画像のみを採用してこれを2値化する。次いで、S2でパラメータ(第1のパラメータ群)について初期値を設定する。そしてS3で設定した初期値に基づいて2値化した各撮影画像に対応するシミュレーション画像を作成する。シミュレーション画像を作成するということは上記のように2値化した撮影画像との適合度が最もよかった画像を採用することである。
次いで、S4で各2値化した撮影画像とシミュレーション画像との各適合度を合算する。そして、S5でその合算した適合度が前回と比較して大きいかどうかが判断される。前回がない場合あるいは前回よりも大きい場合には後述する最急降下法に基づいてS6で直前の勾配ベクトルに応じた値を与えて初期値を修正した修正値を得る。そしてルーチンはS3に移行して改めてシミュレーション画像を作成して適合度が判断される。一方、S5で適合度の合算が前回よりも大きくないと判断した場合にはS7で最急降下法に基づいて勾配ベクトルに与えた係数αが所定よりも小さいかどうかを判断する。ここで、係数αが所定よりも小さくない場合にはS8で係数αをより小さくして改めて修正値を得るようにする。そして、ルーチンはS3に移行して改めてシミュレーション画像を作成して適合度が判断される。
一方、S7で係数αが所定よりも小さいと判断した場合には修正値の最適化がされたとして、この値を採用する。つまり、この段階で適合度が最も大きくなっている状態である。そして、S9でその最大になった段階の修正したパラメータの修正値に基づいて各種のレンズ装着情報を算出する。
計算の概要としては、まず、個別のパラメータに関する微分係数を求める(偏微分しているので、実際は偏微分係数)。数値計算で微分係数を求めるには、パラメータを微小量だけ変化させたときの適合度の変化量を求め、それをパラメータの変化量で割るようにする。各微分係数を成分とするベクトルは勾配ベクトルである。勾配ベクトルに微小な正値の係数αをかけ、現在のパラメータの組を表すベクトルに加えることにより、より適合度を大きくするパラメータの組を求めることができる。適合度が大きくならない場合は、αの値を小さくしてパラメータの組を更新するようにする。
2)具体的な最急降下法での計算
40個の各パラメータを x1、x2・・・xi・・・x40で表す。また、40個のパラメータのセットをベクトル形式で表し、これを「解ベクトル」と呼ぶことにする。解ベクトルは数2の式のように示される。尚、式の右肩のTは本来縦方向に並ぶ列ベクトルの要素を横に並べて表記している旨を示す記号である。
各偏微分係数を成分とするベクトルは、すなわち勾配ベクトルである。これを数5で示す。
適合度が最大となった段階での修正値をパラメータの最適な数値としてこの値を使用してレンズ装着情報を算出する。以下に、実際に計算した値を示す。
イ)まず、上記の最急降下法によって決定された主要なパラメータの最適な数値を示す。尚、基準となる左右のリム2間の長さは114.0mmであり、リム2の断面前後幅は1.6mm、リム幅は0.7mmである。
1)ボクシングセンタから各点への距離r01〜r24について
下記表1の通りである。
3)虹彩直径・・・11.7mm
4)虹彩中心座標について
虹彩中心座標を表2に示す。虹彩中心座標のうち、XY座標は自動的にアイポイントを示すこととなる。
図10に示すように前傾角、そり角は示すことができる。X成分、Y成分は上記のように最適化で求まり、Z成分はその値と平面の方程式から求まる。
今、前傾角をθ1、そり角をθ2とする。すると、
tanθ1=|Y成分|/√(Z成分2+X成分2)
θ1=tan−1(0.2131/√(1+0.04132 ))
=0.2098rad=12.0度
また、
tanθ2=|x成分/Z成分|
θ2=tan−1(0.0413)
=0.02065rad=2.4度
となる。
虹彩中心に対応するフレーム面上のZ座標
−2.0(レンズ厚)・√(法線ベクトルのX成分2+法線ベクトルのY成分2+1)
−角膜頂点における虹彩中心のZ座標
この式によって頂点間距離はR:7.0mm、L:6.8mmとなる。
(1)眼鏡フレームの条件
実施の形態2では眼鏡フレームとしていわゆるポイントフレームを使用する。図11に示すようにポイントフレームとはレンズを包囲するリム部分がなくブリッジやテンプルによってレンズを部分的に連結するように構成された眼鏡フレームである。実施の形態2のポイントフレームは度数の入っていないダミー板(球面状のプラスチック板)を装着して撮影する。ダミー板の厚さとカーブ(曲率半径の逆数)は製品情報として与えられているものとするが、測定してもよい。
撮影した画像の基準となる長さとして左右のダミー板の横長さをあらかじめ測定し、計算に使用する。
実施の形態1と同じデジタルスチールカメラを使用して6つの遠用視線の画像を撮影する。実施の形態1と同様に2値化する画像処理を施す。2値化後の画像を図12に示す。
(3)パラメータについて
実施の形態2ではリム2がないため、その代わりにダミー板の縁部分を使用して瞳孔と縁部分との相対的な位置関係と縁部分の三次元的な形状を定めることとする。そのために左右のそれぞれのダミー板前面の縁部分(前面の角部)の座標を実施の形態1と同様に24点をパラメータと定める。図13に座標設定のイメージを示す。各点の3次元座標は各点のXY座標と、フチを含む球面の方程式から得られる。また、左右のそれぞれのダミー板前面を含む球面の中心座標をパラメータとする。また、ボクシングセンタを設定するための平面を実施の形態1ではリム2前面の属する平面としたが、実施の形態2ではリム2はないため鼻側の点ともっとも耳側の点の中間と、もっとも上部の点ともっとも下部の点の中間に向かう直線が球面と交わる点をボクシングセンタとする。実施の形態1と同様にFPDと瞳孔中心の座標と瞳孔径をパラメータとする。合計で実施の形態2のパラメータは35個となる。
(4)最適化計算のための初期値の設定
実施の形態1と同様の思想でパラメータに初期値を設定する。
(5)シミュレーション画像について
設定した上記の35個のパラメータの初期値に基づいてシミュレーション画像データを作成する。実施の形態1と同様に適合度が一番大きな画像をシミュレーション画像とする。また、初期値を修正した場合にはその修正値ごとにシミュレーション画像データを作成する。
(6)レンズ装着情報の算出
実施の形態1と同様のルーチンでパラメータの初期値を修正し、適合度が最大となった段階での修正された修正値をパラメータの最適な数値としてこの値を使用してレンズ装着情報を算出した。その結果を示す。
イ)実施の形態1と同様に最急降下法によって決定された主要なパラメータの最適な数値を示す。尚、基準となるフレーム全体の横幅間は119.5mmであり、ダミーレンズの厚さは2.0mmである。また、角膜頂点から瞳孔までの距離の一般的な値として、3.0mmとした。
1)ボクシングセンタから各点への距離r01〜r24について
下記表3の通りである。
3)虹彩直径・・・11.7mm
4)瞳孔中心の座標
虹瞳孔中心の座標を表4に示す。虹彩中心座標のうち、XY座標は自動的にアイポイントを示すこととなる。
前傾角 5.5度
そり角 3.4度
頂点間距離R:7.9mm、L:8.4mm(レンズ厚2mmで計算)
(1)眼鏡フレームの条件
実施の形態3では眼鏡フレームとしてセルフレームを使用する。セルフレームでは実施の形態1のようなリム2といった概念はないため、ここではレンズが嵌め込まれるフレーム部分を「レンズ用枠部」とする。図14に示すようにレンズ用枠部21の厚さ方向の面(外面)と前面の接するラインは角張っているものとする。実施の形態3ではこのレンズ用枠部21に実際のレンズもダミー板も入れず、素通しの状態で撮影する。
スケーリングは実施の形態1に準じた。
実施の形態1及び2と同じデジタルスチールカメラを使用して6つの遠用視線の画像を撮影する。実施の形態1と同様に2値化する画像処理を施す。2値化後の画像を図15に示す。
(3)パラメータについて
実施の形態3では実施の形態1のようなリム前面を含む平面や実施の形態2のような球面は設定せず、レンズ用枠部21上に直接R01〜R24の24点を設定し、これら各点においてZ座標をパラメータとして設定した。図16に示すようにレンズ用枠部21上のR01〜R2の各点におけるレンズ用枠部の前後幅(前後方向の長さ、枠の厚さ)とセル幅をパラメータとして設定する。ここでは、
虹彩中心のパラメータ(遠用側にみ)として6
虹彩直径のパラメータとして1
原点からボクシングセンタまでの距離のパラメータ(FPD)として1
ボクシングセンタから各点への距離r01〜r24の24
各点のZ座標として23(R01のZ座標は0と定義するため)
各点における枠の前後幅として24
各点における枠のセル幅として24
の合計103個のパラメータとする。
(4)最適化計算のための初期値の設定
実施の形態1及び2と同様の思想でパラメータに初期値を設定する。
各点のZ座標と前後幅については、実施の形態1と2には無い概念であった。Z座標と前後幅の初期値を、任意の画像に基づいて決めるのは比較的難しく、手間がかかる。そこで、実施の形態3では平均的なセルフレームについてあらかじめ得られている値を適用する。
(5)シミュレーション画像について
設定した上記の103個のパラメータの初期値に基づいてシミュレーション画像データを作成する。実施の形態1及び2と同様に適合度が一番大きな画像をシミュレーション画像とする。また、初期値を修正した場合にはその修正値ごとにシミュレーション画像データを作成する。
(6)レンズ装着情報の算出
実施の形態1及び2と同様のルーチンでパラメータを修正し、適合度が最大となった段階での修正値をパラメータの最適な数値としてこの値を使用してレンズ装着情報を算出した。その結果を示す。
イ)実施の形態1及び2と同様に最急降下法によって決定された主要なパラメータの最適な数値を示す。尚、基準となるフレーム全体の横幅間は142.7mmである。
1)ボクシングセンタから各点への距離r01〜r24、各点のZ座標、セル幅、前後幅について
下記表5の通りである。
3)虹彩直径・・・11.0mm
4)虹彩中心の座標
虹彩中心の座標を表6に示す。虹彩中心座標のうち、XY座標は自動的にアイポイントを示すこととなる。
前傾角 0.0度
そり角 4.8度
頂点間距離R:12.8mm、L:12.2mm(レンズ厚2mmで計算)
・上記実施の形態においてはパラメータの初期値を撮影した画像から「比較的正面に近い」方向から撮影したものをベースに設定したが、適当な画像が無い場合は、多くの事例の平均的な値を元に初期値を設定するようにしてもよい。
・パラメータの初期値の設定を行う前に、1)正面画像や水平高さ(虹彩または瞳孔中心に近い高さ)から撮影した画像の選出、2)最適化計算における重み付け、といった前処理を行うようにすることがよい。
・パラメータの初期値として、例えば多くの事例の平均的な値とするようにしてもよい。あるいは代表的な10個程度のパターンを想定し、もっとも適合度が高いものを初期値とすると、最適化計算の効率がよい。このような手段を準備しておくと、撮影した画像の中に正面方向から画像が含まれていなくても、適切な初期値を設定することができる。
・実施の形態3ではフレームの厚さ方向と表面の接するラインは角張っているとしたが、R(曲がり)を想定してもよい。どの場所でも同じRを想定しても、ポイントによって異なる想定も可能である。
・画像の撮影において眼がはっきり写っていない画像もあるため、眼の位置の計算が不正確になりがちである。そのため、最初の段階で虹彩中心または瞳孔中心を重視せず(ただし無視はしない)、枠形状の特定を優先的に行ない、虹彩中心または瞳孔中心の位置は枠形状を特定してから適合度を計算する手順であってもよい。
・実施の形態1で、テンプルがZ軸に沿っているとしてX軸回りの水平方向の決定に利用した。テンプルが湾曲していても、XY平面に平行な面に含まれていれば、水平方向の決定に利用することができる。その場合は、テンプルの曲率半径と曲率中心の座標をパラメータとして最適化すればよい。実施の形態2〜3の様に、X軸回りの水平方向の決定にテンプルを利用できなければ、遠用視線の虹彩または瞳孔が正面を向いていることから計算できる。
・スケーリングのために、ピント合わせを利用することもできる。カメラとフレームまたは装用者の顔の一部までの距離がわかれば、ピント合わせを利用して被撮像物の絶対的な大きさを求めることが可能である。
・上記実施の形態では、いずれも1m程度離れた距離から撮影したので、カメラと眼鏡装用者の顔の距離をパラメータとして設定して最適化する計算は行わなかった。たとえば20〜30cm程度の近接した距離から撮影する場合は、遠近の度合いが大きくなりフレームの一部がカメラに近く、一部が遠くなる。このため、得られる画像としては、近い部分が大きく、遠い部分が小さくなるので、そのような見え方を考慮した最適化計算を行うことがよい。
・撮影においてはカメラ付き携帯電話、カメラ付きタブレット型コンピュータで撮影してもよい。その場合、画像分析とパラメータ最適化計算を行なうためのソフトをこれらの装置に内臓させて、眼鏡装用者固有の装用状態に関する情報を単体で得るようにしてもよい。また、画像を別のコンピュータに送信して計算させるようにしてもよい。
・実施の形態2ではプラスチック板を通して虹彩または瞳孔を撮像するため、プラスチック板によるプリズム効果のため、虹彩または瞳孔の位置が素通し状態とは異なって撮像されることとなる。そのためプラスチック板の厚さと屈折率にもとづいて、そのプリズム効果を計算して、より正確な虹彩位置または瞳孔位置を算出することがよい。
・レンズ装着情報として、例えば角膜の曲率、眼球回旋中心の位置、眼球回旋中心に対する角膜球面中心の位置を算出することもできる。そのためには、装用者の視線を遠用正面だけでなく、さまざまな方向(たとえばカメラを見る視線)でも撮影することがよい。 ・実施の形態1における虹彩に関して適合度への寄与を算出する方法として、上記以外の手法として図17に示すような手法としてもよい。虹彩のシミュレーション画像が、撮像した虹彩よりも大きくなった場合に、ペナルティ(寄与のマイナス)を効果的に設定するため、カーブを比較する方法である。シミュレーションで想定している虹彩の中心に直線をのばし、その直線が2値化画像の黒領域に到達する点の付近のカーブを決定し、その中心座標を決定する。その座標がシミュレーションの虹彩中心から大きく離れていれば、ペナルティを小さくする。近ければペナルティを大きくする。この様にすれば、シミュレーションする虹彩直径が大きくなりすぎることを防ぐことができ、かつ小さくなりすぎることもない。
・実施の形態のフレームはR側とL側を対称的であるが、左右非対称なフレームに本発明を適用することは問題なくできる。
・その他、本発明の趣旨を逸脱しない態様で実施することは自由である。
Claims (9)
- 撮影手段によって眼鏡を装用した人物を複数の方向から当該人物の顔方向に向かって撮影してレンズを包囲するためのフレーム形状又は前記レンズの外周形状(以下フレーム形状等)を含む複数の異なる画像データを得る撮影工程と、
眼と前記フレーム形状等の相対的な位置関係と前記フレーム形状等の三次元的な形状を定めるためのパラメータ群に対してその初期値となる値を設定する初期値設定工程と、
前記初期値と前記複数の異なる画像データの前記眼と前記フレーム形状等との適合度を最適化することで前記初期値を修正して修正値を得る修正工程と、
前記修正工程によって修正された前記修正値に基づいて当該眼鏡を装用した人物の眼鏡についてレンズを装着させる際のレンズ装着情報を算出する算出工程と、
を備えることを特徴とするレンズ装着情報の算出方法。 - 前記初期値は前記撮影工程で得られた前記複数の異なる画像データから選択された任意の画像データに基づいて設定することを特徴とする請求項1に記載のレンズ装着情報の算出方法。
- 前記レンズ装着情報とは、アイポイント、頂点間距離、前傾角、そり角から選ばれる少なくとも1以上の情報であることを特徴とする請求項1又は2に記載のレンズ装着情報の算出方法。
- 基準となる物体の長さ又は基準となる方向を実測し、前記物体を画像データ中に撮し込むようにしたことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のレンズ装着情報の算出方法。
- 前記複数の異なる画像データに基づいて計算することで虹彩の形状が特定されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のレンズ装着情報の算出方法。
- 前記複数の異なる画像データに基づいて前記フレーム形状等が特定されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のレンズ装着情報の算出方法。
- 選択した前記複数の異なる画像データのうち、少なくとも2つ以上は虹彩が判別できる画像データであることを特徴とする請求項2〜6のいずれかに記載のレンズ装着情報の算出方法。
- 請求項1〜7に記載のレンズ装着情報の算出方法をコンピュータに実現させるための制御手段を備えた電子システム。
- 請求項8に記載の前記制御手段の機能を実現させるためのプログラム。
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