CN102713750A - 用于稳固地支撑运动敏感的图像采集设备的平衡安装装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种平衡安装装置，其稳定地支撑运动敏感的图像采集设备，该种平衡安装装置包括：支架，其用于在图像采集期间保持所述设备；手持平衡结构，其具有在图像采集期间安装所述支架和被保持的所述设备的支撑平台、位于平台下方的底部平衡配重、沿所述平台和所述平衡配重之间的弓形路径延伸的弯曲臂。配重组件被安装于所述弯曲臂，并能够沿所述弯曲臂相对于所述弯曲臂移动，以调节装置的竖向平衡位置。

Description

用于稳固地支撑运动敏感的图像采集设备的平衡安装装置及方法

背景技术

本申请要求2010年1月4日提交的美国临时专利申请No.61/292,004的优先权。

本发明总的涉及一种用于稳固地支撑运动敏感的图像采集设备的平衡安装装置及稳固地支撑运动敏感的图像采集设备的方法，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。

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/或手持平衡支撑件）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，则需要例如手持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（level）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（levelindicator）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平衡安装装置，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平衡安装装置，所述支撑件优选为手持平衡结构。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稳固地定位在支撑件上。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。所述臂与视场隔开，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。保持器和底座优选地（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。

支架以低质量、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，则手持设备的安装可能变得困难。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。

根据本发明，手持平衡支撑结构包括可安装设备的平台、平台下方的底部平衡配重、在平台和底部平衡配重之间延伸的弓形臂、以及及配重组件，配重组件安装于弓形臂且可沿着弓形臂相对于弓形臂移动，且优选地沿着一对弓形臂部可移动。配重组件的高度可以上升或降低以调节整个装置的竖向平衡位置。

本发明的另一个方面在于平衡安装装置的方法，在该安装装置中，运动敏感的图像采集设备被支撑于手持平衡支撑件，该方法通过如下方式执行：利用设备沿垂直于像平面（imageplane）的光轴采集整个视场的图像，在采集图像期间将设备保持且稳固地定位于支撑件，以及通过在采集图像之前在支撑件上并沿着支撑件移动配重组件来平衡整个装置。

因此，手持设备被刚性地支撑及平衡，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。

被认为是本发明的特性的新型特征特别地在附加的权利要求中阐述。然而，结合附图阅读如下的具体实施方式的描述可最好地理解本发明本身、本法明的结构和本发明的操作方法、以及本发明的其他目的及优势。

附图说明

图1是稳定支架的主视立体图，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，设备保持在该稳定支架中；

图3是图1的稳定支架的未保持设备时的主视立体图；

图4是图1的稳定支架的未保持设备时的直立侧视图；

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是位于手持平衡支撑结构的一个实施方式上的图1的稳定支架的尺寸缩小的立体图；

图8是根据本发明的安装装置的尺寸缩小的立体图，安装装置用于平衡被图1的稳定支架保持且安装于手持平衡支撑结构的另一实施方式的设备；以及

图9是图8的部分分解的侧视图。

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稳固地支撑在各种支撑件14上（见图4至9）。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32或40（图7至9），但是也可以是三脚架30（图5）或者桌子或工作台面（图4）。

如图1和2所示，设备12有利地是由Apple公司推向市场的多媒体智能电话iPhone^TM。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。其它智能电话可同样被很好地使用。

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的底座18。底座18相对于保持器固定且不可动，并且底座18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能够通过卡合动作被卡合（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。保持器16可以设置配重（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/或手持平衡支撑件32或40（见图7至9）。在不同的结构中，底座18可形成有与支撑件14上的互补轮廓表面紧密配合的倾斜的楔形表面以易于移除和更换。

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支撑件或摄像机安装设备30、32及40（见图8至9）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在设备30、32及40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。如果没有这种能力，则当手持设备12与现有的摄像机安装设备结合使用时，手持设备12的安装会比较困难，现有的摄像机安装设备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。

现在参照图8至9，附图标记40总体上表示手持平衡支撑结构的一个优选实施方式。结构40包括用于被操作人员保持的把持部或握持部42、可调节地或固定地安装于平台支撑件14下方的底部平衡配重44、以及在握持部42和平衡配重44之间沿着大曲率半径延伸且连接握持部42和平衡配重44的弓形臂46。优选地，弓形臂46被构造为优选地由铝制成的独立的弯曲的刚性管，且形成为一对弓形臂部。配重组件48安装于弓形臂部46，并且可相对于弓形臂部46沿弓形臂部46滑动。多个压舱配重有利地被平台支撑件14支撑且优选在平台支撑件14的内部，以关于重心平衡整个安装装置。压舱配重不仅增加了重量，也增加了转动稳定性，因此补偿了设备12的非常小的重量且使设备12不易受到不期望的运动影响。

配重组件48可以是单个的团或块，但是如图所示，优选为包括一对限制内部室的壳体部50A、50B的组合体，多个平衡配重52安装于内部室中。紧固件54将平衡配重52接收在壳体部50A、50B内，且将组件48安装于弓形臂部46。壳体部50A、50B形成内部通道，组件48可沿该内部通道滑动且可被调节到期望的位置。组件48可通过摩擦停留在期望的被调节的位置和/或紧固件54可被紧固以将壳体部50A、50B夹持于弓形臂部46。

因此，整个平衡配重组件48的高程度可以上升或降低以偏离装置的竖向平衡位置，从而使得在保持平衡的同时补偿各种组件的制造中的小偏差。此外，平衡配重组件48可定位成改变装置的“下落时间”（drop time），从而使得装置的触感和操作可变成适合各操作者的个人喜好，且可变成通过使装置的底部较重以有助于补偿环境状况（例如有风的天气）且不易受到例如风等外部影响。沿结构40的连续弧形部即弓形臂部46移动已经被精确地选择为实现装置的动态平衡的平衡配重52使之成为可能。同样，当平衡配重52沿弓形臂部46滑动时，由于平衡配重52沿大曲率半径移动，所以装置的前后平衡位置仅发生轻微的变化。位于平台支撑件14上的前后定位螺钉可补偿前后平衡位置的变化。

在变形结构中，一对平衡配重组件或组合体可以每个臂部一个组件或组合体的方式独立地安装于弓形臂部46且被弓形臂部46引导，并且可在相同或相反的方向上独立地沿臂部46移动。一个组件或组合体可被调节成校正前后重量平衡位置，且另一个组件或组合体可被调节成校正竖向重重平衡位置。

可以理解的是，上述每个元件或者两个以上的元件一起还可以用于不同于上述类型的其它结构类型的应用。

尽管本发明被示出和描述为在用于将运动敏感的图像采集设备稳定地支撑于支撑件的平衡安装装置中实现，但是其不限于示出的细节，在不以任何方式偏离本发明的精神的情况下，可以作出各种变形和结构改变。例如，臂部不需要延伸通过壳体部内的内部通道，且配重组件可直接地安装于弯曲臂的前方或后方。

不用作进一步的分析，前面提到的部分将充分的显示本发明的主旨，通过应用现有知识，他人可以在现有技术的基础上在没有省略特征的情况下，容易将本发明用于不同的应用，所述特征均构成本发明的一般或特定方面的重要特征，因此，这些应用应该且期望被理解为在所附的权利要求的等同方式的含义和范围内。

在所附的权利要求中阐述希望通过专利证书保护的创新内容。

Claims (18)

1.一种平衡安装装置，用于稳定地支撑运动敏感的图像采集设备，所述安装装置包括：

支架，所述支架用于在图像采集期间保持所述设备；

手持平衡结构，所述手持平衡结构具有：在图像采集期间安装所述支架和被保持的所述设备的支撑平台；位于所述平台下方的底部平衡配重；和沿所述平台和所述平衡配重之间的弓形路径延伸的弯曲臂；以及

配重组件，所述配重组件安装于所述弯曲臂，并能够沿所述弯曲臂相对于所述弯曲臂移动，以调节所述装置的竖向平衡位置。

2.根据权利要求1所述的平衡安装装置，其特征在于，所述支架包括：

保持器，所述保持器具有用于以能分离的方式抓握所述设备的外周的多个臂；以及

底座，所述底座相对于所述保持器不可动，且所述底座被所述支撑平台支撑。

3.根据权利要求2所述的平衡安装装置，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。

4.根据权利要求1所述的平衡安装装置，其特征在于，所述平衡结构包括连接到所述支撑平台的握持部。

5.根据权利要求1所述的平衡安装装置，其特征在于，所述弯曲臂相对于所述平台沿大曲率半径向前和向下延伸。

6.根据权利要求1所述的平衡安装装置，其特征在于，所述配重组件包括包含多个平衡配重的壳体。

7.根据权利要求1所述的平衡安装装置，其特征在于，所述配重组件包括包含至少一个平衡配重的壳体，且所述弯曲臂延伸通过所述壳体。

8.根据权利要求7所述的平衡安装装置，其特征在于，所述弯曲臂具有一对弯曲臂部，且所述壳体具有一对通道，所述弯曲臂部延伸通过所述通道。

9.根据权利要求7所述的平衡安装装置，其特征在于，所述壳体具有：一对位于所述弯曲臂的两相反侧的壳体部；和用于在所述配重组件移动后将所述壳体部固定于所述弯曲臂的固定位置的紧固件。

10.一种稳定地支撑运动敏感的图像采集设备的方法，所述方法包括如下步骤：

在图像采集期间用支架保持所述设备；

在图像采集期间将所述支架和被保持的所述设备支撑于手持平衡结构的支撑平台，所述手持平衡结构具有位于所述平台下方的底部平衡配重和沿所述平台和所述平衡配重之间的弓形路径延伸的弯曲臂；

在所述弯曲臂上安装配重组件，使所述配重组件沿所述弯曲臂相对于所述弯曲臂移动，以调节竖向平衡位置。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过以能分离的方式抓握所述设备的外周来执行所述保持步骤。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过保持单一型号的所述设备来执行所述保持步骤。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，用连接到所述支撑平台的握持部保持所述平衡结构。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过沿相对于所述平台向前和向下延伸的大曲率半径移动所述配重组件来执行使所述配重组件移动的步骤。

15.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过在壳体中包含多个平衡配重来执行安装所述配重组件的步骤。

16.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，通过在壳体中包含至少一个平衡配重且通过使所述弯曲臂穿过所述壳体来执行安装所述配重组件的步骤。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，用一对弯曲臂部构造所述弯曲臂，且使所述壳体形成有一对通道，所述弯曲臂部穿过所述通道。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，使所述壳体构造有位于所述弯曲臂的两相反侧的一对壳体部，且在所述配重组件移动后将所述壳体部固定于所述弯曲臂的固定位置。

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