CN103200389B - 一种双焦距分体式电子助视器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双焦距分体式电子助视器，包括图像采集模块与显示模块，图像采集模块与显示模块为分体式结构，分体式电子助视器还包括图像处理模块，图像采集模块用于获取视频流，图像处理模块用于对视频流进行解压缩、增强、效果处理及缩放处理，显示模块用于显示经图像处理模块处理后的图像信息。分体式的结构，解决低视力患者使用时需要长时间弯腰而导致腰部劳损的问题；两种不同的焦距的设计，扩展了机器的使用范围；采用高效的图像增强算法，解决了传统同类产品采用LED灯而造成的电量耗费和光照不均或反光的问题；不采用价格昂贵的DSP芯片，改为采用低廉的ARM系列主控芯片，提高系统可扩展性，方便进行二次开发。

Description

一种双焦距分体式电子助视器

技术领域

本发明涉及一种结合图像采集和图像处理技术的设备，更具体地，涉及一种具有两个不同距离的焦距的分体式电子助视器。

背景技术

眼睛是人类心灵的窗户，外界信息80%～90%是通过视觉通道获取的。但根据2011年的统计，我国近视发病率世界第一，高达33%，为世界平均发病率的1.5倍，平均每分钟新增1个盲人3个低视力，高度近视致盲者超30万人，视力损害已成为我国乃至全球的严重公共卫生问题。

2006年第二次全国残疾人抽样调查数据显示：单纯视力残疾的患病率达0.94%，加上多重残疾中的视力残疾患者，视力残疾的患病率达1.53%。由此推算，我国单纯视力残疾患者达1230.91万人，如果包含多重残疾者，达2003.50万人。

对低视力患者来说，视力残疾是重要的危险因素。低视力是指患者双眼的视功能减退达到一定的程度，且不能用手术、药物或常规的屈光矫正方法来提高视力，使其生活和工作能力丧失。

良好的视力是人们独立生活的一个关键因素，因此视觉损害在康复领域中越来越受到高度重视。有关资料显示，75%的视力损害患者可以通过手术及屈光矫正得以恢复或提高视力，尚有25%的低视力患者需要低视力保健，如需配戴助视器及视觉康复仪等。

一些发达国家己有较成熟的理论经验及完善的机构设备，我国己将此列入中国残疾人事业计划纲要的重点项目。作为“视觉2020”确定的五个可避免盲(白内障、沙眼、河盲、儿童盲、屈光不正和低视力)之一，低视力康复是社会问题，而眼科医师是主力军，需从认知、筛查、诊断等方面进行助视器的选配工作。低视力康复旨在对低视力患者的残余视力进行仔细检测和充分利用，通过助视器或其他手段帮助患者重新获得独立活动能力。助视器是低视力患者的主要康复器具，可最大可能地帮患者利用残余视力适应社会。据保守估计，目前我国有八成低视力患者没有得到正规治疗和康复干预。

助视器的功能类似于助听器，可使低视力患者看清楚本来看不到或看不清的东西。常用的有放大镜、防止外界光线直接射入眼内引起视力下降的太阳帽、可滤过短波光线的太阳镜，还有在望远镜上加一个不同度数的正透镜的“阅读帽”等。现在，不仅有整合了视光学、眼科学、电子学、机械学及人体工学等技术的电子助视器，还有语音系统和扫描系统等助视器，不少低视力/盲患者大大提高了生活自理能力和社会适应能力。

电子助视器是一种电子视讯装置，是助视器中的高科技产品。放大倍数能达到四五十倍，适合中度、重度低视力患者使用。能方便的进行放大倍数调整、焦距调整、亮度和对比度调整，还有彩色显像、半彩显像和正片、负片切换功能。这些特点能让使用电子助视器的低视力患者拥有舒适的阅读姿势、大而广的工作空间、能用双眼阅读，是扩展视觉的最佳助视器具。

目前，便携的手持电子助视器，主要采用ZORAN（卓然）的ZR36482BGCF专用图像处理DSP芯片，不但价格比较昂贵，系统扩展性差，而且存在着一些人性化使用上的缺陷。

由于摄像头封装在主机中，只能移动整台电子助视器才能移动阅读浏览。因此，这种设计的缺陷是，电子助视器的机身会遮盖大部分的浏览目标，从而造成使用者寻找定位的不便。

其次，手持式电子助视器不便于阅读其他小型器物上的文字。例如，当阅读小药瓶上的使用说明时，因为瓶子是弯曲的，故贴在瓶子上的文字说明书也是弯曲的，但因手持电子助视器上的摄像头与主机是一体的，故扫描目标时需要移动整台机器，此时会令用户无法持续阅读完整的内容，因会容易滑动而令文字内容跳换到其他地方，无法进行定位。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供了一种具有两种不同焦距的分体式电子助视器。该分体式电子助视器能够有效地帮助低视力群体进行正常的生活。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种双焦距分体式电子助视器，包括图像采集模块与显示模块，所述图像采集模块与显示模块为分体式结构，所述分体式电子助视器还包括图像处理模块，所述图像采集模块用于获取视频流，所述图像处理模块用于对视频流进行解压缩、增强、效果处理及缩放处理，所述显示模块用于显示经图像处理模块处理后的图像信息。

图像采集模块即为摄像头，图像处理模块与显示屏构成电子助视器主机，摄像头与主机分离，采用有线摄像头，方便移动扫描目标；移动摄像头制作成笔的形状，类似现今的红外线激光笔；笔式摄像头的镜头有两种焦距：微距与远距。焦距可自由切换方便用户使用；在笔式摄像头可以设置控制键位，例如放大、缩小、改变背景色、视近物键；提供笔式摄像头支架，支架能伸缩调节摄像头与读物的距离，还能360°旋转并可固定支架，方便观看远处物体；显示屏采用4.3寸的大屏幕；显示屏表面也相应设置放大、缩小等键位。

本发明的有益效果为：摄像头与主机分体式的结构，解决低视力患者使用时需要长时间弯腰而导致腰部劳损的问题；两种不同的焦距的设计，扩展了机器的使用范围；采用高效的图像增强算法，解决了传统同类产品采用LED灯而造成的电量耗费和光照不均或反光的问题；不采用价格昂贵的DSP芯片，改为采用低廉的ARM系列主控芯片，提高系统可扩展性，方便进行二次开发。

附图说明

图1为本发明的硬件整体结构图。

图2为本发明的软件工作模型图。

图3为本发明的图像采集模块的两种不同焦距的镜头部分原理图。

图4为本发明的图像处理流程图。

图5为本发明的JPEG硬件编解码器结构模块框图。

图6为本发明的图像增强算法流程图。

图7为本发明的图像阅读模式效果的算法流程图。

图8为本发明的图像实时缩放处理的硬件处理框图。

图9-13为本发明的电子助视器主机的结构示意图。

图14为本发明的笔式摄像头的结构示意图。

图15、16为本发明的主机支架的结构示意图。

图17、18为本发明的笔式摄像头辅助阅读支架的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述，但本发明的实施方式并不限于此。

如图1所示，本发明的硬件整体结构，它包括用于获取视频图像信息的图像采集模块、用于存储的模块，用于输出的LCD显示与HDMI输出模块，用于主控的模块，以及提供电源的模块。

其中，主控芯片采用三星公司的型号为S3C6410，该芯片基于ARM11架构，用于系统的逻辑控制及进行视频图像进行处理。NAND FLASH存储空间一部分用来保存启动代码和操作系统，剩余的用作数据保存区。DDR SDRAM用来处理程序运行时对大量的存储空间的需求和支持操作系统的运行。

本发明的软件工作模型如图2所示，主要采用嵌入式Linux操作系统，具有内核小，效率高，源代码开放等优点。同时，绝大多数的外围设备，都提供Linux驱动程序，不需再另行开发。Linux操作系统启动后，会自动加载摄像头的驱动程序，对摄像头进行控制。根据用户选择的模式，驱动摄像头采集视频信号。然后利用处理器S3C6410对采集到的信号进行相应的处理，包括将图像放大、缩小、改变图像的背景颜色等。最后将处理后的视频信号送入LCD显示屏进行显示。

下面对各模块进行详细阐述。

一、图像采集模块

图像采集模块的主要工作是在Linux操作系统下驱动USB接口的摄像头来捕获视频流图像，主要由两种不同焦距的镜头、CMOS图像采集模块、传输接口模块3部分构成。

1.1两种不同焦距的镜头

为了扩展产品的使用范围，本发明采用微距和远距两种不同焦距的镜头进行图像采集。其中，微距图像采集可以方便用户阅读文档材料，而远距采集则可以方便用户观察远处的场景。

本模块采用了焦距为3.6mm的普通镜头，使得远处的场景能得到清晰的成像。在该镜头前面附加一个微距与广角二合一的镜头，如图3所示，即可获得13mm处的场景图像。需要拍摄远处场景的时候，去掉微距镜头即可；需要近距离阅读的时候，将微距镜头吸附在普通镜头上，即可实现该功能。

1.2CMOS图像采集模块

本模块采用130万像素的CMOS图像传感器进行图像的采集，在保证图像有足够清晰度的同时，还兼顾了嵌入式系统的实时性能。

1.3传输接口模块

本模块的作用是将采集到的图像数据高速地传送到图像处理模块中。本发明采用了USB1.1传输接口，传输速率达到12Mbps，完全能满足系统的要求。

二、图像处理模块

图像处理模块的主要功能是将图像采集模块捕获到的图像进行解压缩、增强、效果处理、缩放等处理，然后输出合乎要求的图像以供显示模块展示给用户。图像处理模块流程如图4所示，整个系统对图像的处理起始于对获取的一帧图像进行解压缩，然后对其进行增强，再进行各种效果的处理，最后根据用户的需求进行缩放。

2.1解压缩单元

本模块利用主控芯片S3C6410的JPEG编解码器的API接口，将每一帧视频流图像解压为YUV4：2：2格式的图像，其结构模块框图如图5所示。该模块是由硬件完成，故运行速度满足实时视频处理的要求。

2.2图像增强单元

为令采集到的图像的细节更丰富，视觉对比效果更强烈，且能适应弱光源与强光源环境，本发明采用了快速的图像增强算法对图像进行处理，这是一种基于改进的直方图均衡算法。现有的图像增强方法通常可以分为两类：全局增强方法和局部增强方法。全局增强方法利用某些转换函数对灰度图的亮度通道或颜色通道进行处理，进而使灰度图达到显示设备的最大显示动态范围从而获取更多的图像细节，此方法通常采用线性或非线性函数、直方图均衡化、模糊对比度集约化等方法来间接提升整幅灰度图的对比度，然而其对局部细节的提升不足；局部增强方法通常利用灰度图中的边缘信息和局部统计信息来对图像局部细节进行增强，然而，基于最优化转换函数和平均边缘灰度对比度检测方法进而提出的通过拉伸亮度值而提高对比度的方法，其在提高对比度的同时也增强了噪声。

由于嵌入式系统的计算能力有限，故本发明采用改进了的直方图均衡算法进行全局的图像快速增强，在提高图像对比度的同时，还保留图像的大量细节部分。该算法的工作流程图如图6所示。由于主控芯片S3C6410硬解压得到的图像为YUV4：2：2格式，故只需对该图像的Y通道进行增强即可。具体实现步骤如下：

11)统计直方图：对于灰度图像X，其灰度级x的直方图h(x)为：

h(x)=n_x,x=0,1,...,L-1

12)获取分割点：利用获取到的5个分割点将直方图划分为4个子区域，所述5个分割点为{m₀，m₁，m₂，m₃，m₄}，m₀为图像最小灰度值，m₄为图像最大灰度值，而m₁，m₂，m₃这三个分割点的公式描述如下：

$\left\{\begin{array}{c}{m}_1=0.25\×\{I_{\mathrm{width}}\×I_{\mathrm{height}}\}\\ m_2=0.5\×\{I_{\mathrm{width}}\×I_{\mathrm{height}}\}\\ m_3=0.75\×\{I_{\mathrm{width}}\×I_{\mathrm{height}}\}\end{array}\right.$

其中分割点m₁，m₂，m₃分别为图像亮度集合的0.25，0.5，0.75处，I_width表示图像的宽度，I_height表示图像的高度；

13)由于通过上述的5个点将直方图划分为4个子区域，而每一个子区域分别拥有自身的直方图，因此共有4个子区域的直方图；

14)计算每个子区域的直方图的动态划分范围和像素数量之和的比例因子，其计算的公式如下：

factor_i=span_i×log₁₀M_i

其中，factor_i表示第i个子区域的比例因子，M_i表示第i个子区域的像素数量之和，而span_i表示第i个子区域的直方图的动态划分范围，其计算的公式如下：span_i=m_i+1-m_i

其中，m_i表示第i个子区域的直方图的最低端点，m_i+1表示第i个子区域的直方图的最高端点；

15)计算每个子区域的直方图的新范围，其计算的公式如下：

${\mathrm{range}}_i=(L-1)\×{\mathrm{factor}}_i/{\mathrm{\Σ}}_{k=1}^4{\mathrm{factor}}_k$

其中，range_i表示第i个子区域的直方图的新范围，L-1表示图像的最大亮度值，表示子区域的比例因子之和。因数字图像为8位，故L-1最大亮度值为255。

16)计算剪切门限：本发明采用各子区域直方图的平均值作为门限，对直方图进行剪切修正，这样能够保证每个子区域在暗区域得到足够的提升。即

$T_i=\mathrm{mean}\left({\mathrm{\Σ}}_{i=m_k}^{m_{k+1}}h\left(i\right)\right)$

其中，m_k表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段起始点，m_k+1表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段终止点；

17)计算各子区域的累积函数。其函数表达式如下：

$\mathrm{cdf}\left(k\right)=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=m_k}^{m_{k+1}}h\left(i\right)}{M_k}$

其中，m_k表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段起始点，m_k+1表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段终止点，M_k表示第k个子区域的像素数量之和；

18)生成新的亮度映射表：根据每个子区域的累积函数进而得到重建的亮度映射表，其数学表达式如下：

Y(x)=range_i×cdf(k)+i_start

i_start表示前一个子区域最大亮度值，cdf(k)表示子区域的累积密度函数；

19)利用新的亮度映射表，赋予源图像的每个像素点以新的亮度值，即完成图像的快速对比度增强，进而得到一幅细节丰富、对比度明显提升的灰度图。

2.3图像效果处理单元

为方便低视力患者阅读，本发明提供10种低视力阅读模式，分别为：

1)全彩模式；

2)灰度模式；

3)黑底白字模式；

4)白底黑字模式；

5)蓝底白字模式；

6)白底蓝字模式；

7)黑底黄字模式；

8)黄底黑字模式；

9)黄底蓝字模式；

10)蓝底黄字模式。

以上模式，除了前两种外，其余模式，均需要先进行二值化图像处理。其算法流程图如图7所示。由于主控芯片S3C6410硬解压得到的图像为YUV4：2：2格式，图像的Y通道即是亮度通道，是一幅灰度图像，对其进行处理即可。

由于嵌入式系统的计算能力有限，故不可能对整幅图像进行迭代遍历，也不可能只采用简单的平均值来做二值化操作的阈值。故本发明采用先对图像进行直方图统计，然后对直方图进行遍历迭代，从而求出阈值的方法。同时，本发明并非对每帧图像都进行迭代求阈值，而是每隔5帧才进行一次迭代，更新前一次的阈值。

具体的步骤为：

21)直方图统计：对输入的图像Y通道进行直方图统计，其灰度级x的直

方图h(x)为：h(x)=n_x,x=0,1,...,L-1

其中，L-1为图像的最大灰度级，n_x表示灰度级为x的像素出现的频率；

22)找出最小与最大值：遍历直方图，找出最小与最大值f_min、f_max；

23)计算初始阈值：以最小与最大值之和的一半为初始阈值T，即

T=0.5×(f_min+f_max)

24)划分直方图：以初始阈值T，将直方图划分为两个区域；

25)分别计算两个区域内的直方图的平均值，得到f_L与f_U；

26)计算新阈值：以步骤25)得到的两个平均值之和的一半为新的阈值T'，即：T'=0.5′(f_L+f_U)；

27)比较阈值：将新阈值T'与初始阈值T比较，两者之差如果小于0.5，则以新的阈值T'为二值化操作的阈值，转步骤28)；否则，以新阈值T'为初始阈值T，转步骤24)。

28)图像效果操作：由于图像为YUV4：2：2格式，其在内存中的排列顺序为：Y0U0Y1V0Y2U1Y3V1…，第一个像素的YUV值为：Y0U0V0，第二个像素的YUV值为：Y1U0V0，第三个像素的YUV值为：Y2U1V1…，其他以此推类，即每两个像素是共用了UV的；在一行上来看，每个像素的YUV值种Y值被采样，UV值采样0后，跳到3，然后5，所以一幅640×480的图片，每行上Y有640个，U，V各320个。

而YUV与RGB的关系如下式所示：

$\left\{\begin{array}{c}R=Y+1.4075\×(V-128)\\ G=Y-0.3455\×(U-128)-0.7169\×(V-128)\\ B=Y+1.779\×(U-128)\end{array}\right.$

$\left\{\begin{array}{c}Y=0.299\×R+0.587\×G+0.114\×B\\ U=-0.147\×R-0.289\×G+0.436\×B=0.492\×(B-Y)\\ V=0.615\×R-0.515\×G-0.100\×B=0.877\×(R-Y)\end{array}\right..$

因此，各种阅读模式的处理方式如下：

8.1)黑底白字模式：当像素为黑色时，R、G、B三个通道的值全部为0，故根据YUV与RGB的关系，此时的Y、U、V三个通道的值也为0，即根据阈值T，将小于阈值T的像素全部设为0。当像素为白色时，R、G、B三个通道的值全部为255，即将大于阈值T的像素的Y=255、U=0、V=0。

8.2)黑底白字模式：与8.1)的操作相反。

8.3)蓝底白字模式：像素呈现蓝色时，R=0，B=255，G=0，故根据YUV与RGB的关系，此时将小于阈值T的像素Y=29.07，U=111.1575，V=-25.4944。而当像素为白色时，与8.1)相同。

8.4)白底蓝字模式：与8.3)的操作相反。

8.5)黑底黄字模式：像素呈现黄色时，R=255，B=0，G=255，故根据YUV与RGB的关系，此时将大于阈值T的像素的Y=225.93，U=-111.1575，V=25.4944。而小于阈值T的像素操作，即将其变为黑色，与8.1)相同。

8.6)黄底黑字模式：与8.5)的操作相反。

8.7)黄底蓝字模式：小于阈值T的像素的操作与8.3)相同，大于阈值T的像素的与8.5)相同。

8.8)蓝底黄字模式：与8.7)的操作相反。

由于阅读的模式是固定的，故可将各模式用到的RGB与YUV的关系存储在内存数组中，需要改变像素颜色时，查询内存数组即可，从而加快程序的执行速度。

2.4图像缩放单元

低视力患者在阅读时，需要实时对采集到的视频图像进行缩放，故必须要有实时的图像缩放模块。本发明采用的主控芯片S3C6410配备了post process，它是一个硬件进行图像和视频缩放的的模块。用POST后,只需要简单调整frame buffer显示库代码，即可以让原来无法移植的软件在嵌入式环境下自由缩放。因为是硬件操作，所以速度非常之快，能达到实时处理的需求。它的主要处理流程是在系一种统内存中开辟一个PP的帧内存。其中数据被PP处理后，有两个流向，一个是通过DMA直接传到例如显存当中，这样可以直接显示，另外一种是传到硬件队列当中，然后可以发送到LCD、TV等设备当中。其输入输出框图如图8所示。

本发明预设图像缩放的倍数为：1、2、4、8。当需要改变当前的缩放倍数时，通过中断信号，调用硬件的API接口，其代码为ioctl(dev_pp,S3C_PP_SET_PARAMS,&pp_param)，即可实现视频图像的缩放功能，其中pp_param变量保存的为缩放的参数。

三、相关外壳构造模块

为实现台式电子助视器没有的便携性，又解决传统手持式助视器给低视力人群在阅读过程中带来的一些麻烦以及不正确的阅读姿势对他们脊椎带来的伤害，本发明特别设计了一款便携的摄像头与主机分离式的电子助视器辅助外壳。其组成部分包括：助视器主机，主机支架，分离笔式摄像头，笔式摄像头辅助阅读支架。其中助视器主机和分离笔式摄像头是低视力助视器的基本组成部分；主机支架和笔式摄像头辅助阅读支架为辅助组成部分，辅助低视力人群更方便的使用本助视器。分离笔式摄像头可将焦距内的图像采集并传送到主机，使用者在主机屏幕可以查看摄像头传输回来的图像。通过主机的放大、缩小按键可以在一定倍数下缩放画面的内容；通过效果键可以调整画面的色彩及对比度，使用者可以根据自己需求选择最适合的模式；通过拍照键可以锁定某一固定画面，方便有足够的时间仔细查看画面内的细节，不会因为摄像头移动而改变画面。

如图9-13所示，本发明设计的助视器主机包括主机外壳1、显示屏2、开关3、拍照键4、效果键5、放大键6、缩小键7、电源充电插口8和HDMI插口9。所述主机外壳1中间形成腔体20，腔体20内设置有主机主板10和电池11，电池11可以为主机提供了一定时间的续航。所述主机外壳1分别对应主机主板10上的开关3，电源充电插口8，HDMI插口9，开孔，分别形成开关3，电源充电插孔8，HDMI插孔9，通过开关3可以启动和关闭助视器主机，电源充电插口8可以给电池11充电，HDMI插口9可以将影像外接到其它显示器。所述主机外壳1分别对应主机主板上的拍照键4，效果键5，放大键6，缩小键7开孔，分别形成拍照键4，效果键5，放大键6，缩小键7，通过拍照键可以将影像锁定，不会因为笔式摄像头的移动而晃动画面，这样方便了使用者有更多的时间阅读画面的内容，通过效果键5可以让显示屏2在预设的色彩和对比度之间进行切换，使用者可以根据自己的需要调整适合的方案，通过放大键6画面内的影像放大，以便查看画面内的细节，通过缩小键7可以将放大了的画面缩小和还原。所述主机外壳1左侧开散热槽27，用于给主机主板10散热。所述腔体20顶部形成凹槽21，用于固定显示屏2，显示屏2用于显示笔式摄像头传输回来的影像。所述主机外壳顶侧边开圆孔22，导线12穿过圆孔22内连接到主机主板10，外接笔式摄像头。

如图10所示，本发明设计的笔式摄像头包括笔壳13，近距镜头14，磁吸远距镜头15，镜头保护盖16，摄像头驱动主板17。所述笔壳13中间形成腔体23，腔体23内设置近距镜头14和摄像头驱动主板17，所述笔壳13顶部开圆孔22，导线12穿过圆孔22进入笔壳内部，连接摄像头驱动主板17，所述磁吸远距镜头15安装于与短圆柱腔体25内，所述磁吸远距镜头15通过通过螺丝26与笔体13相连，所述镜头保护盖16通过螺丝27与磁吸远距摄像头15相连。当使用笔式摄像头阅读时，将笔式摄像头固定于笔式摄像头辅助阅读支架19（如图17、18）上，并将磁吸远距摄像头15连同镜头保护盖16通过螺丝26一起旋开，通过辅助阅读支架的固定，笔式摄像头与读物之间的距离就可以保持在一个固定的高度，不会产生手持式电子助视器在阅读时因为手的晃动而引起的画面晃动的情况。辅助阅读支架19的底部安装一对平行单向滑轮，在读物上面可以单向滑动，移动辅助阅读支架19同时，笔式摄像头也一起平行移动，可以精准横向阅读。当需要远距离观察时，将磁吸远距摄像头15通过螺丝26旋回吸附在近距镜头14前面，即可通过笔式摄像头观察远距离的物体了。利用该设计的的笔式摄像头，既可以近距离阅读文章，又能观察远距离的物体，可以将电子助视器的用途扩展到日常生活中，例如等公交车，逛街买东西等，最大程度地帮助低视力人群解决他们日常生活中的困难。

如图15、16所示，主机支架18包括主机夹架28、支架臂组29、主机支架收纳盒30。主机夹架28与支架臂组29通过螺丝相连，形成旋臂，支架臂组29通过螺丝固定在主机支架收纳盒30。使用主机支架时，通过垂直拉起主机夹架28，主机夹架28下方的支架臂组29也通过螺丝旋臂逐渐调整角度，主机夹架与支架臂内部中间形成有小支撑臂31和凹槽32，安装在上方的小支撑臂31由于重力作用，落在下方的支架臂29上，当小支撑臂31末端陷入凹槽32时，小支撑臂31与其上下的两个支架臂29形成了一个稳定的三角形，从而起到了支撑起主机的作用。收合主机支架18，通过一边从上往下施力，一边手动将小支撑臂31从凹槽32中移走，逐层将支架臂组29收进主机支架收纳盒30。

如图17、18所示，笔式摄像头辅助阅读支架19包括支座33和可旋转的夹臂34。支座33底部设置有一双平行单向滑轮组35。使用摄像头支架19时，将笔式摄像头夹紧在夹臂34，在阅读书籍、报纸、杂志的时候，平行单向滑轮组35引导支座33作横向水平运动，实现逐行的精准阅读。在使用摄像头支架19观察远处物体时，通过旋转夹臂34，可以将笔式摄像头调整到任意角度，释放双手，支座33起到了支撑笔式摄像头的作用。

以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种双焦距分体式电子助视器，包括图像采集模块与显示模块，其特征在于，所述图像采集模块与显示模块为分体式结构，所述分体式电子助视器还包括图像处理模块，所述图像采集模块用于获取视频流，所述图像处理模块用于对视频流进行解压缩、增强、效果处理及缩放处理，所述显示模块用于显示经图像处理模块处理后的图像信息；

所述图像处理模块包括解压缩单元、图像增强单元、图像效果处理单元和图像缩放单元；

所述解压缩单元用于将视频流图像解压为YUV4：2：2格式的图像；

所述图像增强单元采用基于多分段直方图调整的增强方法对解压缩后的图像进行增强；

所述图像效果处理单元采用Ostu快速二值法对图像进行效果处理；

所述图像效果处理单元的实现方式为：对图像进行直方图统计，然后对直方图进行遍历迭代，从而求出阈值的方法；具体为：

21)直方图统计：对输入的图像Y通道进行直方图统计，其灰度级x的直方图h(x)为：h(x)＝n_x,x＝0,1,…,L-1

其中，L-1为图像的最大灰度级，n_x表示灰度级为x的像素出现的频率；

22)找出最小与最大值：遍历直方图，找出最小与最大值f_min、f_max；

23)计算初始阈值：以最小与最大值之和的一半为初始阈值T，即

T＝0.5×(f_min+f_max)

24)划分直方图：以初始阈值T，将直方图划分为两个区域；

25)分别计算两个区域内的直方图的平均值，得到f_L与f_U；

26)计算新阈值：以步骤25)得到的两个平均值之和的一半为新的阈值T'，即：T'＝0.5×(f_L+f_U)；

27)比较阈值：将新阈值T'与初始阈值T比较，两者之差如果小于0.5，则以新的阈值T'为二值化操作的阈值，转步骤28)；否则，以新阈值T'为初始阈值T， 转步骤24)；

28)图像效果操作：由于图像为YUV4：2：2格式，其在内存中的排列顺序为：Y0U0Y1V0Y2U1Y3V1…，第一个像素的YUV值为：Y0U0V0，第二个像素的YUV值为：Y1U0V0，第三个像素的YUV值为：Y2U1V1…，其他以此推类，即每两个像素是共用了UV的；在一行上来看，每个像素的YUV值种Y值被采样，UV值采样0后，跳到3，然后5，所以一幅640×480的图片，每行上Y有640个，U，V各320个；

而YUV与RGB的关系如下式所示：

图像增强单元对图像进行增强的具体方式为：对图像的Y通道进行增强，包括：

11)统计直方图：对于灰度图像X，其灰度级x的直方图h(x)为：

h(x)＝n_x,x＝0,1,…,L-1

12)获取分割点：利用获取到的5个分割点将直方图划分为4个子区域，所述5个分割点为{m₀，m₁，m₂，m₃，m₄}，m₀为图像最小灰度值，m₄为图像最大灰度值，而m₁，m₂，m₃这三个分割点的公式描述如下：

其中分割点m₁，m₂，m₃分别为图像亮度集合的0.25，0.5，0.75处，I_width表示图像的宽度，I_height表示图像的高度；

13)由于通过上述的5个点将直方图划分为4个子区域，而每一个子区域分别拥有自身的直方图，因此共有4个子区域的直方图；

14)计算每个子区域的直方图的动态划分范围和像素数量之和的比例因子，其计算的公式如下：

factor_i＝span_i×log₁₀M_i

其中，factor_i表示第i个子区域的比例因子，M_i表示第i个子区域的像素数量之和，而span_i表示第i个子区域的直方图的动态划分范围，其计算的公式如下：span_i＝m_i+1-m_i

其中，m_i表示第i个子区域的直方图的最低端点，m_i+1表示第i个子区域的直方图的最高端点；

15)计算每个子区域的直方图的新范围，其计算的公式如下：

其中，range_i表示第i个子区域的直方图的新范围，L-1表示图像的最大亮度值，表示子区域的比例因子之和；因数字图像为8位，故L-1最大亮度值为255；

16)计算剪切门限：采用各子区域直方图的平均值作为门限，对直方图进行剪切修正，这样能够保证每个子区域在暗区域得到足够的提升；即

其中，m_k表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段起始点，m_k+1表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段终止点；

17)计算各子区域的累积函数；其函数表达式如下：

其中，m_k表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段起始点，m_k+1表示第k个子区域的直方图的动态划分范围段终止点，M_k表示第k个子区域的像素数量之和；

18)生成新的亮度映射表：根据每个子区域的累积函数进而得到重建的亮度映射表，其数学表达式如下：

Y(x)＝range_i×cdf(k)+i_start

i_start表示前一个子区域最大亮度值，cdf(k)表示子区域的累积密度函数；

19)利用新的亮度映射表，赋予源图像的每个像素点以新的亮度值，即完成图像的快速对比度增强，进而得到一幅细节丰富、对比度明显提升的灰度图。

2.根据权利要求1所述的双焦距分体式电子助视器，其特征在于，所述图像采集模块为笔式摄像头，笔式摄像头的镜头包括微距镜头和远距镜头，所述笔式摄像头上还设有与图像处理模块通信的传输接口。

3.根据权利要求2所述的双焦距分体式电子助视器，其特征在于，所述传输接口为USB1.1接口。

4.根据权利要求2所述的双焦距分体式电子助视器，其特征在于，所述笔式摄像头为130万像素的CMOS图像传感器。

5.根据权利要求1-3任一项所述的双焦距分体式电子助视器，其特征在于，所述电子助视器还包括用于安装图像处理模块及显示模块的主机支架，所述主机支架包括主机夹架、支架臂组和主机支架收纳盒；主机夹架与支架臂组通过螺丝相连，形成旋臂，支架臂组通过螺丝固定在主机支架收纳盒上。

6.根据权利要求5所述的双焦距分体式电子助视器，其特征在于，所述主机夹架与支架臂内部中间形成有小支撑臂和凹槽。

7.根据权利要求1-3任一项所述的双焦距分体式电子助视器，其特征在于，所述电子助视器还包括用于安装图像采集模块的笔式摄像头辅助阅读支架，包括支座和可旋转的夹臂；支座底部设置有一双平行单向滑轮组。