- 1 - Procédé et système de détermination d’une taille normalisée d’une pupille d’un œil Domaine technique La présente invention conceme un procédé et un système de détermination d'une taille normalisée d’une pupille d’un œil. Art antérieur À diverses fins, il est connu d'étudier le comportement de la pupille d’un œil d’un sujet et notamment de mesurer sa taille. Celle-ci est généralement déterminée à partir d’une représentation de l’æil capturée par exemple via une image enregistrée par une caméra traditionnelle qui fournit une série d'images à des intervalles réguliers (dont la plus simple représentation est le sténopé) ou via un ensemble d'évènements délivrés par une caméra asynchrone. Les caméras asynchrones ne produisent pas d'images en tant que tel mais plutôt une représentation spatiotemporelle d’un scène au moyen d’une série d'évènements.- 1 - Method and system for determining a standardized size of a pupil of an eye Technical field The present invention relates to a method and a system for determining a standardized size of a pupil of an eye. Prior Art For various purposes, it is known to study the behavior of the pupil of a subject's eye and in particular to measure its size. This is generally determined from a representation of the eye captured for example via an image recorded by a traditional camera which provides a series of images at regular intervals (the simplest representation of which is the pinhole) or via a set of events delivered by an asynchronous camera. Asynchronous cameras do not produce images as such but rather a spatiotemporal representation of a scene through a series of events.
Cette série d'évènements représente notamment des changements de luminosités de chaque pixel indépendamment.This series of events notably represents changes in luminosity of each pixel independently.
La mesure de la taille de la pupille est toutefois affectée par de nombreux facteurs tels que la pose de la caméra par rapport au sujet, l'environnement du sujet, le praticien, etc. Ainsi, même en fixant temporairement les mouvements de la pupille d’un sujet pharmacologiquement, des variations apparentes de la taille de la pupille sont générées par une modification de la pose relative entre l'œil du sujet et la caméra. Il est dès lors difficile de comparer les résultats obtenus lors de différentes campagnes de mesures, même avec des sujets et des protocoles expérimentaux identiques. La pose de la caméra définit l’orientation et la position de la caméra par rapport au sujet enregistré. La pose prend en compte le changement de référentiel entre la caméra et le sujet filmé, par exemple l’œil ou les yeux.The measurement of pupil size is however affected by many factors such as the pose of the camera in relation to the subject, the subject's environment, the practitioner, etc. Thus, even when temporarily fixing a subject's pupil movements pharmacologically, apparent variations in pupil size are generated by changing the relative pose between the subject's eye and the camera. It is therefore difficult to compare the results obtained during different measurement campaigns, even with identical subjects and experimental protocols. The camera pose defines the orientation and position of the camera relative to the recorded subject. The pose takes into account the change of frame of reference between the camera and the filmed subject, for example the eye or the eyes.
De plus, la détermination de la taille de pupille dépend également de la résolution des caméras qui capturent les images de l'œil. En effet, une augmentation de la résolution, et donc une augmentation du nombre de pixelsMoreover, the determination of the pupil size also depends on the resolution of the cameras which capture the images of the eye. Indeed, an increase in resolution, and therefore an increase in the number of pixels
- 2 - correspondant à la pupille, est susceptible d'entraîner une augmentation de la mesure de la taille de pupille obtenue. Exposé de l’invention Un objet de la présente invention est de permettre d'obtenir une mesure de taille de la pupille plus indépendante des conditions de mesure.- 2 - corresponding to the pupil, is likely to cause an increase in the measurement of pupil size obtained. Disclosure of the Invention An object of the present invention is to make it possible to obtain a pupil size measurement that is more independent of the measurement conditions.
À cet effet, l'invention propose un procédé de détermination d’une taille normalisée d’une pupille d’un œil, le procédé comprenant les étapes suivantes : (1) déterminer une taille de la pupille, (ii) déterminer une taille d’un limbe de l'oeil, (iii) déterminer la taille normalisée de la pupille sur base de la taille déterminée aux étapes (i) et (ii), dans lequel la taille normalisée de la pupille est déterminée à l’étape (iii) sur base d’un calcul d’un ratio entre les tailles déterminées aux étapes (i) et (ii).To this end, the invention proposes a method for determining a standardized size of a pupil of an eye, the method comprising the following steps: (1) determining a size of the pupil, (ii) determining a size of 'a limbus of the eye, (iii) determining the standard pupil size based on the size determined in steps (i) and (ii), wherein the standard pupil size is determined in step (iii ) based on a calculation of a ratio between the sizes determined in steps (i) and (ii).
Grâce à l'invention qui propose d'utiliser une normalisation de la taille de pupille par rapport à la taille du limbe de l’œil, influence des conditions de mesure sur le résultat est réduite voire éliminée. En effet, lorsque les conditions de mesure varient, la taille du limbe et celle de la pupille évoluent, de sorte que les conditions de mesure n'auront plus ou peu d'impact sur le résultat qui est une taille normalisée et non une valeur absolue.Thanks to the invention which proposes to use a standardization of the pupil size in relation to the size of the limbus of the eye, the influence of the measurement conditions on the result is reduced or even eliminated. Indeed, when the measurement conditions vary, the size of the limbus and that of the pupil evolve, so that the measurement conditions will have little or no impact on the result which is a standardized size and not an absolute value. .
Le limbe dans la revendication 1 peut être défini de différentes manières mais est par exemple la frontière entre la cornée et la sclérotique d’un œil. Ces termes sont connus d’un homme du métier.The limbus in claim 1 can be defined in different ways but is for example the border between the cornea and the sclera of an eye. These terms are known to a person skilled in the art.
Dans des modes de réalisation particuliers de l'invention, le procédé présente en outre de préférence l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) combinaison(s) techniquement possible(s) : - la taille déterminée à l’étape (ii) est une taille d’une déformation affine du limbe ; - l’étape (ii) comprend une détermination d’une taille d’un iris de l’œil ou d’un globe oculaire de l’œil comme déformation affine du limbe ;In particular embodiments of the invention, the method also preferably has one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination(s): - the size determined in step (ii) is a size of an affine deformation of the limbus; - step (ii) comprises a determination of a size of an iris of the eye or of an eyeball of the eye as an affine deformation of the limbus;
- 3 - - l'étape (ii) comprend une mesure d’une taille d'une déformation affine du limbe et une détermination de la taille du limbe sur base de cette mesure ; - la taille déterminée à l’étape (ii) est une taille d’une transformation projective du limbe ; - l’étape (ii) comprend une détermination d’une taille d’un iris de l’œil ou d’un globe oculaire de l’œil comme transformation projective du limbe ; - l'étape (ii) comprend une mesure d'une taille d’une transformation projective du limbe et une détermination de la taille du limbe sur base de cette mesure ; - chacune des tailles déterminées aux étapes (i) et (ii) sont déterminées par une mesure d’une aire, et/ou d’un diamètre, et/ou d’un rayon, et/ou d'axes, et/ou d’un périmètre, d’une forme géométrique essentiellement circulaire ou elliptique, et/ou par une mesure de toutes tailles associées à une forme géométrique essentiellement circulaire ou elliptique ; - le procédé comprend en outre une étape de capture d’au moins une image d'au moins une partie de l’œil comprenant la pupille au moyen d’une caméra disposée à une distance de l’œil et orientée selon un angle par rapport à un plan pupillaire relatif à l’œil, dans lequel les tailles sont déterminées aux étapes (i) et (ii) sur base de l’au moins une image, et dans lequel la taille normalisée de la pupille déterminée à l’étape (iii) est sensiblement indépendante de la distance et dudit angle ; - la mesure de l’aire, et/ou du diamètre, et/ou du rayon, et/ou des axes de la forme géométrique correspond à un nombre de pixels de lau moins une image.- 3 - - step (ii) comprises a measurement of a size of an affine deformation of the limbus and a determination of the size of the limbus on the basis of this measurement; - the size determined in step (ii) is a size of a projective transformation of the limb; - step (ii) comprises a determination of a size of an iris of the eye or of an eyeball of the eye as a projective transformation of the limbus; - step (ii) comprises a measurement of a size of a projective transformation of the limbus and a determination of the size of the limbus on the basis of this measurement; - each of the sizes determined in steps (i) and (ii) are determined by measuring an area, and/or a diameter, and/or a radius, and/or axes, and/or of a perimeter, of a substantially circular or elliptical geometric shape, and/or by a measure of any size associated with a substantially circular or elliptical geometric shape; - the method further comprises a step of capturing at least one image of at least part of the eye comprising the pupil by means of a camera placed at a distance from the eye and oriented at an angle relative to to a pupil plane relative to the eye, wherein the sizes are determined in steps (i) and (ii) based on the at least one image, and wherein the standardized pupil size determined in step ( iii) is substantially independent of distance and of said angle; - the measurement of the area, and/or the diameter, and/or the radius, and/or the axes of the geometric shape corresponds to a number of pixels of at least one image.
Une déformation affine signifie une déformation sous la transformation affine. Des exemples de transformations affines comprennent la translation, la dilatation, Vhomothétie, la similitude, la réflexion, la rotation, et leurs compositions dans n'importe quelle combinaison et séquence.An affine deformation means a deformation under the affine transformation. Examples of affine transformations include translation, dilation, dilation, similarity, reflection, rotation, and their compositions in any combination and sequence.
De plus, l’utilisation d’une caméra pour la prise d’image peut impliquer l'utilisation d’une transformation projective à laquelle peut être associé un sous- ensemble de déformations affines liées à la position et l'orientation de la caméraIn addition, the use of a camera for image capture may involve the use of a projective transformation to which may be associated a subset of affine deformations related to the position and orientation of the camera.
- 4 - par rapport au sujet (appelée « pose » de la caméra) ou aux optiques, liées à la lentille par exemple. La transformation projective peut être aussi associée à un sous-ensemble de déformations linéaires ou non-linéaires liées aux optiques des caméras.- 4 - in relation to the subject (called the “position” of the camera) or to the optics, linked to the lens for example. The projective transformation can also be associated with a subset of linear or non-linear deformations related to camera optics.
Une définition d'une transformation projective est la suivante: la transformation projective est la transformation géométrique créée par un système optique qui projette des objets localisés dans l’espace sur un plan image. Une transformation projective apparaît par exemple lorsqu'une caméra du type pinhole est utilisée.A definition of a projective transformation is as follows: Projective transformation is the geometric transformation created by an optical system that projects objects located in space onto an image plane. A projective transformation appears for example when a camera of the pinhole type is used.
La projection perspective est un exemple de la transformation projective.Perspective projection is an example of projective transformation.
L’usage, dans ce document, du verbe « comprendre », de ses variantes, ainsi que ses conjugaisons, ne peut en aucune façon exclure la présence d'éléments autres que ceux mentionnés. L'usage, dans ce document, de l’article indéfini « UN », « une », ou de l’article défini « le », «la» ou «1 », pour introduire un élément n’exclut pas la présence d'une pluralité de ces éléments.The use, in this document, of the verb "understand", its variants, as well as its conjugations, can in no way exclude the presence of elements other than those mentioned. The use, in this document, of the indefinite article “UN”, “une”, or of the definite article “le”, “la” or “1”, to introduce an element does not exclude the presence of a plurality of these elements.
La présente invention propose également un système de détermination d’une taille normalisée d’une pupille d’un œil comprenant une unité logique pour mettre en œuvre les étapes (i) à (iii) du procédé tel que décrit ci-dessus.The present invention also proposes a system for determining a standardized size of a pupil of an eye comprising a logic unit for implementing steps (i) to (iii) of the method as described above.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le système de détermination comprend en outre une caméra apte à être disposée à une distance de l'œil et à être orientée selon un angle quelconque par rapport à un plan pupillaire relatif à l'œil pour capturer au moins une image ou une représentation évènementielle spatiotemporelle d’au moins une partie de l'œil comprenant la pupille, l’unité logique étant apte à déterminer les tailles des étapes (1) et (ii) sur base de lau moins une image.In a particular embodiment of the invention, the determination system further comprises a camera capable of being placed at a distance from the eye and of being oriented at any angle with respect to a pupillary plane relative to the eye to capture at least one spatiotemporal event image or representation of at least one part of the eye including the pupil, the logic unit being able to determine the sizes of steps (1) and (ii) on the basis of the at least one image.
La présente invention propose également un smartphone comprenant un système de détermination tel que décrit ci-dessus.The present invention also proposes a smartphone comprising a determination system as described above.
La présente invention propose également un véhicule routier comprenant un système de détermination tel que décrit ci-dessus.The present invention also proposes a road vehicle comprising a determination system as described above.
La présente invention propose également un dispositif de suivi oculaire comprenant un système de détermination tel que décrit ci-dessus.The present invention also proposes an eye tracking device comprising a determination system as described above.
- 5 - La présente invention propose également une utilisation du système tel que décrit ci-dessus pour détecter la fatigue et/ou le niveau de concentration d’un sujet.The present invention also proposes a use of the system as described above to detect the fatigue and/or the level of concentration of a subject.
Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles : - La figure 1 illustre la taille normalisée de la pupille par rapport à un facteur de zoom de la caméra ; - La figure 2 illustre la taille non normalisée de la pupille par rapport au facteur de zoom de la caméra.Brief description of the figures Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description for the understanding of which reference will be made to the appended figures, among which: - Figure 1 illustrates the standardized size of the pupil by relative to a camera zoom factor; - Figure 2 illustrates the non-normalized size of the pupil with respect to the zoom factor of the camera.
Les dessins des figures ne sont pas à l’échelle. Des éléments semblables sont en général dénotés par des références semblables dans les figures. Dans le cadre du présent document, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références. En outre, la présence de numéros ou lettres de référence aux dessins ne peut être considérée comme limitative, y compris lorsque ces numéros ou lettres sont indiqués dans les revendications.Figure drawings are not to scale. Like elements are generally denoted by like references in the figures. In the context of this document, identical or similar elements may bear the same references. Furthermore, the presence of reference numbers or letters in the drawings cannot be considered as limiting, including when these numbers or letters are indicated in the claims.
Description détaillée de certains modes de réalisation de l’invention Cette partie présente une description détaillée de modes de réalisation préférés de la présente invention. Cette dernière est décrite avec des réalisations particulières et des références à des figures mais l'invention n’est pas limitée par celles-ci. En particulier, les dessins ou figures décrits ci-dessous ne sont que schématiques et ne sont pas limitants. Les références représentées sur certaines de ces figures correspondent à des repères géométriques abstraits utilisés pour quantifier et/ou visualiser des propriétés de modes de réalisation de l'invention.Detailed Description of Certain Embodiments of the Invention This part presents a detailed description of preferred embodiments of the present invention. The latter is described with specific embodiments and references to figures but the invention is not limited by these. In particular, the drawings or figures described below are only schematic and are not limiting. The references shown in some of these figures correspond to abstract geometric references used to quantify and/or visualize properties of embodiments of the invention.
Le procédé de détermination selon l'invention commence par une étape (i) de détermination d’une taille de la pupille. La taille de la pupille peut être déterminée de différentes manière. Par exemple, elle peut se référer à une mesure d'une aire, et/ou d’un diamètre, et/ou d’un rayon, et/ou d'axes, et/ou deThe determination method according to the invention begins with a step (i) of determining a size of the pupil. Pupil size can be determined in different ways. For example, it may refer to a measurement of area, and/or diameter, and/or radius, and/or axes, and/or
- 6 - toutes tailles représentatives d’une forme géométrique donnée. De préférence, une telle forme est essentiellement un cercle ou une ellipse.- 6 - all representative sizes of a given geometric shape. Preferably, such a shape is essentially a circle or an ellipse.
Le procédé de détermination comprend ensuite une étape (ii) de détermination d’une taille associée à un limbe de l’œil. Cette taille associée au limbe est la taille du limbe. Selon un autre mode de réalisation, cette taille associée au limbe est la taille d'une déformation du limbe, par exemple une déformation affine, ou une transformation projective. De préférence, les caméras sont calibrées.The determination method then comprises a step (ii) of determining a size associated with a limbus of the eye. This size associated with the limbo is the size of the limbo. According to another embodiment, this size associated with the limbus is the size of a deformation of the limbus, for example an affine deformation, or a projective transformation. Preferably, the cameras are calibrated.
Lorsque l’étape (ii) détermine la taille d’une déformation affine du limbe, cette étape (ii) comprend par exemple une détermination de taille de l'iris de l'oeil ou d'un globe oculaire de l’œil.When step (ii) determines the size of an affine deformation of the limbus, this step (ii) comprises for example a determination of the size of the iris of the eye or of an eyeball of the eye.
Lorsque l'étape (ii) détermine la taille d’une transformation projective du limbe, cette étape (ii) comprend par exemple une détermination de taille de l'iris de l'œil ou d’un globe oculaire de l'œil.When step (ii) determines the size of a projective transformation of the limbus, this step (ii) comprises for example a determination of the size of the iris of the eye or of an eyeball of the eye.
Finalement, à l’étape (iii), le procédé de l'invention permet de déterminer une taille normalisée de la pupille sur base de la taille déterminée aux étapes (i) et (ii). La taille normalisée de la pupille déterminée à l'étape (iii) est basée sur un calcul d’un ratio entre les tailles déterminées aux étapes (i) et (ii).Finally, in step (iii), the method of the invention makes it possible to determine a standardized size of the pupil on the basis of the size determined in steps (i) and (ii). The standardized pupil size determined in step (iii) is based on a calculation of a ratio between the sizes determined in steps (i) and (ii).
D'autres modes de réalisation sont néanmoins possibles.Other embodiments are nevertheless possible.
De préférence, le procédé selon l'invention comprend une étape de capture d'au moins une image d'au moins une partie de l'oeil comprenant la pupille au moyen d’un capteur, tel une caméra par exemple. Ainsi, il n’est pas nécessaire d’avoir une image complète de l’œil pour le procédé de l'invention. Par exemple, pour déterminer une ellipse, seulement cinq points sont nécessaires au lieu d’une image complète de cette ellipse. Cette étape de capture d'image a lieu par exemple avant l’étape (i).Preferably, the method according to the invention comprises a step of capturing at least one image of at least part of the eye including the pupil by means of a sensor, such as a camera for example. Thus, it is not necessary to have a complete image of the eye for the method of the invention. For example, to determine an ellipse, only five points are needed instead of a complete image of this ellipse. This image capture step takes place for example before step (i).
Le capteur (caméra par exemple) est disposé à une certaine distance de l’œil. Quand il s’agit d'une caméra, elle est orientée selon un angle par rapport à un plan pupillaire relatif à l’œil. Le plan pupillaire est défini comme le plan qui coïncide avec la pupille et comprend la pupille et l'iris. L'angle de la caméra par rapport au plan pupillaire est défini comme l'angle entre l'axe symétriqueThe sensor (camera for example) is placed at a certain distance from the eye. When it comes to a camera, it is oriented at an angle relative to a pupillary plane relative to the eye. The pupillary plane is defined as the plane which coincides with the pupil and includes the pupil and the iris. The angle of the camera relative to the pupillary plane is defined as the angle between the symmetrical axis
- 7 - rotationnel de l’objectif de la caméra et le plan pupillaire. Autrement dit, la caméra peut être disposée juste devant un œil lorsque l'œil regarde droit devant, ou à un certain angle par rapport à la direction du regard lorsque l’œil regarde droit devant.- 7 - rotation of the camera lens and the pupillary plane. In other words, the camera can be positioned just in front of an eye when the eye is looking straight ahead, or at an angle to the direction of gaze when the eye is looking straight ahead.
Selon un exemple de l'invention, l'étape (ii) comprend une mesure d’une taille d'une déformation affine du limbe et puis, une détermination de la taille du limbe lui-même sur base de cette mesure.According to an example of the invention, step (ii) comprises a measurement of a size of an affine deformation of the limbus and then, a determination of the size of the limbus itself on the basis of this measurement.
Selon un autre exemple de l'invention, l'étape (ii) comprend une mesure d’une taille d’une transformation projective du limbe et puis, une détermination de a taille du limbe lui-même sur base de cette mesure.According to another example of the invention, step (ii) comprises a measurement of a size of a projective transformation of the limbus and then, a determination of the size of the limbus itself based on this measurement.
En variant ou en complément, la taille déterminée à l'étape (ii) est déterminée par une mesure d’une aire, et/ou d’un diamètre, et/ou d’un rayon, et/ou d’axes d’une forme géométrique essentiellement circulaire ou elliptique.As a variant or in addition, the size determined in step (ii) is determined by measuring an area, and/or a diameter, and/or a radius, and/or axes of an essentially circular or elliptical geometric shape.
Par exemple, l’étape (ii) peut comprendre une détermination d’une taille d’un globe oculaire de l'oeil comme déformation affine du limbe.For example, step (ii) may include a determination of a size of an eyeball of the eye as an affine deformation of the limbus.
En variante ou en complément, l’étape (ii) peut comprendre une détermination d’une taille d’un globe oculaire de l'œil comme transformation projective du limbe.Alternatively or additionally, step (ii) may include determining a size of an eyeball of the eye as a projective transformation of the limbus.
Lorsque le procédé de détermination comprend une étape de capture d’au moins une image d'au moins une partie de l’œil au moyen d’une caméra, les tailles déterminées aux étapes (i) et (ii) le sont sur base de cette au moins une image.When the determination method includes a step of capturing at least one image of at least one part of the eye by means of a camera, the sizes determined in steps (i) and (ii) are determined on the basis of this at least one picture.
Selon un mode de réalisation possible de l'invention, la mesure de l'aire, et/ou du diamètre, et/ou du rayon, et/ou des axes de la forme géométrique correspond à un nombre de pixels de lau moins une image capturée.According to a possible embodiment of the invention, the measurement of the area, and/or of the diameter, and/or of the radius, and/or of the axes of the geometric shape corresponds to a number of pixels of at least one image captured.
Grâce au procédé de l'invention, la taille normalisée de la pupille déterminée à l'étape (iii) peut être rendue sensiblement indépendante de la pose entre la caméra et l’œil. Cela est illustré à la figure 1.Thanks to the method of the invention, the normalized size of the pupil determined in step (iii) can be made substantially independent of the pose between the camera and the eye. This is illustrated in Figure 1.
Sur la figure 1, l'axe X représente le facteur de zoom de la caméra, et l'axe Y représente la taille normalisée de la pupille (ici le ratio des tailles entre la pupille et le limbe). Le facteur de zoom est défini comme le ratio entre une distance deIn FIG. 1, the X axis represents the zoom factor of the camera, and the Y axis represents the normalized size of the pupil (here the size ratio between the pupil and the limbus). The zoom factor is defined as the ratio between a distance of
- 8 - référence entre la caméra et l'œil et la distance actuelle entre l’œil et la caméra. On peut constater que la taille normalisée de la pupille déterminée par la méthode de l'invention reste relativement constante à un niveau d'environ 0,301, malgré la variation de la distance entre la caméra et l'œil.- 8 - reference between the camera and the eye and the current distance between the eye and the camera. It can be seen that the normalized pupil size determined by the method of the invention remains relatively constant at a level of approximately 0.301, despite the variation in the distance between the camera and the eye.
En comparaison, la figure 2 représente une détermination de taille non normalisée de la pupille. Comme pour la figure 1, l’axe X représente le facteur de zoom de la caméra. L’axe Y représente ici la taille de la pupille (non normalisée) exprimée en nombres de pixels. On voit clairement que cette taille augmente lorsque la caméra s'approche à l'œil.In comparison, Figure 2 shows a non-normalized pupil size determination. Similar to Figure 1, the X axis represents the zoom factor of the camera. The Y axis here represents the size of the pupil (not normalized) expressed in numbers of pixels. It is clearly seen that this size increases when the camera approaches the eye.
Grâce à l'invention, la taille normalisée de la pupille déterminée à l’étape (iii) peut être rendue indépendante de l’angle entre la caméra et le plan pupillaire relatif à œil.Thanks to the invention, the normalized size of the pupil determined in step (iii) can be made independent of the angle between the camera and the pupillary plane relative to the eye.
Cette invariance peut être en outre prouvée de manière mathématique : Considérons l’espace à trois dimensions classique avec le repère X, Y, Z, et deux cercles de centre (0,0,0), de rayons R er r respectif avec R>r dans le plan XZ (r est le rayon de la pupille, R est le rayon du limbe). On suppose que la caméra regarde perpendiculairement au plan XZ (selon la direction de l'axe Y). Ce qu’elle voit c'est donc bien les deux cercles.This invariance can further be proved mathematically: Consider the classical three-dimensional space with the coordinate system X, Y, Z, and two circles of center (0,0,0), of respective radii R er r with R> r in the XZ plane (r is the radius of the pupil, R is the radius of the limbus). It is assumed that the camera is looking perpendicular to the XZ plane (in the direction of the Y axis). What she sees is therefore the two circles.
Maintenant si le sujet tourne l’œil, les deux cercles ne sont plus dans le plan XZ. Par contre la caméra regarde toujours vers ce plan.Now if the subject turns the eye, the two circles are no longer in the XZ plane. On the other hand, the camera always looks towards this plane.
Ce quelle voit est donc la projection orthogonale des deux cercles ayant subi une rotation.What she sees is therefore the orthogonal projection of the two rotated circles.
Le ratio entre la taille du limbe et celle de la pupille est de la forme R?/r? ou R/r selon le choix de mesure dans le plan XZ. Ci-dessous est la démonstration que ce nombre reste invariant sous la composition d’une rotation dans l’espace 3D avec une projection orthogonale sur le plan XZ.The ratio between the size of the limbus and that of the pupil is of the form R?/r? or R/r depending on the measurement choice in the XZ plane. Below is the demonstration that this number remains invariant under the composition of a rotation in 3D space with an orthogonal projection on the XZ plane.
Une telle rotation peut s'exprimer comme composition de trois rotations autour des axes X, Y, et Z respectivement. Tout d’abord, il faut remarque que la rotation selon l'axe Y ne va pas influencer le résultat : elle va juste induire uneSuch a rotation can be expressed as a composition of three rotations around the X, Y, and Z axes respectively. First of all, it should be noted that the rotation along the Y axis will not influence the result: it will just induce a
- 9 - rotation du cercle ou de l’ellipse projetée dans le plan XZ sans rien changer d'autre. II suffit sans perte de généralité de prendre en compte les rotations selon les deux autres axes. Une telle rotation composée avec la projection sur le plan XZ s'exprime comme composition des matrices Cosa Sina 0 -Sina Cosa 0 0 0 1 (rotation autour de Z) 1 0 0 0 Cosb Sinb 0 -Sinb Cosb (rotation autour de X) et i0 0 000 001 (projection orthographique sur le plan XZ) Il faut appliquer le tout aux points de la forme (x , 0 , z) satisfaisant x2+z2=R2 d'une part, et x2+z2=r? d'autre part.- 9 - rotation of the circle or ellipse projected in the XZ plane without changing anything else. It suffices without loss of generality to take into account the rotations along the two other axes. Such a compound rotation with the projection on the XZ plane is expressed as the composition of the matrices Cosa Sina 0 -Sina Cosa 0 0 0 1 (rotation around Z) 1 0 0 0 Cosb Sinb 0 -Sinb Cosb (rotation around X) and i0 0 000 001 (orthographic projection on the XZ plane) All this must be applied to the points of the form (x , 0 , z) satisfying x2+z2=R2 on the one hand, and x2+z2=r? on the other hand.
Le résultat de ce calcul donne les points de la forme (x Cos a + z Sin a Sin b , 0 , z Cos b) où z peut être remplacé par + racine carrée de (R2-x2) ou + racine carrée de (r?-x2) selon le cas.The result of this calculation gives the points of the form (x Cos a + z Sin a Sin b , 0 , z Cos b) where z can be replaced by + square root of (R2-x2) or + square root of (r ?-x2) as appropriate.
Il faut alors déterminer le grand et le petit axe de ces ellipses (lorsqu’elles ne sont pas dégénérées, ce qui peut arriver selon les angles a et b).It is then necessary to determine the major and the minor axis of these ellipses (when they are not degenerate, which can happen according to the angles a and b).
Mais on voit à l'expression obtenue que les points 3D obtenus seront évidemment les mêmes à un facteur R/r (ou l'inverse) près. Ce facteur vaBut we see from the expression obtained that the 3D points obtained will obviously be the same except for a factor R/r (or the reverse). This factor will
- 10 - simplement se répercuter proportionnellement sur les dimensions des grands et petits axes de chaque ellipse, de sorte que les rapports R2r2 ou R/r seront inchangés. Pour illustrer exactement cela, prenons le cas simple b=0. Dans ce cas, les points sont de la forme (x Cos a + z Sin a Sin 0,0 , z Cos 0) = (x Cos a, 0, 7).- 10 - simply affect proportionally the dimensions of the major and minor axes of each ellipse, so that the ratios R2r2 or R/r will be unchanged. To illustrate exactly this, consider the simple case b=0. In this case, the points are of the form (x Cos a + z Sin a Sin 0.0 , z Cos 0) = (x Cos a, 0, 7).
Ces points forment une ellipse d’équation (X/Cos a)? + 22 = R2 ou 2 qui est équivalente à (x/(R Cos a))? + (z/R)2= 1 ou (x/(r Cos a))? + (z/r)2 = 1 Donc les grands et petits rayons sont R Cos a et R (ou r Cos a et r), ce facteur Cos a traduisant la déformation du cercle tourné autour de Z et projeté.These points form an ellipse with the equation (X/Cos a)? + 22 = R2 or 2 which is equivalent to (x/(R Cos a))? + (z/R)2= 1 or (x/(r Cos a))? + (z/r)2 = 1 So the large and small radii are R Cos a and R (or r Cos a and r), this Cos a factor translating the deformation of the circle turned around Z and projected.
Le rapport des grands rayons est R/r (les Cos a se simplifient). L'aire d’une ellipse correspond au produit des rayons multiplié par TT. Le rapport des aires donnent donc aussi R?/r? (les TT Cos a se simplifient).The ratio of the major radii is R/r (the Cos a simplify). The area of an ellipse is the product of the radii multiplied by TT. The ratio of the areas therefore also gives R?/r? (TT Cos a are simplified).
Le rapport est donc bien constant. Le même raisonnement s'applique pour a=0 et b non nul.The ratio is therefore quite constant. The same reasoning applies for a=0 and b non-zero.
Ci-dessous est un exemple de la présente invention illustrant le ratio constant entre les tailles de la pupille et du limbe lorsque l’orientation entre la caméra et l’œil change et lorsque l'image capturée comporte une transformation projective par exemple de type perspective. On note que lorsque la caméra n’est pas directement en face de l’œil, la pupille et le limbe capturés par la caméra ne présentent plus les formes en cercles mais deviennent les ellipses. Par ailleurs, même si la caméra est en face de l'œil, la pupille et le limbe capturés par la caméra peuvent présenter des formes en ellipses, ou à tout le moins pas parfaitement circulaires.Below is an example of the present invention illustrating the constant ratio between the sizes of the pupil and the limbus when the orientation between the camera and the eye changes and when the captured image includes a projective transformation, for example of the perspective type. . We note that when the camera is not directly in front of the eye, the pupil and the limbus captured by the camera no longer present the shapes in circles but become ellipses. Furthermore, even if the camera is in front of the eye, the pupil and the limbus captured by the camera may have elliptical shapes, or at least not perfectly circular.
Les expériences montrent que lorsque l’orientation de la caméra varie entre -20° et +20° par rapport à sa position en face de l’œil dans un plan essentiellement horizontal, les variations du ratio des grands axes d’ellipses du limbe et de la pupille et des petits axes d'ellipses du limbe et de la pupille sont les suivants : le ratio des grands axes d'ellipse : 2,4059 + 0,0075The experiments show that when the orientation of the camera varies between -20° and +20° with respect to its position in front of the eye in an essentially horizontal plane, the variations in the ratio of the major axes of ellipses of the limbus and of the pupil and of the minor axes of ellipses of the limbus and of the pupil are as follows: the ratio of the major axes of ellipse: 2.4059 + 0.0075
- 11 - le ratio des petits axes d'ellipse : 2,4002 + 0,0080 On constate que la variation des ratios est inféreure à 0,35 % (0,0075/2,4059 = 0,31%; 0,0080/2,4002 = 0,33%). En comparaison, sans normalisation comme proposée par la présente invention, une inclinaison de la camera par rapport à la face de l’œil entraîne nécessairement une diminution de l’aire de la pupille observée par cette caméra. Ainsi, grâce à l'invention, on peut obtenir une information de taille constante de la pupille peu importe l'angle d'observation d’une caméra par rapport à l'œil. Ceci est un avantage important de l'invention.- 11 - the ratio of the minor axes of an ellipse: 2.4002 + 0.0080 It can be seen that the variation in the ratios is less than 0.35% (0.0075/2.4059 = 0.31%; 0.0080 /2.4002 = 0.33%). In comparison, without normalization as proposed by the present invention, an inclination of the camera relative to the face of the eye necessarily leads to a reduction in the area of the pupil observed by this camera. Thus, thanks to the invention, it is possible to obtain information of constant size of the pupil regardless of the viewing angle of a camera relative to the eye. This is an important advantage of the invention.
En résumé, l'invention concerne un procédé de détermination d’une taille normalisée d’une pupille d’un œil, le procédé comprenant les étapes suivantes : (1) déterminer une taille de la pupille, (ii) déterminer une taille associée à un limbe de l'oeil, (iii) déterminer la taille normalisée de la pupille sur base de la taille déterminée aux étapes (i) et (ii).In summary, the invention relates to a method for determining a standardized size of a pupil of an eye, the method comprising the following steps: (1) determining a size of the pupil, (ii) determining a size associated with a limbus of the eye, (iii) determining the standardized size of the pupil on the basis of the size determined in steps (i) and (ii).
La présente invention a été décrite en relation avec des modes de réalisations spécifiques, qui ont une valeur purement illustrative et ne doivent pas être considérés comme limitatifs. D’une manière générale, il apparaîtra évident pour un homme du métier que la présente invention n’est pas limitée aux exemples illustrés et/ou décrits ci-dessus.The present invention has been described in relation to specific embodiments, which are purely illustrative and should not be construed as limiting. In general, it will appear obvious to a person skilled in the art that the present invention is not limited to the examples illustrated and/or described above.
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| BE20215009ABE1028997B1 (en) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | Method and system for determining a standardized size of a pupil of an eye |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BE20215009ABE1028997B1 (en) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | Method and system for determining a standardized size of a pupil of an eye |
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| BE1028997A1 BE1028997A1 (en) | 2022-08-02 |
| BE1028997B1true BE1028997B1 (en) | 2022-08-08 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| BE20215009ABE1028997B1 (en) | 2021-01-07 | 2021-01-07 | Method and system for determining a standardized size of a pupil of an eye |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP4464726B2 (en)* | 2004-03-30 | 2010-05-19 | 株式会社トプコン | Ophthalmic equipment |
| US20190282086A1 (en)* | 2016-06-16 | 2019-09-19 | Hadasit Medical Research Services And Development Ltd. | Device and method for determination of pupil size in a subject having closed eyelids |
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|---|---|---|---|---|
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| JP4464726B2 (en)* | 2004-03-30 | 2010-05-19 | 株式会社トプコン | Ophthalmic equipment |
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| BE1028997A1 (en) | 2022-08-02 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted | Effective date:20220808 |