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确定眼睛的显著点的位置和跟踪眼镜配戴者的注视方向的设备和方法

阅读：988发布：2020-09-04

专利汇可以提供确定眼睛的显著点的位置和跟踪眼镜配戴者的注视方向的设备和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种用于确定配备有眼镜架(400)的配戴者的眼睛的显著点的位置的设备，该设备包括：至少一个图像传感器装置(120)；以及用于将该图像传感器设备相对于所述眼镜架(400)进行定位的定位部件，使得当所述眼镜架在配戴者的头部上被安排在有用位置上时，该图像传感器装置能够捕捉配戴者的所述眼睛的图像；以及用于从该图像传感器装置捕捉的该配戴者的眼睛的所述至少一张图像中确定该眼睛的显著点的位置的部件。本发明还涉及一种用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的方法、一种用于确定注视方向的设备和方法、以及一种用于确定眼科镜片的相关联配戴区域的方法。，下面是确定眼睛的显著点的位置和跟踪眼镜配戴者的注视方向的设备和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于确定配备有视觉镜架(400)的配戴者的眼睛(O1)的显著点的位置的设备，所述视觉镜架(400)包括至少两个镜圈(411，412)和/或两个眼科镜片(420)，该设备包括：
-至少一个图像捕捉装置(120；220；320)，以及
-用于将该图像捕捉装置相对于所述视觉镜架(400)定位的定位部件，其方式使得当所述视觉镜架(400)在该配戴者的头部上被放置在有用位置上时，该图像捕捉装置(120；220；
320)适合于捕捉该配戴者的这只眼睛(O1)的图像，所述定位部件包括支撑所述至少一个图像捕捉装置(220；320)并且配备有一个水平杆(151；251；351)和两个侧臂(152；252；352)的测量支架(150；250；350)、以及属于所述水平杆并且适合于与该视觉镜架(400)的这些镜圈或眼科镜片的上部部分相互作用的两个夹子(131，132；231，232；331，332)、以及各自被放置在这些侧臂(152；252；352)之一的末端处并且适合于与该视觉镜架(400)的这些镜圈(411，412)或眼科镜片(420)的下部部分相互作用的两个夹子(133，134；233，234；433，
434)，以及
-用于从该图像捕捉装置(120；220；320)捕捉的该配戴者的该眼睛(O1)的所述至少一张图像中确定该配戴者的该眼睛(O1)的显著点的位置的部件。
2.如权利要求1所述的设备，其中另外提供了被安排成用于照射该配戴者的至少一只眼睛(O1)的至少一个光源(110；210；310)，该图像捕捉装置(120；220；320)捕捉的图像于是包括所述光源(110；210；310)照射的该配戴者的至少这只眼睛(O1)的图像。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述定位部件适合于将所述用于确定配备有视觉镜架(400)的配戴者的眼睛(O1)的显著点的位置的设备相对于所述视觉镜架(400)定位，其方式使得当所述视觉镜架(400)在该配戴者的头部上被放置在有用位置上时，该光源(110；
210；310)适合于照射该配戴者的该眼睛(O1)。
4.如权利要求2和3之一所述的设备，其中，该视觉镜架(400)包括用于将该视觉镜架安装在该配戴者的头部上的至少一个镜架腿(414，415)，所述定位部件适合于与这个视觉镜架(400)相互作用，使得每个光源(110；210；310)和每个图像捕捉装置(120；220；320)被放置在该视觉镜架(400)的、所述镜架腿(414，415)在其上延伸的那侧。
5.如权利要求2至3之一所述的设备，其中所述视觉镜架(400)包括至少两个镜圈(411，
412)和/或两个眼科镜片，每个光源(110；210；310)和每个图像捕捉装置(120；220；320)被安排成使得当所述定位部件与所述视觉镜架(400)相互作用时，该光源和图像捕捉装置被放置成面向该视觉镜架(400)的所述镜圈(411，412)或所述眼科镜片。
6.如权利要求2至3之一所述的设备，其中所述视觉镜架(400)包括至少两个镜圈(411，
412)和/或两个眼科镜片，提供了至少两个光源和两个图像捕捉装置(120；220；320)，这些光源和图像捕捉装置被安排成使得，当所述定位部件与这个视觉镜架(400)相互作用时，这两个光源中的至少一者以及这两个图像捕捉装置(120；220；320)之一被放置成面向该视觉镜架(400)的每个镜圈(411，412)或每个眼科镜片。
7.如权利要求6所述的设备，其中提供了四个图像捕捉装置(120；220；320)，这些图像捕捉装置被安排成使得，当所述定位部件与所述视觉镜架(400)相互作用时，两个图像捕捉装置(120；220；320)被放置成面向该视觉镜架(400)的每个镜圈(411，412)或每个眼科镜片(420)。
8.如权利要求1至2之一所述的设备，其中所述定位部件是使得该设备是可移除的、同时准许该设备安装在该视觉镜架(400)上且准许这个设备被拆卸的定位部件。
9.如权利要求2所述的设备，其中每个光源(110；210；310)和每个图像捕捉装置(120；
220；320)由该测量支架(150；250；350)的这些侧臂(152；252；352)之一支承。
10.如权利要求2所述的设备，其中所述测量支架(250；350)另外包括支撑环(253，254；
354)，该支撑环安装在所述水平杆(251，351)上并且支撑所述至少一个光源(210；310)和所述至少一个图像捕捉装置(220；320)。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述支撑环(253，254；354)在所述水平杆(251，
351)上被安装成能够沿着与连接该水平杆(251，351)的这两个夹子(231，232；331，332)的直线平行的轴线平移移动和/或能够沿着与这条直线垂直的轴线平移移动。
12.如权利要求10所述的设备，其中所述支撑环(253，254；354)是打开的或闭合的。
13.如权利要求2所述的设备，其中所述测量支架另外包括引导所述光源发出的光的至少一个波导。
14.如权利要求2至3之一所述的设备，其中每个光源(110；210；310)是在红外波长范围内发光的发光二极管。
15.一种用于跟踪配备有视觉镜架(400)的配戴者的注视方向的设备，该设备包括如权利要求1至2之一所述的用于确定该配戴者的眼睛(O1)的显著点的位置的设备、以及用于根据该眼睛(O1)的该显著点的位置来确定该配戴者的注视方向的部件。
16.一种用于借助于如权利要求1至2之一所述的用于确定配备有视觉镜架(400)的配戴者的眼睛(O1)的显著点的位置的设备来确定配备有视觉镜架(400)的配戴者的至少一只眼睛(O1)的显著点的位置的方法，该设备包括被安排成面向该配戴者的该眼睛(O1)的至少一个图像捕捉装置(120；220；320)，该方法包括以下步骤：
a)将所述用于确定该配戴者的该眼睛(O1)的显著点的位置的设备相对于该配戴者的该视觉镜架(400)进行定位，
c)用如权利要求15所述的跟踪配备有视觉镜架(400)的配戴者的注视方向的设备的图像捕捉装置(120；220；320)捕捉该配戴者的该眼睛(O1)的至少一张图像，d)从所捕捉的图像中确定该眼睛(O1)的该显著点的位置。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在步骤a)中，将所述用于确定该配戴者的该眼睛(O1)的显著点的位置的设备相对于该配戴者的该视觉镜架(400)定位成使得，所述至少一个图像捕捉装置(120；220；320)适合于捕捉该配戴者的该眼睛(O1)的图像。
18.如权利要求16和17之一所述的方法，其中，所述用于确定配备有视觉镜架(400)的配戴者的眼睛(O1)的显著点的位置的设备包括至少两个图像捕捉装置(120；220；320)，这些图像捕捉装置被安排成面向该配戴者的该眼睛(O1)，在步骤d)中，从这两个图像捕捉设备同时捕捉的两张图像中通过三角测量计算来确定该眼睛(O1)的该显著点的位置。
19.一种用于借助于如权利要求15所述的用于跟踪注视方向的设备来确定配备有视觉镜架(400)的配戴者的至少一只眼睛(O1)的注视方向的方法，该设备包括被安排成面向该配戴者的这只眼睛(O1)的至少一个图像捕捉装置(120；220；320)，该方法包括以下步骤：
e)使用如权利要求16所述的确定方法来确定该配戴者的至少一只眼睛(O1)的显著点的位置的步骤，
f)根据该眼睛(O1)的该显著点的位置来确定该配戴者的注视方向的步骤。
20.如权利要求19所述的方法，其中，该眼睛(O1)的在步骤d)中确定了其位置的显著点是该眼睛(O1)的瞳孔中心、或该眼睛(O1)的瞳孔的轮廓线上的点，在步骤e)中，确定该眼睛(O1)的转动中心的或角膜的曲率中心的位置，并且由此推导出该注视方向是连接该眼睛(O1)的这个转动中心或角膜的曲率中心与该瞳孔中心或该瞳孔的轮廓线上的点的直线。
21.如权利要求19所述的方法，其中，所述用于跟踪注视方向的设备包括面向该配戴者的该眼睛(O1)的至少三个光源并且，
在步骤d)中：
-在步骤c)中所捕捉的图像中标识出这三个光源的角膜反射以及该眼睛(O1)的该显著点的图像，
-确定该显著点与这些角膜反射的相对位置，
并且在步骤e)中：
-从这些光源在预定参考系中的位置以及从该显著点与这些角膜反射的相对位置来推导出该配戴者在这个预定参考系中的注视方向。
22.一种用于确定视觉镜架(400)的配戴者所用眼科镜片的磨损区的方法，该视觉镜架包括至少一个镜架和一个眼科镜片，其中
-使用如权利要求19所述的用于确定注视方向的方法来确定该配戴者的多个注视方向，
-针对每个注视方向，确定其与同该配戴者的该镜架和/或该眼科镜片相关的预定表面的相交点，
-根据所述相交点来确定所述磨损区。

说明书全文

确定眼睛的显著点的位置和跟踪眼镜配戴者的注视方向的设

备和方法

技术领域

[0001] 本发明总体上涉及用于确定个人的眼睛的显著点的位置的设备和方法的领域、并且涉及用于跟踪个人的注视方向的设备和方法。

[0002] 其一个特别有利的应用是，对于视觉镜架的配戴者实施一种用于确定配戴者的眼科镜片的磨损区的方法。

背景技术

[0003] 在性化视力矫正眼科镜片设计的背景下，寻求的是考虑配戴者的个人几何-姿势参数(被称为个性化光学设计参数)和他所选择的镜架。

[0004] 所寻求的几何-姿势参数不仅与配戴者的头的以及所选的眼镜架的几何形状有关、而且与配戴者的姿势和其视觉行为有关。

[0005] 为了确定这些参数，具体地确定以下量的值：配戴者的双眼相对于镜片或眼镜架的下边缘的高度、瞳孔间距离、眼睛转动中心的位置、眼睛-头部系数(即，在读文本的过程中、或更普遍地在相对于与笔直向前注视方向相对应的参考视轴偏离中心的视觉刺激的过程中头的转动角度与双眼的转动角度之间的比率)、针对渐变眼科镜片的“内移量”的值、眼科镜片的背面与眼睛角膜的顶部之间的距离。

[0006] “内移量(Inset)”在标准ISO13666：2012中被定义为配镜十字与所设计的视近区的中心之间的水平距离。“内移量”还被称作“内部偏移量”。它取决于配戴者的视觉行为。

[0007] 渐变眼科镜片允许配戴者从适应于各种视距而无需改变眼镜的光焦度矫正中受益。它们还可以矫正其他视觉缺陷，如例如散光。

[0008] 渐变眼科镜片在镜片的表面上具有可变焦度。

[0009] 例如，提供了具有第一平均焦度值的用于视远的第一视区、具有第二平均焦度值的用于视近的第二视区、以及在这两个区之间的用于视中的第三视区，该第三视区的曲率逐渐变化并且其被称为渐变走廊。

[0010] 眼科镜片的配适高度与配戴者的瞳孔的投影相对于镜架的镜圈的下边缘的高度相对应，该配戴者具有到所选择的镜架的此镜圈的中平面上的预先确定的主注视方向，与一旦配适到所述镜架中该眼科镜片的中表面或中平面相对应。

[0011] 此预先确定的主注视方向与在视远条件下配戴者的注视方向相对应。

[0012] 因此，配戴者的视近区和视远区的位置对于渐变眼科镜片的个性化设计是非常重要的参数。配戴者的这些视近区和视远区构成了眼科镜片的两个磨损区。

[0013] 已知用于跟踪配戴者注视方向的、属于光学测量设备的测量标志物或测量平板型系列的设备。

[0014] 然而，这些用于跟踪注视方向的设备具有以下缺点：不允许在自然的(即，不受限的)配戴者视觉行为和姿势条件下跟踪此注视方向，因为配戴者必须站立在或坐在测量标志物前方或者将测量平板握在其手中。

发明内容

[0015] 为了解决现有技术的上述缺点，本发明提出了一种用于确定在配戴者自然视觉行为和姿势条件下配戴者的眼睛的显著点的位置的设备，该设备可以用在用于跟踪配戴者注视方向的设备中，该跟踪设备能够允许在配戴者自然视觉行为和姿势条件下进行这种跟踪。

[0016] 更具体地，根据本发明，提供了一种用于确定配备有视觉镜架的配戴者的眼睛的显著点的位置的设备，该设备包括

[0017] -至少一个图像捕捉装置，以及

[0018] -用于将该图像捕捉装置相对于所述视觉镜架定位的定位部件，其方式使得当所述视觉镜架在该配戴者的头部上被放置在有用位置上时，该图像捕捉装置适合于捕捉该配戴者的这只眼睛的图像，以及

[0019] -用于从该图像捕捉装置捕捉的该配戴者的该眼睛的所述至少一张图像中确定该配戴者的该眼睛的显著点的位置的部件。

[0020] 因此，根据本发明的用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备适合于允许在对于这个配戴者而言自然的、即不受约束的姿势和视觉行为条件下确定这个位置。

[0021] 具体地，所述用于确定眼睛的显著点的位置的设备可以至少部分地安装在所讨论的个人的视觉镜架上。

[0022] 这个视觉镜架优选地是个人的一副常用眼镜，所述这副眼镜配备有其矫正用眼科镜片。所讨论的可以是这个个人新选择的一副眼镜，所述这副眼镜可选地配备有可选地矫正用眼科镜片。

[0023] 该视觉镜架还可以包括可选地全框眼镜架。所述镜架可以是半框的、尼龙丝型或无框的钻孔型。所讨论的还可以是一副护目镜或虚拟现实头戴耳机。它包括一个或多个镜架腿并且可以配备有一个或两个眼科镜片或一个或两个显示设备。

[0024] 确定眼睛的显著点的位置允许确定在个人进行不同任务的过程中的注视方向。

[0025] 另外，所述用于确定显著点的位置的设备可以用于测量其他的量，例如配戴者的双眼相对于镜片或眼镜架的下边缘的位置、瞳孔间距离、眼睛转动中心的位置、眼科镜片的背面与眼睛角膜的顶部之间的距离。

[0026] 这些量的值进而允许确定对旨在用于配戴者和所选镜架的眼科镜片进行光学设计而需要的几何-姿势参数。

[0027] 以下是根据本发明的设备的其他非限制性和有利特征：

[0028] -另外提供了被安排成用于照射该配戴者的至少一只眼睛的至少一个光源，该图像捕捉装置捕捉的图像于是包括所述光源照射的该配戴者的至少这只眼睛的图像；

[0029] -所述定位部件适合于将所述用于确定该配戴者的该眼睛的显著点的位置的设备相对于所述视觉镜架定位，其方式使得当所述视觉镜架在该配戴者的头部上被放置在有用位置上时，该光源适合于照射该配戴者的该眼睛；

[0030] -该视觉镜架包括用于将该视觉镜架安装在该配戴者的头部上的至少一个镜架腿，这些定位部件适合于与该配戴者的该视觉镜架相互作用，使得每个光源和每个图像捕捉装置被放置在该视觉镜架的、所述镜架腿在其上延伸的那侧；

[0031] -所述视觉镜架包括至少一个镜圈和/或一个眼科镜片，每个光源和每个图像捕捉装置被安排成使得当这些定位部件与所述视觉镜架相互作用时，该光源和图像捕捉装置被放置成面向该视觉镜架的所述镜圈或所述眼科镜片；

[0032] -所述视觉镜架包括至少两个镜圈和/或两个眼科镜片，提供了至少两个光源和两个图像捕捉装置，这些光源和图像捕捉装置被安排成使得，当这些定位部件与这个视觉镜架相互作用时，这两个光源中的至少一者以及这两个图像捕捉装置之一被放置成面向所述视觉镜架的每个镜圈或每个眼科镜片；

[0033] -提供了四个图像捕捉装置，这些图像捕捉装置被安排成使得，当这些定位部件与该视觉镜架相互作用时，两个图像捕捉装置被放置成面向该视觉镜架的每个镜圈或每个眼科镜片；

[0034] -所述定位部件是使得该设备是可移除的、同时准许该设备安装在该视觉镜架上且准许这个设备被拆卸的定位部件；

[0035] -所述视觉镜架包括至少两个镜圈和/或两个眼科镜片，所述定位部件包括配备有一个水平杆和两个侧臂的测量支架、以及属于所述水平杆并且适合于与该视觉镜架的这些镜圈或眼科镜片的上部部分相互作用的两个夹子、以及各自被放置在这些侧臂之一的末端处并且适合于与该视觉镜架的这些镜圈或镜片的下部部分相互作用的两个夹子；

[0036] -每个光源和每个图像捕捉装置由该测量支架的这些侧臂之一支承；

[0037] -所述测量支架另外包括支撑环，该支撑环安装在所述水平杆上并且支撑所述至少一个光源和所述至少一个图像捕捉装置；

[0038] -所述支撑环在所述水平杆上被安装成能够沿着与连接该水平杆的这两个夹子的直线平行的轴线平移移动和/或能够沿着与这条直线垂直的轴线平移移动；

[0039] -所述支撑环是打开的或闭合的；

[0040] -所述测量支架另外包括引导所述光源发出的光的至少一个波导；

[0041] -每个光源是在红外波长范围内发光的发光二极管。

[0042] 本发明还涉及一种用于跟踪配备有视觉镜架的配戴者的注视方向的设备，该设备包括如上述用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备、以及用于根据该眼睛的这个显著点的位置来确定该配戴者的注视方向的部件。

[0043] 因此，根据本发明的用于跟踪注视方向的设备适合于允许在对于这个个人而言自然的、即不受约束的姿势和视觉行为条件下确定这个注视方向。

[0044] 具体地，用于跟踪注视方向的设备可以至少部分地安装在这个个人的视觉镜架上。这个视觉镜架优选地是个人的一副常用眼镜，所述这副眼镜配备有其矫正用眼科镜片。所讨论的可以是这个个人新选择的一副眼镜，所述这副眼镜可选地配备有可选地矫正用眼科镜片。

[0045] 该视觉镜架还可以包括可选地全框眼镜架。所述镜架可以是半框的、尼龙丝型或无框的钻孔型。所讨论的还可以是一副护目镜或虚拟现实头戴耳机。它还可以是试镜架(ISO 12867：1998)。它包括一个或多个镜架腿并且可以配备有一个或两个眼科镜片或一个或两个显示设备。

[0046] 在个人进行不同任务的过程中跟踪注视方向例如允许精确地确定旨在装配在个人的这副镜架上的眼科镜片的磨损区、具体地个人的视远区和视近区。

[0047] 这些磨损区对应于眼科镜片的以下区：当配戴者将其注视视线扫过其环境的一部分时，在这些区中发现配戴者的注视方向与眼科镜片的相交点。

[0048] 另外，用于跟踪注视方向的设备可以用于测量其他的量，例如配戴者的双眼相对于镜片或眼镜架的下边缘的位置、瞳孔间距离、眼睛转动中心的位置、眼科镜片的背面与眼睛角膜的顶部之间的距离。

[0049] 这些量的值进而允许确定对旨在用于配戴者和所选镜架的眼科镜片进行光学设计而需要的几何-姿势参数。

[0050] 本发明还提供了一种用于借助于如上所述用于确定配备有视觉镜架的配戴者的至少一只眼睛的显著点的位置的设备来确定这个显著点的位置的方法，该设备包括被安排成面向个人的这只眼睛的至少一个图像捕捉装置，该方法包括以下步骤：

[0051] a)将所述用于确定该配戴者的该眼睛的显著点的位置的设备相对于该配戴者的该视觉镜架进行定位，

[0052] c)用所述跟踪设备的图像捕捉装置捕捉该配戴者的该眼睛的至少一张图像，[0053] d)从所捕捉的图像中确定该眼睛的该显著点的位置。

[0054] 因此，根据本发明的方法准许在个人的通常的视觉行为和姿势条件下确定配戴者的眼睛的显著点的位置。

[0055] 接着可以由此推导出在个人进行不同任务的过程中配戴者的注视方向，由此允许精确地推导出在旨在用于配戴者和所选镜架的对应眼科镜片上个人的视远区和视近区的位置和范围。

[0056] 以下是根据本发明的方法的其他非限制性且有利的特征：

[0057] -在步骤a)中，将所述用于确定该配戴者的该眼睛的显著点的位置的设备相对于该配戴者的该视觉镜架定位成使得，所述至少一个图像捕捉装置适合于捕捉该配戴者的该眼睛的图像；

[0058] -所述用于确定该配戴者的眼睛的显著点的位置的设备包括至少两个图像捕捉装置，这些图像捕捉装置被安排成面向该配戴者的眼睛，在步骤d)中通过从这两个图像捕捉设备捕捉的两张图像中通过三角测量计算来确定该眼睛的显著点的位置。

[0059] 本发明还涉及一种用于借助于如上述用于跟踪注视方向的设备来确定配备有视觉镜架的配戴者的至少一只眼睛的注视方向的方法，该设备包括被安排成面向该配戴者的这只眼睛的至少一个图像捕捉装置，该方法包括以下步骤：

[0060] e)使用如上述的确定方法来确定该配戴者的至少一只眼睛的显著点的位置的步骤，

[0061] f)根据该眼睛的这个显著点的位置来确定该配戴者的注视方向的步骤。

[0062] 因此，根据本发明的方法准许在个人的通常的视觉行为和姿势条件下确定配戴者的注视方向。

[0063] 确定在进行不同任务的过程中个人的注视方向允许精确地推导出在旨在用于配戴者和所选镜架的对应眼科镜片上个人的视远区和视近区的位置和范围。

[0064] 以下是根据本发明的方法的其他非限制性且有利的特征：

[0065] -在步骤e)中，基于预定眼睛模型通过计算来确定注视方法；

[0066] -该眼睛的在步骤d)中确定了其位置的显著点是该眼睛的瞳孔中心、或该眼睛的瞳孔的轮廓线上的点，在步骤e)中，确定该眼睛的转动中心或该眼睛的角膜的曲率中心的位置，并且由此推导出注视方向是连接该眼睛的这个转动中心或角膜的曲率中心与该瞳孔中心或瞳孔轮廓线上的点的直线；

[0067] -所述用于跟踪注视方向的设备包括面向该配戴者的眼睛的至少三个光源并且，[0068] 在步骤d)中：

[0069] -在步骤c)中所捕捉的图像中标识出这三个光源的角膜反射以及该眼睛的显著点的图像

[0070] -确定该显著点与这些角膜反射的相对位置，

[0071] 并且在步骤e)中：

[0072] -从这些光源在预定参考系中的位置以及从该显著点与这些角膜反射的相对位置来推导出该配戴者在这个预定参考系中的注视方向。

[0073] 最后，本发明涉及一种用于确定视觉镜架的配戴者所用眼科镜片的磨损区的方法，该视觉镜架包括至少一个镜架和/或一个眼科镜片，其中

[0074] -使用如上所述的用于确定注视方向的方法来确定这个配戴者的多个注视方向，[0075] -针对每个注视方向，确定其与同该配戴者的该镜架和/或该眼科镜片相关的预定表面的相交点，

[0076] -根据所述相交点来确定所述磨损区。附图说明

[0077] 以下参照附图、通过非限制性示例给出的描述将使得容易理解本发明的本质以及可以实现本发明的方式。

[0078] 在附图中：

[0079] -图1是配备有根据本发明的用于跟踪注视方向的设备的第一实施例的一副眼镜的示意性正视图，

[0080] -图2是配备有根据本发明的用于跟踪注视方向的设备的第二实施例的一副眼镜的示意性正视图，

[0081] -图3是配备有根据本发明的用于跟踪注视方向的设备的第三实施例的一副眼镜的示意性透视后视图，

[0082] -图4是图2中的用于跟踪注视方向的设备的局部示意图，

[0083] -图5至图7展示了根据本发明的用于跟踪注视方向的方法的不同实现方式。

具体实施方式

[0084] 设备

[0085] 在图1至图3中，示出了根据本发明的用于跟踪注视方向的设备100、200、300的多个实施例。

[0086] 如下文解释的，这些实施例中的每一个实施例对应于用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备的一个实施例。

[0087] 配戴者是配备有视觉镜架的任何个人。

[0088] 这个用于跟踪注视方向的设备110、200、300适合于紧固到配戴者的视觉镜架上。在此所讨论的是配戴者的一副眼镜400。

[0089] 这一副眼镜400在此包括(如图1至图3中具体所示)由配戴者选择的眼镜架410、以及两个眼科镜片420。

[0090] 所讨论的可以是由配戴者关于外观所选择的并且不包括矫正眼科镜片的一副眼镜、配戴者的已经包括针对其视力适配的常用一副眼镜、或包括针对配戴者的视力适配的矫正眼科镜片的一副试镜架。

[0091] 在所展示的实例中，眼镜架410是全框型的，即，镜架410包括将眼科镜片420安装于其中的镜圈411、412。

[0092] 这两个镜圈411、412由鼻梁413刚性连接。这个鼻梁413包括两个表面，这两个表面搁置在配戴者的鼻子两侧。

[0093] 每个镜圈411、412还连接于镜架腿414、415上，镜架腿常规地铰接于对应的镜圈。

[0094] 在下文中将认为这些镜架腿相对于彼此固定在其打开位置上，即，在适合于将这一副镜架在配戴者头部上放放置在有用位置上的位置。

[0095] 在这个有用位置(是这副眼镜400的配戴位置)上，镜架410的镜架腿414、415各自搁置在配戴者的耳朵之一上，并且镜架410的鼻梁413搁置在配戴者的鼻子上。

[0096] 镜架410的每个镜架腿411、412于是被放置成面向配戴者的眼睛之一，因而对应的眼科镜片自身被放置成面向配戴者的一只眼睛。

[0097] 配戴者透过这些眼科镜片来看东西。

[0098] 图中的这些实例中示出的镜架410在此是由塑料制成的。因此，鼻梁413包括两个表面，这两个表面搁置在配戴者的鼻子两侧、在此是固定的。作为变体，该镜架可以是金属镜架。搁置在配戴者的鼻子上的这些表面于是由两个鼻托承载，这些鼻托中的每一个鼻托通过臂连接至鼻梁上。接着，这些鼻托的相对位置是可调的。

[0099] 作为变体，该视觉镜架还可以包括非全框眼镜架。所述镜架可以是半框的、尼龙丝型或无框的钻孔型。

[0100] 在后一种情况下，将眼科镜片钻出通孔，并且将每个眼科镜片用鼻梁的一端以及与该眼科镜片相关联的这个镜架腿的一端(这两端与镜片中的通孔相互作用)来维持。这种类型的镜架类似于以上描述的镜架，区别在于其不包括镜圈。鼻梁和镜架腿是类似的。

[0101] 该视觉镜架还可以由护目镜或增强现实头戴耳机、或试镜架组成。它包括一个或多个镜架腿并且可以配备有一个或两个眼科镜片或一个或两个显示设备。

[0102] 用于跟踪配备注视方向的设备100；200；300总体上包用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备、以及用于根据眼睛的这个显著点的位置来确定配戴者的注视方向的部件。

[0103] 更确切而言，用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备包括至少一个图像捕捉装置120；220；320。

[0104] 该设备还包括用于将图像捕捉装置120；220；320相对于所述这副眼镜定位的部件，其方式使得当所述这副眼镜400在配戴者的头部上被放置在有用位置上时，图像捕捉装置120；220；320适合于捕捉配戴者的这只眼睛的图像。

[0105] 所述用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备最后包括用于从由图像捕捉装置捕捉的配戴者的眼睛的所述至少一张图像中确定这个位置的部件。

[0106] 优选地，如同在附图的实例中的情况，所述用于确定眼睛的显著点的位置的设备还包括至少一个光源110；210；310。

[0107] 于是该定位部件适合于将光源110；210；310相对于所述这副眼镜定位，其方式使得当所述这副眼镜400在配戴者的头部上被放置在有用位置上时，所述至少一个光源110；210；310适合于照射配戴者的至少一只眼睛。

[0108] 所述用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备与配戴者的视觉镜架不同。所讨论的是可移除的设备，因为用于将这个设备定位在视觉镜架上的部件准许将该设备安装在视觉镜架上从而将该设备紧固至该视觉镜架上、并且将这个设备拆卸从而将该设备与视觉镜架解除关联。

[0109] 图像捕捉装置120；220；320则适合于捕捉被所述光源110；210；310照射的配戴者这只眼睛的图像。

[0110] 接着对用于确定眼睛的显著点的位置的部件进行编程来从配戴者的眼睛的所述至少一个图像、即从在这只眼睛被光源110；210；310照射时由该图像捕捉装置捕捉的图像中确定这个位置。

[0111] 用于确定配戴者的注视方向的部件适合于根据该显著点的位置、并且因此从配戴者的眼睛的所述至少一张图像、即从在这只眼睛被光源110；210；310照射时由该图像捕捉装置捕捉的图像中确定配戴者的注视方向。

[0112] 更确切而言，在图1至图4中所示并且在此描述的实例中，该定位部件适合于与配戴者的这副眼镜400相互作用以便定位每个光源110；210；310和每个图像捕捉装置120；220；320。

[0113] 在实践中，这些定位部件在此包括：测量支架150；250；350，该测量支架配备有(图1至图3)适合于放在这副眼镜400上方的主杆151；251；351和两个侧臂152；252；352；以及用于将这个测量支架150；250；350安装在这副眼镜上的部件130；230；330。

[0114] 主杆151；251；351采用笔直刚性杆的形式。它旨在基本上于安装在镜架410中的眼科镜片420的中平面内延伸，该中平面对应于在图所示的全框镜架的情况下镜架410的镜圈411、412的中平面。

[0115] 作为变体，这个主杆可以采用弯曲杆或包括两个铰接部分(旨在对应于镜架的每个镜圈或这副眼镜的每个眼科镜片进行放置)的杆的形式。

[0116] 这个主杆151；251；351具有的长度略微大于眼镜架的常见总宽度。这个总宽度总体上对应于在镜架410的镜架腿414、415的外表面之间测得的宽度。

[0117] 侧臂152；252；352各自从主杆151；251；351的自由端、在这个主杆151；251；351的同一侧延伸。

[0118] 以此方式，侧臂152；252；352适合于部分地环绕镜架410的镜圈411、412或眼科镜片420。

[0119] 每个侧臂152；252；352采用弹簧片的形式，该弹簧片的一端紧固至主杆151；251；351上。用于安装测量支架150；250；350的部件130；230；330的一部分被放置在主杆151；
251；351上，而另一部分被放置在每个侧臂132；232；332的自由端处。

[0120] 更确切而言，这些安装部件130；230；330一方面包括从主杆151；251；351延伸的两个上部夹子131、132；231、232；331、332并且另一方面包括各自从侧臂152；252；352之一的自由端延伸的两个下部夹子133、134；233、234；433、434。

[0121] 每个夹子131、132、133、134；231、232、233、234；331、332、433、434在此包括由挠性塑料制成的两个小锥体，每个锥体形成了适合于附接至镜架410的镜圈411、412上、或如果镜架是钻孔型则附接至眼科镜片上的夹钳。在实践中，镜架或镜片的一部分被插入这两个小锥体中，这些小锥体变形以允许这种插入。它们接着对镜架或眼科镜片施加足够的压力来将测量支架150；250；350在这副眼镜上维持在位。

[0122] 无论在此设想的是什么实施例，用于安装测量支架150；250；350的部件130；230；330都适合于将所述测量支架安装在配戴者的这副眼镜400上，使得测量支架150；250；350的每个光源110；210；310和每个图像捕捉装置120；220；320都被放置在这副眼镜400的镜架腿414；415之间。

[0123] 换言之，当测量支架150；250；350被安装在这副眼镜400上并且这副眼镜400被放置在配戴者脸上时，安装部件130；230；330、光源110；210；310以及图像捕捉装置120；220；320被安排成在配戴者的眼睛与镜架410的镜圈411、412、或在镜架是钻孔类型时与眼科镜片之间延伸。

[0124] 因此，总体上，如果视觉镜架将包括仅单个镜架腿以便将其安装在配戴者头部上，则定位部件则适合于与这个视觉镜架相互作用，其方式使得每个光源和每个图像捕捉装置将被放置在该视觉镜架的、所述镜架腿在其上延伸的那侧。

[0125] 作为变体，可以设想到，该测量支架的安装部件适合于将所述测量支架安装在配戴者的视觉镜架上，以使得该测量支架的每个光源和/或每个图像捕捉装置被放置在镜圈或眼科镜片的、与视觉镜架的每个镜架腿相对的那侧上。

[0126] 在此情况下，这些光源和/或图像捕捉装置被放置在视觉镜架的外部上，使得当视觉镜架被放置在配戴者脸上时，镜架的镜圈和/或眼科镜片位于配戴者的眼睛与用于跟踪注视方向的设备的光源和图像捕捉装置之间。

[0127] 无论在此设想的是什么实施例，光源110；210；310有利地是以红外波长进行发射的光源。于是所发出的光是配戴者看不见的、并且不扰乱其姿势和视觉行为。相反，可以通过对应图像捕捉装置的传感器来检测这个红外光。

[0128] 这些图像捕捉装置优选地适合于检测以红外波长发出的光的摄像机。

[0129] 有利地，测量支架150；250；350还包括：突出部155；255；355，当测量支架150；250；350紧固至这个镜架410上时该突出部在与镜架410的镜圈411、412的、或在钻孔镜架的情况下与眼科镜片的中平面基本上垂直的平面内垂直于主杆151；251；351延伸；以及突出元件
156；256；356，当测量支架150；250；350紧固至这个镜架410上时该突出元件在镜架410的镜圈411、412的中平面内或在与这个中平面平行的平面内垂直于主杆151；251；351并且垂直于突出部155；255；355上升。

[0130] 在此，测量支架150、250、350还包括三个或四个定位元件R1；R2。这些定位元件不是本发明的主题并且在此仅列举其几个特征。

[0131] 一个或两个第一定位元件R1；R2被放置在主杆151的末端之一处或每个末端处、并且被定向成当测量支架150；250；350紧固至配戴者的镜架410上时是在配戴者的正面图像中可见的。

[0132] 第二定位元件R1；R2被放置在突出元件156；256上，并且第三定位元件R1；R2被之放置在突出部155；255的末端处，使得这两个定位元件在配戴者的正面图像中是可见的。

[0133] 另外，该第二和第三定位元件R1；R2被放置成使得，在测量支架150；250；350的正面图像中，它们彼此上下叠置。

[0134] 测量支架350的第三实施例的定位元件在图3中未示出。

[0135] 每个定位元件R1；R2具有一个或多个预先确定的几何特征，例如其尺寸或其生成的几何图样的尺寸。例如，该几何图样可采用标线或交替比较带的形式。

[0136] 总体上，关于光源和图像捕捉装置的数量和位置，可以设想不同的构型。

[0137] 例如可以提供至少两个光源和两个图像捕捉装置，将它们安排成使得，当测量支架的安装部件与所述这副眼镜相互作用时这两个光源中的至少一者以及这两个图像捕捉装置中的一者被放置成面向这副眼镜的每个镜圈或每个眼科镜片。

[0138] 在图1和图2所示的用于跟踪注视方向的设备100；200的第一和第二实施例中情况就是如此。

[0139] 接着，将至少一个光源和图像捕捉装置放置成与配戴者的每只眼睛相对应。

[0140] 这有利地允许同时采集配戴者双眼的数据。体积减小，并且与这些元件的存在相关联的配戴者视野阻挡受到限制。

[0141] 优选地，使用不是非常有方向性的光源，即适合于照射配戴者眼睛的最大可能部分的光源，以及广角图像捕捉装置，即具有小焦距的图像捕捉装置。

[0142] 然而，优选地针对配戴者的每只眼睛提供至少一个光源以允许至少照射配戴者的这只眼睛，并且提供至少两个图像捕捉装置以允许记录配戴者的这只眼睛的立体图像。

[0143] 此外，优选地与配戴者的每只眼睛相对应地提供两个光源，由此允许在所记录的图像中寻找两个光源的角膜反射，如下文解释的。

[0144] 更确切而言，在图1所示的用于跟踪注视方向的设备100的第一实施例中，提供了两个光源110和两个摄像机210，它们被放置成靠近镜架410的每个镜圈411、412。

[0145] 每个光源110和每个图像捕捉装置210由测量支架150的这些侧臂之一152支承。

[0146] 每个光源110在此与测量元件130A、130B、130C、130D中的摄像机210相关联。

[0147] 每个测量元件130A、130B、130C、130D因此包括容纳光源110之一和摄像机210之一的外壳。

[0148] 每个测量元件130A、130B、130C、130D还包括用于将该外壳附接至测量支架150的侧臂152之一上的部件。

[0149] 这些附接部件可以包括例如壳体和螺钉，测量支架150的对应侧臂152穿过该壳体，并且该螺钉拧紧到这个侧臂152上。

[0150] 所讨论的还可以是任何其他类型的附接部件，例如螺钉紧固、粘合剂粘结、夹子紧固、或相互配合附接部件。

[0151] 如图1所示，这些测量元件130A、130B、130C、130D分布成使得，靠近配戴者的每只眼睛放置的这两个摄像机210的视野覆盖了配戴者的眼睛的最大可能部分、并且优选地覆盖了包含这只眼睛的瞳孔的至少一个部分。

[0152] 在实践中，在测量支架150的每个侧臂152上，这些测量元件之一130B、130C被放置在这个侧臂152的、包括用于将测量支架150安装在配戴者的这副眼镜400的部件133、134的末端附近，并且另一个测量元件130A、130D被大致放置在侧臂152的中间。

[0153] 这样的测量支架具有容易与任何类型的眼镜架相适配的优点：由塑料制成的镜圈、由金属制成的镜圈、钻孔型、半框型等，而无论镜架的大小如何。

[0154] 另外，这些测量元件的放置并不非常妨碍配戴者的视力。配戴者的视野不特别受干扰。

[0155] 这个测量支架150优选地是由不是非常致密的材料制成，以便不过度增大配戴者的这副眼镜的重量。

[0156] 在图2所示的用于跟踪注视方向的设备200的第二实施例中，以说明方式提供了以下构型：其中光源和摄像机对于配戴者的每只眼睛是不同的。

[0157] 确切而言，测量支架250在此一方面包括两个摄像机220和六个光源210(它们适合于被放置成面向配戴者的右眼)、并且另一方面包括两个摄像机220和两个光源210(它们适合于被放置成面向配戴者的左眼)。

[0158] 更确切而言，测量支架250在此包括安装在测量支架150的所述水平杆151上的两个支撑环253、254。

[0159] 第一支撑环253适合于被放置成面向配戴者的右眼，而第二支撑环254适合于被放置成面向配戴者的左眼。

[0160] 每个支撑环253、254支撑适合于被放置成面向对应眼睛的所有摄像机220和光源210。

[0161] 每个支撑环253、254被紧固至安装于辅助杆257上的立柱255、256上。

[0162] 辅助杆257平行于测量支架250的主杆251延伸。该辅助杆被安装在测量支架250的另一部分上、在此为测量支架250的突出部255上。

[0163] 另外优选地，这些立柱255、256各自被安装成在辅助杆257上、能够沿着该辅助杆且垂直于该辅助杆平移移动。这可以例如通过滑动连接和齿条来实现。这些立柱于是可在配戴者的双眼之间独立地平移移动。

[0164] 这些立柱255、256能够沿着与连接水平杆251的两个夹子231、232的直线平行的轴线平移移动和/或能够沿着与这条直线垂直的轴线平移移动。

[0165] 在此，连接水平杆251的这两个夹子231、232的直线平行于测量支架250的主杆251。

[0166] 这些立柱255、256在此可平行于这个主杆251和垂直于其、在基本上垂直于突出部255的平面内平移移动。因此，在测量支架的使用位置上，这些支撑环253、254可在与镜架的镜圈或眼科镜片的中平面基本上平行的平面内沿两个正交的方向平移移动。

[0167] 这两个自由度准许每个支撑环255、256精确定位在配戴者的眼睛前方、并且甚至准许每个支撑环以配戴者的对应眼睛的瞳孔P为中心，如图2示意性所示。

[0168] 作为变体，辅助杆可以被安装成可平行于测量支架的主杆平移移动。这可以例如通过使用设置在突出部中的、并且辅助杆在其中滑动的滑块来实现。

[0169] 还可以设想到，这些支撑环可在与以上描述的这两个第一移动方向正交的第三方向上平移移动。这接着允许修改这些支撑环与配戴者的眼睛之间的距离。

[0170] 另外，还有可能设想围绕这些立柱以及围绕彼此垂直且垂直于对应立柱的两条轴线的旋转移动性。还可以设想包括平移移动和/或枢转移动的组合的移动性。

[0171] 作为变体，还可以设想到，这些支撑环保持固定，即，相对于测量支架的主杆不可移动。

[0172] 在这些光源和图像捕捉装置被放置在这副眼镜的外部上的情况下，这样的转动移动性允许考虑在配戴者的眼睛与用于跟踪注视方向的设备的图像捕捉装置和光源之间存在眼科镜片而引起的棱镜效应。

[0173] 第一支撑环253是闭环，而第二支撑环254是开环。

[0174] 使用闭合的第一支撑环253具有的优点是，允许在这个环上安排更大数量的摄像机和光源。使用开放的第二支撑环254具有的优点是，限制测量支架阻挡的配戴者视野的范围。

[0175] 总体上，每个支撑环253、254另外优选地由透明材料制成并且具有最小可能径向厚度和轴向厚度。另外，选择支撑环253、254的直径以保留配戴者的视野。

[0176] 支撑环的内直径例如包含在2厘米与4厘米之间。

[0177] 每个支撑环253、254还可以包括一个或多个位置标记240(在图2中未示出，但在图4中可见)，从而准许对这些图像捕捉装置和光源相对于配戴者的眼睛、具体地瞳孔P的位置进行预定调整。因此，每个光源210和每个图像捕捉装置220的相对位置是已知的并且是相对于支撑环253、254上的位置标记设定的，这些位置标记240相对于配戴者的瞳孔P的位置允许将光源210和图像捕捉装置220相对于配戴者的瞳孔P放置在已知且预定的位置上。

[0178] 下文将描述这种位置调整。

[0179] 在此，如上文提及的，六个光源和两个摄像机由第一支撑环253支撑，而两个光源和两个摄像机由第二支撑环254支撑。

[0180] 这些光源和摄像机是通过本领域技术人员已知的任何手段紧固至对应的支撑环上，例如通过螺钉固定、粘合剂粘结、夹子紧固、相互配合。

[0181] 如图2所示，光源210和摄像机220绕每个支撑环253、254分布，使得靠近配戴者的每只眼睛放置的这两个摄像机220的视野覆盖了配戴者的眼睛的最大可能部分、并且优选地包括这只眼睛的瞳孔的至少一个部分，从而能够在最大可能数量的注视方向上跟随该眼睛的瞳孔的位置。

[0182] 在这两个支撑环253、254上，这两个摄像机在中心处相隔约120度、并且是关于经过了该支撑环的直径且与连接测量支架250的主杆251的这些安装夹子231、232的直线垂直的平面对称。

[0183] 这些光源210是以沿对角线相对的对有规律地分布的。

[0184] 这个测量支架250具有的优点是，保证这些光源和摄像机独立于配戴者所选择的镜架的形状被精确地定位。

[0185] 如同图3中的第三实施例的情况，还可以提供的是，将测量支架350的这些光源310和图像捕捉装置320安排成使得，当测量支架350的安装部件330与所述这副眼镜相互作用时，它们面向这副眼镜400的单个镜圈412或单个眼科镜片。

[0186] 更确切而言，第三实施例的测量支架350在此包括支撑六个光源310和两个摄像机320的单个支撑环353。

[0187] 总体上，可以设想适合于被放置成面向镜架的给定镜圈或这副眼镜的给定眼眼科镜片的至少一个光源和至少一个图像捕捉装置。

[0188] 支撑环353几乎与上述第二实施例的支撑环253相同、并且在此不更详细地加以描述。

[0189] 支撑环353在此被紧固至测量支架350的主杆351上、与用于将主杆351紧固至这副眼镜400上的这些夹子332之一齐平。在此将它固定地紧固至从主杆351延伸的刚性舌形件上。

[0190] 跟踪注视方向在此是单眼性的。

[0191] 无论所讨论的是怎样的实施例，所获得的用于跟踪注视方向的设备都是微小的、自动的、且便携式的设备。

[0192] 该测量支架的图像捕捉装置120；220；320与用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的部件、并且因此与用于确定配戴者的注视方向的部件进行通信，以便向其传输所记录的图像。

[0193] 用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的部件、并且因此用于确定配戴者的注视方向的部件还可以与这些光源进行通信，例如以便控制其开/关。

[0194] 为此目的，该测量支架包括用于在光源和/或图像捕捉装置与用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置和/或注视方向的部件之间进行通信的通信接口。所讨论的是本领域技术人员已知的任何通信接口。这个通信接口可以是有线或无线接口。

[0195] 该通信接口与远程站交换数据，具体地用于初始化阶段和恢复所记录数据的最终阶段。下文将描述这些阶段。

[0196] 在实践中，用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的部件、以及用于确定注视方向的部件总体上包括远程计算部件，该远程计算部件被编程为分别实施根据本发明在以下描述的用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置和注视方向的方法的这些实施例之一。这些确定部件在此被一起分组到单个计算终端中。

[0197] 可选地，用于确定配戴者的眼睛的显著点的位置的设备、并且因此用于跟踪注视方向的设备还可以包括其他元件，从而使之是多功能的。

[0198] 其具体可以包括一个或多个场景摄像机，即从配戴者转动离开从而捕捉其环境的图像的摄像机。这对于将配戴者的活动分类、增强距离差异图、以及评估配戴者的环境的亮度图是特别有用的。因此可以将配戴者的视觉行为与配戴者的不同活动进行相关。因此更精确地确定配戴者的眼睛-头部行为、姿势、以及移动。

[0199] 其还可以包括额外的传感器，尤其是微型传感器，例如加速度计、陀螺仪、磁力计、亮度传感器、距离和接近度传感器、全局定位传感器。

[0200] 最后，它可以包括允许配戴者和用于跟踪注视方向的设备100；200；300具体地通过按钮和其他触觉传感器、以及用于反馈信息的设备(例如发光二极管、微型屏幕、抬头显示器、振动器、语音合成等)进行交互。

[0201] 作为变体，可以设想定位部件适合于与个人的这副眼镜相互作用，以便仅定位每个图像捕捉装置。所述部件接着有可能具有用于定位一个或多个光源的部件。

[0202] 在这样的变体中，用于跟踪注视方向的设备的光源可以在远处。

[0203] 换言之，这些光源可以被定位除了在配戴者的这副眼镜上以外的其他地方、距所述这副眼镜一定距离处。例如可以设想通过设置在面向配戴者的墙壁中的不同紧固系统将这些光源紧固到该墙壁上。例如使配戴者位于地面上用标记标出的给定位置上。地面上的标记和用于将光源紧固到墙壁上的系统被安排成使得，每个光源照射配戴者的至少一只眼睛。它们接着形成用于跟踪注视方向的设备的定位部件的一部分。

[0204] 最后，还可以设想到，通过环境光来起到这些光源的作用，而无论这环境光是太阳光还是人造环境光。该一个或多个光源在此情况下可以不被包括在用于确定眼睛的显著点的位置的设备中、因此不被包括在用于跟踪注视方向的设备中。

[0205] 根据本发明的设备的另一个变体，可以设想到测量支架另外包括用于引导光源发出的光的至少一个波导。

[0206] 因此，可以设想到将这些光源定位在配戴者的视野之外，其光被这样的波导引导到远至配戴者的眼睛。

[0207] 有利地，可以设想到，第二和第三实施例的支撑环自身形成波导。与这个波导相关联的光源可以定位成远离配戴者的头、或者其实被放置在测量支架的主杆上或一个侧臂上。

[0208] 作为变体，该波导还可以被放置在视觉镜架的、与这个镜架的一个或多个镜架腿在其上延伸的这侧相对的那侧上。

[0209] 该波导尤其可以被放置在视觉镜架的眼科镜片的正面附近。

[0210] 该波导还可以包括一根或多根光纤。这样的变体具有的优点是，限制配戴者的视野受阻。

[0211] 对于上述设备，可以设想许多变体。

[0212] 例如可以设想到测量支架包括至少一个支撑环，该测量支架类似于上述测量支架、但是配备有适合于将这个环直接安装在这副眼镜上的安装部件，例如借助于准许将支撑环附接到这副眼镜的眼科镜片上的吸盘。

[0213] 还可以设想到用以下丝状结构来替代该支撑环，该丝状结构具有任何适合于保留配戴者视野的形状、由例如优选透明、可能为挠性或非挠性的材料制成。

[0214] 还可以设想到，该测量支架包括具有的形状接近于镜架的镜圈形状的平面镜片，该镜片上安装了支撑环和/或图像捕捉装置和/或光源，平光无焦镜片有可能通过本领域技术人员已知的任何手段、例如通包括夹子和/或磁体的紧固系统被紧固到镜架上。

[0215] 方法

[0216] 在对与配戴者和所选镜架二者相适配的眼科镜片进行个性化的光学设计时使用上述用于跟踪注视方向的设备100；200；300。

[0217] 具体地，使用它来确定旨在用于配戴者和所选镜架的每个眼科镜片的磨损区的位置和范围。为了这样做，在配戴者配戴着上述用于跟踪注视方向的设备时执行不同视觉任务时，确定配戴者的注视方向、接着确定配戴者的这些注视方向与同所讨论的镜架或眼科镜片相关联的平面的相交点。

[0218] 总体上，为了借助于用于跟踪注视方向的设备100；200；300(包括至少一个光源110；210；310和至少一个图像捕捉设备210；220；320)来确定配戴着这副眼镜400的配戴者的至少一只眼睛O1的注视方向，操作者执行以下步骤：

[0219] a)将包括用于确定眼睛的显著点的设备的用于跟踪注视方向的设备100；200；300相对于配戴者的这副眼睛400进行定位的步骤，

[0220] c)用所述跟踪设备100；200；300的图像捕捉装置120；220；320捕捉配戴者的眼睛的至少一张图像的步骤，

[0221] d)从所捕捉的图像中确定眼睛的显著点的位置的步骤，

[0222] e)根据眼睛的这个显著点的位置来确定个人的注视方向的步骤。

[0223] 优选地，跟踪设备100；200；300包括至少一个光源110；210；310。

[0224] 用于确定注视方向的方法则另外包括以下步骤b)：用所述跟踪设备100；200；300的光源110；210；310照射配戴者的眼睛O1。

[0225] 步骤a)、b)、c)、d)组成用于确定眼睛的显著点的位置的方法。

[0226] 下文将参照上述用于跟踪注视方向的设备的实施例来解释这个用于跟踪注视方向的方法的步骤。

[0227] 这个用于跟踪注视方向的方法是基于可以由眼镜师在其店内执行的测量协议。在制造用于跟踪注视方向的设备100；200；300时在工厂内预先确定这些图像捕捉装置的位置和视野。仅需要一个调整这些图像捕捉装置的竖直和/或水平位置并可选地调整其取向的步骤，如下文解释的。因此该方法实施起来简单且快速。

[0228] 更确切而言，在步骤a)中，操作员通过将测量支架150；250；350放置在配戴者的这副眼镜400上来定位用于跟踪注视方向的设备。这种定位意味着对用于确定眼睛的显著点的位置的设备的定位。所讨论的可以是一副旧眼镜或新选择的镜架，其优选地包括演示或矫正用眼科镜片。在此这是通过将这副眼镜400的镜架410或眼科镜片420夹在用于安装用于跟踪视觉方向的设备100；200；300的夹子131、132、133、134；231、232、233、234；331、332、433的销之间来实现的。

[0229] 执行这种定位是为了确保该设备的一个或多个光源110；210；310照射配戴者的眼睛、该一个或多个图像捕捉装置120；220；320捕捉眼睛的至少一个部分的图像、并且因此确保配戴者的视野尽可能少受这些元件的存在所妨碍。

[0230] 在第一实施例的情况下，这些光源110和图像捕捉装置120的位置与镜架410和/或眼科镜片420的总体形状密切相关。然而，例如通过调整每个测量元件130A、130B、130C、130D在测量支架150的侧臂152上的倾斜度(当用于将这些测量元件附接到侧臂上的部件允许这样做时)，可以凭经验来调整这些光源和图像捕捉装置相对于配戴者的双眼的相对位置。

[0231] 在根据本发明的设备的第二实施例的情况下，这个用于跟踪注视方向的设备相对于配戴者双眼的位置被调整成使得当配戴者笔直看向前方时这些光源210和图像捕捉装置220在眼睛瞳孔P上居中。

[0232] 优选地，这种调整允许确定这些光源和图像捕捉装置相对于配戴者的双眼的相对位置。

[0233] 为了这样做，操作员让配戴者看向特定的注视方向。确定这个注视方向与这副眼镜400的眼科镜片420中的至少一个眼科镜片之间的相交点。例如，它可以是预定相交点的问题。

[0234] 可以可选地在眼科镜片上标记该预定相交点的位置。也可以用另一件设备来测量这个预定相交点的位置。

[0235] 操作员调整该一个或多个图像捕捉装置120；220相对于这个相交点的位置的位置。

[0236] 在实践中，例如操作员可以让配戴者水平地注视该距离。在此情况下，该相交点的位置是眼科镜片的配镜十字的位置。

[0237] 在图4中示出了这种情况。

[0238] 操作员接着在配戴者看向该距离时借助于被放置成面向配戴者左眼的支撑环254的平移移动性(这些移动性在图4中用箭头F1和F2表示)将测量支架250的位置标记240与配戴者眼睛的瞳孔P对齐。

[0239] 在该第二实施例中，可以进行类似调整来定位被放置成面向配戴者右眼的支撑环253。

[0240] 在用于跟踪注视方向的设备的第二和第三实施例的情况下，这等同于将支撑环253、254的中心与瞳孔P的中心对齐。这种调整在图4中用箭头F1和F2表示。

[0241] 另外，还可以设想到，操作员借助于围绕这些立柱255、256以及围绕彼此垂直且垂直于对应立柱的两条轴线的转动移动性来调整每个支撑环相对于配戴者的对应眼睛的取向。

[0242] 在第三实施例的情况下，支撑环353相对于测量支架没有移动性。因此操作员可以轻微地移动整个测量支架350，以便使支撑环353在配戴者的眼睛上正确地居中。

[0243] 如此定位的图像捕捉装置120；220；320允许跟随瞳孔P在任一方向上的移动。

[0244] 为了确保这些图像捕捉装置被正确定位，无论在此设想的是什么实施例，都可以提供以下步骤：使用者观察通过这些图像捕捉装置获得的图像以便检查配戴者的至少一只眼睛在这张图像中确实可见。因此促进了对这些图像捕捉装置的位置的调整。

[0245] 在步骤b)和c)中，操作员例如让配戴者遵循有利于其视远和/或视中和/或视近的方案。

[0246] 例如，视近是说，要求配戴者的注视固定在离配戴者20厘米与40厘米之间的点上的视觉任务。

[0247] 视中是说，要求配戴者的注视固定在离配戴者约40厘米与4米之间的点上的视觉任务。

[0248] 例如，视远是说，要求配戴者的注视固定在离配戴者远于约4米的点上的视觉任务。

[0249] 例如，操作员让配戴者执行步行活动以便有利于视远和/或执行阅读活动以便有利于视近和/或执行在计算机上工作的活动以便有利于视中。

[0250] 在这些活动期间这些图像捕捉装置120；220；320和光源110；210；310是激活的，并且在步骤e)中，对应于每个活动通过用于跟踪注视方向的设备来确定注视方向。

[0251] 更确切而言，在步骤b)中，命令光源110；210；310发出光，或者确保远处的光源发出的光或环境光很好地照射配戴者的眼睛。这个命令可以远程地发出或者通过压下按钮来手动给出。

[0252] 在步骤c)中，命令所述至少一个图像捕捉装置捕捉至少一张图像。

[0253] 上述用于跟踪注视方向的设备的各个实施例包括适合于被放置成面向每只眼睛的至少两个图像捕捉装置。在步骤c)中，接着每个图像捕捉装置120；220；320同时捕捉图像。因此获得眼睛的立体图像。

[0254] 与所捕捉的图像相关的数据通过无线Wi-Fi网络被发送至计算终端。

[0255] 在步骤d)中，通过该计算终端处理这些图像因此使得可以确定配戴者的眼睛O1的显著点的三维坐标，该显著点是在步骤c)中由每个图像捕捉装置捕捉的图像中标识的。这些坐标是例如在与这些图像捕捉装置相关联的参照系中确定的。

[0256] 例如，从这两个图像捕捉设备120；220；320捕捉的这两张图像中通过三角测量计算来确定眼睛O1的这个显著点的位置。

[0257] 这个眼睛的在步骤d)中确定了其位置的显著点优选地是眼睛的结构要素、有可能是眼睛的瞳孔P的中心、与眼睛的虹膜有关的点、虹膜的轮廓线上的点、瞳孔的轮廓线上的点、与眼睛的血管有关的点、或甚至眼睛的外眼角或内眼角。

[0258] 因此在此处描述的实例中，所讨论的是眼睛的瞳孔P的中心。

[0259] 参照图5，根据用于确定注视方向的方法的第一实施例，用于跟踪注视方向的设备另外包括与每个图像捕捉装置相关联的光源。

[0260] 确切而言，用于跟踪注视方向的设备接着包括面向配戴者每只眼睛的两个光源110和两个图像捕捉装置120，其在镜架410的镜圈411；412的或安装于镜架410中的眼科镜片420的中平面中的位置和取向是已知的。每个光源110被定位成靠近这两个对应图像捕捉装置120之一。例如，这种构型对应于使用如图1所示的用于跟踪注视方向的设备100的第一实施例，其中测量元件130A、130B、130C、130D各自包括光源110和图像捕捉装置120。

[0261] 接着在步骤e)中，对于配戴者的眼睛之一，

[0262] -在每个所捕捉的图像中标识出这两个光源110的角膜反射RL1、RL2的图像，[0263] -从这两个图像捕捉设备120捕捉的这两张图像中通过三角测量计算来确定这两个光源110的角膜反射RL1、RL2的三维位置，

[0264] -根据这些光源110的角膜反射RL1、RL2的位置来确定眼睛O1的角膜的曲率中心E的三维位置，该曲率被比作球体，

[0265] -由此推导出注视方向DR是连接眼睛角膜的曲率中心E与瞳孔P的中心的直线。

[0266] 例如，角膜的曲率中心是在所讨论的点处具有该角膜的平均曲率半径的这个球体的中心。在此具体讨论的是平均曲率的中心。

[0267] 更确切而言，为了确定眼睛O1的角膜的曲率中心E的三维位置，确定连接每个图像捕捉装置120的入射瞳孔与相关联的光源110的角膜反射RL1、RL2的这两条直线之间的相交点的位置。在这个相交点处标识眼睛的角膜的曲率中心E。

[0268] 于是连接眼睛的角膜中心或眼睛的转动中心与眼睛的瞳孔中心的直线给出了注视方向。例如对这个注视方向用几度、典型地2至4度的移位量进行校正，因为视轴在结构上相对于注视方向是移位的。

[0269] 参照图6，根据用于确定注视方向的方法的第二实施例，图像捕捉装置120；220；320在镜架410的镜圈411；412的、或安装于镜架410中的眼科镜片420的中平面内的位置和取向是已知的。在此不标识这些光源的角膜反射，并且光源110；210；310仅用于照射配戴者的眼睛。

[0270] 该方法的这个第二实施例可以通过上文描述的注视跟踪设备的这三个实施例实施。

[0271] 该方法具体可以在该支撑环被用作波导并照射配戴者的眼睛时实施。

[0272] 接着在步骤e)中，对于配戴者的眼睛之一，

[0273] -确定眼睛O1的转动中心CRO的三维位置，

[0274] -由此推导出注视方向DR1、DR2、DR3、DR4作为连接眼睛的转动中心CRO与瞳孔P1、P2、P3、P4(其位置在步骤d)中被确定)的直线。

[0275] 更确切而言，根据第一变体，为了确定眼睛O1的转动中心CRO的三维位置，使用眼睛的模型，在该模型中确定转动中心CRO的位置。

[0276] 为了确定这个眼睛模型，例如可以在眼睛O1的多对图像(这些图像是由两个图像捕捉装置120；220；320针对配戴者的不同注视方向同时捕捉的)中标识出该眼睛的瞳孔P1、P2、P3、P4的图像、确定针对这些不同注视方向而言眼睛O1的瞳孔P1、P2、P3、P4的三维位置、并且确定该眼睛模型为经过具有针对这些不同注视方向而言该眼睛的瞳孔P1、P2、P3、P4的位置的这些点的一个球体。接着确定转动中心CRO的位置为这个球体的中心。

[0277] 根据第二变体，为了确定眼睛O1的转动中心CRO的三维位置，通过一件设备并且根据本领域技术人员已知的方法、例如使用依视路(Essilor)公司的“Visioffice”设备来进行测量。这个步骤对应于先前校准步骤。

[0278] 根据用于确定注视方向的方法的第三实施例，参见图7，用于跟踪注视方向的设备200；300包括面向配戴者的眼睛的至少三个光源210；310。第二和第三实施例的情况就是如此。这些光源210；310相对于这些图像捕捉装置的位置起初是未知的。

[0279] 它们还优选地相对于配戴者的眼睛尽可能少地偏离中心，而不妨碍其视觉。

[0280] 在此知道这些图像捕捉装置的位置和取向并没有用。

[0281] 在第一子步骤中，学习光源210；310相对于镜架410或相对于参考点、例如眼科镜片的视远参考点(即，配镜十字)的相对位置。

[0282] 为此目的，调整这些光源相对于镜架410或相对于参考点、例如眼科镜片的配镜十字的位置，或者捕捉镜架410以及用于跟踪注视方向的设备200；300的整体的图像。

[0283] 还可以使用图像捕捉装置的传感器检测近红外光的能力来通过依次激活这些光源来同时检测这些光源中的每一个光源。

[0284] 借助于与上述类似的配戴者眼睛模型来计算在图像捕捉装置的视野内眼睛转动中心CRO的表观位置和眼睛的表观半径，即，通过将眼睛建模成经过配戴者的瞳孔的位置的球体，这些位置是根据在与不同注视方向相对应的不同图像对中标识出的其位置来确定的。

[0285] 这可以通过在对于配戴者执行的学习序列的过程中捕捉图像、尤其是立体图像，通过让其随机地转动其眼睛，或者通过使用在上述协议的过程中所捕捉的图像序列从而允许利于配戴者的视远和/或视中和/或视近来完成。

[0286] 接下来，对于一对给定的同时的图像，标识出眼睛的瞳孔IP的图像，并且通过三角测量计算来确定这个瞳孔的中心的三维位置。

[0287] 在这些图像IM(图7)中标识出光源210；310的角膜反射的以及眼睛的显著点的图像IRL1、IRL2、IRL3，在此为瞳孔IP的中心的图像，并且针对每对捕捉的图像通过三角测量计算来确定这些角膜反射和瞳孔中心的三维位置。

[0288] 分析瞳孔相对于CRO的相对位置允许估计角膜中心的位置。例如使用了一种简化的模型，其中眼睛转动中心、角膜中心和瞳孔中心是对齐的。借助于中位值、或确切地在配戴者上测量的值，已知了以下量：眼睛的半径、角膜半径、和瞳孔的实际位置，该位置不同于瞳孔透过角膜的图像的位置。因此，可以由此推导出在图像捕捉装置捕捉的图像中角膜中心的表观位置。

[0289] 这使得可以计算瞳孔中心和角膜反射在角膜的参照系中的球面坐标、接着计算将瞳孔中心在角膜的参照系中的球面坐标与角膜反射进行关联的“重心系”。因此确定了瞳孔中心和角膜反射的相对位置。

[0290] 接着将眼睛瞳孔的图像相对于角膜反射的重心坐标转移到与镜架或与眼科镜片相关联的参照系，以便确定在后者的参照系中瞳孔中心的位置。

[0291] 在简化的情况下，具体地对应于角膜反射与注视方向之间的角度小(例如小于10度角)的情况下，这种重心坐标转移包括基于在图像捕捉装置的参照系中瞳孔的坐标与在眼科镜片的参照系中注视方向同这个眼科镜片所关联的表面的相交点的坐标之间的双射进行的计算。

[0292] 在更复杂的情况下，有必要知道眼睛、并且尤其是角膜表面的表观位置，以便能够估计瞳孔与角膜反射之间的实际角偏差。

[0293] 根据眼睛转动中心的位置并且通过在所捕捉的图像中标识出瞳孔的图像，在角膜的参照系中确定瞳孔中心的极坐标和光源的角膜反射的极坐标。

[0294] 在角膜的参照系中，例如按Arantxa Villanueva、Juan J.Cerrolaza和Rafael Cabeza(2008)在“人机交互的进步(Advances in Human Computer Interaction)”中的标题为“视线估计的几何问题(Geometry Issues of Gaze Estimation)”(Shane Pinder(编)，ISBN：978-953-7619-15-2，InTech，DOI：10.5772/5911)中描述的方式来确定角膜反射之间的实际距离。

[0295] 从这些光源在镜架或眼科镜片的参照系中的位置以及显著点与角膜反射的相对位置来推导出配戴者在这个参照系中的注视方向。

[0296] 例如这是如下完成的：经由优化计算、根据之前确定的瞳孔中心与角膜反射的相对位置并且根据光源210；310在镜架或眼科镜片的参照系中的坐标来确定注视方向在镜架的镜圈或眼科镜片的中平面PM上的相交点I(图7)。于是注视方向是连接眼睛的瞳孔P与所确定的相交点的直线。

[0297] 在配戴者的每只眼睛前方仅提供单个图像捕捉装置的情况下，在步骤d)在所捕捉的图像中标识出显著点的图像。接下来，考虑图像捕捉装置相对于配戴者的眼睛的已知相对位置以及这只眼睛的模型(其中眼睛转动中心的位置是已知的)，在该图像捕捉装置的参照系中确定显著点的位置并且由此推导出配戴者的注视方向。操作员还可以让配戴者注视目标，而且在图像捕捉装置的参照系中确定该目标的位置。接着确定注视方向为连接眼睛转动中心与该目标的直线。

[0298] 在步骤d)中被确定其位置的这个显著点不是瞳孔中心的情况下，可以设想，根据眼睛的模型以及这个显著点的位置来推导出瞳孔中心的位置。接着以相同的方式来实施上述这些方法的各个实施例。

[0299] 在此情况下还可以设想，估计注视方向相对于预定参考注视方向的偏差，针对该预定参考注视方向，眼睛的显著点的位置是已知的。

[0300] 确切地，已知了参考注视方向、以及相关联显著点的对应参考角位置，则确定该注视方向与所讨论的显著点之间的角偏差。随后假定，这个角偏差保持恒定。

[0301] 例如，这个显著点可以对应于在矢状面中位于-15度角处并且在与注视方向相切的平面中位于23度角处的血管。连续跟踪这个显著点的位置并计算这个显著点在与眼睛转动中心相关联的参照系中的球面坐标允许立即推导出注视方向，其中假定这个显著点相对于该注视方向的角位置保持恒定。

[0302] 在用于跟踪注视方向的设备被安排成使得这些光源和图像捕捉装置放置在这副眼镜的外部上(即，使得眼科镜片被放置在图像捕捉装置与配戴者的眼睛之间)的情况下，在确定角膜反射的位置或眼睛的显著点的位置时考虑由于这个眼科镜片的存在引起的棱镜效应。

[0303] 当该一个或多个光源在远处、即不是与该一个或多个图像捕捉装置一起安装在这副眼镜上时，情况尤其如此。

[0304] 于是可以根据这个镜片的几何形状以及这个镜片的焦度分布来确定真实注视方向，而不是透过这些眼科镜片折射后的注视方向。在眼科镜片无焦时，这也是可以的。

[0305] 一旦根据如上述用于确定注视方向的方法的实施例确定了配戴者的多个注视方向，

[0306] -针对每个注视方向DR，确定其与同该配戴者的镜架和/或眼科镜片相关的预定表面的相交点，

[0307] -根据所述相交点确定该配戴者旨在配备的眼科镜片的磨损区。

[0308] 因此可以确定这个眼科镜片的至少一个磨损区。

[0309] 在实践中，确定注视方向与镜架410的对应镜圈411、412的中平面、或与对应眼科镜片420的中表面的相交点的坐标。

[0310] 眼科镜片的中表面被定义为在每个点处与镜片的正面和背面等距的表面。

[0311] 所考虑的预定表面也可以是眼科镜片的正面或背面之一。所讨论的还可以是眼科镜片的中平面，该平面被定义为包含在统计学上最靠近这个眼科镜片的中表面的这些点的平面。

[0312] 在用于确定注视方向的方法的第三实施例的情况下，不必确定这个相交点的坐标，因为已经根据之前确定的瞳孔中心与角膜反射的相对位置、并且根据光源210；310在镜架或眼科镜片的参照系中的坐标，例如通过优化计算确定了注视方向在镜架的镜圈或眼科镜片的中平面PM上的相交点I(图7)。接着可以从所确定的相交点直接标识这个磨损区的点。它们也可以从这些相交点推导出、同时考虑以下矫正，该矫正代表以下事实：光源在一般情况下不是定位在与镜架的镜圈的或所讨论的眼科镜片的中平面平行的平面中。

[0313] 该计算终端使用这个信息来设计旨在用于配戴者的新眼科镜片。

[0314] 例如所讨论的是确定每个眼科镜片对应于视近、视中或视远的磨损区的位置和范围。于是所讨论的是绘制眼科镜片的、配戴者在视近时使用的那些区以及在视远时使用的那些区。

[0315] 这些磨损区是根据与在为了确保配戴者在进行视近、视中或视远而执行的视觉任务的过程中捕捉的图像中所确定的注视方向预定平面相交的相交点来确定的，

[0316] 可以确定磨损区涵盖与所讨论的视觉任务相对应的所有所确定的相交点。

[0317] 这个磨损区可以具有预定义的形状。它可以延伸到使得其轮廓线离每个相交点一段预设的阈值距离。

[0318] 所讨论的可以是包含所确定的所有或一定比例的相交点的椭圆形或矩形的问题。优选地，该磨损区的轮廓线环绕所确定的相交点中的至少95％。

[0319] 例如所讨论的是，限定涵盖与给定视觉任务相对应的所有相交点的区。

[0320] 该磨损区可能受每个镜架的几何形状所限制。它们可以取决于希望从中利用的镜片的品质。

[0321] 例如，对于渐变眼科镜片，不局限于在该镜架上，针对视近和视远的磨损区可以具有60度的竖直角幅度以及60度的水平角幅度。

[0322] 计算终端还可以被编程来根据关于注视方向的信息推导出眼科镜片的其他光学设计参数。可以确定在视远活动过程中的平均注视方向与视近活动过程中的平均注视方向之间的竖直距离，从而允许设计出以下渐变多焦点眼科镜片：配镜十字与视近区中心之间的距离与所确定的这个竖直距离相同。

[0323] 该红外光源可以具有小尺寸(例如它可以为0.2毫米乘0.2毫米)并且被定位成在中央视野中形成图像，无论这是通过直接照射还是通过波导完成的，并且可选地可能不能或非常难以看到，并且因此使得可以既不降低配戴者的视觉舒适度、又不向其视野中引入寄生的物体。

[0324] 可以设想，该支撑环不是由水平杆维持，而是经由基于吸盘的维持系统、通过位于眼科镜片或镜架的任一侧上的磁体、或甚至通过弱粘性的可重新定位的元件被直接定位在眼科镜片或镜架上。还可以设想，通过毛细作用(水滴、魔术贴)或经由微米/纳米表面结构化的直接干式结合(例如，用碳纳米丝)来进行维持。

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