KR101932568B1 - 안경 착용자의 형태기하학적 매개변수의 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 위치-식별 수단(22)이 장착된 안경(21)을 착용한 사람의 형태기하학적 매개변수를 측정하는 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 스크린, 타깃(8, 18), 경사각을 결정하는 결정 수단을 포함하는 콤팩트한 이미지 획득 시스템(7, 17), 및 컴퓨터를 포함하는 독립형 컴퓨터 장치(1, 10)를 이용한다. 본 발명의 방법의 주요한 특징은, 실질적으로 수평 방향(24)으로 자연스럽게 머리를 유지하는 동안 사람이 전방으로 무한으로 위치한 지점을 관찰하게 하는 단계; 제1 자세에서 프레임(21)의 위치의 제1 이미지를 획득하는 단계; 자연스럽고 편안하며 적어도 사람 머리의 기울어짐 동작을 포함하는 위치를 채택함으로써 이미지 획득 시스템에 대해 공지된 위치에 위치되는 타깃(8, 18)을 사람이 관찰하게 하는 단계; 제2 자세에서 프레임(21)의 위치의 제2 이미지를 획득하는 단계; 2개의 이미지 중 하나로부터 눈(27)의 위치들을 결정하는 단계; 사람의 형태기하학적 매개변수를 결정하기 위해 얻은 2개의 이미지를 컴퓨터 처리하는 단계; 및 측정 결과를 전달하는 단계를 포함한다는 것이다.

Description

안경 착용자의 형태기하학적 매개변수의 측정 방법{MEASUREMENT PROCESS OF MORPHO-GEOMETERICAL PARAMETERS OF A PERSON WEARING EYEGLASSES}

본 발명의 기술 분야는 안경 착용자의 형태기하학적 매개변수를 측정하는 방법에 관한 것이다. 예를 들면, 이들 매개변수는 동공 거리(PD), 동공과 렌즈의 바닥 에지 사이의 높이(H), 전경각(ΘP)(pantoscopic angle), 즉 사람 얼굴 면에 대한 렌즈의 경사각, 눈과 렌즈(V) 사이의 거리(DVO) 및 또한 눈의 회전 중심(CRO)을 포함할 수 있다. 특히 누진 렌즈(progressive lens)를 갖는 안경을 적절하게 개인별로 맞추기 위해서는 이들 매개변수를 아는 것이 필수적이다.

이들 형태기하학적 매개변수의 일부가 측정되게 하는 방법들이 또한 존재한다. 이러한 방법의 제1 카테고리는 눈의 높이에 맞게 조절되는 카메라가 구비된 커다란 크기의 수직 측정 칼럼을 이용하며, 안경 착용자는 거울 속의 자신의 상(reflection)을 응시한다. 이러한 유형의 장비는 상당히 부피가 커서 측정을 하기 위해 상당한 크기의 전제를 필요로 하며, 측정을 개선하기 위해 용이하게 이동될 수 없다는 점에서 사용 중에 상당히 유연성이 없고, 주어진 상황에 맞추기 위해 개별 구성요소로 분할될 수 없다.

이들 방법의 제2 카테고리는 특히 테이블 상에 위치되기에 적합한 보다 작은 크기의 장비를 수반하지만, 대부분 제한하는 안경 착용자의 위치설정 및 측정 프로토콜을 필요로 한다. 이러한 유형의 방법은 사람이 머리에 대한 상당히 특정한 위치를 채택하는 것을 요구하며, 안경 프레임에 적용되는 클립을 필요로 하고, 이 클립에는 로커 빔(rocker beam)이 제공된다. 그러면 제1 단계는 사람이 자연스런 자세를 채택하게 하며, 로커 빔은 클립과 로커 빔 사이의 각도를 고정하도록 블로킹되며, 이 각도는 전경각에 대응한다. 제2 단계 동안, 안경 프레임 및 클립을 착용한 사람은 스크린 위에 배치된 카메라를 응시한다. 이 사람은 블로킹된 로커 빔이 눈과 카메라를 결합하는 축에 수직이 되도록 머리를 기울일 필요가 있다. 이러한 방법은 복잡하고 정확한 조절을 요구하며, 카메라 축에 대한 정확한 위치를 점유할 수 있기 위해 그리고 이에 따라 로커 빔의 위치를 고정하기 위해 안경 착용자의 일부에 대한 일정한 양의 재주(dexterity)를 필요로 한다.

형태기하학적 매개변수를 측정하기 위한 본 발명의 방법은 사용에 있어 유연하며, 안경 착용자에 대해 어떤 제한을 부여함이 없이 정확하고 신뢰성 높은 매개변수의 용이하고 신속한 측정이 가능한 장비를 이용한다. 이러한 방법 전체에 걸쳐, 사람은 머리의 피벗 이동 또는 기울임과 정확한 위치선정을 요구하는 일련의 자세를 채택할 필요 없이, 그리고 특정 장비가 장착될 어떠한 필요도 없이, 자연스러운 방식으로 머리를 유지하면서 오로지 편안한 자세를 채택하는 것을 요구한다. 본 발명의 방법은 또한 자동으로 그리고 신속하게 측정의 결과를 제공하도록 설계된다.

본 발명은 안경 착용자의 형태기하학적 매개변수를 측정하는 방법을 제공하며, 이 방법은 스크린, 타깃, 경사각을 결정하는 결정 수단을 포함하며 상기 스크린에 연결되는 콤팩트 이미지 획득 시스템, 및 이미지 획득 시스템이 제어되게 하고 획득된 이미지가 처리되게 하는 컴퓨터를 구비하는 독립형 컴퓨터 장치를 실행시킨다. 본 발명의 방법의 주요 특징은:

· 안경이 사람 얼굴의 자연스러운 위치를 점유하며, 실질적으로 수평 방향으로 자연스럽게 머리를 유지하는 동안 사람이 전방으로 그리고 무한으로(at infinity) 위치한 지점을 관찰하게 하는 단계;

· 제1 자세에서 프레임의 위치의 제1 이미지를 획득하는 단계;

· 자연스럽고 편안한 위치를 채택함으로써 이미지 획득 시스템에 대해 공지된 위치에 위치되는 타깃을 사람이 관찰하게 하는 단계로서, 이러한 관찰에 의해서는 사람 머리가 경사지게 이동되고 안경이 제1 자세에 대해 사람 얼굴 상에서 변경되지 않은 위치를 유지하는, 사람이 관찰하게 하는 단계;

· 제1 자세에 사용된 것과 동일한 이미지 획득 시스템에 의해 제2 자세에서 프레임의 위치의 제2 이미지를 획득하는 단계;

· 2개의 이미지 중 하나로부터 눈의 위치를 결정하는 단계;

· 눈의 위치로부터, 제1 자세에서의 프레임의 위치로부터, 제2 자세에서의 프레임의 위치로부터, 및 이미지 획득 시스템의 경사각으로부터, 사람의 형태기하학적 매개변수를 결정하기 위해 얻은 2개의 이미지를 컴퓨터 처리하는 단계로서, 눈에서 응시 지점까지, 즉 제1 위치와 제2 위치 사이의 지점까지 응시 축선에 대한 사람 얼굴의 평면의 경사 차이를 고려하여 계산을 보정하는 단계를 포함하는 단계; 및

· 측정의 결과를 제공하는 단계를 포함한다.

이러한 방법의 원리는 안경 착용자가 자연스럽고 편안한 두 가지 자세를 채택하고, 이들 두 가지 자세에 대응하는 안경 프레임의 2개의 이미지를 획득하며, 마지막으로 거기로부터 원하는 형태기하학적 매개변수를 추론하기 위해 2개의 이미지를 컴퓨터 처리한다는 점에 근거한다. 이미지 획득 시스템은 이동 또는 정지 사진을 촬영하기 위한 적어도 하나의 카메라를 포함할 수 있다. 두 가지 자세에서의 2개 이미지 모두를 획득하기 위한 이미지 획득 시스템이 동일하다는 것이 특정되어야 한다. 이미지 획득 시스템의 축의 경사각은 특히 경사각으로 인한 시차 오차(parallax error)를 교정할 수 있기 위해 정확하게 공지되어야 한다. 이미지 획득 시스템은 주어진 경사각을 갖는 고정식으로, 또는 가능한 경사각의 범위에 걸쳐 이동식으로 사용될 수 있다. 제1 구성에서, 카메라의 필드의 중심에 착용자의 얼굴이 나타내어지는 것을 보장하도록 위치를 변경하는 것은 착용자이다. 제2 구성에서, 획득 시스템의 경사각은 사람 얼굴이 적절하게 틀을 잡는 것이 보장되도록 사람의 위치에 맞추어진다. 이미지 획득 시스템에 적용되는 경우 용어 "콤팩트(compact)"는, 이 시스템이 크기가 작고 테이블 또는 데스크와 같은 종래의 가구 상에 배치되도록 그리고 적절한 각도로 경사지도록 용이하게 핸들링될 수 있다는 것을 의미한다. 유리하게, 타깃은 이미지 획득 시스템에 의해 지지된다. 이러한 방식으로, 본 발명의 방법을 실행하는 데 필요한 장비는 보다 적게 분산된다. 본 발명의 측정 방법의 다른 바람직한 구현예에서, 타깃은 이미지 획득 시스템 자체로 구성된다. 두 가지 자세에서 획득 시스템에 의해 촬영된 이미지는 사람 눈에 대해 위치되는 안경 프레임을 주로 보여준다. 찾고자 하는 매개변수를 얻기 위해 이미지를 컴퓨터 처리하는 데 필요한 모든 정보는 사람 눈에 대해 3차원으로 안경 프레임의 위치의 결과로서 상기 이미지에 명확하게 나타나야 한다. 프레임과 사람 눈이 모두 이미지에 명확하고 정확하게 나타나는 것이 기본이다. 본 발명의 방법에서, 사람 얼굴 상에서 안경 프레임의 위치는 제1 자세와 제2 자세 사이에서 일정하게 유지된다. 일단 적절하게 얼굴 상에 위치되면, 안경의 위치는 한 위치에서 다른 위치로 다시 조절되지 않는다. 이후 형태기하학적 매개변수는 종래의 트라이그노메트릭(trignometrical) 관계에 근거하여 상기 이미지로부터 용이하게 추론될 수 있다. 이미지 처리는 사람 눈과 제1 및 제2 자세에서의 응시 지점 사이의 시준 축(sighting axis)에 대해 얼굴의 평면이 상이하게 위치설정되는 것을 고려하기 위해 얻어진 매개변수에 대한 계산 교정을 포함함을 언급하는 것이 중요하다. 이러한 차이가 작아서 몇 도 정도임에도 불구하고, 결정되는 매개변수의 값에 대한 결과는 대체로 중요할 수 있다. 프레임에는 선택적으로 3차원으로의 배향과 이미지 내에 정확하게 보여지는 경사각을 가능하게 하도록 마커(marker)가 제공되는 클립 형태의 위치-식별 수단이 제공될 수 있다. 스크린의 주요한 기능은 두 가지 자세를 사람이 채택하는 동안 획득된 이미지가 보여질 수 있게 하는 것이다. 스크린은 또한 찾고자 하는 형태기하학적 매개변수의 측정의 결과를 전달하는 기능을 한다. 본 방법은 안경 착용자에 의해 또는 안경사일 수 있는 작업자에 의해 직접 제어될 수 있다. 본 기재에서 임의의 모호성을 방지하기 위해, 용어 "안경" 및 "프레임"은 동등물로 간주되어야 한다. 용어 "기울임(tilting)"은 수평축에 대한 머리의 전·후방 피벗 이동인 머리의 이동에 사용된다. 본 발명의 방법은 사람의 일부에 대한 여러 실제 관찰 상황에 대한 현실적인 접근법을 제안하기 위해 측정 단계들을 가능케 하는 기능을 한다. 이러한 방법에 의해 결정되는 매개변수에서는 따라서 이론적인 계산에 의해 대부분 결정되는 매개변수보다 임의 오류(random error)가 보다 줄어들게 된다.

유리하게, 프레임에는, 마커가 제공되고 프레임 상에 고정되는 클립 형태의 위치-식별 수단이 장착되며, 상기 프레임의 경사각은 단일 카메라로부터 평가된다. 마커를 지지하는 클립은 사람 얼굴 상의 프레임의 경사각이 정확하게 보여지게 한다. 이러한 환경 하에서는, 카메라에 의해 포착되는 이미지 내의 상기 클립의 차원적 특성으로부터 경사각을 결정하기 위해 오로지 하나의 카메라만 필요하다. 이 카메라가 본 발명의 방법에서 실시되는 이미지 획득 시스템의 일체형 부분을 형성하는 것으로 추론된다.

본 발명의 방법의 다른 바람직한 실시예에서, 프레임의 경사각은 입체적 방법으로 사용되는 하나 이상의 카메라에 의해 평가되며, 상기 카메라는 2개의 이미지를 촬영한다. 이 카메라는 기준 구성요소가 보이는 2개의 이미지를 촬영하며, 이 구성요소는 사람 얼굴 상에 또는 사람의 뒤의 벽 상에 동일하게 잘 배치될 수 있고, 상기 이미지들은 프레임의 경사각을 결정하는 기능을 한다.

바람직하게, 프레임의 경사각은 입체적 방법으로 사용되는 2개 이상의 카메라에 의해 평가된다. 이 구성에서, 적어도 2개의 상이한 위치에 배치되며 프레임의 사진들을 각각 촬영하는 적어도 2개의 특징적인 카메라는 클립 지지 마킹에 의지하지 않고서 상기 프레임의 경사각을 결정하는 기능을 한다.

유리하게, 이미지 획득 시스템은 고해상도 카메라이다. 통상, 고해상도 카메라는 백만 화소 이상의 해상도를 갖는 카메라이다. 카메라의 해상도가 크면 클 수록, 측정의 정확도에 대한 만족도 그만큼 커진다.

바람직하게, 이미지 획득 시스템의 경사각을 결정하는 수단은 경사계를 포함한다. 선험적인(a priori) 이미지 획득 시스템은 주어진 위치에 고정된다. 그러나, 상당히 큰 크기의 사람에 대해, 사람 눈과 안경 프레임의 만족스러운 이미지를 얻기 위해서는 이미지 획득 시스템을 기울이는 것이 필요함을 알 수 있다. 경사각은 측정으로부터 도출되는 매개변수의 후속하는 계산 과정에 병합되기 위해 공지될 필요가 있다.

바람직하게, 상기 방법에 의해 측정되는 형태기하학적 매개변수는 동공과 렌즈(V)의 바닥 림 사이의 높이(H) 및 전경각(ΘP)이다. 전경각은 프레임이 사람의 코에 위치하고 사람이 멀리 응시하는 경우 수직 평면에 대한 렌즈(V)의 경사각에 대응함을 상기해야 한다.

유리하게, 측정된 높이(Hm)는 렌즈(V)와 눈 사이의 거리(DVO)를 고려하기 위해 교정된다.

바람직하게, 렌즈와 눈 사이의 거리(DVO)는 2개 이미지 사이의 디스패리티(disparity)의 측정으로부터 추론된다. 사람이 두 가지 상이한 자세를 채택하는 동안 촬영된 2개의 이미지는 렌즈와 눈 사이의 거리를 계산하는 것을 가능하게 한다. 이 거리(DVO)는 본 발명의 측정 방법에 의해 측정될 수 있는 다른 형태기하학적 매개변수다.

바람직하게, 안경 착용자의 전방에 작업자가 위치되고, 이 작업자는 이미지 획득 시스템을 조절하고 본 발명의 여러 측정 방법 단계들을 제어한다. 본 방법은 안경 착용자의 형태기하학적 매개변수의 측정값을 얻기 위해 안경사에 의해 실행될 수 있다. 따라서, 안경사는 두 가지 모든 자세에서 사람 눈과 프레임의 이용 가능한 이미지를 얻기 위해 편리하게 이미지 획득 시스템을 작동한다. 이를 위해, 스크린의 방향은 상기 이미지를 실시간으로 보는 안경사와 마주하게 된다. 사진 촬영을 개시하고 컴퓨터에 의한 이미지 처리를 시작하는 사람도 또한 안경사이다. 본 발명의 측정 방법은 주로 안경사가 사용하는 것을 전제로 하여 발전되어 왔다.

유리하게, 획득 시스템은 사람 얼굴의 위치를 맞추기 위해 경사각이 조절된다. 이러한 구성에 대해, 획득 시스템은 사람 얼굴의 적절하게 틀에 맞추어진 이미지를 얻기 위해 경사각을 변화시킴으로써 이동된다.

본 발명의 측정 방법의 다른 바람직한 실시예에서, 획득 시스템의 경사각은 일정하며, 사람은 이미지의 중심에 얼굴이 나타나게 하기 위해 적절한 높이로 얼굴을 위치시킨다. 이미지 획득 시스템이 경사각 내에서 조절되지 않는 경우가 발생할 수 있다. 이러한 상황 하에서, 획득 시스템은 주어진 위치에 고정되며, 획득 시스템의 필드 중심에 가져오도록 이동되는 것은 사람 얼굴이다. 이 구성에서, 사람은 정확하고 신뢰할만한 측정값을 얻기 위해 필요한 조건들을 결합하기 위해 몇 가지 사전 위치설정 제한을 받게 된다.

본 발명은 본 발명의 측정 방법을 실행하기 위한 측정 장치를 또한 제공한다. 본 발명의 장치의 주요 특징은 컴퓨터, 경사계가 장착된 하나 이상의 카메라 및 상기 카메라에 의해 촬영된 이미지가 측정의 결과와 함께 보여지는 디스플레이 스크린을 포함하며, 카메라의 위치 및 스크린의 위치는 서로 독립적으로 조절 가능하다는 점이다. 이러한 측정 장치는 임의의 특정적이고 제한적인 배치를 필수적으로 필요로 하지는 않으면서 여러 부재들이 상호 작용하고 원하는 측정값을 제공하기 위해 서로 연결되는 측정 키트로서 고려될 수 있다. 이러한 유형의 장치는 함께 연결되는 방식에 관해 일정량의 유연성을 제공하며, 따라서 테이블 또는 데스크 또는 단순히 지면이든지 상관없이 임의의 환경에 용이하게 설치될 수 있다. 카메라의 위치와 상관 없이 스크린의 위치를 조절하는 능력은 본 발명의 측정 장치가 다양한 구성에서 사용될 수 있게 하며, 가급적 정확한 방식으로 이 방법을 실행하는 데 필요한 장비의 다양한 피스를 위치설정함으로써 본 발명의 측정 방법의 수행 능력을 증가시킬 수 있게 한다.

유리하게, 측정 장치는 스크린, 2차 카메라, 경사계 및 컴퓨터를 결합한 태블릿으로 이루어지며, 또한 경사계가 장착된 하나 이상의 카메라에 의해서도 이루어진다. 이와 같은 유형의 장치는 보다 콤팩트한 유형 중 하나이며, 따라서 작은 공간 내에 설치될 수 있다. 작은 크기의 태블릿 내에 장치의 여러 성분 부재를 함께 그룹핑 함으로써, 사람 또는 작업자는 단일 피스의 키트로 본 발명 모두를 제어할 수 있고, 서로의 둘레로 부재를 이동하거나 서로에 대해 부재를 이동시킬 어떠한 필요도 없이 필요한 조절을 실행하기 때문에, 측정 장치는 사용 에 있어서 훨씬 더 유연하게 된다. 태블릿은 사람 또는 작업자에 의해 용이하게 취급되면서 호환이 가능한 작은 치수의 제품이라고 가정해야 한다. 이러한 유형의 제품은 특히 정확한 위치에 설치되고 원하는 방향을 향하도록 룸 내에서 수동으로 용이하게 이동될 수 있다. 태블릿은 터치 스크린을 구비할 수 있거나, 마우스의 도움으로 더욱 종래의 방식으로 사용될 수 있다. 카메라는 태블릿에 직접 고정될 수 있거나 태블릿을 지지하는 데 또한 사용되는 지지부에 직접 고정될 수 있다.

바람직하게, 이 장치는 태블릿 및 카메라가 고정되는 지지대를 포함한다. 지지대는 카메라가 태블릿에 매우 가까이 위치될 수 있게 함으로써 장치가 보다 콤팩트하게 될 수 있도록 해 주며, 이들 2개 구성요소 사이의 거리는 수 센티미터 미만이다.

바람직하게, 카메라 및 태블릿은 수직 평면의 어느 일측 상에 위치되며, 서로 간에 15° 내지 45°의 범위에 놓인 각을 형성한다. 유리하게, 이 각도는 30°이다. 이러한 방식으로, 스크린은 일정 방향으로 배향되며, 카메라는 반대 방향으로 배향된다. 이 배치는 안경사가 태블릿의 스크린 상에서 직접 안경 착용자의 얼굴을 관찰할 수 있게 해 주며, 이미지는 이 태블릿의 후면에 배치되는 카메라에 의해 포착된다. 이러한 구성에서, 안경사는 이미지를 얻기 위해 사람 얼굴과 동일한 높이로 카메라를 위치시키지 않아도 된다. 테이블 또는 데스크 상에 측정 장치를 위치시키고 태블릿과 카메라의 경사각을 가급적 정확하게 조절하는 것만으로 충분하다.

사람의 형태기하학적 매개변수를 측정하는 본 발명의 방법은 안경 착용자가 임의의 특정 장비를 보유할 필요가 없고 일련의 제한적이고 반복적인 자세를 채택할 필요가 없다는 점에서 특히 인체공학적이고 사용자 친화적인 장점을 제공한다. 이들은 또한 스크린 또는 그 밖에 인쇄물에 의해 안경사에게 또는 사람에게 즉시 측정 결과를 제공해준다는 장점도 갖는다. 결국, 본 발명의 방법에서 사용되는 측정 장치는 크기가 작고 따라서 테이블 또는 데스크 상의 작은 용적의 룸에 설치될 수 있다.

도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 측정 방법의 바람직한 구현예를 아래에서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 방법이 구현되게 하는 측정 장치의 바람직한 제1 실시예의 사시도이고;
도 2는 본 발명의 방법이 구현되게 하는 측정 장치의 바람직한 제2 실시예의 사시도이며;
도 3은 사람이 무한 원점을 향해 주시하고 있는 상황의, 카메라와 함께 제1 자세에서 사람 머리를 형상화한 개략적인 형상도이고;
도 4는 사람이 카메라 상의 타깃을 주시하고 있는 상황의, 카메라와 함께 제2 자세에서 사람 머리를 형상화한 개략적인 형상도이며;
도 5는 무한 원점을 향해 주시하고 있는 상황의, 제1 자세에서 사람 머리를 형상화한 개략적인 형상도이고;
도 6은 카메라 상의 타깃을 주시하고 있는 상황의, 제2 자세에서 사람 머리를 형상화한 개략적인 형상도이며;
도 7은 마커 보유 클립이 장착된 안경의 사시도이고;
도 8은 사람이 제1 자세에 있는, 마커 클립이 장착된 안경과 사람 눈의 단순화된 정면도이며; 및
도 9는 사람이 제2 자세에 있는, 마커 클립이 장착된 안경과 사람 눈의 단순화된 정면도이다.

도 1을 참조하면, 안경 착용자의 형태기하학적 매개변수의 측정 방법을 실행하는 측정 장치의 바람직한 제1 실시예는 스크린 및 컴퓨터를 포함하며 평탄하고 수평인 면 상에 서 있을 수 있게 하는 지지대(2) 상에 직립해 있는 태블릿(1)으로 이루어진다. 이 지지대(2)는 피벗 축(5)에 대해 스탠드(3) 상에 힌지식으로 장착되는 지지 로드(4)에 의해 연장되는 넓은 원형 스탠드(3)를 포함한다. 다른 말로 표현하자면, 스탠드(3)가 수평면(6) 상에 세워지면, 로드(4)는 수직 방향에 대해 다소 경사진 위치에 있다. 로드(4)는 얇은 두께의 금속 스트립으로 고려될 수 있다. 태블릿(1)은 로드(4)에 기대어 있으면서 스탠드(3) 상에 지지된다. 유리하게 백만 화소 이상의 해상도를 갖는 고해상도 비디오 카메라 형태의 이미지 획득 시스템(7)이 전자 카드에 의해 로드(4)에 고정되며 태블릿(1)의 후면에 위치한다. 보다 양호한 측정 정확도를 얻도록, 이 카드는 발광 조건을 보다 우수하게 제어하기 위하여, 그리고 카메라(7)에 의해 얻어지며 스크린 상에 나타날 수 있는 이미지 내의 각각의 눈의 각막 상(reflection)을 보여주기 위하여 뷰잉 타깃(8) 및 플래쉬(9)를 또한 지지한다. 이 카드는 플래쉬(9)에 가까운 커패시터를 또한 보유한다. 이 커패시터는 하나 이상의 범용 시리얼 버스(USB; Universal Serial Bus) 케이블에 의해 전력이 공급되는 전자 카드에 의해 충전되며, 상기 커패시터는 플래쉬(9)를 작동하는 데 필요한 에너지를 공급하기에 적합하다. 이 커패시터는 매우 빠르게 플래쉬(9)를 충전하여 2개의 연속하는 플래쉬 사이에 상당히 긴 대기 시간(latency time)을 방지할 수 있다는 장점을 갖는다. 태블릿(1)은 터치 스크린을 갖출 수 있거나 마우스에 의해 사용될 수도 있다. 이 태블릿(1)은 컴퓨터, 및 카메라를 작동시키고 이미지를 복구하며 상기 이미지를 처리하고 측정 결과를 보여주는 관련 소프트웨어를 포함한다. 스크린에 대한 법선(normal)은 3차원에서 제1 방향을 향하며, 카메라(7)의 시준 축은 제1 방향에 반대인 제2 방향을 향한다. 카메라(7)는 3차원에서의 배향에 관계없이 경사각을 결정할 수 있게 하는 경사계를 구비한다. 이 장치(1)는 콤팩트하며 테이블 또는 데스크 상에 용이하게 설치될 수 있다. 이 장치는 안경 착용자의 형태기하학적 매개변수를 측정하고자 하는 안경사일 수 있는 작업자에 의해 작동되도록 또한 구성된다. 안경(21)을 착용한 사람은 카메라(7)의 전방에서 자세를 취하는 한편, 안경사는 태블릿(1)의 스크린을 마주 보면서 사람 눈(27)과 프레임(21)이 디스플레이 스크린 상에서 적절하게 틀에 맞추어지도록 카메라(7)를 지지하는 지지 로드(4)를 피벗 이동시킨다. 본 발명의 측정 방법은 이때 시작될 수 있다. 다른 변형예에서, 카메라 및 태블릿의 스크린은 안경 착용자가 본 발명의 측정 방법을 직접 작동하도록 나란히 위치될 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 측정 장치(10)의 바람직한 제2 실시예는 유리하게 백만 화소 이상의 해상도를 갖는 고해상도 비디오 카메라 형태의 이미지 획득 시스템(17)을 포함한다. 이 카메라(17)는 복수의 위치를 채택하도록 용이하게 비틀리는 변형 가능한 로드(14)가 위에 장착된 넓은 스탠드(13)를 구비하는 지지대(12)에 의해 지지된다. 스탠드(13)가 실질적인 평면(16) 상에 세워지면, 로드(14)는 수직 방향에 대해 다소 경사진 위치에 있다. 로드(14)에 고정되는 전자 카드는 카메라(17), 안경(21) 착용자를 위한 뷰잉 타깃(18), 및 발광 조건에 대해 보다 양호한 제어가 가능하고 카메라(17)에 의해 획득되며 스크린 상에 나타날 수 있는 이미지들 내에 보이는 각각의 눈의 각막 상을 만들기 위한 플래쉬(19)를 지지하며, 이에 의해 보다 양호한 측정 정확도를 얻게 된다. 전자 카드는 플래쉬(19) 근접 부위에서 커패시터를 지지한다. 따라서 커패시터는 적어도 하나의 USB 케이블에 의해 전력이 공급되는 전자 카드에 의해 재충전되며, 상기 커패시터는 플래쉬(19)를 작동하는 데 필요한 에너지를 제공하기에 적합하다. 이 커패시터는 플래쉬(19)를 상당히 신속하게 충전하게 하여 상당히 긴 2개의 연속하는 플래쉬 사이의 대기 시간을 방지할 수 있다는 장점을 갖는다. 이 카메라(17)에는 3차원 배향에 무관하게 경사각이 결정될 수 있게 하는 경사계가 제공된다. 컴퓨터와 연결되어 있으며 카메라(17)에 의해 획득되는 이미지들을 얻어지는 결과와 함께 보여주기 위해 상기 카메라(17)에 바로 근접해서 위치되는 디스플레이 스크린은 예컨대 USB 케이블(30)과 같은 데이터 연결부를 통해 카메라(17)에 연결된다. 케이블(30)은 경사계로부터의 데이터와 함께 얻어지는 이미지를 컴퓨터에 전송하는 역할을 한다. 본 실시예에서 컴퓨터는 제1 실시예의 컴퓨터와 동일한 기능을 제공한다. 상기 스크린의 배향에 따라, 본 발명의 측정 방법은 안경사에 의해 또는 안경 착용자에 의해 직접 제어될 수 있다. 이미지 획득 장치(10)는 크기가 작고 테이블 또는 데스크 상에 용이하게 설치된다. 이 장치는 심지어 데스크 상에서 이동될 수 있고, 단순히 수동 조작만으로도 다소 기울어질 수 있다.

상술한 2개의 실시예에서, 카메라(7, 17)는 초상화 모드로 배향되며, 이로써 상기 카메라(7, 17)의 배향을 조절할 필요 없이 넓은 범위의 크기에 걸친 사람들을 포괄할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 예컨대 상당히 키가 큰 사람, 또는 서 있지 않고 앉아 있는 사람, 또는 그 반대와 같은 비정상적인 상황에 대해, 카메라(7, 17)는 안경 착용자의 얼굴 이미지를 틀에 넣기 위해 적절한 각도로 기울어질 수 있고, 경사계는 얻어진 측정값을 교정하기 위해 획득된 이미지들의 처리에 연속해서 병합될 수 있도록 대응하는 경사각을 측정하는 기능을 한다. 본 발명의 방법의 다른 변형예는 고정 카메라(7, 17), 즉 경사각을 조절할 수 없는 카메라를 사용하는 것으로 구성되며, 예컨대 안경 착용자에게는 안경 착용자의 얼굴이 스크린(8) 상에 중심이 맞추어지도록 안경 착용자가 위에 앉게 되는 의자의 높이를 조절함으로써 적절한 위치를 잡는 것이 요구된다. 카메라(7, 17)에 의해 얻어지는 이미지에 추가로, 스크린은 또한 측정 결과를 보여주는 기능을 하며, 거의 즉각적인 방식으로 이와 같은 기능을 한다. 도 7을 참조하면, 마커(23)를 포함하는 클립(22)은 이미지의 스케일을 결정하기 위해 사람에 의해 착용된 안경 프레임(21) 상에 고정될 수 있으며, 이 마커(23)는 3차원에서 프레임(21)의 배향과 위치를 식별하는 기능을 한다. 렌즈(V)의 평면과 클립(22)의 평면이 일치하는 것으로 가정된다. 그럼에도 불구하고, 클립(22)이 항상 필요한 것은 아니다. 2개의 카메라를 사용하는 입체 측정 시스템은 클립(22)의 사용을 필요로 하지 않고 전경각 및 또한 축적 비율을 결정할 수 있게 한다.

본 발명의 방법은 상술한 순서로 또는 상이한 순서로 아래의 단계들을 실행한다.

- 도 3 및 도 5를 참조하면, 클립(22)이 장착된 프레임을 갖는 안경(21)을 착용한 사람(20)이 카메라(7, 17)의 전방에 자리를 잡는다. 안경사가 편안하고 자연스러우며 무한 원점을 향해 곧바로 주시하는 제1 자세를 선택했는지를 사람에게 묻는다. 화살표(24)로 표시된 응시 방향은 이때 실질적으로 수평이다. 안경사는 스크린 상의 사람 얼굴을 보도록 카메라(7, 17)를 조절하는데, 보다 상세하게는 이 목적을 달성하기 위해 필요한 대로 카메라(7, 17)를 기울임으로써 스크린의 소정 영역에서 카메라(7, 17)를 조절한다.

- 사람 얼굴이 카메라(7, 17)의 필드 내에 잘 위치되면, 안경사는 제1 이미지를 획득한다. 그러면 컴퓨터는 프레임(21) 상에서 클립(22)의 정밀한 3차원(3D) 배향을 결정하고, 거기로부터 경사계로 측정되는 바와 같이 카메라(7, 17)의 축(25)에 대한 클립(22)의 각도(ΘClip1)와 수직선에 대한 카메라(7, 17)의 각도(ΘCam1)에 대한 함수로 표현되는 전경각(ΘP1)을 추론한다. 이 전경각(ΘP1)은 정확하게 공지된 상대 위치에서 클립(22) 상에 위치되는 적어도 3개의 마커(23) 상에 놓임으로써 클립(22)에 의해 측정된다. 이들 마커(23)는 단일 평면을 형성하며, 이미지-처리 소프트웨어와 연결된 카메라(7, 17)는 기준 프레임(Xc, Yc, Zc) 내에 있는 이들 3개 마커(23)의 3차원 위치를 결정하고, 결국에는 상기 기준 프레임에 대한 상기 평면의 배향을 결정한다. 이러한 배향은 곧바로 각(ΘClip1)을 형성한다. 클립(22)의 마커(23)의 3차원 좌표는 통상적으로 POSIT 타입의 반복 알고리즘을 사용하여 측정된다. 이때 아래의 각도 관계식이 얻어진다:

ΘP1 = ΘClip1 - ΘCam1

- 도 4 및 도 6을 참조하면, 안경사는 편안하고 자연스러우며 카메라(7, 17) 상에 위치한 타깃(8, 18)을 주시하는 제2 자세를 선택했는지를 사람에게 묻는다.

- 안경사는 제2 이미지를 획득한다. 전경각(ΘP2)이 다시 한 번 측정된다. 이상적으로, 장치는 카메라의 필드가 2개 위치 사이에서 머리의 이동을 포괄하기에 충분히 크기 때문에 두 가지 자세 사이에서 이동하지 않는다(ΘCam1 = ΘCam2 = ΘCam). 플래쉬 유닛(9, 19)은 각막 상을 획득하도록 제2 이미지 획득 동안 작동된다. 각막 상은 높이(H) 및 동공 거리(1/2PD)를 측정하도록 프레임(21)의 좌·우 코 측면과 좌·우 바닥 에지에 있을 때에 이미지로부터 추출된다. 클립(22)은 또한 이미지의 스케일을 회복하고 그에 따라 H 및 PD에 대한 교정값을 얻는 데 사용된다. 본 실례에서 측정된 바와 같은 높이는 Hm이고, 이것은 제2 자세에서 유지되는 바와 같은 머리의 위치가 점선(26)으로 도시된 클립(22)에 의해 도 4 및 도 6에 나타난 이상적인 위치, 즉 오차가 영(zero)이고 각도(90°- ΘCam)를 통해 기울어지는 머리에 대응하는 위치가 아니기 때문에 오차를 포함하며, 여기서 ΘCam은 카메라(7, 17)와 수직선 사이의 각도이다. 높이의 실제 값(Hr)은 관계식 Hr = Hm + ΔH에 의해 측정된 높이(Hm)와 상이하다. 표시를 통해, 도 6은 제2 자세에 대응하는 각도 오차(ΘErr)를 도시하며, 머리의 위치와 클립(22)의 위치는 점선(26)에 의해 영 각도 오차(ΘErr)에 대응한다.

- 높이(H)에 관한 오차들은 추후에 제2 이미지에서의 클립의 각도 오차(ΘErr)와 렌즈-대-눈 거리(DVO)를 고려함으로써 교정된다. 각도 오차는 아래 식으로 주어진다:

ΘErr = ΘP1 - ΘP2 - (90°- ΘCam)

그리고 높이에 대한 교정은 제1 추론인 아래 식으로 주어진다:

ΔH = (Reye + DVO) × tan(ΘErr) = d(CRO, V) × tan(ΘErr)

여기서, Reye는 평균 12 밀리미터(mm)와 같은 눈의 반경이며, DVO는 렌즈-대-눈 거리, 평균 15　mm이다. 매개변수 d(CRO, V)는 렌즈(V)와 눈의 회전 중심(CRO) 사이의 거리를 나타낸다. 도 5는 특별히 렌즈(V)의 위치에 대해, 즉 프레임(21)의 위치 또는 클립(22)의 위치에 대해, 그리고 눈(27)의 위치 및 동공(28)의 위치에 대해 DVO, CRO 및 Reye로 나타나는 매개 변수 및 거리를 시각화해 준다. 도 7, 도 8 및 도 9를 참조하면, 보다 양호한 정확도를 얻기 위해, DVO의 정확한 값은 두 가지 자세에 대응하는 이미지를 이용하여 측정될 수 있다. 이를 위해, 예컨대 2개의 이미지가 사용되며, 예컨대 동공(28), 홍채 또는 눈의 코너를 식별함으로써 눈(27)의 위치들과 같이 마커(23)를 사용하여 얻어지는 클립(22)의 자세가 추출된다. 2개의 이미지에 대해 클립(22)의 평면에서 2개의 눈(27) 각각의 홍채 및/또는 동공(28)의 위치들은, 클립(22)의 기준 프레임 안으로 동공(28)을 투사함으로써, 그리고 거기로부터 클립(22)의 기준 프레임 내의 2개의 눈(27) 각각의 CRO의 위치를 추론하도록 삼각 측량(triangulation)을 사용함으로써 결정된다.

이것은 아래 식을 제시한다:

d(CRO, V) = (Y1 - Y2)/tan(ΘP1 - ΘP2)

눈(27)의 코너에서 사용된다면, 아래와 같다:

DVO = (Y1 - Y2)/tan(ΘP1 - ΘP2)

여기서 Y1 및 Y2는 눈의 코너의 좌표이다.

임의 방식으로, CRO와 V 사이의 거리에 대해 평균값을 고려할 수 있으며, 이 값은 예컨대 27 mm 일 수 있다. 제1 대안예에서는, 제2 이미지를 획득하는 동안, 적어도 10°의 각도 차이를 얻도록 머리를 추가로 기울이도록 안경 착용자에게 요청할 수 있다.

제2 대안예에서는, 타깃(8, 18) 또는 어느 특정 아이템을 응시하지 않고 사람에게 머리를 돌리도록 요청하여, 눈(27)의 코너를 사용함으로써 DVO를 측정할 수 있다.

안경(21)의 착용자가 2개의 이미지를 취하는 것 사이에서 머리를 기울이지 않는 경우, 이때에는 ΘP1 = ΘP2이다.

동공 거리 또는 절반-거리(PD), 렌즈(V)의 또는 프레임(21)의 바닥 에지와 눈(27)의 동공(28) 사이의 높이(H), 눈(27)과 렌즈(V) 사이의 거리(DVO), 및 전경각(ΘP)은 본 발명의 측정 방법을 사용하여 결정될 수 있는 주요 형태기하학적 매개변수다.

동공(28)의 위치, 홍채의 위치, 각막 상의 위치 및 눈의 코너의 위치는 하나의 획득된 이미지 상에 작업자가 수동으로 표시함으로써, 또는 2개의 획득된 이미지 상에서 컴퓨터가 수행하는 자동 검출에 의해 결정된다.

홍채, 각막의 상 및 동공은, 눈의 코너보다는 사람이 머리를 기울이는 동안 프레임에 의해 보다 적게 마스킹 된다는 장점을 제시하는 구성요소이다. 또한, 상기 구성요소의 이미지 상의 수동 표시 또는 자동 검출은 구성요소들이 보다 용이하게 식별되기 때문에 보다 정확하다.

눈의 코너와는 달리, 눈(27)은 회전 운동을 보이며 클립(22)의 기준 프레임 내에서 이동할 수 있다. 이러한 상황 하에서 눈이 클립에 대해 이동하지 않았던 상황으로 복귀하도록 2개 이미지 사이에서 눈의 이동을 보상할 수 있다. 따라서, 거리(dP)만큼 제2 이미지에서 눈(27)의 위치를 보상함으로써, 아이템이 클립(22)에 대해 이동되지 않았던 상황으로 복귀하게 된다. 동공(28) 또는 홍채 또는 각막의 상이 2개의 이미지 사이로 병진 운동하는 거리는 제1 근사치(dP)와 실질적으로 동일하다. 눈(27)의 반경, 카메라와 수평선 사이의 각도, 2개 이미지 사이에서의 클립(22)의 각도 변화, 및 2개 이미지 사이에서의 눈의 각도 변화를 고려함으로써 보다 정확한 기하학적 계산이 수행될 수 있다.

추가로, 홍채가 각막의 최상부와 동일한 평면에 있지 않다는 사실과 관련된 기하학적인 보상은 종래의 트라이그노메트릭(trignometrical) 관계를 이용한다는 점에서 유리하게 고려될 수 있다. 바람직하게, 사람 눈(27)이 획득 시스템(7, 17)을 주시하는 것이 아니라 카메라 렌즈의 최상부를 주시한다는 사실과 관련된 수렴 결점에 대한 기하학적인 보상은 본 발명의 방법을 이용하여 결정되는 매개 변수에 관한 부정확성의 잠재적인 발생원들을 줄이기 위해 계산 과정에 또한 병합될 수 있다.

Claims (16)

1. 안경(21) 착용자의 형태기하학적 매개변수를 측정하는 방법으로서,
   상기 방법은, 스크린, 타깃(8, 18), 경사각을 결정하는 결정 수단을 포함하며 상기 스크린에 연결되는 콤팩트한 이미지 획득 시스템(7, 17), 및 상기 이미지 획득 시스템이 제어되게 하고 획득된 이미지가 처리되게 하는 컴퓨터를 구비하는 독립형 컴퓨터 장치(1, 10)를 실행시키며,
   상기 방법은,
   · 안경(21)이 사람 얼굴에 위치되고, 수평 방향(24)으로 머리를 유지하는 동안 사람이 전방으로 그리고 무한으로 위치한 지점을 관찰하게 하는 단계;
   · 제1 자세에서 프레임(21)의 위치의 제1 이미지를 획득하는 단계;
   · 이미지 획득 시스템에 대해 공지된 위치에 위치되는 타깃(8, 18)을 사람이 관찰하게 하는 단계로서, 상기 관찰에 의해서는 사람 머리가 경사지게 이동되고 안경(21)이 제1 자세에 대해 사람 얼굴 상에서 변경되지 않은 위치를 유지하는, 사람이 관찰하게 하는 단계;
   · 상기 제1 자세에 사용된 바와 동일한 이미지 획득 시스템(7, 17)에 의해 제2 자세에서 상기 프레임(21)의 위치의 제2 이미지를 획득하는 단계;
   · 상기 2개의 이미지 중 하나로부터 눈(27)의 위치를 결정하는 단계;
   · 상기 눈(27)의 위치로부터, 상기 제1 자세에서의 프레임(21)의 위치로부터, 상기 제2 자세에서의 프레임(21)의 위치로부터 및 상기 이미지 획득 시스템(7, 17)의 경사각으로부터, 사람의 형태기하학적 매개변수를 결정하기 위해 얻은 2개의 이미지를 컴퓨터 처리하는 단계로서, 눈에서 응시 지점까지, 즉 제1 위치와 제2 위치 사이의 지점까지 응시 축선에 대한 사람 얼굴의 평면의 경사 차이를 고려하여 계산을 교정하는 단계를 포함하는 단계; 및
   · 상기 측정의 결과를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 프레임(21)에는 마커(23)가 제공되어 상기 프레임(21) 상에 고정되는 클립(22) 형태의 위치-식별 수단이 장착되며, 상기 프레임(21)의 경사각은 단일 카메라(7, 17)로부터 평가되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 프레임(21)의 경사각은 입체적 방법으로 사용되는 하나 이상의 카메라(7, 17)에 의해 평가되며, 상기 카메라(7, 17)는 2개의 이미지를 촬영하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 프레임(21)의 경사각은 입체적 방법으로 사용되는 2개 이상의 카메라(7, 17)에 의해 평가되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 이미지 획득 시스템은 고해상도 카메라(7, 17)인 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 획득 시스템의 경사각을 결정하는 결정 수단은 경사계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방법에 의해 측정되는 형태기하학적 매개변수는 동공(28)과 렌즈(V)의 바닥 림 사이의 높이(H) 및 전경각(ΘP)인 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 측정된 높이(Hm)는 렌즈(V)와 눈(28) 사이의 거리(DVO)를 고려하기 위해 교정되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 렌즈(V)와 눈(28) 사이의 거리(DVO)는 2개 이미지 사이의 디스패리티(disparity)의 측정으로부터 추론되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    안경 착용자의 전방에 작업자가 위치되고, 상기 작업자는 상기 이미지 획득 시스템(7, 17)을 조절하고 상기 방법의 여러 단계들을 제어하는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득 시스템(7, 17)은 사람 얼굴의 위치를 맞추기 위해 경사각이 조절되는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 획득 시스템(7, 17)의 경사각은 일정하며, 사람은 스크린에 나타난 이미지의 중심에 얼굴이 나타나도록 하는 높이에 얼굴을 위치시키는 것을 특징으로 하는, 측정 방법.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 측정 방법을 실행하기 위한 측정 장치로서,
    컴퓨터, 경사계가 장착된 하나 이상의 카메라(7, 17), 및 상기 카메라(7, 17)에 의해 촬영된 이미지를 측정의 결과와 함께 보여주는 디스플레이 스크린을 포함하며, 카메라(7, 17)의 위치 및 스크린의 위치가 서로 독립적으로 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
14. 제13항에 있어서,
    스크린, 2차 카메라, 경사계 및 컴퓨터를 결합한 태블릿(1)으로 이루어지며, 또한 상기 하나 이상의 카메라(7)에 의해서도 이루어지는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 태블릿(1) 및 상기 카메라(7)가 고정되는 지지대(2)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 카메라(7) 및 상기 태블릿(1)은 수직 평면의 어느 일측 상에 위치되며, 서로 간에 15° 내지 45°의 범위에 놓인 각을 형성하는 것을 특징으로 하는, 측정 장치.

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