CN103501406A - 图像采集系统及图像采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像采集系统及图像采集方法，所述系统包括：注视点检测装置，用于检测用户当前的注视点相对于用户的位置；图像采集装置，用于根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像；所述注视点检测装置包括：眼底图像采集模块，用于采集用户眼底的图像；可调透镜模块，用于进行所述眼底图像采集模块与眼睛之间光路的成像参数的调节，以使得所述眼底图像采集模块得到最清晰的图像；图像处理模块，用于根据得到所述最清晰图像时所述眼底图像采集模块与眼睛之间光路的成像参数以及眼睛的光轴方向，计算用户当前的注视点相对于用户的位置。通过本发明的系统及方法，可以提高图像采集设备的对焦准确度及对焦速度。

Description

图像采集系统及图像采集方法
技术领域
本发明涉及图像采集技术领域，尤其涉及一种图像采集系统及方法。
背景技术
图像采集设备的自动定焦方法有多种，包括自动检测用户眼睛的观看方向，再在该方向上做深度检测，然后再定焦。例如佳能的EOS3单反相机具有的45个对焦点的眼控对焦功能，能够自动检测正在看着相机目镜的用户眼球瞳孔的运动。通过安装在相机目镜框上的红外线发光二极管照亮眼球，眼球反射回来的红外光线投射到眼控BASIS（基础储存影像传感器）上，系统通过检测到眼球瞳孔位置和校对位置的相对关系以后，相机就会识别用户究竟在看上述对焦点中的哪个对焦点，从而确定用户的视线方向，自动对该方向的物体进行自动对焦。但是这种方法在用户注视方向上有多个物体时，自动对焦的准确度会降低。
此外，公开号为US7298414B2的美国专利中公布了一种数码相机自动对焦装置，其在用户通过数码相机的取景器来观看一个图像场景时，使用一透镜将用户眼睛中反射出的图像场景聚焦在一个图像传感器上，处理与所述聚焦的图像相关的数据以确定眼睛的焦距，再根据该焦距来确定数码相机的对焦点。在该专利中，必须移动所述透镜和/或图像传感器的位置才能使得眼睛中反射的图像聚焦在所述图像传感器上；此外，由于用户观看的图像场景是随机的，对用户眼睛中反射出的图像场景是否清晰的聚焦在图像传感器上的判断比较难，因此其检测准确度较难保证。
因此需要找到一种具有更高准确度的自动对焦装置和方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种图像采集系统及方法，以提高图像采集设备的对焦准确度。
为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种图像采集系统，包括：
注视点检测装置，用于检测用户当前的注视点相对于用户的位置；
图像采集装置，用于根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像；
其中，所述注视点检测装置包括：
眼底图像采集模块，用于采集用户眼底的图像；
可调透镜模块，用于进行所述眼底图像采集模块与眼睛之间光路的成像参数的调节，以使得所述眼底图像采集模块得到最清晰的图像；
图像处理模块，用于对所述眼底图像采集模块得到的图像进行处理，获得得到所述最清晰图像时所述眼底图像采集模块与眼睛之间光路的成像参数以及眼睛的光轴方向，并计算用户当前的注视点相对于用户的位置。
结合第一方面，在第二种可能的实施方式中，所述可调透镜模块的焦距可调。
结合第一方面或第一方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述注视点检测装置还包括：
曲面分光模块，用于分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到所述眼底图像采集模块。
结合第一方面、第一方面的第二种和第三种可能的实施方式中的任一种，在第四种可能的实施方式中，所述注视点检测装置还包括：
投射模块，用于向眼底投射光斑图案。
结合第一方面、第一方面的第二种至第四种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，所述系统还包括可穿戴近眼设备，所述注视点检测装置设置在所述可穿戴近眼设备上。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，所述图像采集装置设置在所述可穿戴近眼设备上。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，所述可穿戴近眼设备为眼镜。
结合第一方面、第一方面的第二至第七种可能的实施方式中的任一种，在第八种可能的实施方式中，所述系统包括多个图像采集装置。
结合第一方面的第八种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，所述多个图像采集装置位置上分开布置。
结合第一方面、第一方面的第二至第八种可能的实施方式中的任一种，在第十种可能的实施方式中，所述图像采集装置包括：
对焦模块，用于根据所述图像采集装置当前的位置信息和运动姿态信息、用户当前的位置信息和运动姿态信息以及所述注视点相对于用户的位置调整所述图像采集装置的对焦点位置。
结合第一方面的第十种可能的实施方式，在第十一种可能的实施方式中，所述系统还包括：用户位置信息获取装置，用于获取用户当前的位置信息。
结合第一方面的第十或第十一种可能的实施方式，在第十二种可能的实施方式中，所述系统还包括：用户运动姿态信息获取装置，用于获取用户当前的运动姿态信息。
结合第一方面的第十至第十二种可能的实施方式中的任一种，在第十三种可能的实施方式中，所述系统还包括：采集装置位置信息获取装置，用于获取各图像采集装置当前的位置信息。
结合第一方面的第十至第十三种可能的实施方式中的任一种，在第十四种可能的实施方式中，所述系统还包括：采集装置运动姿态信息获取装置，用于获取各图像采集装置当前的运动姿态信息。
结合第一方面、第一方面的第二至第十四种可能的实施方式中的任一种，在第十五种可能的实施方式中，所述系统还包括：
关联装置，用于选择至少一个图像采集装置与所述注视点检测装置进行关联；
所述图像采集装置，在与所述注视点检测装置关联时，根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像。
第二方面，本发明提供了一种图像采集方法，包括：
注视点检测步骤，检测用户当前的注视点相对于用户的位置；
图像采集步骤，根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像；
其中，所述注视点检测步骤包括：
眼底图像采集步骤，采集用户眼底的图像；
成像参数调节步骤，进行眼底图像采集位置与眼睛之间光路的成像参数的调节，以采集到最清晰的图像；
图像处理步骤，对所述采集到的图像进行处理，获得得到所述最清晰图像时所述眼底图像采集位置与眼睛之间光路的成像参数以及眼睛的光轴方向，并计算用户当前的注视点相对于用户的位置。
结合第二方面，在第二种可能的实施方式中，所述成像参数调节步骤包括：
调节位于眼睛与眼底图像采集位置之间光路上的可调透镜模块的焦距。
结合第二方面或第二方面的第二种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述注视点检测步骤还包括：
分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到所述眼底图像采集位置。
结合第二方面、第二方面的第二或第三种可能的实施方式，在第四种可能的实施方式中，所述注视点检测步骤还包括：
向眼底投射光斑图案。
结合第二方面、第二方面的第二至第四种可能的实施方式中的任一种，在第五种可能的实施方式中，所述图像采集步骤包括：通过多个图像采集装置进行所述对焦并采集图像。
结合第二方面的第五种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，所述多个图像采集装置位置上分开布置。
结合第二方面的第五或第六种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，所述图像采集步骤包括：
根据所述图像采集装置当前的位置信息和运动姿态信息、用户当前的位置信息和运动姿态信息以及所述注视点相对于用户的位置调整所述图像采集装置的对焦点位置。
结合第二方面的第七种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取用户当前的位置信息。
结合第二方面的第七或第八种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取用户当前的运动姿态信息。
结合第二方面的第七至第九种可能的实施方式中的任一种，在第十种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取各图像采集装置的位置信息。
结合第二方面的第七至第十种可能的实施方式中的任一种，在第十一种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取各图像采集装置的运动姿态信息。
结合第二方面、第二方面的第二至第十一种可能的实施方式中的任一种，在第十二种可能的实施方式中，所述方法还包括：
关联步骤，将所使注视点检测步骤的检测结果关联至至少一个图像采集装置；
在所述图像采集步骤中，在所述图像采集装置与所述注视点检测步骤的检测结果关联时，通过该图像采集装置根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像。
本发明实施例的系统及方法通过检测用户眼睛注视点到用户的相对距离以及用户眼睛的注视方向来获得用户眼睛注视点位置，进而完成图像采集装置的自动对焦，其对焦准确率高、速度快；
本发明实施例的注视点检测装置采用电子焦距可调透镜帮助眼底图像采集模块获取用户眼底的清晰图像，使得所述注视点检测装置的结构紧凑、体积小，更适合用于可穿戴近眼设备上，使得图像采集系统的使用更加方便；
本发明实施例的注视点检测装置通过拍摄用户眼底自身的图像或者像用户眼底投射光斑图案来获取用户眼睛的注视点相对于用户的距离，使得检测的准确度更好；
本发明实施例的系统可以包括多个协同对焦的图像采集装置，帮助用户获得自己想要的图像。
附图说明
图1为本发明实施例的一种图像采集系统的结构示意框图；
图2为本发明实施例的一种图像采集系统的应用场景示意图；
图3为本发明实施例的另一种图像采集系统的应用场景示意图；
图4a为本发明实施例的一种图像采集系统的注视点检测装置的结构框图；
图4b为本发明实施例的一种图像采集系统的注视点检测装置使用的光斑图案示意图；
图4c为本发明实施例的一种图像采集系统的注视点检测装置拍摄到的具有光斑图案的眼底图像示意图；
图5a为本发明实施例的一种图像采集系统的注视点检测装置眼睛成像的光路示意图；
图5b为本发明实施例的一种图像采集系统的注视点检测装置根据系统已知成像参数得到眼睛注视点相对于用户的距离的示意图；
图6为本发明实施例的一种图像采集系统的注视点检测装置应用在眼镜上的示意图；
图7为本发明实施例的另一种图像采集系统的注视点检测装置应用在眼镜上的示意图；
图8为本发明实施例的一种图像采集方法的步骤流程图。
具体实施方式
本发明的方法及装置结合附图及实施例详细说明如下。
如图1所示，本发明实施例提供了一种图像采集系统100，包括：
注视点检测装置110，用于检测用户当前的注视点相对于用户的位置；
图像采集装置120，用于根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像；
其中，所述注视点检测装置110包括：
眼底图像采集模块111，用于采集用户眼底的图像；
可调透镜模块112，用于进行所述眼底图像采集模块111与眼睛之间光路的成像参数的调节，以使得所述眼底图像采集模块111得到最清晰的图像；
图像处理模块113，用于对所述眼底图像采集模块111得到的图像进行处理，获得得到所述最清晰图像时所述眼底图像采集模块111与眼睛之间光路的成像参数以及眼睛的光轴方向，并计算用户当前的注视点相对于用户的位置（如相对于用户眼睛的位置）。
本发明通过所述注视点检测装置110得到用户当前眼睛的光轴方向和注视点到眼睛的距离，进而可以计算得到用户当前注视点相对于用户的位置，然后根据该注视点位置进行图像采集的对焦，使得图像采集系统100能够快速准确地对用户感兴趣的对象进行对焦和图像采集，提高用户体验。
如图2所示，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述系统还包括可穿戴近眼设备210，所述注视点检测装置（图2中未示出）设置在所述可穿戴近眼设备210上。在本发明实施方式中，所述可穿戴近眼设备可以为眼镜（包括框架眼镜、隐形眼镜、护目镜等）等易携带、使用方便的装置。尤其对于本来就有屈光不正等眼睛问题，需要佩戴如屈光矫正眼镜的用户来说，本发明的系统可以直接在所述屈光矫正眼镜上实现，不会给用户带来额外的负担。本发明实施例的其它可能的实施方式中，所述系统还可以包括例如：头盔目镜、驾驶前挡风玻璃等与用户的眼睛配合使用的其它光学设备，所述注视点装置也可以设置在这些光学设备上。当然，本领域的技术人员可以知道，所述注视点检测装置本身也可以形成为一可穿戴近眼设备，而不必须要依附在其它设备上。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像采集装置（图2中未示出）也设置在所述可穿戴近眼设备210上。
优选地，可以对所述图像采集装置进行参数校准，使得所述用户眼睛当前的注视点相对于用户的位置基本可以看成所述注视点相对于所述图像采集装置的位置，此时，不需要调整所述图像采集装置的拍摄角度，并且也不需要额外计算所述注视点相对于所述图像采集装置的距离，就可以直接根据所述注视点位置调整图像采集装置的对焦，获得用户需要的图像。
在本发明实施例的其它可能的实施方式中，所述图像采集装置可以不设置在所述可穿戴近眼设备210上，例如，所述图像采集装置可以是设置在用户的其它可穿戴设备（例如智能手表）上；或者也可以为设置在用户的手持设备（例如手机、平板电脑等具有图像采集模块的设备）等；或者所述图像采集装置为照相机、摄像机等专用于图像采集的设备；或者也可以固定设置在场景中的监控设备（如监控摄像头等）。
此时，在本实施方式中，所述图像采集装置包括：
对焦模块，用于根据所述图像采集装置当前的位置信息和运动姿态信息、用户当前的位置信息和运动姿态信息以及所述注视点相对于用户的位置调整所述图像采集装置的对焦点位置。在本实施方式中通过获取所述图像采集装置的位置信息（包括所述图像采集装置在场景中的位置信息或相对于用户的位置信息）以及运动姿态信息（包括拍摄光轴方向等姿态信息），再根据所述注视点相对于用户的位置信息计算得到所述注视点相对于所述图像采集装置的位置信息后进行对焦和图像采集。
在本实施方式中，所述系统还包括：
用户位置信息获取装置，用于获取用户当前的位置信息。
用户运动姿态信息获取装置，用于获取用户当前的运动姿态信息。
采集装置位置信息获取装置，用于获取各图像采集装置当前的位置信息。
采集装置运动姿态信息获取装置，用于获取各图像采集装置当前的运动姿态信息。
其中：
在一种可能的实施方式中，所述用户位置信息获取装置可以是：定位模块，通过室外或室内的定位模块采集用户当前的位置信息。在另一种可能的实施方式中，所述用户位置信息获取装置还可以是通信模块，用于接收外部传送的用户当前的位置信息。
在一种可能的实施方式中，所述用户运动姿态信息获取装置可以是：运动姿态信息传感模块，用于采集用户的运动姿态信息，所述用户的运动姿态信息包括用户当前的面部朝向等。在另一种可能的实施方式中，所述用户运动姿态信息获取装置还可以是通信模块，用于接收外部传送的用户的运动姿态信息。
在一种可能的实施方式中，所述采集装置位置信息获取装置可以为上面所述定位模块或通信模块，通过采集或接收的方式来获取图像采集装置的位置信息；或者，对于固定在特定位置的监视设备（如监控摄像头）来说，由于其位置是固定的，因此通过预先将所述图像采集装置的位置信息存储在本地存储设备上，所述采集装置位置信息获取装置通过从所述本地存储设备上读取的方式获取所述图像采集装置的位置信息。
在一种可能的实施方式中，所述采集装置运动姿态信息获取装置可以是：运动姿态信息传感模块，用于采集图像采集装置的运动姿态信息，所述图像采集装置的运动姿态信息包括图像采集装置当前的光轴方向等。在另一种可能的实施方式中，所述图像采集装置运动姿态信息获取装置还可以是通信模块，用于接收外部传送的图像采集装置的运动姿态信息。此外，在其它可能的实施方式中，所述图像采集装置的可能是固定不动，其运动姿态无法调整，此时所述图像采集装置的运动姿态信息还有可能是从本地存储设备上读取的。
如图3所示，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述系统包括多个图像采集装置310。该多个图像采集装置310可能包括多种形式的图像采集装置，例如包括与所述注视点检测装置一起设置在可穿戴近眼设备210上的图像采集装置、手机等便携智能设备上的图像采集装置、用户设置在需要位置的照相机、摄像机等、固定设置在场景中的监控设备等中的一种或多种。
一般情况下，所述多个图像采集装置310位置上分开布置，以便可以从多个角度协同对用户注视对象进行图像采集。
此时，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述系统还包括：
关联装置，用于选择至少一个图像采集装置310与所述注视点检测装置进行关联；
所述图像采集装置310，在与所述注视点检测装置关联时，根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像。
在本实施方式中，所述关联装置可以是根据外部指令（例如用户发出的指令）来选择图像采集装置310与所述注视点检测装置进行关联或关联解除；也可以是自动进行所述关联或关联解除操作，例如自动检测场景内的图像采集装置310，检测到则自动关联上，或者还可以为自动判断场景内的图像采集装置310是否满足设定的关联条件（例如可以根据所述图像采集装置310的位置和/或性能来设定所述关联条件），如果满足则自动关联该图像采集装置310等等。
如图4a所示，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述注视点检测装置500包括上面实施例所述的眼底图像采集模块510、可调透镜模块520以及图像处理模块530。
本发明实施例的注视点检测装置500通过对眼睛眼底的图像进行分析处理，得到所述眼底图像采集模块获得最清晰图像时眼睛的光学参数以及从眼睛到所述眼底图像采集模块之间光路的成像参数，就可以计算得到眼睛当前的注视点位置，为进一步实现眼睛自适应操作提供基础。
这里的“眼底”呈现的图像主要为在视网膜上呈现的图像，其可以为眼底自身的图像，或者可以为投射到眼底的其它物体的图像（例如下面所说的光斑图案）。这里的眼睛可以为人眼，也可以为其它动物的眼睛。
本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述眼底图像采集模块510为微型摄像头，在本发明实施例的另一种可能的实施方式中，所述眼底图像采集模块510还可以直接使用感光成像器件，如CCD或CMOS等器件。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述可调透镜模块520位于眼睛与所述眼底图像采集模块510之间的光路上，自身焦距可调和/或在光路中的位置可调。通过该可调透镜模块520，使得从眼睛到所述眼底图像采集模块510之间的光学系统的等效焦距可调，通过可调透镜模块520的调节，使得所述眼底图像采集模块510在可调透镜模块520的某一个位置或状态时获得眼底最清晰的图像。在本实施方式中，所述可调透镜模块520在检测过程中连续实时的调节。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述可调透镜模块520为：焦距可调透镜，用于通过调节自身的折射率和/或形状完成自身焦距的调整。具体为：1）通过调节焦距可调透镜的至少一面的曲率来调节焦距，例如在双层透明层构成的空腔中增加或减少液体介质来调节焦距可调透镜的曲率；2）通过改变焦距可调透镜的折射率来调节焦距，例如焦距可调透镜中填充有特定液晶介质，通过调节液晶介质对应电极的电压来调整液晶介质的排列方式，从而改变焦距可调透镜的折射率。
本发明实施例采用所述焦距可调透镜作为可调透镜模块520，与公开号为US7298414B2的美国专利中移动透镜和/或图像传感器的位置来获得眼睛反射的图像相比，本发明实施例的注视点检测装置500结构更加小巧紧凑，适合应用于可穿戴设备上。
在本发明实施例的另一种可能的实施方式中，所述可调透镜模块520包括：多片透镜构成的透镜组，用于调节透镜组中透镜之间的相对位置完成透镜组自身焦距的调整。所述透镜组中也可以包括自身焦距等成像参数可调的透镜。
除了上述两种通过调节可调透镜模块520自身的特性来改变系统的光路参数以外，还可以通过调节所述可调透镜模块520在光路上的位置来改变系统的光路参数。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，为了不影响用户对观察对象的观看体验，并且为了使得模块可以便携应用在穿戴式设备上，所述注视点检测装置500还包括：分光模块550，用于形成眼睛和观察对象之间、以及眼睛和眼底图像采集模块510之间的光传递路径。这样可以对光路进行折叠，减小模块的体积，同时尽可能不影响用户的其它视觉体验。
优选地，在本实施方式中，所述分光模块550包括：第一分光单元，位于眼睛和观察对象之间，用于透射观察对象到眼睛的光，传递眼睛到眼底图像采集模块的光。
所述第一分光单元可以为分光镜、分光光波导（包括光纤）或其它适合的分光设备。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述模块的图像处理模块530包括光路校准模块，用于对系统的光路进行校准，例如进行光路光轴的对齐校准等，以保证测量的精度。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理模块530包括：
图像分析单元531，用于对所述眼底图像采集模块得到的图像进行分析，找到最清晰的图像；
参数计算单元532，用于根据所述最清晰的图像、以及得到所述最清晰图像时模块已知的成像参数计算眼睛的光学参数和眼睛注视点相对于用户的位置。
在本实施方式中，通过可调透镜模块520使得所述眼底图像采集模块510可以得到最清晰的图像，但是需要通过所述图像分析单元531来找到该最清晰的图像，此时根据所述最清晰的图像以及模块已知的光路参数就可以通过计算得到眼睛的光学参数。这里眼睛的光学参数可以包括眼睛的光轴方向。
在本发明实施例的一种可能的实施方式中，优选地，所述注视点检测装置500还包括：投射模块540，用于向眼底投射光斑。在一个可能的实施方式中，可以通过微型投影仪来视线该投射模块的功能。
这里投射的光斑可以没有特定图案仅用于照亮眼底。
在在本发明实施例优选的一种实施方式中，所述投射的光斑包括特征丰富的图案。图案的特征丰富可以便于检测，提高检测精度。如图4b所示为一个光斑图案550的示例图，该图案可以由光斑图案生成器形成，例如毛玻璃；图4c所示为在有光斑图案550投射时拍摄到的眼底的图像。
为了不影响眼睛的正常观看，优选的，所述光斑为眼睛不可见的红外光斑。
此时，为了减小其它光谱的干扰：
所述投射模块540的出射面可以设置有眼睛不可见光透射滤镜。
所述眼底图像采集模块510的入射面设置有眼睛不可见光透射滤镜。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理模块530还包括：
投射控制单元534，用于根据图像分析单元得到的结果，控制所述投射模块的投射光斑亮度。
例如所述投射控制单元534可以根据眼底图像采集模块510得到的图像的特性自适应调整亮度。这里图像的特性包括图像特征的反差以及纹理特征等。
这里，控制所述投射模块的投射光斑亮度的一种特殊的情况为打开或关闭投射模块，例如用户持续注视一点时可以周期性关闭所述投射模块；用户眼底足够明亮时可以关闭发光源只利用眼底信息来检测眼睛当前视线注视点到眼睛的距离。
此外，所述投射控制单元534还可以根据环境光来控制投射模块的投射光斑亮度。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理模块530还包括：图像校准单元533，用于进行眼底图像的校准，获得至少一个与眼底呈现的图像对应的基准图像。
所述图像分析单元531将眼底图像采集模块530得到的图像与所述基准图像进行对比计算，获得所述最清晰的图像。这里，所述最清晰的图像可以为获得的与所述基准图像差异最小的图像。在本实施方式中，通过现有的图像处理算法计算当前获得的图像与基准图像的差异，例如使用经典的相位差值自动对焦算法。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述参数计算单元532包括：
眼睛光轴方向确定子单元5321，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛的特征得到眼睛光轴方向。
这里眼睛的特征可以是从所述最清晰图像上获取的，或者也可以是另外获取的。眼睛光轴方向表示眼睛视线注视的方向。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述眼睛光轴方向确定子单元5321包括：第一确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼底的特征得到眼睛光轴方向。与通过瞳孔和眼球表面的特征得到眼睛光轴方向相比，通过眼底的特征来确定眼睛光轴方向精确度更高。
在向眼底投射光斑图案时，光斑图案的大小有可能大于眼底可视区域或小于眼底可视区域，其中：
当光斑图案的面积小于等于眼底可视区域时，可以利用经典特征点匹配算法（例如尺度不变特征转换（Scale Invariant FeatureTransform，SIFT）算法）通过检测图像上的光斑图案相对于眼底位置来确定眼睛光轴方向；
当光斑图案的面积大于等于眼底可视区域时，可以通过得到的图像上的光斑图案相对于原光斑图案（通过图像校准单元获得）的位置来确定眼睛光轴方向确定用户视线方向。
在本发明实施例的另一种可能的实施方式中，所述眼睛光轴方向确定子单元5321包括：第二确定子单元，用于根据得到所述最清晰图像时眼睛瞳孔的特征得到眼睛光轴方向。这里眼睛瞳孔的特征可以是从所述最清晰图像上获取的，也可以是另外获取的。通过眼睛瞳孔特征得到眼睛光轴方向为已有技术，此处不再赘述。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述图像处理模块530还包括：眼睛光轴方向校准单元535，用于进行眼睛光轴方向的校准，以便更精确的进行上述眼睛光轴方向的确定。
在本实施方式中，所述模块已知的成像参数包括固定的成像参数和实时成像参数，其中实时成像参数为获取最清晰图像时所述可调透镜单元的参数信息，该参数信息可以在获取所述最清晰图像时实时记录得到。
在得到眼睛到眼底图像采集模块之间光路系统已知的成像参数之后，就可以计算得到眼睛注视点到眼睛的距离，具体为：
图5a所示为眼睛成像示意图，结合经典光学理论中的透镜成像公式，由图5a可以得到公式(1)：
1 d o + 1 d e = 1 f e - - - ( 1 )
其中do和de分别为眼睛当前观察对象5010和视网膜上的实像5020到眼睛等效透镜5030的距离，fe为眼睛等效透镜5030的等效焦距，X为眼睛的光轴方向（即视线的光轴）。
图5b所示为根据模块已知光学参数和眼睛的光学参数得到眼睛注视点到眼睛的距离的示意图，图5b中光斑5040通过可调透镜模块520会成一个虚像（图5b中未示出），假设该虚像距离透镜距离为x（图5b中未示出），结合公式(1)可以得到如下方程组：
1 d p - 1 x = 1 f p 1 d i + x + 1 d e = 1 f e - - - ( 2 )
其中dp为光斑5040到可调透镜模块520的光学等效距离，di为可调透镜模块520到眼睛等效透镜5030的光学等效距离，fp为可调透镜模块520的焦距值，di为所述眼睛等效透镜5030到可调透镜模块520的距离。
由(1)和(2)可以得出当前观察对象5010（眼睛注视点）到眼睛等效透镜5030的距离do如公式(3)所示：
d o = d i + d p · f p f p - d p - - - ( 3 )
根据上述计算得到的观察对象5010到眼睛的距离，又由于之前的记载可以得到眼睛光轴方向，则可以轻易得到眼睛的注视点相对用户的位置信息，为后续与眼睛相关的进一步交互提供了基础。
如图6所示为本发明实施例的一种可能的实施方式的注视点检测装置600应用在眼镜400上的实施例，其包括图4a所示实施方式的记载的内容，具体为：由图6可以看出，在本实施方式中，在眼镜400右侧（不局限于此）集成了本实施方式的注视点检测装置600，其包括：
微型摄像头610，其作用与图4a实施方式中记载的眼底图像采集模块相同，为了不影响用户正常观看对象的视线，其被设置于眼睛200右外侧；
第一分光镜620，其作用与图4a实施方式中记载的第一分光单元相同，以一定倾角设置于眼睛200注视方向和摄像头610入射方向的交点处，透射观察对象进入眼睛200的光以及反射眼睛到摄像头610的光；
焦距可调透镜630，其作用与图4a实施方式中记载的焦距可调透镜相同，位于所述第一分光镜620和摄像头610之间，实时进行焦距值的调整，使得在某个焦距值时，所述摄像头610能够拍到眼底最清晰的图像。
在本实施方式中，所述图像处理模块在图6中未表示出，其功能与图4a所示的图像处理模块相同。
由于一般情况下，眼底的亮度不够，因此，最好对眼底进行照明，在本实施方式中，通过一个发光源640来对眼底进行照明。为了不影响用户的体验，这里优选的发光源640为眼睛不可见光，进一步的，优选对眼睛200影响不大并且摄像头610又比较敏感的近红外光发光源。
在本实施方式中，所述发光源640位于右侧的眼镜架外侧，因此需要通过一个第二分光镜650与所述第一分光镜620一起完成所述发光源640发出的光到眼底的传递。本实施方式中，所述第二分光镜650又位于摄像头610的入射面之前，因此其还需要透射眼底到摄像头610的光。
可以看出，在本实施方式中，为了提高用户体验和提高摄像头610的采集清晰度，所述第一分光镜620优选地可以具有对红外反射率高、对可见光透射率高的特性。例如可以在第一分光镜620朝向眼睛200的一侧设置红外反射膜实现上述特性。
由图6可以看出，由于在本实施方式中，所述眼睛注视点检测装置600位于眼镜400的镜片远离眼睛200的一侧，因此进行眼睛光学参数进行计算时，可以将镜片也看成是眼睛200的一部分，此时不需要知道镜片的光学特性。
在本发明实施例的其它实施方式中，所述眼睛注视点检测装置600可能位于眼镜400的镜片靠近眼睛200的一侧，此时，需要预先得到镜片的光学特性参数，并在计算注视点到用户眼睛的距离时，考虑镜片的影响因素。
发光源发出的光通过第二分光镜650的反射、焦距可调透镜630的透射、以及第一分光镜620的反射后再透过眼镜400的镜片进入用户眼睛，并最终到达眼底的视网膜上；摄像头610经过所述第一分光镜620、焦距可调透镜630以及第二分光镜650构成的光路透过眼睛200的瞳孔拍摄到眼底的图像。
如图7所示为本发明实施例的另一种实施方式注视点检测装置700的结构示意图。由图7可以看出，本实施方式与图6所示的实施方式相似，包括微型摄像头710、第二分光镜720、焦距可调透镜730，不同之处在于，在本实施方式中的投射模块740为投射光斑图案的投射模块740，并且通过一个曲面分光镜750作为曲面分光模块取代了图6实施方式中的第一分光镜。
这里采用了曲面分光镜750分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到所述眼底图像采集模块。这样摄像头可以拍摄到眼球各个角度混合叠加的成像，但由于只有通过瞳孔的眼底部分能够在摄像头上清晰成像，其它部分会失焦而无法清晰成像，因而不会对眼底部分的成像构成严重干扰，眼底部分的特征仍然可以检测出来。因此，与图6所示的实施方式相比，本实施方式可以在眼睛注视不同方向时都能很好的得到眼底的图像，使得本实施方式的眼睛注视点检测装置适用范围更广，检测精度更高。
本发明实施例的一种可能的实施例中以图像采集系统仅具有一个图像采集装置来进一步说明本发明实施例：
在本实施例中，所述注视点检测装置设置在眼镜设备上，并且所述图像采集装置也设置在所述眼镜设备上，此时可以认为所述图像采集装置采集到的图像基本为用户看到的图像。
根据图4a至图7的实施例中所述的实现方式，通过所述注视点检测装置实时得到用户的注视点相对于用户的位置信息，及注视点相对于用户的方向及距离；
根据所述注视点相对于用户的距离，调整所述图像采集装置的焦距等参数；并且在所述图像采集装置的参数调整成功后，直接触发快门进行图像的采集。或者在其它实施例中，通过外部指令来触发所述图像采集装置图像的采集，例如通过用户的眨眼传达该触发指令。
本发明实施例的另一种可能的实施例以图像采集系统具有多个分开布置的图像采集装置（如图3所示的图像采集系统）来进一步说明本发明的实施例：
在本实施例中，所述图像采集系统除了注视点检测装置以及图像采集装置以外，还包括关联装置。在本实施例中还是以所述注视点检测装置设置在眼镜设备上为例，并且所述关联装置也设置在所述眼镜设备上，这里的眼镜设备可以为智能眼镜设备。
通过所述关联装置，同时或依次选择多个图像采集装置与所述注视点检测装置进行关联。例如通过眨眼等动作指令，关联某个图像采集装置，所述智能眼镜设备可能会有显示界面或者声音提示，以提示用户已经关联了某一个或多个图像采集装置；
在通过所述注视点检测装置获得了用户当前注视点相对于用户的位置后，各已关联的图像采集装置根据自身的位置及运动姿态信息、用户当前的位置及运动姿态信息计算出自身的参数调节值，例如：拍摄角度的调节值、对焦参数的调节值等，并根据这些参数调节值对注视点对应的对象进行对焦（在此过程中，可以将所述图像采集装置的工作状态，如“正在计算”、“正在对焦”、“对焦成功”等工作状态反馈给智能眼镜设备并进而传达给用户）；
所述图像采集装置对焦成功后可以自动进行图像采集，或者用户在所述图像采集装置对焦成功后，发出图像采集触发指令（例如可以通过所述智能眼镜设备发出所述指令），控制所述图像采集装置进行图像采集；
由所述图像采集装置获得的图像（包括图片或视频）可以通过所述智能眼镜设备展示给用户，供其进行进一步的操作（如编辑或选择）；
用户再次发出指令给所述关联装置，解除与所述图像采集装置的关联。
如图8所示，本发明实施例还提供了一种图像采集方法，包括：
S110：注视点检测步骤，检测用户当前的注视点相对于用户的位置；
S120：图像采集步骤，根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像；
其中，所述S110注视点检测步骤包括：
眼底图像采集步骤，采集用户眼底的图像；
成像参数调节步骤，进行眼底图像采集位置与眼睛之间光路的成像参数的调节，以采集到最清晰的图像；
图像处理步骤，对所述采集到的图像进行处理，获得得到所述最清晰图像时所述眼底图像采集位置与眼睛之间光路的成像参数以及眼睛的光轴方向，并计算用户当前的注视点相对于用户的位置。
本发明通过所述注视点检测步骤得到用户当前眼睛的光轴方向和注视点到眼睛的距离，进而可以计算得到用户当前注视点相对于用户的位置，然后根据该注视点位置进行图像采集的对焦，使得图像采集步骤能够快速准确地对用户感兴趣的对象进行对焦和图像采集，提高用户体验。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述成像参数调节步骤包括：
调节位于眼睛与眼底图像采集位置之间光路上的可调透镜模块的焦距。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述注视点检测步骤还包括：
分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到所述眼底图像采集位置。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述注视点检测步骤还包括：
向眼底投射光斑图案。
所述注视点检测步骤的具体实现方式可以参照图4a至图7所示的注视点检测步骤中的相应描述，本实施例不再赘述。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，为了可以在多个角度对用户注视的对象进行协同对焦，所述图像采集步骤包括：通过多个图像采集装置进行所述对焦并采集图像。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述多个图像采集装置位置上分开布置。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，当图像采集装置与用户不在同一位置时，所述图像采集步骤包括：
根据所述图像采集装置和用户当前的位置信息和运动姿态信息以及所述注视点相对于用户的位置调整所述图像采集装置的对焦点位置。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取用户当前的位置信息。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取用户当前的运动姿态信息。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取各图像采集装置的位置信息。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括：获取各图像采集装置的运动姿态信息。
优选地，在本发明实施例的一种可能的实施方式中，所述方法还包括：
关联步骤，选择至少一个图像采集装置与所述注视点检测步骤的检测结果进行关联；
在所述图像采集步骤中，在所述图像采集装置与所述注视点检测步骤的检测结果关联时，通过该图像采集装置根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像。
上述各步骤的实施方式与上述装置实施例中对应模块或单元的功能的描述相同，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (27)

1.一种图像采集系统，其特征在于，包括：
注视点检测装置，用于检测用户当前的注视点相对于用户的位置；
图像采集装置，用于根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像；
其中，所述注视点检测装置包括：
眼底图像采集模块，用于采集用户眼底的图像；
可调透镜模块，用于进行所述眼底图像采集模块与眼睛之间光路的成像参数的调节，以使得所述眼底图像采集模块得到最清晰的图像；
图像处理模块，用于对所述眼底图像采集模块得到的图像进行处理，获得得到所述最清晰图像时所述眼底图像采集模块与眼睛之间光路的成像参数以及眼睛的光轴方向，并计算用户当前的注视点相对于用户的位置。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述可调透镜模块的焦距可调。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述注视点检测装置还包括：
曲面分光模块，用于分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到所述眼底图像采集模块。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述注视点检测装置还包括：
投射模块，用于向眼底投射光斑图案。
5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括可穿戴近眼设备，所述注视点检测装置设置在所述可穿戴近眼设备上。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置设置在所述可穿戴近眼设备上。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述可穿戴近眼设备为眼镜。
8.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括多个图像采集装置。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述多个图像采集装置位置上分开布置。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置包括：
对焦模块，用于根据所述图像采集装置当前的位置信息和运动姿态信息、用户当前的位置信息和运动姿态信息以及所述注视点相对于用户的位置调整所述图像采集装置的对焦点位置。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：用户位置信息获取装置，用于获取用户当前的位置信息。
12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：用户运动姿态信息获取装置，用于获取用户当前的运动姿态信息。
13.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：采集装置位置信息获取装置，用于获取各图像采集装置当前的位置信息。
14.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：采集装置运动姿态信息获取装置，用于获取各图像采集装置当前的运动姿态信息。
15.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
关联装置，用于选择至少一个图像采集装置与所述注视点检测装置进行关联；
所述图像采集装置，在与所述注视点检测装置关联时，根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像。
16.一种图像采集方法，其特征在于，包括：
注视点检测步骤，检测用户当前的注视点相对于用户的位置；
图像采集步骤，根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像；
其中，所述注视点检测步骤包括：
眼底图像采集步骤，采集用户眼底的图像；
成像参数调节步骤，进行眼底图像采集位置与眼睛之间光路的成像参数的调节，以采集到最清晰的图像；
图像处理步骤，对所述采集到的图像进行处理，获得得到所述最清晰图像时所述眼底图像采集位置与眼睛之间光路的成像参数以及眼睛的光轴方向，并计算用户当前的注视点相对于用户的位置。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述成像参数调节步骤包括：
调节位于眼睛与眼底图像采集位置之间光路上的可调透镜模块的焦距。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述注视点检测步骤还包括：
分别对应眼睛光轴方向不同时瞳孔的位置，将眼底呈现的图像传递到所述眼底图像采集位置。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述注视点检测步骤还包括：
向眼底投射光斑图案。
20.如权利要求16至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像采集步骤包括：通过多个图像采集装置进行所述对焦并采集图像。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述多个图像采集装置位置上分开布置。
22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述图像采集步骤包括：
根据所述图像采集装置当前的位置信息和运动姿态信息、用户当前的位置信息和运动姿态信息以及所述注视点相对于用户的位置调整所述图像采集装置的对焦点位置。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取用户当前的位置信息。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取用户当前的运动姿态信息。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取各图像采集装置的位置信息。
26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取各图像采集装置的运动姿态信息。
27.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
关联步骤，将所使注视点检测步骤的检测结果关联至至少一个图像采集装置；
在所述图像采集步骤中，在所述图像采集装置与所述注视点检测步骤的检测结果关联时，通过该图像采集装置根据所述注视点相对于用户的位置进行对焦并采集图像。
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