CN102563321A - 稳固地支撑运动敏感的图像采集设备用的配重式安装装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及稳固地支撑运动敏感的图像采集设备用的配重式安装装置。一种配重式安装装置，用于稳固地支撑集成在移动电话中的运动敏感的图像采集设备。所述装置包括：手持式平衡结构，所述手持式平衡结构具有平台和在手柄连接部处连接于所述平台的手柄；位于所述平台上的支架，所述支架用于在图像采集期间保持所述设备；以及压舱配重，所述压舱配重安装到所述支架，所述压舱配重、所述支架和被保持的所述设备成为组件。所述组件和所述平衡结构一起具有组合重心，所述组合重心紧邻所述手柄连接部地定位在所述手柄连接部的下方，用于在图像采集期间平衡所述装置。

Description

稳固地支撑运动敏感的图像采集设备用的配重式安装装置
技术领域
本发明总的涉及稳固地支撑运动敏感的图像采集设备用的配重式安装装置，所述图像采集设备例如为诸如超轻型摄像机、网络摄像机和便携式摄像机等独立的图像采集设备，以及诸如移动电话、个人数字助理、媒体播放器、游戏控制器等集成了图像采集功能的类似设备等其他多用途设备；更具体地，本发明涉及在图像采集期间使所有这些设备与不期望的运动隔绝。
背景技术
静止画面和运动画面(视频)摄像机在其使用期间的某段时间被操作人员用手握持，而操作人员的固有不稳定性趋于产生模糊不清的静止和运动图像。近年来，已经开发出了诸如不足一磅重的网络摄像机等超轻型摄像机，并且当前的超轻型摄像机非常紧凑和轻量，以致其甚至能够集成到其他的多用途设备中，比如集成到移动电话、个人数字助理、媒体播放器、游戏控制器和类似的手持设备中。除了手持摄像机的传统不稳定性之外，这些手持设备还由业余的摄影人员操作，这又进一步导致了不稳定且通常不可接受的静止图像和视频图像，特别是在走行操作期间。
随着具有内置的静止和视频图像采集功能的手持移动电话越来越受欢迎，刚性地支撑这些手持设备使得手持设备采集的图像是稳定的并且在获取图像时不受不期望的运动或振动的影响是越来越理想的。然而，已知的手持设备还没有直接集成有使得这些设备能够安装到工业标准的摄像机和视频设备安装平台(如，三脚架和/或平衡支撑件)上的功能。因此，该容易获得的工业设备不能够用来帮助稳定和/或操控手持设备。
当前的保持/安装这些手持设备的方法适用于非图像采集应用。例如，一些手持设备配备有全球定位系统，并且通过可调整机构安装在车辆或其他形式的运输工具中或上，所述可调整机构允许手持设备相对于安装平台沿一个或多个轴线理想地定位，以方便用户操作或面向用户的定向。这些可调整机构典型地结合了可定位的三脚支架、半刚性的可弯曲鹅颈架(gooseneck mount)、球端旋转架、或其他类型的被连接在手持设备和安装平台之间的多关节(multi-jointed)机构或可调整机构。
由于期望这些可调整机构应用于非图像采集场合，他们不能很好地适用于图像采集应用。例如，已知的可调整机构缺乏刚性地固定手持装置并且将手持装置的像平面固定地定向成垂直于安装平台的能力。如果像平面不垂直于安装平台，则需要平衡支撑以不期望的离轴定向(off-axis orientation)的方式操作来获得平直的(straight)或者水平的(1evel)图像。关于三脚架，相对于待获得的图像的定向，其水平指示器(1evelindicator)将不够精确。由于多部件结构的柔性、可移动特性，现有的多关节机构或可调整机构易于移动或振动。设备的定向的这种潜在振动或移动不利于稳定的图像采集，尤其在设备运动时或者设备受到比如风等的外力的作用时。
因此，已知的可调整机构不能有效地和令人满意地消除操作已经开发出的越来越轻的、数字式的、静止和运动摄像机时遇到的不稳定性问题，因此希望提供特别良好地适合于超轻型、手持式、数字式设备，特别是消费者操作的视频摄像机等设备的特殊要求的稳定安装装置，这些设备例如被集成到移动电话、个人数字助理、媒体播放器、游戏控制器等集成了图像采集功能的手持设备中。
发明内容
本发明的一个方面在于用于将运动敏感的图像采集设备稳固地支撑在支撑件上的安装装置，所述支撑件优选为平衡手持结构。该设备可操作以沿垂直于像平面的光轴采集整个视场的图像。该设备可以是独立的图像采集设备，例如超轻型摄像机、网络摄像机和便携式摄像机等，或者可以是多用途设备，比如移动电话、个人数字助理、媒体播放器、游戏控制器等集成了图像采集功能的类似设备。
安装装置包括支架，该支架具有保持器和与保持器成一体或与保持器相连的固定底座，该保持器用于在图像采集期间保持所述设备。底座相对于保持器不能够移动，并且具有底面，当底座由支撑件沿支撑定向支撑时，该底面位于与像平面垂直的底座平面内。底座可操作以在图像采集期间将保持器和设备以支撑定向定位在支撑件上。相对于支撑件刚性地固定手持设备的定向或像平面的能力避免了采集到模糊图像。
有利地，保持器具有多个臂，所述臂用于以可分离的方式抓握设备的外周。优选地，所述臂由诸如合成塑料或金属等弹性材料构成。所述臂与孔隔开，并且不阻挡视场或与设备的任何功能部(即，按钮、连接接口、电池更换部)干涉。保持器可以定制成保持一种或多种相似型号的设备，或者可以适于保持多个不同的设备。
有利地，底座设置有具有内螺纹通道的插孔，所述内螺纹通道用于在图像采集期间在支撑定向下与从支撑件延伸出的外螺纹螺柱接合。所述螺柱优选为工业标准的1/4英寸-20牙螺纹安装螺柱，以使支架能够容易地安装到工业标准的摄像机和视频设备安装平台(比如三脚架和/或手持平衡支撑件)。
有利地，底座还设置有防转动定位孔，用于在图像采集期间在支撑定向下容纳从支撑件延伸出的定位销。该特征确保了手持设备相对于摄像机安装设备以正确的定向安装和保持而不旋转。防止了摄像机安装设备的突然运动或重新定位期间手持设备的不期望的转动或运动。保持器和底座可以(但并非必须)相对于中心平面镜像对称。插孔和定位孔优选地位于中心平面内。保持器还可以设计成使其相对于底座离轴，以适应特殊的安装要求，或者使图像采集设备的光学中心线与支架的几何中心线对齐。
保持器设置有一个或多个用于平衡的一体的配重。因此，压舱配重通常与被保持的设备一起安装在支架上。压舱配重、支架和被保持的设备共同构成了组件，该组件在优选偏离支架的几何中心的重心处具有总组件重量。当组件在图像采集期间安装在具有手柄的手持平衡结构的平台上时(其中手柄在手柄连接部处连接于平台)，组件和平衡结构一起具有组合重心，该组合重心紧邻手柄连接部地定位在手柄连接部的下方，用于在图像采集期间使安装装置平衡。优选地，手柄在枢轴处可枢转地连接于平台，并且组合重心定位在枢轴正下方大约1/16英寸或更短距离的位置处。
平衡安装装置以低质量、紧凑的安装轮廓支撑设备。在没有该能力的情况下，如果手持设备与诸如环境摄像机外壳、SLR型摄像机闪光灯架等已有摄像机安装设备结合使用，则手持设备的安装显得困难。轮廓高的高支架也可能不能够在平衡支撑结构上适当地平衡。
因此，手持设备被平衡地刚性支撑，使得手持设备采集的图像是稳定的，并且在获取图像时不受不期望的运动或振动的影响。容易获得的工业设备能够用来帮助稳定和/或操控手持设备。
附图说明
图1是稳定支架的一个实施方式的主视立体图，多用途的手持设备保持在该稳定支架中；
图2是图1的稳定支架的后视立体图，设备保持在支架中；
图3是处于未保持设备的状态的图1的稳定支架的主视立体图；
图4是处于未保持设备的状态的图1的稳定支架的直立侧视图；
图5是位于三脚架上的图1的稳定支架的尺寸缩小的局部立体图；
图6是图5的细节的立体图；
图7是位于平衡支撑结构上的图1的稳定支架的尺寸缩小的立体图；
图8是根据本发明的稳定配重支架的另一实施方式的分解立体图，其中多用途的手持设备可保持在该稳定配重支架中以成为一个组件；
图9是图8的细节的放大截面图；
图10是根据本发明的稳定配重式支架的又一实施方式的分解立体图；
图11是图8的组件的主视图，其描绘了组件的重心位置；
图12是图11的俯视图；
图13是图11的右侧视图；
图14是稳定配重式安装装置的左侧视图，其中图8的组件安装在平衡支撑结构上，并且该图描绘了整体装置的组合重心；以及
图15是图14的右侧视图。
具体实施方式
现在参照附图，附图标记10总体上表示安装装置(mountingarrangement)的稳定支架，该稳定支架用于将运动敏感的图像采集设备12稳固地支撑在支撑件14上(见图4至7)。设备12可操作以沿垂直于像平面(image plane)的光轴采集整个视场中的图像。设备12可以是独立的图像采集设备，例如超轻型摄像机、网络摄像机、便携式摄像机等，或者可以是多用途设备，比如移动电话、个人数字助理、媒体播放器、游戏控制器等集成了图像采集功能的设备。支撑件14优选是手持平衡结构(图7、14和15)，但是也可以是三脚架(图5)或者桌子或工作台面(图4)。
如图1和2所示，设备12是由Apple公司推向市场的多媒体智能电话iPhone。这种设备12具有内置的固态成像器，所述成像器具有布置在像平面中的传感器(cell)或光传感器的二维阵列。光传感器对应于成像器的视场中的图像元素或像素。成像器可以是电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，成像器与相关联的带通光谱滤波器和电路一起用于产生与整个视场的像素信息的二维阵列对应的电信号。设备12还具有：平行于像平面的取景显示器20；以及孔22(见图2)，其中光穿过该孔而到达成像器。
支架10包括：用于在图像采集期间保持设备12的保持器16；以及与保持器16一体或连接到保持器16的固定底座18。底座18相对于保持器16不可动并且具有底面，当底座18由支撑件14沿支撑定向支撑时，该底面位于与像平面垂直的底座平面内。底座18可操作以在图像采集期间将保持器16和设备12以支撑定向稳固地定位在支撑件14上。相对于支撑件14刚性地固定手持设备12的定向或像平面的能力避免了采集到模糊图像。
有利的是，保持器16具有用于以可分离的方式抓握设备12的外周的多个臂24(图中为4个)。臂24抓握设备12的上边缘、下边缘、以及相对的侧边缘，并且将设备12夹持在适当的位置。优选地，臂24在他们的端部处弯曲并且由比如合成塑料或金属等弹性材料构成，弹性材料可以变形(yield)以使设备12能够被卡合(snap-fitted)到保持器16。臂24与孔22隔开，并且不阻挡或者遮断(obstruct)视场或与设备12的任何功能部干涉，这些功能部例如是按钮、连接接口、电池更换部。保持器16可以被定制成用以保持一种或多种相似型号的设备12，或者可以适于保持多种不同的设备12。所定制的支架10可以单独销售，或者与特定型号的设备12一起销售。如下面结合图8-15所描述的那样，保持器16可以设置有一个或多个配重(integral weight)以便平衡。
底座18有利地设置有具有内螺纹通道的插孔26，用于在图像采集期间在支撑定向下与从支撑件14延伸出的外螺纹螺柱(stud)28(见图6)螺纹接合。螺柱28优选地是工业标准1/4英寸-20牙螺纹安装螺柱，以使支架10能够易于安装到工业标准的摄像机和视频设备安装平台上，比如三脚架30(见图5)和/或平衡支撑结构32(见图7，14和15)。
另外，底座18有利地设置有防转动定位孔(index hole)34，用于在图像采集期间在支撑定向下接收从支撑件14延伸出的定位销(index pin)36(见图6)。这种特征确保了相对于摄像机安装器材30、32沿正确的定向以不转动的方式安装并且保持手持设备12。防止了手持设备12在器材30、32的突然移动或重新定位过程中发生不希望的转动或移动。保持器16和底座18被示出为、但不必须是关于中心平面成镜面对称，并且插孔26和定位孔34优选地位于中心平面中。插孔26和定位孔34以与螺柱28和定位销36的相互配置匹配的预定关系相互配置。保持器16也可以被设计成使得其相对于底座18离轴(off axis)以适应特殊的安装要求，或者使设备12的光学中心线与支架10的几何中心线一致。
支架10以较小的质量、紧凑的安装轮廓支撑设备12，而成为一个组件。如果没有这种能力，则当手持设备12与现有的摄像机安装器材结合使用时，手持设备12的安装会比较困难，现有的摄像机安装器材比如是环境摄像机外壳(enclosure)、SLR型摄像机闪光灯架等。轮廓较高的高支架也可能在平衡支撑结构上不能适当地平衡。
图8描绘了与支架10相似的稳定支架100的另一实施方式，稳定支架100包括：用于在图像采集期间保持设备12而成为一个组件的保持器116；以及与保持器116成一体或与保持器116相连的固定底座118。有利地，保持器116具有用于以可分离的方式抓握设备12的外周的多个(图中为5个)臂124。臂124抓握设备12的上边缘、下边缘以及相对的侧边缘，并将设备12夹持在适当的位置。优选地，臂124在其端部弯曲，并且由诸如合成塑料或金属等弹性材料构成，臂124可以变形以使设备12能够通过卡合动作而卡合装配到保持器116。臂124不阻挡或遮断视场或与设备12的任何功能部干涉，所述功能部例如是按钮、连接接口、电池更换部。有利地，底座118设置有：与具有内螺纹通道的插孔26类似的插孔；以及与防转动定位孔34类似的防转动定位孔。
从图8能够最清楚地看到，保持器116形成有内腔138，至少一个压舱配重(ballast weight)140容纳在内腔138中。盖142覆盖压舱配重140，并且如图9所示，盖142在区域146处通过超声焊接焊接于保持器116，或者通过卡合动作或通过紧固件安装在内腔138中。优选地，内腔138和压舱配重140具有互补的轮廓。可以使用附加的压舱配重。有利地，盖142带有指示用户如何正确地相对于保持器116对准和定位设备12的图示144。保持器116被定制成保持单一型号的设备12。
从图10能够最清楚地看到，与支架10相似的稳定支架的又一实施方式包括保持器216，保持器216被定制成保持不同图像采集设备的单一型号，以成为一个组件。保持器216形成有内腔238，至少一个压舱配重240容纳在内腔238中。配重240具有一对与内腔238中的安装支柱对准的安装孔。盖可以覆盖配重240。
不同的图像采集设备12(如智能手机)具有不同的构造和不同的重量以及重量分布。当这些设备12被保持在其相应的不同保持器中时，其总的组件的重量和重量分布也不同，并且具有不同的重心(质心)。如果期望在同一支撑件(比如在图14和15中描绘的手持平衡支撑结构132)上能够互换地安装这些被不同地保持的设备，这些被不同地保持的设备的重心必须精确地定位成使得整个装置(结构)的组合重心精确地定位在适当地平衡的特定位置。如下面将论述的，该特定位置紧邻手柄连接部地定位在手柄连接部的下方，其中手柄在该手柄连接部处连接于平衡支撑结构132的平台。优选地，手柄在枢轴处可枢转地连接于平台，并且组合重心定位在枢轴正下方大约1/16英寸或更短距离的位置处。图8和图10中的压舱配重140和240的不同配重和布置代表了定位这些被不同地保持的设备的重心的一种方式。另外，盖142上的图示144代表了通过确保设备12总是以相同的定向定位在其保持器上来控制重量分布的另一种方式。
图11至13描绘了设备12保持在保持器116中的组件。在每个图中示出了坐标X、Y、Z轴。为了便于参照，组件上的最低、最后且中心点被标识为参照点R。在每个图中相对于参照点R示出了组件的重心CG。相对于参照点R分别示出了沿X轴的位移X、沿Y轴的位移Y以及沿Z轴的位移Z。应当注意，组件的重心CG不位于支架的几何中心处。因此，组件的重心CG的位置是固定的已知位置，如上所述，在该重心CG处，组件的总重也是固定和已知的。
图14和15描绘了上述手持平衡支撑结构132，其具有平台150、具有大曲率半径的弯曲臂152、底部平衡配重154以及手柄连接器156。为了简化附图，没有示出供用户抓握的手柄，但是应当理解，手柄通过连接器156在枢轴处可枢转地连接于平台150。在每个图中示出了坐标X、Y、Z轴。平衡支撑结构132的重心通过自身适当地位于平台150下方，例如大约处于平台150与底部平衡配重154的途中。当组件安装在平衡支撑结构132上时，组件和平衡支撑结构132的组合重心P朝平台150升高。组件的重心CG的已知位置和组件的已知重量分布选择成将组合重心P的位置定位成紧邻手柄连接部或枢轴地位于手柄连接部或枢轴的下方，如图所示。优选地，组合重心P定位在枢轴或装置的竖直平衡点正下方大约1/16英寸或更短距离的位置处。组合重心P沿Y轴布置，即与Y轴重合，并且不沿X轴或Z轴移位，以便适当的平衡。在大于大约1/16英寸的距离处，底部平衡配重154可能在操作人员的快速手动移动期间趋于使装置像钟摆一样摆动。如果不同的组件(例如，保持在图10的支架中的不同设备)安装在平衡支撑结构132上，则由于其重心CG的提前已知的定位和已知的重量分布，再次确保了适当的平衡。
在所附的权利要求书中阐述希望通过专利证书保护的创新内容。

Claims (8)

1.一种配重式安装装置，用于稳固地支撑运动敏感的图像采集设备，所述安装装置包括：
手持式平衡结构，所述手持式平衡结构具有平台和在手柄连接部处连接于所述平台的手柄；
位于所述平台上的支架，所述支架用于在图像采集期间保持所述设备；以及
压舱配重，所述压舱配重被安装到所述支架，所述压舱配重、所述支架和被保持的所述设备成为组件，所述组件和所述平衡结构一起具有组合重心，所述组合重心紧邻所述手柄连接部地定位在所述手柄连接部的下方，用于在图像采集期间平衡所述安装装置。
2.根据权利要求1所述的配重式安装装置，其特征在于，所述支架包括：具有多个臂的保持器；以及由所述平衡结构支撑的底座，所述臂用于能够分离地抓握所述设备的外周。
3.根据权利要求1所述的配重式安装装置，其特征在于，所述支架包括具有内腔的保持器，所述压舱配重容纳在所述内腔中。
4.根据权利要求3所述的配重式安装装置，其特征在于，所述支架包括盖，所述盖覆盖所述压舱配重并且连接到所述保持器。
5.根据权利要求1所述的配重式安装装置，其特征在于，所述保持器被定制成保持单一型号的所述设备。
6.根据权利要求1所述的配重式安装装置，其特征在于，所述组件的重心偏离所述支架的几何中心。
7.一种配重式安装装置，用于稳固地支撑不同样式的运动敏感的图像采集设备，所述安装装置包括：
手持式平衡结构，所述手持式平衡结构具有平台和在手柄连接部处连接于所述平台的手柄；
第一支架，所述第一支架用于在图像采集期间保持第一样式的所述设备；
第一压舱配重，所述第一压舱配重被安装到所述第一支架，所述第一压舱配重、所述第一支架和被保持的所述第一样式的所述设备成为第一组件；
不同于所述第一支架的第二支架，所述第二支架用于在图像采集期间保持第二样式的所述设备；
第二压舱配重，所述第二压舱配重不同于所述第一压舱配重并被安装到所述第二支架，所述第二压舱配重、所述第二支架和被保持的所述第二样式的所述设备成为第二组件；
所述第一组件和所述第二组件中的任一个安装到所述平衡结构；以及
所安装的一个组件和所述平衡结构一起具有组合重心，所述组合重心紧邻所述手柄连接部地定位在所述手柄连接部的下方，用于在图像采集期间平衡所述安装装置。
8.根据权利要求7所述的配重式安装装置，其特征在于，所述第一支架和所述第二支架均包括具有内腔的保持器，相应的所述压舱配重被容纳在相应的所述内腔中。
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