CN113568189A - 一种变焦眼镜及其调焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明主要是为了解决现有变焦眼镜的技术中，调节焦距操作不便、精度不高的问题，提供了一种变焦眼镜及其调焦方法，所述变焦眼镜包括镜架，所述镜架包括两个镜框、两个镜架腿、两个鼻托，以及连接两个镜框的横梁，所述两个镜框上分别设有两个相机和三个光源；所述镜架腿内集成有电源模块、传输模块、处理模块和分析模块。一方面，本发明采用Alvarez透镜变焦系统实现被动式调焦，操作方便；另一方面，通过相机和光源的布置以及数据处理，实时监测镜架相对于人眼的位移，矫正由于镜架移动导致存在误差的数据，提高调节焦距的精度。

Description

一种变焦眼镜及其调焦方法

技术领域

本发明涉及光学成像技术领域，具体涉及一种变焦眼镜及其调焦方法。

背景技术

现有技术中，对于老花眼患者来说，最佳的矫正手段就是佩戴光学眼镜。随着老花眼患者数量逐渐增加，老花眼镜的需求量也大大增加，然而传统光学眼镜并不能很好的满足用户的用眼需求，例如传统眼镜在视远时有较好的矫正效果，但是在视近时会产生图像模糊，需要用户摘下眼镜视物。针对此现象，传统光学眼镜发展出了双光镜和渐进多焦点眼镜，对此近视模糊的现象有所改观，但在佩戴者实际使用过程中仍然存在眼部不适、眩晕等情况。由此，不少厂家提出了新的设计思路，即变焦眼镜，通过技术手段实现整个镜片焦距变化，以此来适应人眼的视距变化。变焦眼镜又分为主动式变焦眼镜和被动式变焦眼镜，其中，被动式变焦眼镜是通过佩戴者根据自身需求手动控制焦距调节，不仅操作不便，而且手动调焦容易产生晃动，难以精确调节焦距。主动式变焦眼镜是通过提取人眼视距，根据视距信息自动调整镜片焦距，人眼视距的提取多采用瞳孔-角膜反射法，通过提取眼部图像，分析瞳孔中心点和外置光源在角膜上的反射点之间的位置关系来确定视距，两点之间的位置关系的变化本身就是微量的，装置又为头戴式，头部转动会导致装置相对人眼发生移动，因此装置的稳定性会对结果产生较大影响。而现有技术中，由于变焦眼镜为头戴式眼镜，容易跟随头部晃动，装置的稳定性并没有得到保障，导致对变焦眼镜的焦距调节存在误差，精度不高。例如，中国专利授权公告号：CN108873337A，公开了一种手动液压调节视野视力变焦头盔，包括头盔本体，所述头盔本体设置有镜框和镜片，所述镜片设置有第一镜片组件和第二镜片组件，所述第一镜片组件设置有不同用户能够根据自身视力设置不同视力度数范围的视力调节装置，所述第二镜片组件设置有用户能够根据在不同环境下设置不同视野远近的视野调节装置，所述视力调节装置和视野调节装置采用手动液压调节结构，所述手动液压调节结构与镜框和/或头盔本体连接，并与镜片连接，所述镜片设置有容纳腔，所述容纳腔与手动液压调节结构连接，虽然本发明结构简单、操作简便，由于可调节视力和视野，非常适合大众使用，但本装置采用手动调节镜片光焦距，不仅不方便操作，而且手动调焦容易产生晃动，难以精确调节焦距。

发明内容

本发明主要是为了解决现有变焦眼镜的技术中，调节焦距操作不便、精度不高的问题，提供了一种变焦眼镜及其调焦方法，采用被动式调焦，操作方便；通过相机和光源的布置以及数据处理，实时监测镜架相对于人眼的位移，降低由于镜架移动导致的误差，提高调节焦距的精度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种变焦眼镜，所述变焦眼镜包括镜架，所述镜架包括两个镜框、两个镜架腿、两个鼻托，以及连接两个镜框的横梁，所述两个镜框上分别设有两个相机和三个光源；所述镜架腿内集成有电源模块、传输模块、处理模块和分析模块，所述电源模块分别与所述传输模块、处理模块和分析模块电连接。本方案的基本原理是当镜架相对眼球发生位移时，即眼球相对镜架发生位移，可视为眼球发生转动，此时视轴发生偏转，通过计算获取视轴偏转角，然后用视轴偏转角矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架位移导致的数据误差，提高数据的精度，进一步提高后续调焦的准确度，克服了变焦眼镜稳定性差的不足，具有实用性。另外，本发明两个镜框上各设有双相机，位于镜框的两侧，通过拍摄眼部获得眼部图像，用于数据采集与数据分析。使用单相机拍摄时，当眼球转动角度过大，会产生瞳孔中心丢失和图像畸变等现象，使得后期的图像处理误差较大；采用两个相机同时拍摄，两个相机分别位于镜框的两端，避免了眼球大角度偏转带来的误差，并且拍摄的眼部图像存在重合部分时，通过对两个相机采集的图像分别进行处理，再将数据进行联合处理，提高数据提取的精度。同时，本方案采用三个光源确保数据的准确性，三个光源可以获取三组数据，当三组数据一致时，说明数据可靠，能用于后续操作；当三组数据不一致时，说明本装置存在问题，需要进一步调整，这样的设计也进一步提高了数据的精度。镜架腿内设有的电源模块为整个装置供电；传输模块用于传输数据；处理模块用于对联合处理后的眼部图像数据进行处理，获得光源虚像点到视轴的距离；分析模块用于获取视轴偏转角，首先根据眼球模型估计得到光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，然后根据所述光源虚像点到视轴的距离、光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，获得光源位置相对于水平方向的视轴的角度，最后根据光源位置相对于水平方向的视轴的角度变化量获得视轴偏转角，为后续调焦做准备。

作为优选，所述两个相机位于镜框上边的两侧，所述三个光源中，一个光源位于镜框上边、两个相机之间，另外两个光源位于镜框下边。本发明两个镜框上各设有双相机，位于镜框的两侧，通过拍摄眼部获得眼部图像，用于数据采集与数据分析。双相机的设计，可以避免眼球转动导致虹膜区域位于眼角位置而发生图像不完整，进而无法提取瞳孔中心的情况，在两个相机都有数据的情况下，对数据进行关联处理，提高了数据提取的精度。三个光源构成一个平面，通过对眼球与所述平面之间的数据进行处理，可以实时监测镜架相对人眼的位移，降低由于镜架移动导致的误差。

作为优选，所述三个光源中，两个光源位于镜框上边、两个相机之间，另外一个光源位于镜框下边。本装置的三个光源构成一个平面，除了将一个光源设于镜框上边、两个相机之间，另外两个光源设于镜框下边，还可以将两个光源设于镜框上边、两个相机之间，另外一个光源设于镜框下边。

作为优选，所述变焦眼镜还包括Alvarez透镜变焦系统，所述Alvarez透镜变焦系统包括可变焦镜片和用于调节可变焦镜片焦距的处理芯片。本发明通过Alvarez透镜变焦系统实现调焦操作，分析模块将视轴偏转角传到Alvarez透镜变焦系统的处理芯片，处理芯片用视轴偏转角矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架位移导致的数据误差，然后根据矫正后的数据计算出视距信息，根据视距信息控制可调焦镜片做出准确的调焦操作。与现有技术相比，克服了变焦眼镜稳定性差，容易移动导致数据存在误差，调焦不精准的缺点。本发明采用Alvarez透镜变焦系统，实现被动式变焦，操作方便。

一种变焦眼镜的调焦方法，适用于如权利要求1至3任一项所述的一种变焦眼镜，包括以下步骤：步骤S1)通过两个相机拍摄眼部图像，并将眼部图像数据进行联合处理后通过传输模块传输至处理模块；步骤S2)处理模块对联合处理后的眼部图像数据进行图像处理，获得光源虚像点到视轴的距离，并将光源虚像点到视轴的距离通过传输模块传输至分析模块；步骤S3)分析模块根据眼球模型估计得到光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，根据所述光源虚像点到视轴的距离、光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，获得光源位置相对于水平方向的视轴的角度；步骤S4)将前后两帧光源位置相对于水平方向的视轴的角度变化量定为视轴偏转角，根据视轴偏转角矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，并将矫正后的数据传输至 Alvarez透镜变焦系统的处理芯片；步骤S5)所述Alvarez透镜变焦系统的处理芯片根据矫正后的视轴与左右眼球几何中心连线的夹角数据，经过计算获得视距信息，并根据视距信息调整可变焦镜片的焦距。本装置在左右两个镜框上设有双相机，相机通过拍摄眼部获取眼部图像后，对图像数据进行联合处理，提高数据的精度；然后将联合处理后的数据传输至处理模块，处理模块利用图像处理技术处理数据，获得光源虚像点到视轴的距离，并将光源虚像点到视轴的距离传输至分析模块；分析模块通过眼球模型估计得到光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，根据光源虚像点到视轴的距离与光源位置相对于水平方向的视轴的角度的关系式，基于获得的光源虚像点到视轴的距离、光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径数据，计算出光源位置相对于水平方向的视轴的角度。由于眼球是连续转动的，所以整个处理过程是在视频中抽帧处理，结合前后两帧光源位置相对于水平方向的视轴的角度，可以得到视轴偏转角，根据视轴偏转角矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架位移导致的数据误差，然后将矫正后的数据传输至Alvarez透镜变焦系统的处理芯片，处理芯片根据获得的矫正后的数据计算出视距信息，根据视距信息控制可调焦镜片做出精准的调焦操作。本发明由光源位置相对于水平方向的视轴的角度变化量，经过计算可以得出镜架具体的位移量，以此矫正镜架位置变化后的数据，提高数据的精度，克服了变焦眼镜稳定性差导致调焦精度差的不足。

作为优选，步骤S3中，所述光源虚像点到视轴的距离与光源位置相对于水平方向的视轴的角度的关系式为：

其中，h′表示光源虚像点到视轴的距离，D表示光源与眼球几何中心的距离，Δ表示眼球几何中心与角膜曲率中心的距离，r表示角膜曲率半径，θ表示光源位置相对于水平方向的视轴的角度。本装置可以根据采集的图像数据获得光源虚像点到视轴的距离，然后根据眼球模型估计得到光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，将上述数据代入上述光源虚像点到视轴的距离与光源位置相对于水平方向的视轴的角度的关系式，计算得到光源位置相对于水平方向的视轴的角度，用于后续操作。

作为优选，步骤S4中，所述视轴偏转角的计算公式为：

β＝θ₁-θ₂

其中，β表示视轴偏转角，θ₁表示当前帧光源位置相对于初始状态下水平方向的视轴的角度，θ₂表示前一帧光源位置相对于初始状态下水平方向的视轴的角度。由于眼球是连续转动的，所以整个处理过程是在视频中抽帧处理，结合前后两帧光源位置相对于水平方向的视轴的角度，可以得到视轴偏转角，根据视轴偏转角矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架位移导致的数据误差，提高数据的精度。

作为优选，步骤S4中，利用眼球模型估计得到左右眼球几何中心之间的距离，根据所述左右眼球几何中心之间的距离、矫正后的左视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以及矫正后的右视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，结合几何关系公式得到视距信息。当镜架发生位移时，相当于眼球发生转动，此时视轴偏转，原先标定的视轴与左右眼球几何中心连线的夹角存在误差，根据前面步骤获得的视轴偏转角矫正误差，提高数据的精度。

作为优选，当眼球转动时，相机成像平面与角膜成像平面有夹角，步骤S2中，经过图像处理技术获得的数据实际为光源虚像点到视轴的距离在相机成像平面上的投影，所述投影与光源虚像点到视轴的距离的关系式为：

其中，h表示光源虚像点到视轴的距离在相机成像平面上的投影，h′表示光源虚像点到视轴的距离，β′表示眼球转动角度。当眼球转动时，步骤S2中经过图像处理技术获得的数据实际为光源虚像点到视轴的距离在相机成像平面上的投影，所以需要将所述数据进行处理，即根据所述投影与光源虚像点到视轴的距离的关系式，得到真正的光源虚像点到视轴的距离，避免数据存在误差，造成调焦精度不准，给使用者带来不适。

作为优选，眼球转动角度为前一帧的视轴偏转角。由于眼球是连续转动的，所以整个处理过程是在视频中抽帧处理，实际计算过程中，取前一帧的视轴偏转角为当前帧的眼球转动角度，并将所述眼球转动角度代入所述投影与光源虚像点到视轴的距离的关系式中，求得真正的光源虚像点到视轴的距离。

因此，本发明的优点是：

(1)采用两个相机同时拍摄，两个相机分别位于镜框的两端，避免了眼球大角度偏转带来的误差，并且拍摄的眼部图像存在重合部分时，通过对两个相机采集的图像分别进行处理，再将数据进行联合处理，提高数据提取的精度；

(2)通过相机和光源的布置以及数据处理，分析多个光源虚像点与瞳孔中心之间的位置关系，实时监测镜架相对于人眼的位移，降低由于镜架移动导致的误差，提高调节焦距的精度；

(3)克服了变焦眼镜稳定性差的不足，具有实用性。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明的一种结构框图。

图3是本发明的一种相机与光源的布局图。

图4是本发明的另一种相机与光源的布局图。

图5是本发明实施例中初始状态下光源与眼球的位置关系示意图。

图6是本发明实施例中眼球转动后光源与眼球的位置关系示意图。

图7是本发明实施例中光源虚像点S′到视轴的距离h′在相机成像平面上投影的示意图。

图8是本发明实施例中镜架移动时θ角变化的示意图。

1、镜架 2、镜框 3、镜架腿 4、鼻托 5、横梁 6、电源模块 7、传输模块 8、处理模块9、分析模块。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

如图1-6所示，一种变焦眼镜，变焦眼镜包括镜架1，镜架1包括两个镜框2、两个镜架腿3、两个鼻托4，以及连接两个镜框2的横梁5，两个镜框2上分别设有两个相机C和三个光源S，光源S为红外光源；镜架腿3内集成有电源模块6、传输模块7、处理模块8和分析模块9，所述电源模块6分别与所述传输模块7、处理模块8和分析模块9电连接。本发明的基本原理是当镜架1相对眼球发生位移时，即眼球相对镜架1发生位移，可视为眼球发生转动，此时视轴(眼球几何中心O₁与瞳孔中心O_p的连线)发生偏转，通过计算获取视轴偏转角β，然后用视轴偏转角β矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架1位移导致的数据误差，提高数据的精度，进一步提高后续调焦的准确度，克服了变焦眼镜稳定性差的不足。另外，本发明两个镜框2上各设有双相机C，位于镜框2的两侧，通过拍摄眼部获得眼部图像，用于数据采集与数据分析。使用单相机拍摄时，当眼球转动角度过大，会产生瞳孔中心O_p丢失和图像畸变等现象，使得后期的图像处理误差较大；采用两个相机C同时拍摄，两个相机C分别位于镜框2的两端，避免了眼球大角度偏转带来的误差，并且拍摄的眼部图像存在重合部分时，通过对两个相机C采集的图像分别进行处理，再将数据进行联合处理，提高数据提取的精度。同时，本方案采用三个光源S确保数据的准确性，三个光源 S可以获取三组数据，当三组数据一致时，说明数据可靠，能用于后续操作；当三组数据不一致时，说明本装置存在问题，需要进一步调整，这样的设计也进一步提高了数据的精度。镜架腿3内设有的电源模块6为整个装置供电；传输模块7用于传输数据；处理模块8用于对联合处理后的眼部图像数据进行图像处理，获得光源虚像点S′到视轴的距离h′；分析模块9 用于获取视轴偏转角β，首先根据眼球模型估计得到光源S与眼球几何中心O₁的距离D、眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离Δ和角膜曲率半径r，然后根据光源虚像点S′到视轴的距离h′、光源S与眼球几何中心O₁的距离D、眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离Δ和角膜曲率半径r，获得光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ，最后根据光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ变化量获得视轴偏转角β，为后续调焦做准备。

如图3所示，两个相机C位于镜框2上边的两侧，三个光源S中，一个光源S位于镜框2上边、两个相机C之间，另外两个光源S位于镜框2下边。本发明两个镜框2上各设有双相机C，位于镜框2的两侧，通过拍摄眼部获得眼部图像，用于数据采集与数据分析。双相机C的设计，可以避免眼球转动导致虹膜区域位于眼角位置而发生图像不完整，进而无法提取瞳孔中心O_p的情况，在两个相机C都有数据的情况下，对数据进行关联处理，提高了数据提取的精度。三个光源S构成一个平面，通过对眼球与平面之间的数据进行处理，可以实时监测镜架1相对人眼的位移，降低由于镜架1移动导致的误差。

如图4所示，三个光源S中，两个光源S位于镜框2上边、两个相机C之间，另外一个光源S位于镜框2下边。本装置的三个光源S构成一个平面，除了将一个光源S设于镜框 2上边、两个相机C之间，另外两个光源S设于镜框2下边，还可以将两个光源S设于镜框 2上边、两个相机C之间，另外一个光源S设于镜框2下边。

变焦眼镜还包括Alvarez透镜变焦系统，Alvarez透镜变焦系统包括可变焦镜片和用于调节可变焦镜片焦距的处理芯片。本发明通过Alvarez透镜变焦系统实现调焦操作，分析模块9将视轴偏转角β传到Alvarez透镜变焦系统的处理芯片，处理芯片用视轴偏转角β矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架1位移导致的数据误差，然后根据矫正后的数据计算出视距信息，根据视距信息控制可调焦镜片做出准确的调焦操作。

如图1-6所示，一种变焦眼镜的调焦方法，适用于上述的一种变焦眼镜，包括以下步骤：步骤S1)通过两个相机C拍摄眼部图像，并将眼部图像数据进行联合处理后通过传输模块7传输至处理模块8；步骤S2)处理模块8对联合处理后的眼部图像数据进行处理，获得光源虚像点S′到视轴的距离h′，并将光源虚像点S′到视轴的距离h′通过传输模块7传输至分析模块9；步骤S3)分析模块9根据眼球模型估计得到光源S与眼球几何中心O₁的距离D、眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离Δ和角膜曲率半径r，根据光源虚像点S′到视轴的距离h′、光源S与眼球几何中心O₁的距离D、眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离Δ和角膜曲率半径r，获得光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ；步骤S4)将前后两帧光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ变化量定为视轴偏转角β，根据视轴偏转角β矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，并将矫正后的数据传输至Alvarez透镜变焦系统的处理芯片；步骤S5) Alvarez透镜变焦系统的处理芯片根据矫正后的视轴与左右眼球几何中心连线的夹角数据，经过计算获得视距信息，并根据视距信息调整可变焦镜片的焦距。本装置在左右两个镜框2上设有双相机C，相机C通过拍摄眼部获取眼部图像后，对图像数据进行联合处理，提高数据的精度；然后将联合处理后的数据传输至处理模块8，处理模块8利用图像处理技术处理数据，获得光源虚像点S′到视轴的距离h′，并将光源虚像点S′到视轴的距离h′传输至分析模块9；分析模块9通过眼球模型估计得到光源S与眼球几何中心O₁的距离D、眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离Δ和角膜曲率半径r，根据光源虚像点S′到视轴的距离h′与光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ的关系式，基于获得的光源虚像点S′到视轴的距离h′、光源S与眼球几何中心O₁的距离D、眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离Δ和角膜曲率半径数据r，计算出光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ。由于眼球是连续转动的，所以整个处理过程是在视频中抽帧处理，结合前后两帧光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ，可以得到视轴偏转角β，根据视轴偏转角β矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架1 位移导致的数据误差，然后将矫正后的数据传输至Alvarez透镜变焦系统的处理芯片，处理芯片根据获得的矫正后的数据计算出视距信息，根据视距信息控制可调焦镜片做出精准的调焦操作。本发明由光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ变化量，经过计算可以得出镜架1 具体的位移量，以此矫正镜架位置变化后的数据。

如图5-6所示，光源虚像点S′到视轴的距离h′的表达式为：

由球面成像公式和几何关系可知：

由上述公式可得光源虚像点S′到视轴的距离h′与光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ的关系式为：

其中，h′表示光源虚像点S′到视轴的距离，D表示光源S与眼球几何中心O₁的距离，Δ表示眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离，r表示角膜曲率半径，θ表示光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ，L′表示光源S与角膜曲率中心O₂的连线与角膜的交点到光源虚像点S′的距离；L表示光源S与角膜曲率中心O₂的连线与角膜的交点到光源S的距离；α表示光源S与角膜曲率中心O₂的连线相对于视轴方向的角度。本装置可以根据采集的图像数据获得光源虚像点S′到视轴的距离h′，然后根据眼球模型估计得到光源S与眼球几何中心O₁的距离D、眼球几何中心O₁与角膜曲率中心O₂的距离Δ和角膜曲率半径r，将上述数据代入上述光源虚像点S′到视轴的距离h′与光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ的关系式，计算得到光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ。佩戴变焦眼镜后，先对视轴进行标定，两个相机C分别提取眼部图像，如果两个相机C都能拍摄到完整图像，则为最理想的状态，在最理想状态下两个相机C取得的数据结果是一致的。如果存在数据不一致的情况，则可以将两部分数据联合分析得到更加精确的数据。例如，联合分析后的图像数据经过图像处理，得到三个光源S的虚像点S′与瞳孔中心O_p的像素坐标位置，由坐标可以计算出像素距离分别为86px、86px、0，结合相机参数进行计算得到实际的距离分别为1.075mm、1.075mm、0，由于瞳孔中心O_p在视轴方向上，从正面看的时候，光源虚像点S′到视轴的距离h′就等于光源虚像点S′到瞳孔中心O_p的距离，所以光源虚像点S′到视轴的距离h′分别为1.075mm、1.075mm、0；代入光源虚像点S′到视轴的距离h′与光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ的关系式，可得初始状态下水平方向的视轴与各光源S的角度分别为19°、19°、0°。镜架1发生位移，即眼球发生转动后，再对眼部图像进行处理，得到光源S与瞳孔中心O_p的像素距离分别为119px、49px、38px，结合相机参数进行计算得到实际的距离分别为1.4875mm、1.5104mm、1.31250mm；代入光源虚像点S′到视轴的距离h′与光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ的关系式，可得眼球转动后，水平方向的视轴与各光源S的角度分别为28°、10°、9°。

如图8所示，当镜架1远离或接近眼球时，光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ会发生改变，具体为：当远离眼球时，θ角会变小，当接近眼球时，θ角会变大。

步骤S4中，视轴偏转角β的计算公式为：

β＝θ₁-θ₂

其中，β表示视轴偏转角，θ₁表示当前帧光源位置相对于初始状态下水平方向的视轴的角度，θ₂表示前一帧光源位置相对于初始状态下水平方向的视轴的角度。由于眼球是连续转动的，所以整个处理过程是在视频中抽帧处理，结合前后两帧光源位置相对于水平方向的视轴的角度θ，可以得到视轴偏转角β，根据视轴偏转角β矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以此矫正由于镜架1位移导致的数据误差，提高数据的精度。按照上述例子，由眼球转动前后的水平方向的视轴与各光源S的角度对应作差，得到三个光源S对应的视轴偏转角β为9°、 9°、9°，三个数据一致，得出最终的视轴偏转角β度为9°。

步骤S4中，利用眼球模型估计得到左右眼球几何中心之间的距离，根据左右眼球几何中心之间的距离、矫正后的左视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以及矫正后的右视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，结合几何关系公式得到视距信息。当镜架1发生位移时，相当于眼球发生转动，此时视轴偏转，原先标定的视轴与左右眼球几何中心连线的夹角存在误差，根据前面步骤获得的视轴偏转角β矫正误差。

如图7所示，当眼球转动时，相机成像平面与角膜成像平面有夹角，步骤S2中，经过图像处理技术获得的数据实际为光源虚像点S′到视轴的距离h′在相机成像平面上的投影h，投影h与光源虚像点S′到视轴的距离h′的关系式为：

其中，h表示光源虚像点S′到视轴的距离h′在相机成像平面上的投影，h′表示光源虚像点S′到视轴的距离，β′表示眼球转动角度。其中，眼球转动角度β′为前一帧的视轴偏转角β。由于眼球是连续转动的，所以整个处理过程是在视频中抽帧处理，实际计算过程中，取上一帧的视轴偏转角β为当前帧的眼球转动角度β′，并将眼球转动角度β′代入投影h与光源虚像点S′到视轴的距离h′的关系式中，求得真正的光源虚像点S′到视轴的距离h′。

Claims (10)

1.一种变焦眼镜，所述变焦眼镜包括镜架，所述镜架包括两个镜框、两个镜架腿、两个鼻托，以及连接两个镜框的横梁，其特征在于，所述两个镜框上分别设有两个相机和三个光源；所述镜架腿内集成有电源模块、传输模块、处理模块和分析模块，所述电源模块分别与所述传输模块、处理模块和分析模块电连接。

2.根据权利要求1所述的一种变焦眼镜，其特征在于，所述两个相机位于镜框上边的两侧，所述三个光源中，一个光源位于镜框上边、两个相机之间，另外两个光源位于镜框下边。

3.根据权利要求1所述的一种变焦眼镜，其特征在于，所述三个光源中，两个光源位于镜框上边、两个相机之间，另外一个光源位于镜框下边。

4.根据权利要求1所述的一种变焦眼镜，其特征在于，所述变焦眼镜还包括Alvarez透镜变焦系统，所述Alvarez透镜变焦系统包括可变焦镜片和用于调节可变焦镜片焦距的处理芯片。

5.一种变焦眼镜的调焦方法，适用于如权利要求1至4任一项所述的一种变焦眼镜，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：通过两个相机拍摄眼部图像，并将眼部图像数据进行联合处理后通过传输模块传输至处理模块；

步骤S2：处理模块对联合处理后的眼部图像数据进行图像处理，获得光源虚像点到视轴的距离，并将光源虚像点到视轴的距离通过传输模块传输至分析模块；

步骤S3：分析模块根据眼球模型估计得到光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，根据所述光源虚像点到视轴的距离、光源与眼球几何中心的距离、眼球几何中心与角膜曲率中心的距离和角膜曲率半径，获得光源位置相对于水平方向的视轴的角度；

步骤S4：将前后两帧光源位置相对于水平方向的视轴的角度变化量定为视轴偏转角，根据视轴偏转角矫正视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，并将矫正后的数据传输至Alvarez透镜变焦系统的处理芯片；

步骤S5：所述Alvarez透镜变焦系统的处理芯片根据矫正后的视轴与左右眼球几何中心连线的夹角数据，经过计算获得视距信息，并根据视距信息调整可变焦镜片的焦距。

6.根据权利要求4所述的一种变焦眼镜的调焦方法，其特征在于，步骤S3中，所述光源虚像点到视轴的距离与光源位置相对于水平方向的视轴的角度的关系式为：

其中，h′表示光源虚像点到视轴的距离，D表示光源与眼球几何中心的距离，Δ表示眼球几何中心与角膜曲率中心的距离，r表示角膜曲率半径，θ表示光源位置相对于水平方向的视轴的角度。

7.根据权利要求4所述的一种变焦眼镜的调焦方法，其特征在于，步骤S4中，所述视轴偏转角的计算公式为：

β＝θ₁-θ₂

其中，β表示视轴偏转角，θ₁表示当前帧光源位置相对于初始状态下水平方向的视轴的角度，θ₂表示前一帧光源位置相对于初始状态下水平方向的视轴的角度。

8.根据权利要求4所述的一种变焦眼镜的调焦方法，其特征在于，步骤S4中，利用眼球模型估计得到左右眼球几何中心之间的距离，根据所述左右眼球几何中心之间的距离、矫正后的左视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，以及矫正后的右视轴与左右眼球几何中心连线的夹角，结合几何关系公式得到视距信息。

9.根据权利要求6所述的一种变焦眼镜的调焦方法，其特征在于，当眼球转动时，相机成像平面与角膜成像平面有夹角，步骤S2中，经过图像处理技术获得的数据实际为光源虚像点到视轴的距离在相机成像平面上的投影，所述投影与光源虚像点到视轴的距离的关系式为：

其中，h表示光源虚像点到视轴的距离在相机成像平面上的投影，h′表示光源虚像点到视轴的距离，β′表示眼球转动角度。

10.根据权利要求9所述的一种变焦眼镜的调焦方法，其特征在于，所述眼球转动角度为前一帧的视轴偏转角。

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