DE102024200410A1 - Method and device for spatial reconstruction of an eye and determination of a gaze vector of the eye - Google Patents
Method and device for spatial reconstruction of an eye and determination of a gaze vector of the eyeInfo
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Abstract
Verfahren (800), insbesondere zum Betreiben einer Datenbrille (500), umfassend: ein Ausleuchten (806) eines Auges (2), das einen Augapfel (4), eine Cornea (8), eine Sklera (6) und eine Pupille (10) umfasst, mit diffus gestreutem Licht (107a, 107b) eines Laserstrahls (106, 106a, 106b, 106c), beispielsweise eines Infrarot-Laserstrahls, insbesondere eines modulierten Infrarot-Laserstrahls, mittels einer Mehrzahl an Streuabschnitten (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f'), wobei die Streuabschnitte (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' vom Laserstrahl (106, 106a, 106b, 106c) für bestimmte Abstrahlwinkel (α) bestrahlt werden, wodurch der Laserstrahl (106, 106a, 106b, 106c) diffus gestreut wird; ein Erfassen (808) einer Position (304a, ..., 304f') von einer Mehrzahl an Glints (108a, ..., 108f), die der diffus gestreute Laserstrahl (106, 106a, 106b, 106c) auf dem Auge (2) erzeugt, mittels einer Eventkamera (300), wobei eine Anzahl der Glints (108a, ..., 108f) einer Anzahl der Streuabschnitte (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' entspricht; ein Ermitteln (810) einer räumlichen Position (32) der Cornea (8) des Auges (2), abhängig von der Position (304a, ..., 304f') der erfassten Glints (108a, ..., 108f), einer geometrischen Anordnung der Eventkamera (300) und der Mehrzahl an Streuabschnitten (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f', einer vorgegebenen Brechkraft der Cornea (8), einem vorgegebenen Radius (50) der Cornea (8) sowie einem vorgegebenen Abstand zwischen einem Zentrum (36) der Cornea (8) und einem vorgegebenen Mittelpunkt (38) der Sklera (6), und/oder ein Ermitteln (812) einer räumlichen Position (32) der Cornea (8) des Auges (2), abhängig von der Position (304a, ..., 304f') der erfassten Glints (108a,..., 108f) sowie einer geometrischen Anordnung der Eventkamera (300) und der Mehrzahl an Streuabschnitten (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f '), wobei die Mehrzahl an Streuabschnitten (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' zumindest vier Streuabschnitte (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f ') umfasst.
Method (800), in particular for operating data glasses (500), comprising: illuminating (806) an eye (2), which comprises an eyeball (4), a cornea (8), a sclera (6) and a pupil (10), with diffusely scattered light (107a, 107b) of a laser beam (106, 106a, 106b, 106c), for example an infrared laser beam, in particular a modulated infrared laser beam, by means of a plurality of scattering sections (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f'), wherein the scattering sections (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f') are emitted by the laser beam (106, 106a, 106b, 106c) are irradiated for specific radiation angles (α), whereby the laser beam (106, 106a, 106b, 106c) is diffusely scattered; detecting (808) a position (304a, ..., 304f') of a plurality of glints (108a, ..., 108f) that the diffusely scattered laser beam (106, 106a, 106b, 106c) generates on the eye (2) by means of an event camera (300), wherein a number of the glints (108a, ..., 108f) corresponds to a number of the scattering sections (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f'); determining (810) a spatial position (32) of the cornea (8) of the eye (2), depending on the position (304a, ..., 304f') of the detected glints (108a, ..., 108f), a geometric arrangement of the event camera (300) and the plurality of scattering sections (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f'), a predetermined refractive power of the cornea (8), a predetermined radius (50) of the cornea (8) and a predetermined distance between a center (36) of the cornea (8) and a predetermined center point (38) of the sclera (6), and/or determining (812) a spatial position (32) of the cornea (8) of the eye (2) depending on the position (304a, ..., 304f') of the detected glints (108a, ..., 108f) and a geometric arrangement of the event camera (300) and the plurality of scattering sections (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f '), wherein the plurality of scattering sections (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f ') comprises at least four scattering sections (202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f ').
Description
Stand der TechnikState of the art
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur räumlichen Rekonstruktion eines Auges und zur Ermittlung eines Blickvektors des Auges.The present invention relates to a method and a device for the spatial reconstruction of an eye and for determining a gaze vector of the eye.
Um eine Pupillenellipse eines Auges zu schätzen werden im Stand der Technik beispielsweise Abtastende Laser-Systeme mit einer in das Laser-System integrierten oder externen Fotodiode herangezogen. Dabei erscheint eine Pupillenkontur des Auges hell beziehungsweise dunkel. Mittels eines Bildverarbeitungsalgorithmus wird die dunkel beziehungsweise helle Pupillenkontur in einem Bild der Fotodiode detektiert und die Pupillenellipse geschätzt. Die Fotodiode wird dabei in äquidistanten Abständen mit einer festen Samplerate ausgewertet.To estimate the pupil ellipse of an eye, current technology uses scanning laser systems with a photodiode integrated into the laser system or externally. The pupil contour of the eye appears bright or dark. Using an image processing algorithm, the dark or bright pupil contour is detected in an image from the photodiode, and the pupil ellipse is estimated. The photodiode is evaluated at equidistant intervals with a fixed sampling rate.
Alternativ wird eine Kombination eine Beleuchtung des Auges mittels in einem Brillenrahmen angeordneten Infrarot-LEDs realisiert wobei ein Fotokamerasensor und eine Eventkamera das Auge erfassen um eine Blickrichtung des Auges zu bestimmen.Alternatively, a combination of eye illumination using infrared LEDs arranged in a spectacle frame is realized, with a photo camera sensor and an event camera capturing the eye to determine the direction of gaze of the eye.
Die vorgenannten Vorgehensweisen benötigen einen aufwendigen Bildaufbau der Fotodioden oder der Fotokamerasensor sowie eine Abstimmung einer Samplerate des Bildaufbaus zum Laser-System oder der Beleuchtung. Dies resultiert in einem hohen Rechenaufwand und Energiebedarf. Zudem weisen Fotodioden und Fotokamerasensoren eine hohe Störlichtempfindlichkeit auf. The aforementioned approaches require complex image generation by the photodiodes or camera sensors, as well as coordination of the image generation sampling rate with the laser system or illumination. This results in high computational effort and energy consumption. Furthermore, photodiodes and camera sensors are highly sensitive to stray light.
Deshalb ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines Blickvektors wünschenswert, die eine Rechenkomplexität sowie einen Energiebedarf verringert und robuster gegenüber Störeinflüssen ist.Therefore, a method and apparatus for determining a gaze vector is desirable that reduces computational complexity and energy consumption and is more robust against disturbances.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Dies wird durch eine Vorrichtung und ein Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen erzielt.This is achieved by an apparatus and a method according to the independent claims.
Das Verfahren, insbesondere zum Betreiben einer Datenbrille, umfasst: ein Ausleuchten eines Auges, das einen Augapfel, eine Cornea, eine Sklera und eine Pupille umfasst, mit diffus gestreutem Licht eines Laserstrahls, beispielsweise eines Infrarot-Laserstrahls, insbesondere eines modulierten Infrarot-Laserstrahls, mittels einer Mehrzahl an Streuabschnitten, wobei die Streuabschnitte vom Laserstrahl für bestimmte Abstrahlwinkel bestrahlt werden, wodurch der Laserstrahl diffus gestreut wird; ein Erfassen einer Position von einer Mehrzahl an Glints, die der diffus gestreute Laserstrahl auf dem Auge erzeugt, mittels einer Eventkamera, wobei eine Anzahl der Glints einer Anzahl der Streuabschnitte entspricht; ein Ermitteln einer räumlichen Position der Cornea des Auges, abhängig von der Position der erfassten Glints, einer geometrischen Anordnung der Eventkamera und der Mehrzahl an Streuabschnitten, einer vorgegebenen Brechkraft der Cornea, einem vorgegebenen Radius der Cornea sowie einem vorgegebenen Abstand zwischen einem Mittelpunkt der Cornea und einem vorgegebenen Mittelpunkt der Sklera, und/oder ein Ermitteln einer räumlichen Position der Cornea des Auges, abhängig von der Position der erfassten Glints sowie einer geometrischen Anordnung der Eventkamera und der Mehrzahl an Streuabschnitten, wobei die Mehrzahl an Streuabschnitten zumindest vier Streuabschnitte umfasst.The method, in particular for operating data glasses, comprises: illuminating an eye, which comprises an eyeball, a cornea, a sclera, and a pupil, with diffusely scattered light from a laser beam, for example an infrared laser beam, in particular a modulated infrared laser beam, by means of a plurality of scattering sections, wherein the scattering sections are irradiated by the laser beam for specific radiation angles, whereby the laser beam is diffusely scattered; detecting a position of a plurality of glints generated on the eye by the diffusely scattered laser beam by means of an event camera, wherein a number of glints corresponds to a number of scattering sections; determining a spatial position of the cornea of the eye, depending on the position of the detected glints, a geometric arrangement of the event camera and the plurality of scattering sections, a predetermined refractive power of the cornea, a predetermined radius of the cornea and a predetermined distance between a center point of the cornea and a predetermined center point of the sclera, and/or determining a spatial position of the cornea of the eye, depending on the position of the detected glints and a geometric arrangement of the event camera and the plurality of scattering sections, wherein the plurality of scattering sections comprises at least four scattering sections.
Dadurch, dass die Streuabschnitte von dem Laserstrahl lediglich für bestimmte Abstrahlwinkel beleuchtete werden, resultiert eine Charakteristik einer blinkenden Lichtquelle. Somit entfällt eine Verwendung von blinkenden LEDs (Lichtemittierenden-Dioden), die in einem Erfassungsbereich oder in einer Nähe des Erfassungsbereichs des Auges anzuordnen sind. Ein Energiebedarf ist ebenfalls reduziert, da eine beliebige Anzahl an Streuabschnitten und somit eine beliebige Anzahl an Glints unter einer Verwendung lediglich eines Laserstrahls realisierbar ist.Because the scattered sections are illuminated by the laser beam only at specific beam angles, the characteristic of a flashing light source results. This eliminates the need for flashing LEDs (light-emitting diodes) that are positioned in or near the detection zone of the eye. Energy consumption is also reduced, as any number of scattered sections, and thus any number of glints, can be realized using just one laser beam.
Vorzugsweise ist ein Holografisch-optische-Element derart segmentiert, dass es die Mehrzahl an Streuabschnitten bildet, beispielsweise mittels diffus streuender Hogel, insbesondere ist das Holografisch-optisches-Element derart ausgebildet, dass es vom Auge ausgehende Strahlen, insbesondere für einen Wellenlängenbereich des Laserstrahls derart umlenkt, dass das Auge mittels der Eventkamera wie aus einer zentralen Perspektive relativ zum Auge erfasst wird.Preferably, a holographic optical element is segmented in such a way that it forms the plurality of scattering sections, for example by means of diffusely scattering holograms. In particular, the holographic optical element is designed in such a way that it deflects rays emanating from the eye, in particular for a wavelength range of the laser beam, in such a way that the eye is captured by the event camera as if from a central perspective relative to the eye.
Durch eine Verwendung des Holografisch-optischen-Elements ist es möglich die Streuabschnitte flexibel und platzsparend beliebig anzuordnen. Dadurch, dass die vom Auge ausgehenden Strahlen auf die Eventkamera umgelenkt werden, ist eine vorteilhafte Erfassung des Auges aus der zentralen Perspektive relativ zum Auge möglich, ohne dass die Eventkamera an einer für diese Erfassung notwendigen räumlichen Position angeordnet sein muss. Somit wird eine Flexibilität bezüglich der Anordnung der Eventkamera bei einer gleichbleibenden Erfassungsqualität verbessert. Dadurch, dass lediglich ausgehende Strahlen des Auges im Wellenlängenbereich des Laserstrahls umgelenkt werden, wird eine Robustheit gegenüber Störlicht verbessert.By using the holographic optical element, it is possible to arrange the scattering sections flexibly and space-savingly. By redirecting the rays emanating from the eye to the event camera, advantageous detection of the eye from the central perspective relative to the eye is possible without the event camera having to be positioned at a spatial location required for this detection. This improves flexibility regarding the arrangement of the event camera while maintaining consistent detection quality. By redirecting only outgoing rays from the eye in the wavelength range of the laser beam, robustness against stray light is improved.
Vorzugsweise umfasst ein Wellenleiter eine Einkoppelstruktur, mittels welcher der Laserstrahl in den Wellenleiter eingekoppelt wird, wobei der Wellenleiter eine Mehrzahl an Auskoppelstrukturen umfasst, mittels welcher für den jeweiligen bestimmten Abstrahlwinkel der Laserstrahl auskoppelt wird, und wobei der Wellenleiter ein Streuelement umfasst, wobei die Mehrzahl an Streuabschnitten durch die Mehrzahl an Auskoppelstrukturen und dem das Streuelement gebildet werden.Preferably, a waveguide comprises a coupling structure by means of which the laser beam is coupled into the waveguide, wherein the waveguide comprises a plurality of coupling-out structures by means of which the laser beam is coupled out for the respective determined radiation angle, and wherein the waveguide comprises a scattering element, wherein the plurality of scattering sections are formed by the plurality of coupling-out structures and the scattering element.
Durch eine Verwendung des Wellenleiters ist es möglich die Streuabschnitte flexibel und platzsparend beliebig anzuordnen. Zudem ist auch eine den Laserstrahl generierende Einrichtung durch die Verwendung des Wellenleiters bezüglich einer Flexibilität verbessert.The use of a waveguide makes it possible to arrange the scattering sections flexibly and space-savingly. Furthermore, the use of a waveguide also improves the flexibility of the laser beam generating device.
Vorzugsweise ist der Wellenleiter derart ausgebildet, dass von dem Auge ausgehende Strahlen, insbesondere die Glints, auf die Eventkamera umgelenkt werden.Preferably, the waveguide is designed such that rays emanating from the eye, in particular the glints, are deflected onto the event camera.
Dadurch, dass die vom Auge ausgehenden Strahlen auf die Eventkamera umgelenkt werden, ist eine vorteilhafte Erfassung des Auges aus der zentralen Perspektive relativ zum Auge möglich, ohne dass die Eventkamera an einer für diese Erfassung notwendigen räumlichen Position angeordnet sein muss. Somit wird eine Flexibilität bezüglich der Anordnung der Eventkamera bei einer gleichbleibenden Erfassungsqualität verbessert.By redirecting the rays emanating from the eye to the event camera, advantageous capture of the eye from the central perspective relative to the eye is possible without requiring the event camera to be positioned at a specific spatial location. This improves flexibility regarding the placement of the event camera while maintaining consistent capture quality.
Vorzugsweise ist zumindest ein Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten derart angeordnet ist, dass durch diesen das Auge aus der zentralen Perspektive relativ zum Auge mit diffus gestreutem Licht des Laserstrahls beleuchtet wird.Preferably, at least one scattering section of the plurality of scattering sections is arranged such that the eye is illuminated by it from the central perspective relative to the eye with diffusely scattered light of the laser beam.
Durch den zumindest einen Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten wird das Auge aus derselben Achse beleuchtet wie es durch die Eventkamera erfasst wird. Somit erscheint die Pupille des Auges hell und kann mittels der Eventkamera erfasst werden, wodurch das Verfahren robuster wird. Zudem ist kein Fotokamerasensor für eine Bestimmung einer Pupille eines Auges notwendig und es wird ein Energiebedarf und Platzbedarf reduziert.Due to at least one of the plurality of scattering sections, the eye is illuminated from the same axis as it is captured by the event camera. Thus, the pupil of the eye appears bright and can be captured by the event camera, making the method more robust. Furthermore, no camera sensor is required to determine the pupil of an eye, and energy consumption and space requirements are reduced.
Vorzugweise umfasst das Verfahren nach Anspruch: ein Erfassen der Pupille mittels der Eventkamera; ein Ermitteln einer Position eines Zentrums der Pupille des Auges; ein Ermitteln einer Position eines Zentrums der räumlichen Position der Cornea; ein Ermitteln eines Blickvektors des Auges abhängig von der Position des Zentrums der Pupille und dem ermittelten Zentrum der räumlichen Position der Cornea. Dadurch wird eine Blickrichtung des Auges, in Form des Blickvektors, mit niedriger Rechenkomplexität ermittelt.The method according to claim 1 preferably comprises: detecting the pupil using the event camera; determining a position of a center of the pupil of the eye; determining a position of a center of the spatial position of the cornea; and determining a gaze vector of the eye depending on the position of the center of the pupil and the determined center of the spatial position of the cornea. This allows a gaze direction of the eye, in the form of the gaze vector, to be determined with low computational complexity.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren: ein Klassifizieren der erfassten Positionen der Glints in zumindest zwei Cluster dahingehen, ob ein Glint der Cornea oder der Sklera des Auges zuzuordnen ist, beispielsweise abhängig von einer Form der erfassten Position des Glints auf der Eventkamera; ein Ermitteln einer räumlichen Position der Sklera des Auges abhängig von den erfassten Positionen der Glints die der Sklera zugeordnet sind; ein Ermitteln einer Position eines Zentrums der räumlichen Position der Cornea; ein Ermitteln einer Position eines Zentrums der räumlichen Position der Sklera; ein Ermitteln eines Blickvektors des Auges abhängig von der Position des Zentrums der räumlichen Position der Cornea und dem Zentrum der räumlichen Position der Sklera. Dadurch wird eine Blickrichtung des Auges, in Form des Blickvektors, mit niedriger Rechenkomplexität ermittelt.The method preferably comprises: classifying the detected positions of the glints into at least two clusters as to whether a glint is to be assigned to the cornea or the sclera of the eye, for example depending on a shape of the detected position of the glint on the event camera; determining a spatial position of the sclera of the eye depending on the detected positions of the glints assigned to the sclera; determining a position of a center of the spatial position of the cornea; determining a position of a center of the spatial position of the sclera; determining a gaze vector of the eye depending on the position of the center of the spatial position of the cornea and the center of the spatial position of the sclera. As a result, a gaze direction of the eye, in the form of the gaze vector, is determined with low computational complexity.
Die Vorrichtung umfasst: eine Beleuchtungseinrichtung, die ausgebildet ist einen Laserstrahl, beispielsweise einen Infrarot-Laserstrahls, insbesondere einen modulierten Infrarot-Laserstrahl zu genieren und diesen in zumindest einer Dimension in einem Abstrahlwinkel abzustrahlen, insbesondere in zwei Dimensionen mit einem ersten Abstrahlwinkel und einem zweiten Abstrahlwinkel, insbesondere mittels einer in der Beleuchtungseinrichtung angeordneten Ablenkeinrichtung, beispielsweise eines Micro-Electro-Mechanical-Systems Spiegels; eine Ausleuchtungseinrichtung, die ausgebildet ist ein Auge, das einen Augapfel, eine Cornea, eine Sklera und eine Pupille umfasst, mit diffus gestreutem Licht des Laserstrahls auszuleuchten, wobei die Ausleuchtungseinrichtung eine Mehrzahl an Streuabschnitten umfasst, wobei die Streuabschnitte ausgebildet sind, vom Laserstrahl für bestimmte Abstrahlwinkel bestrahlt zu werden und den Laserstrahl diffus zu streuen; eine Eventkamera, die ausgebildet ist eine Position von einer Mehrzahl an Glints auf dem Auge zu erfassen; eine Auswerteeinrichtung, die ausgebildet ist eine räumliche Position der Cornea des Auges, abhängig von der Position der erfassten Glints, einer geometrischen Anordnung der Eventkamera und der Mehrzahl an Streuabschnitten, einer vorgegebenen Brechkraft der Cornea, einem vorgegebenen Radius der Cornea sowie einem vorgegebenen Abstand zwischen einem Mittelpunkt der Cornea und einem vorgegebenen Mittelpunkt der Sklera zu ermitteln, und/oder eine räumliche Position der Cornea des Auges, abhängig von der Position der erfassten Glints sowie einer geometrischen Anordnung der Eventkamera und der Mehrzahl an Streuabschnitten, wobei die Mehrzahl an Streuabschnitten zumindest vier Streuabschnitte umfasst, zu ermitteln.The device comprises: an illumination device designed to generate a laser beam, for example an infrared laser beam, in particular a modulated infrared laser beam, and to emit it in at least one dimension at a radiation angle, in particular in two dimensions with a first radiation angle and a second radiation angle, in particular by means of a deflection device arranged in the illumination device, for example a micro-electro-mechanical system mirror; an illumination device designed to illuminate an eye, which comprises an eyeball, a cornea, a sclera and a pupil, with diffusely scattered light from the laser beam, wherein the illumination device comprises a plurality of scattering sections, wherein the scattering sections are designed to be irradiated by the laser beam for specific radiation angles and to diffusely scatter the laser beam; an event camera designed to detect a position of a plurality of glints on the eye; an evaluation device which is designed to determine a spatial position of the cornea of the eye, depending on the position of the detected glints, a geometric arrangement of the event camera and the plurality of scattering sections, a predetermined refractive power of the cornea, a predetermined radius of the cornea and a predetermined distance between a center point of the cornea and a predetermined center point of the sclera, and/or to determine a spatial position of the cornea of the eye, depending on the position of the detected glints and a geometric arrangement of the event camera and the plurality of scattering sections, wherein the plurality of scattering sections comprises at least four scattering sections.
Durch die Ausleuchtungseinrichtung und die von dieser umfassen Mehrzahl an Streuabschnitten genügt der durch die Beleuchtungseinrichtung generierte und für unterschiedliche Ablenkwinkel abgestrahlte Laserstrahl, um den Effekt einer Vielzahl an diffus streuenden blinkenden Lichtquellen zu erzielen. Dadurch wird ein Energiebedarf und Platzbedarf reduziert.Thanks to the illumination device and its multiple scattering sections, the laser beam generated by the illumination device and emitted at different deflection angles is sufficient to create the effect of a multitude of diffusely scattering flashing light sources. This reduces energy consumption and space requirements.
Vorzugsweise ist die Ausleuchtungseinrichtung als Holografisch-optisches-Element ausgebildet und das Holografische-optische-Element ist derart segmentiert, dass es die Mehrzahl an Streuabschnitten bildet, beispielsweise mittels diffus streuender Hogel, insbesondere wobei das Holografisch-optisches-Element ausgebildet ist, vom Auge ausgehende Strahlen, insbesondere für einen Wellenlängenbereich des Laserstrahls derart umzulenken, dass die Eventkamera das Auge wie aus einer zentralen Perspektive relativ zum Auge erfasst. Dadurch können eine Vielzahl an optischen Funktionen in die Ausleuchtungseinrichtung integriert werden ohne den Platzbedarf zu erhöhen und dabei eine Qualität und Robustheit der Erfassung der Glints durch die Eventkamera erhöhen.Preferably, the illumination device is designed as a holographic optical element, and the holographic optical element is segmented such that it forms the plurality of scattering sections, for example, by means of diffusely scattering holograms. In particular, the holographic optical element is designed to redirect rays emanating from the eye, in particular for a wavelength range of the laser beam, such that the event camera captures the eye as if from a central perspective relative to the eye. This allows a multitude of optical functions to be integrated into the illumination device without increasing the space requirement, thereby increasing the quality and robustness of the glint capture by the event camera.
Vorzugsweise ist die Ausleuchtungseinrichtung als Wellenleiter ausgebildet, wobei der Wellenleiter eine Einkoppelstruktur umfasst, die den Laserstrahl in den Wellenleiter eingekoppelt, eine Mehrzahl an Auskoppelstrukturen umfasst, die ausgebildet sind für den bestimmten Abstrahlwinkel den Laserstrahl auszukoppeln, und ein Streuelement umfasst, wobei die Mehrzahl an Auskoppelstrukturen und das Streuelement die Mehrzahl an Streuabschnitten bilden. Der Wellenleiter ermöglicht es die Beleuchtungseinrichtung flexibel und platzsparender anzuordnenPreferably, the illumination device is designed as a waveguide, wherein the waveguide comprises an input coupling structure that couples the laser beam into the waveguide, a plurality of output coupling structures configured to output the laser beam for the specific beam angle, and a scattering element, wherein the plurality of output coupling structures and the scattering element form the plurality of scattering sections. The waveguide enables the illumination device to be arranged flexibly and in a more space-saving manner.
Vorzugsweise ist der Wellenleiter ausgebildet von dem Auge ausgehende Strahlen, insbesondere die Glints auf die Eventkamera umzulenken. Dadurch ist eine flexiblere Anordnung der Eventkamera möglich, ohne dabei eine Qualität und Robustheit einer Erfassung des Auges durch die Eventkamera zu beeinflussen.Preferably, the waveguide is designed to redirect rays emanating from the eye, in particular the glints, to the event camera. This allows for a more flexible arrangement of the event camera without compromising the quality and robustness of the event camera's detection of the eye.
Vorzugsweise ist ein Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten ausgebildet, das Auge aus der zentralen Perspektive relativ zum Auge mit diffus gestreutem Licht des Laserstrahls zu beleuchten. Somit wird das Auge aus derselben Achse beleuchtet wie es durch die Eventkamera erfasst wird. Somit erscheint die Pupille des Auges hell und kann mittels der Eventkamera erfasst werden, wodurch das Verfahren robuster wird. Zudem ist kein Fotokamerasensor für eine Bestimmung einer Pupille eines Auges notwendig und es wird ein Energiebedarf und Platzbedarf reduziert.Preferably, one scattering section of the plurality of scattering sections is configured to illuminate the eye from the central perspective relative to the eye with diffusely scattered light from the laser beam. Thus, the eye is illuminated from the same axis as it is captured by the event camera. Thus, the pupil of the eye appears bright and can be captured by the event camera, making the method more robust. Furthermore, no camera sensor is required to determine the pupil of an eye, and energy consumption and space requirements are reduced.
Vorzugsweise ist die Eventkamera ausgebildet, die Pupille zu erfassen und die Auswerteeinrichtung ausgebildet, eine Position eines Zentrums der Pupille des Auges zu ermitteln, eine Position eines Zentrums der räumlichen Position der Cornea zu ermitteln, einen Blickvektor des Auges abhängig von der räumlichen Position des Zentrums der Pupille und der ermittelten räumlichen Position des Zentrums der räumlichen Position der Cornea zu ermitteln. Dadurch wird eine Blickrichtung des Auges, in Form des Blickvektors, mit niedriger Rechenkomplexität ermittelt.Preferably, the event camera is configured to capture the pupil, and the evaluation device is configured to determine a position of a center of the pupil of the eye, a position of a center of the spatial position of the cornea, and a gaze vector of the eye depending on the spatial position of the center of the pupil and the determined spatial position of the center of the spatial position of the cornea. This allows a gaze direction of the eye, in the form of the gaze vector, to be determined with low computational complexity.
Vorzugsweise ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die erfassten Positionen der Glints in zumindest zwei Cluster dahingehen zu klassifizieren, ob ein Glint der Cornea oder der Sklera des Auges zuzuordnen ist, insbesondere abhängig von einer Form der erfassten Position des Glints auf der Eventkamera; eine räumliche Position der Sklera des Auges abhängig von den erfassten Positionen der Glints, die der Sklera zugeordnet sind zu ermitteln; eine Position eines Zentrums der räumlichen Position der Cornea zu ermitteln; eine Position eines Zentrums der räumlichen Position der Sklera zu ermitteln; einen Blickvektor des Auges abhängig von der Position des Zentrums der räumlichen Position der Cornea und der Position des Zentrums der räumlichen Position der Sklera zu ermitteln. Dadurch wird eine Blickrichtung des Auges, in Form des Blickvektors, mit niedriger Rechenkomplexität ermittelt.Preferably, the evaluation device is designed to classify the detected positions of the glints into at least two clusters as to whether a glint is to be assigned to the cornea or the sclera of the eye, in particular depending on a shape of the detected position of the glint on the event camera; to determine a spatial position of the sclera of the eye depending on the detected positions of the glints assigned to the sclera; to determine a position of a center of the spatial position of the cornea; to determine a position of a center of the spatial position of the sclera; to determine a gaze vector of the eye depending on the position of the center of the spatial position of the cornea and the position of the center of the spatial position of the sclera. As a result, a gaze direction of the eye, in the form of the gaze vector, is determined with low computational complexity.
Vorzugsweise ist die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Eventkamera und/oder die Auswerteinrichtung an einer Datenbrille, insbesondere in einem Rahmen und/oder Bügel der Datenbrille angeordnet ist und/oder dass die Ausleuchteinrichtung in einem Brillenglas der Datenbrille angeordnet. Die Vorrichtung kann flexibel platzsparend und unauffällig an der Datenbrille angeordnet werden. Dadurch wird diese komfortabler zu tragen. Zudem wird die Qualität der der Datenbrille verbessert, da wie oben beschreiben eine Rechenkomplexität, ein Energiebedarf und eine Robustheit verbessert wird.Preferably, the illumination device and/or the event camera and/or the evaluation device are arranged on the data glasses, in particular in a frame and/or temple of the data glasses, and/or the illumination device is arranged in a lens of the data glasses. The device can be arranged flexibly, space-savingly, and unobtrusively on the data glasses. This makes them more comfortable to wear. Furthermore, the quality of the data glasses is improved because, as described above, computational complexity, energy consumption, and robustness are improved.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ermitteln eines Blickvektors eines Auges; -
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung angeordnet an einer Datenbrille; -
3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Vorrichtung; -
4a eine schematische Darstellung einer Ausleuchtungseinrichtung ausgebildet als ein Holografisches-Optisches Element; -
4b eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Ausleuchtungseinrichtung ausgebildet als ein Wellenleiter; -
4c eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Wellenleiters; -
5 eine schematische Darstellung eines Erfassungsbereiches einer Eventkamera und eines zeitlichen Verlaufs von erfassten Glints durch die Eventkamera für den Wellenleiter; -
6 eine schematische Darstellung des Erfassungsbereiches der Eventkamera und eines zeitlichen Verlaufs von erfassten Glints durch die Eventkamera für die Ausführungsform des Wellenleiters; -
7 eine schematische Darstellung einer Rekonstruktion des Auges; -
8 eine schematische Darstellung von Glints auf einer Cornea und einer Sklera des Auges; -
9 eine schematische Darstellung einer Rekonstruktion des Auges; -
10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des Blickvektors des Auges; -
11 ein Ablaufdiagram eines Teils einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung des Blickvektors des Auges; -
12 ein Ablaufdiagramm eines Teils einer Ausführungsform des Verfahrens zur Bestimmung des Blickvektors des Auges.
-
1 a schematic representation of a device for determining a gaze vector of an eye; -
2 a schematic representation of an embodiment of the device arranged on data glasses; -
3 a schematic representation of an embodiment of the device; -
4a a schematic representation of an illumination device designed as a holographic optical element; -
4b a schematic representation of an embodiment of the illumination device designed as a waveguide; -
4c a schematic representation of an embodiment of the waveguide; -
5 a schematic representation of a detection range of an event camera and a temporal progression of detected glints by the event camera for the waveguide; -
6 a schematic representation of the detection range of the event camera and a temporal progression of detected glints by the event camera for the waveguide embodiment; -
7 a schematic representation of a reconstruction of the eye; -
8 a schematic representation of glints on a cornea and sclera of the eye; -
9 a schematic representation of a reconstruction of the eye; -
10 a flowchart of a method for determining the gaze vector of the eye; -
11 a flowchart of a part of an embodiment of the method for determining the gaze vector of the eye; -
12 a flowchart of a part of an embodiment of the method for determining the gaze vector of the eye.
Die
Die Beleuchtungseinrichtung 100 ist ausgebildet einen Laserstrahl 106, beispielsweise einen Infrarot-Laserstrahl, insbesondere einen modulierten Infrarot-Laserstrahl zu genieren und diesen in zumindest einer Dimension in einem Abstrahlwinkel α abzustrahlen. Der Lasterstahl 106 wird beispielsweise mittels einer von der Beleuchtungseinrichtung 100 umfassten Lichtquelle 102 erzeugt. Dabei ist der Abstrahlwinkel α variabel und die Beleuchtungseinrichtung 100 ändert diesen beispielsweise in vorgegeben Schritten und Mustern. Dafür umfasst die Beleuchtungseinrichtung 100 im Beispiel eine Ablenkeinrichtung 104, die insbesondere als Prisma, Galvospiegel oder Micro-Electro-Mechanical-Systems Spiegel ausgebildet ist.The illumination device 100 is configured to generate a laser beam 106, for example, an infrared laser beam, in particular a modulated infrared laser beam, and to emit it in at least one dimension at an emission angle α. The laser beam 106 is generated, for example, by means of a light source 102 included in the illumination device 100. The emission angle α is variable, and the illumination device 100 changes it, for example, in predetermined steps and patterns. For this purpose, the illumination device 100 in the example comprises a deflection device 104, which is configured, in particular, as a prism, galvo mirror, or micro-electro-mechanical system mirror.
Es kann vorgesehen sein, dass die Beleuchtungseinrichtung 100 ausgebildet ist den Laserstrahl 106 variablen in zwei Dimensionen mit einem ersten Abstrahlwinkel α und einem zweiten Abstrahlwinkel β abzustrahlen. Dabei ist beispielsweise die Ablenkeinrichtung 104 ausgebildet den ersten und zweiten Abstrahlwinkel α und β zu variieren.It can be provided that the illumination device 100 is configured to emit the laser beam 106 in two dimensions with a first emission angle α and a second emission angle β. For example, the deflection device 104 is configured to vary the first and second emission angles α and β.
Die Ausleuchtungseinrichtung 200 ist ausgebildet das Auge 2, welches einen Augapfel eine Cornea 8, eine Sklera 6 und eine Pupille 10 umfasst, mit diffus gestreutem Licht 107a, 107b des Laserstrahls 106 auszuleuchten. Die Ausleuchtungseinrichtung 200 umfasst eine Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b, die ausgebildet sind vom Laserstrahl 106 für bestimmte Abstrahlwinkel α bestrahlt zu werden und den Laserstrahl 106 diffus zu streuen. Dabei wird für einen bestimmten Abstrahlwinkel α jeweils zumindest ein Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b bestrahlet. Dadurch, dass der Abstrahlwinkel α geändert wird, wird der zumindest eine Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b nicht dauerhaft beleuchtet sondern nur für den bestimmten Abstrahlwinkel α oder einen bestimmten Bereich des Abstrahlwinkels α. Somit entsteht eine Abstrahlcharakteristik für die Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b von blinkenden diffus streuenden LEDs.The illumination device 200 is designed to illuminate the eye 2, which comprises an eyeball, a cornea 8, a sclera 6, and a pupil 10, with diffusely scattered light 107a, 107b of the laser beam 106. The illumination device 200 comprises a plurality of scattering sections 202a, 202b, which are designed to be irradiated by the laser beam 106 for specific radiation angles α and to diffusely scatter the laser beam 106. For a specific radiation angle α, at least one scattering section of the plurality of scattering sections 202a, 202b is irradiated. By changing the radiation angle α, the at least one scattering section of the plurality of scattering sections 202a, 202b is not continuously illuminated, but only for the specific radiation angle α or a specific range of the radiation angle α. This creates a radiation characteristic for the majority of scattering sections 202a, 202b of flashing diffusely scattering LEDs.
Das diffus gestreute Licht 107a, 107b des Laserstrahls 106 erzeugt eine Mehrzahl an spekularen Reflexionen (Glints) 108a, 108b auf dem Auge 2. Diese Glints 108a, 108b blinken abhängig zum Abstrahlwinkel α. Eine Anzahl der Mehrzahl an Glints 108a, 108b entspricht dabei einer Anzahl der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b.The diffusely scattered light 107a, 107b of the laser beam 106 generates a plurality of specular reflections (glints) 108a, 108b on the eye 2. These glints 108a, 108b blink depending on the radiation angle α. A number of the plurality of glints 108a, 108b corresponds to a number of the plurality of scattering sections 202a, 202b.
Die Eventkamera 300 ist ausgebildet eine Position 304a, 304b der Mehrzahl an Glints 108a, 108b auf dem Auge 2 zu erfassen. Die Eventkamera 300 umfasst beispielsweise eine Abbildungsoptik 302, die die erfasste Mehrzahl an Glints 108a, 108b auf einen Eventkamerasensor abbildet.The event camera 300 is configured to detect a position 304a, 304b of the plurality of glints 108a, 108b on the eye 2. The event camera 300 includes, for example, an imaging optics 302 that images the detected plurality of glints 108a, 108b onto an event camera sensor.
Die Auswerteeinrichtung 400, ist ausgebildet eine räumliche Position der Cornea 8 des Auges 2, abhängig von der Position 304a, 304b der erfassten Glints 108a, 108b, einer geometrischen Anordnung der Eventkamera 300 und der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b, einer vorgegebenen Brechkraft der Cornea 8, einem vorgegebenen Radius 50 der Cornea 8 sowie einem vorgegebenen Abstand zwischen einem Zentrum 36 der Cornea 8 und einem vorgegebenen Mittelpunkt 38 der Sklera 6 zu ermitteln. Die geometrische Anordnung der Eventkamera 300 und der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b ist vorgegeben beziehungsweise vorgebbar und bleibt im Beispiel unverändert. Der vorgegebene Abstand zwischen einem Zentrum 36 der Cornea 8 und einem vorgegebenen Mittelpunkt 38 der Sklera 6 und der vorgegebenen Radius 50 der Cornea 8 sind beispielsweise als Durchschnittswerte aus der menschlichen Anatomie bekannt.The evaluation device 400 is designed to determine a spatial position of the cornea 8 of the eye 2, depending on the position 304a, 304b of the detected glints 108a, 108b, a geometric arrangement of the event camera 300 and the plurality of scattering sections 202a, 202b, a predetermined refractive power of the cornea 8, a predetermined radius 50 of the cornea 8 and a predetermined distance between a center 36 of the cornea 8 and a predetermined center point 38 of the sclera 6. The geometric arrangement of the event camera 300 and the plurality of scattering sections 202a, 202b is predetermined or can be predetermined and remains unchanged in the example. The predetermined distance between a center 36 of the cornea 8 and a predetermined center point 38 of the For example, sclera 6 and the given radius 50 of the cornea 8 are known as average values from human anatomy.
Es kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung 400 ausgebildet ist, eine räumliche Position der Cornea 8 des Auges 2, abhängig von der Position 304a, 304b der erfassten Glints 108a, 108b sowie der geometrischen Anordnung der Eventkamera 300 und der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b, wobei die Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b zumindest vier Streuabschnitte 202a, 202b umfasst, zu ermitteln. Dabei kann die Cornea 8 samt einer räumlichen Position des Mittelpunkts 36 und des Radius 50 der Cornea 8 mittels einer Kugelfunktion approximiert werden.It can be provided that the evaluation device 400 is configured to determine a spatial position of the cornea 8 of the eye 2, depending on the position 304a, 304b of the detected glints 108a, 108b as well as the geometric arrangement of the event camera 300 and the plurality of scattering sections 202a, 202b, wherein the plurality of scattering sections 202a, 202b comprises at least four scattering sections 202a, 202b. In this case, the cornea 8, including a spatial position of the center point 36 and the radius 50 of the cornea 8, can be approximated using a spherical function.
Die
Im Beispiels ist die Ausleuchtungseinrichtung 200 als ein Holografisch-optisches-Element 600 ausgebildet. Das Holografisch-optische-Element 600 ist derart segmentiert, dass es die Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b, 602a, 602b bildet, beispielsweise mittels diffus streuender Hogel 602a, 602b. Die Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b, 602a, 602b werden im Beispiel in einem Randbereich des Holografisch-optischen-Elements 600 gebildet. Ein Laserstrahl 106a, 106b mit jeweils einem bestimmten Ablenkwinkel α trifft auf einen Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b, 602a, 602b und der Laserstrahl 106a, 106b wird diffus gestreut und das Auge 2 wird mit dem diffus gestreuten Licht 107a, 107b des Laserstrahls 106a, 106b beleuchtet. Laserstrahlen 106c mit weiteren bestimmten Ablenkwinkeln α werden im Beispiel unverändert durch das Holografisch-optische-Element 600 geführt, beispielsweise mittels leerer Hogel.In the example, the illumination device 200 is embodied as a holographic optical element 600. The holographic optical element 600 is segmented such that it forms the plurality of scattering sections 202a, 202b, 602a, 602b, for example, by means of diffusely scattering holograms 602a, 602b. In the example, the plurality of scattering sections 202a, 202b, 602a, 602b are formed in an edge region of the holographic optical element 600. A laser beam 106a, 106b, each with a specific deflection angle α, strikes a scattering section of the plurality of scattering sections 202a, 202b, 602a, 602b. The laser beam 106a, 106b is diffusely scattered, and the eye 2 is illuminated with the diffusely scattered light 107a, 107b of the laser beam 106a, 106b. Laser beams 106c with further specific deflection angles α are guided unchanged through the holographic optical element 600 in the example, for example, using empty holograms.
Es kann vorgesehen sein, dass das Holografische-optische-Element 600 ausgebildet ist, vom Auge 2 ausgehende Strahlen, insbesondere für einen Wellenlängenbereich des Laserstrahls 106, 106a, 106b, 106c derart umzulenken, dass die Eventkamera 300 das Auge 2 wie aus einer zentralen Perspektive relativ zum Auge 2 erfasst.It can be provided that the holographic optical element 600 is designed to deflect rays emanating from the eye 2, in particular for a wavelength range of the laser beam 106, 106a, 106b, 106c, such that the event camera 300 captures the eye 2 as if from a central perspective relative to the eye 2.
Die
Im Beispiel breitet sich der Laserstrahl 106, 106a, 106b, 106c Innerhalb des Wellenleiters 700 Totalreflexion aus, bis dieser auf die Auskoppelstrukturen 701a...701f trifft. Diese sind beispielsweise als diffraktives optisches Element ausgeführt beispielsweise als Hologramm. Weiterhin ist der Wellenleiter 700 segmentiert, sodass für eine Sprunglänge im Wellenleiter der Laserstrahl 106, 106a, 106b, 106c auf ein weiteres Segment trifft oder mehrere Sprunglängen auf dasselbe Segment treffen. Trifft der Laserstrahl 106, 106a, 106b, 106c unter dem bestimmten Abstrahlwinkel α auf die Auskoppelstruktur 701a...701f ist eine Bragg-Bedingung erfüllt und der Laserstrahl 106, 106a, 106b, 106c wird ausgekoppelt.In the example, the laser beam 106, 106a, 106b, 106c propagates within the waveguide 700 by total internal reflection until it encounters the outcoupling structures 701a...701f. These are designed, for example, as a diffractive optical element, such as a hologram. Furthermore, the waveguide 700 is segmented, so that for one hop length in the waveguide, the laser beam 106, 106a, 106b, 106c encounters another segment, or multiple hop lengths encounter the same segment. If the laser beam 106, 106a, 106b, 106c encounters the outcoupling structure 701a...701f at the specific emission angle α, a Bragg condition is met and the laser beam 106, 106a, 106b, 106c is outcoupled.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wellenleiter 700 ausgebildet ist von dem Auge 2 ausgehende Strahlen, insbesondere die Glints 108a ... 108f auf die Eventkamera 300 umzulenken. Dabei wird die Position 304a...304f der Mehrzahl an Glints 108a...108f erfasst.It can be provided that the waveguide 700 is designed to redirect rays emanating from the eye 2, in particular the glints 108a...108f, to the event camera 300. In this case, the position 304a...304f of the majority of glints 108a...108f is detected.
Es kann vorgesehen sein, das die Vorrichtung 900 eine Einkoppeleinrichtung 110 umfasst, beispielsweise einen Beamsplitter oder ein Prisma. Diese ist ausgebildet die ausgehenden Strahlen des Auges 2 auf die Eventkamera 300 abzubilden. Zudem ist die Einkoppeleinrichtung 110 beispielsweise ebenfalls ausgebildet, den Laserstrahl 106, 106a, 106b, 106c der Beleuchtungseinrichtung 100 auf Einkoppelstruktur 706 des Wellenleiters 700 umzulenken.It may be provided that the device 900 comprises a coupling device 110, for example, a beam splitter or a prism. This is designed to image the outgoing rays of the eye 2 onto the event camera 300. In addition, the coupling device 110 is also designed, for example, to project the laser beam 106, 106a, 106b, 106c of the illumination device 100. to the coupling structure 706 of the waveguide 700.
Denkbar ist zudem, dass in einen Strahlengang der vom Auge ausgehende Strahlen ein auf die Wellenlänge des Laserstrahls 106 ... 106c angepasstes Bandpassfilter, Laserlinienfilter oder Mikrolinsenarray eingekoppelt ist.It is also conceivable that a bandpass filter, laser line filter or microlens array adapted to the wavelength of the laser beam 106 ... 106c is coupled into a beam path of the rays emanating from the eye.
Für die Bestimmung einer Blickrichtung des Auges 2 wird beispielsweise zusätzlich zur räumlichen Position der Cornea 8 eine Position eines Zentrums der Pupille 10 benötigt.For example, to determine a viewing direction of the eye 2, in addition to the spatial position of the cornea 8, a position of a center of the pupil 10 is required.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b; 602a, 602b; 702a ... 702f derart angeordnet ist, dass der Streuabschnitt ausgebildet ist, das Auge 2 aus der zentralen Perspektive relativ zum Auge 2 mit diffus gestreutem Licht des Laserstrahls 106...106c zu beleuchten (on-axis). Somit erscheint die Pupille 10 des Auges 2 hell und es entsteht ein entsprechendes Eventcluster auf der Eventkamera 300. Alternativ kann ein durch einen Streuabschnitt der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b; 602a, 602b; 702a ... 702f, der nicht in der zentralen Perspektive relativ zum Auge 2 liegt, beleuchtetes Bild des Auges 2 mittels eine Fotokamera aufgenommen werden (off-axis). Dabei erscheint die Pupille 10 des Auges 2 dunkel. Die Fotokamera kann dabei in die Eventkamera 300 integriert sein.It can be provided that a scattering section of the plurality of scattering sections 202a, 202b; 602a, 602b; 702a ... 702f is arranged such that the scattering section is designed to illuminate the eye 2 from the central perspective relative to the eye 2 with diffusely scattered light of the laser beam 106 ... 106c (on-axis). Thus, the pupil 10 of the eye 2 appears bright, and a corresponding event cluster is created on the event camera 300. Alternatively, an image of the eye 2 illuminated by a scattering section of the plurality of scattering sections 202a, 202b; 602a, 602b; 702a ... 702f that is not in the central perspective relative to the eye 2 can be recorded by a photo camera (off-axis). In this case, the pupil 10 of the eye 2 appears dark. The photo camera can be integrated into the Event Camera 300.
Die
Die
Die
Der zweite Einkoppelbereich 706b wird für einen weiteren bestimmten oder bestimmten Bereich des zweiten Abstrahlwinkels β des Laserstrahls 106 ... 106c in der zweiten Dimension bestrahlt und über den zweiten Expander 710a zu einer zweiten Gruppe der Mehrzahl an Streuabschnitten 702a...702f' geführt. Der erste Abstrahlwinkel α variiert bei gleichbleibendem weiterem zweiten Abstrahlwinkel β, wobei der Laserstrahl 106 ... 106c aus zumindest einem Streuabschnitt der zweiten Gruppe der Mehrzahl an Streuabschnitten 702a...702f' abhängig vom bestimmten Abstrahlwinkel α ausgekoppelt und diffus gestreut wird.The second coupling region 706b is irradiated for a further specific or specific range of the second emission angle β of the laser beam 106...106c in the second dimension and is guided via the second expander 710a to a second group of the plurality of scattering sections 702a...702f'. The first emission angle α varies while the further second emission angle β remains constant, wherein the laser beam 106...106c is coupled out and diffusely scattered from at least one scattering section of the second group of the plurality of scattering sections 702a...702f' depending on the specific emission angle α.
Es kann vorgesehen sein, dass die Mehrzahl an Streuabschnitten 202, 202b; 602a...602e'; 702a...702f' unterschiedlich geometrisch Ausgestaltet sind, beispielsweise länglich, eckig, rund oder gekrümmt.It can be provided that the plurality of scattering sections 202, 202b; 602a...602e'; 702a...702f' are of different geometric configurations, for example elongated, angular, round or curved.
Die
Gemäß der Ausführungen zur
Die
Gemäß den Ausführungen zu
Die
Die
Beispielsweise weisen Glints auf der Cornea 8 im Beispiel mit den Bezugszeichen 108a und 108b gekennzeichnet, einen kleineren Volumenstreukegel als Glints auf der Sklera 6 im Beispiel mit den Bezugszeichen 108c und 108d gekennzeichnet auf. Dieser Unterschied bezüglich der Volumenstreukegel bewirkt, dass von der Eventkamera 300 unterschiedliche Eventcluster erfasst werden. Demnach werden unterschiedlich viele Pixel auf dem Sensorchip der Eventkamera 300 beleuchtet und dementsprechend entsteht eine unterschiedliche Anzahl an Events abhängig von der Form der erfassten Positionen (304a,...,304f') der Mehrzahl an Glints (108a,...,108f).For example, glints on the cornea 8, designated in the example with reference numerals 108a and 108b, have a smaller volume scattering cone than glints on the sclera 6, designated in the example with reference numerals 108c and 108d. This difference in the volume scattering cones causes different event clusters to be detected by the event camera 300. Accordingly, a different number of pixels on the sensor chip of the event camera 300 are illuminated, and accordingly, a different number of events arise depending on the shape of the detected positions (304a,...,304f') of the majority of glints (108a,...,108f).
Es kann vorgesehen sein, dass die Auswerteeinrichtung 400 ausgebildet ist, die erfassten Positionen 304a, ..., 304f' der Glints 108a, ..., 108f in zumindest zwei Cluster dahingehen zu klassifizieren, ob ein Glint 108a, ..., 108f der Cornea 8 oder der Sklera 6 des Auges 2 zuzuordnen ist, insbesondere abhängig von der Form der erfassten Position 304a, ..., 304f' des Glints 108a, ..., 108f auf der Eventkamera 300.It can be provided that the evaluation device 400 is designed to classify the detected positions 304a, ..., 304f' of the glints 108a, ..., 108f into at least two clusters as to whether a glint 108a, ..., 108f is to be assigned to the cornea 8 or the sclera 6 of the eye 2, in particular depending on the shape of the detected position 304a, ..., 304f' of the glint 108a, ..., 108f on the event camera 300.
Die
Die
Das Verfahren 900 umfasst weiter ein Erfassen 808 der Position 304a, ..., 304f' von der Mehrzahl an Glints 108a, ..., 108f, die der diffus gestreute Laserstrahl 106, 106a, 106b auf dem Auge 2 erzeugt, mittels der Eventkamera 300, wobei die Anzahl der Glints 108a, ..., 108f der Anzahl der Streuabschnitte 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' entspricht.The method 900 further comprises detecting 808 the position 304a, ..., 304f' of the plurality of glints 108a, ..., 108f generated by the diffusely scattered laser beam 106, 106a, 106b on the eye 2 by means of the event camera 300, wherein the number of glints 108a, ..., 108f corresponds to the number of scattering sections 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f'.
Zudem umfasst das Verfahren 800 ein Ermitteln 810 der räumlichen Position 32 der Cornea 8 des Auges 2, abhängig von der Position 304a, ..., 304f' der erfassten Glints 108a, ..., 108f, der geometrischen Anordnung der Eventkamera 300 und der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f', einer vorgegebenen Brechkraft der Cornea 8, einem vorgegebenen Radius 50 der Cornea 8 sowie einem vorgegebenen Abstand zwischen einem Zentrum 36 der Cornea 8 und einem vorgegebenen Mittelpunkt 38 der Sklera 6.In addition, the method 800 includes determining 810 the spatial position 32 of the cornea 8 of the eye 2, depending on the position 304a, ..., 304f' of the detected glints 108a, ..., 108f, the geometric arrangement of the event camera 300 and the plurality of scattering sections 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f', a predetermined refractive power of the cornea 8, a predetermined radius 50 of the cornea 8, and a predetermined distance between a center 36 of the cornea 8 and a predetermined center point 38 of the sclera 6.
Alternativ oder zusätzlich umfasst das Verfahren 800 ein Ermitteln 812 einer räumlichen Position 32 der Cornea 8 des Auges 2, abhängig von der Position 304a...304f' der erfassten Glints 108a...108f sowie der geometrischen Anordnung der Eventkamera 300 und der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' wobei die Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' zumindest vier Streuabschnitte 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' umfasst.Alternatively or additionally, the method 800 comprises determining 812 a spatial position 32 of the cornea 8 of the eye 2, depending on the position 304a...304f' of the detected glints 108a...108f as well as the geometric arrangement of the event camera 300 and the plurality of scattering sections 202a, 202b; 602a...606e'; 702a...702f', wherein the plurality of scattering sections 202a, 202b; 602a...606e'; 702a...702f' comprises at least four scattering sections 202a, 202b; 602a...606e'; 702a...702f'.
Es kann vorgesehen sein, dass das Holografisch-optische-Element 600 derart segmentiert ist, dass es die Mehrzahl an Streuabschnitten 602a, ..., 602e' bildet, beispielsweise mittels diffus streuender Hogel 602a, ..., 602e', insbesondere wobei das Holografisch-optisches-Element 600 derart ausgebildet ist, dass es vom Auge 2 ausgehende Strahlen, insbesondere für einen Wellenlängenbereich des Laserstrahls 106...106c derart umlenkt, dass das Auge 2 mittels der Eventkamera 300 wie aus einer zentralen Perspektive relativ zum Auge 2 erfasst wird.It can be provided that the holographic optical element 600 is segmented such that it forms the plurality of scattering sections 602a, ..., 602e', for example by means of diffusely scattering holograms 602a, ..., 602e', in particular wherein the holographic optical element 600 is designed such that it deflects rays emanating from the eye 2, in particular for a wavelength range of the laser beam 106...106c, such that the eye 2 is captured by the event camera 300 as if from a central perspective relative to the eye 2.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wellenleiter 700 die Einkoppelstruktur 706 umfasst, mittels welcher der Laserstrahl 106, 106a, 106b in den Wellenleiter 700 eingekoppelt wird, wobei der Wellenleiter 700 die Mehrzahl an Auskoppelstrukturen 701a ... 701f' umfasst, mittels welcher für den jeweiligen bestimmten Abstrahlwinkel α der Laserstrahl 106 ... 106c auskoppelt wird, und wobei der Wellenleiter 700 das Streuelement 712 umfasst, wobei die Mehrzahl an Streuabschnitten 702a ... 702f' durch die Mehrzahl an Auskoppelstrukturen 701a...701f' und das Streuelement 712 gebildet werden.It can be provided that the waveguide 700 comprises the coupling structure 706, by means of which the laser beam 106, 106a, 106b is coupled into the waveguide 700, wherein the waveguide 700 comprises the plurality of coupling-out structures 701a ... 701f', by means of which the laser beam 106 ... 106c is coupled out for the respective determined radiation angle α, and wherein the waveguide 700 comprises the scattering element 712, wherein the plurality of scattering sections 702a ... 702f' are formed by the plurality of coupling-out structures 701a ... 701f' and the scattering element 712.
Denkbar ist, dass der Wellenleiter 700 derart ausgebildet ist, dass von dem Auge 2 ausgehende Strahlen, insbesondere die Glints 108a, ..., 108f, auf die Eventkamera 300 umgelenkt werden.It is conceivable that the waveguide 700 is designed such that rays emanating from the eye 2, in particular the glints 108a, ..., 108f, are deflected onto the event camera 300.
Es kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Streuabschnitt 608 der Mehrzahl an Streuabschnitten 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' derart angeordnet ist, dass durch diesen das Auge 2 aus der zentralen Perspektive relativ zum Auge 2 mit diffus gestreutem Licht des Laserstrahls 106, 106a, 106b beleuchtet wird.It can be provided that at least one scattering section 608 of the plurality of scattering sections 202a, 202b; 602a ... 606e'; 702a ... 702f' is arranged such that the eye 2 is illuminated by it from the central perspective relative to the eye 2 with diffusely scattered light of the laser beam 106, 106a, 106b.
Beispielsweise umfasst das Verfahren 800 gemäß der
Beispielsweise umfasst das Verfahren 800 gemäß der
Claims (15)
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Also Published As
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