CN104769487A - 安装于面部的极端环境热传感器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于显示热成像数据的系统，其具有：无需用手操作的热成像相机；透明显示器，直接连接到所述热成像相机；安装于头部的镜片；所述显示器被集成到用户的至少一只眼睛前面的安装于头部的镜片中。

Description

安装于面部的极端环境热传感器系统

相关申请

本申请要求2012年9月12日提交的美国第61/700070号临时申请的权益。该申请在此通过引用将其全部内容作为参考并入本文。

技术领域

本发明涉及传感器，并且具体地涉及一种在极端环境中使用的安装于头部的传感器。

背景技术

许多热传感器系统公知用于各种消防、军事和工业目的。通常这些系统是手持的，妨碍用户，或受到其它缺陷影响，包括：允许烟雾、颗粒和碎片存在于用户的眼睛和传感器单元显示器之间；缺乏视差校正；申请人的视觉的部分妨碍。因此需要的技术是，能提供一种改进的轻质、低成本、无需用手操作的系统，或通过烟雾和极为严酷的、高温的环境提供实时的热信息。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种用于显示热成像数据的系统，该系统包括：热成像相机；直接连接到热成像相机的透明显示器；安装于头部的镜片；所述显示器在用户的至少一只眼睛的前面被集成到安装于头部的镜片中。

本发明的另一个实施例提供这样一种系统，其中所述热成像相机设置在镜片中心。

本发明的进一步实施例提供这样一种系统，其中所述显示器仅设置在一只眼睛前面。

本发明的又一个实施例提供这样一种系统，其中热成像相机设置在显示器的外侧。

本发明的再一个实施例提供这样一种系统，还包括镜片内的至少一个开窗，显示器可设置于开窗内。

本发明的又一个实施例提供这样一种系统，其中所述显示器封在镜片上，闭合开窗。

本发明的又一个实施例提供这样一种系统，进一步包括镜片插入件，由此可以改变显示器在开窗内的位置。

本发明的另一个实施例提供这样一种系统，其中热成像相机是红外传感器。

本发明的更进一步实施例提供这样一种系统，其中所述显示器设置在用眼用户的两只眼睛的前面。

本发明的又一个实施例提供这样一种系统，其中所述镜片被构造为保护显示器买免受恶劣环境条件影响。

本发明的再一个实施例提供这样一种系统，其中所述系统专门安装于头部。

本发明的又一个实施例提供这样一种系统，其中所述系统是无需用手操作的。

本发明的更进一步实施例提供这样一种系统，其中所述安装于头部的镜片被密封到用户的面部。

本发明的另一个实施例提供这样一种系统，其中透明显示器的亮度可以由用户在操作时控制。

本发明的更进一步实施例提供这样一种系统，其中由透明显示器显示的图像由用户通过在水平轴或垂直轴上使像素移位而进行垂直/水平移动以使图像与用户的眼睛对齐。

本发明的又一个实施例提供这样一种系统，进一步包括存储设备，用于记录并存储来自系统的视频。

本发明的还更进一步实施例提供这样一种系统，其中所述透明显示器显示传送给用户的消息。

本发明的一个实施例提供这样一种系统，其中视频被实时传送给外部观察者。

本发明的另一个实施例提供这样一种系统，其中所述透明显示器的不透明度是可由用户调整的。

本文中所描述的特点和优点并没有包括所有的，尤其是，许多附加的特征和优点在本领域普通技术人员考虑到附图、说明书和权利要求书时是显而易见的。此外，应该指出的是，在本说明书中使用的术语的选择主要是用于可读性和指导性的目的，而不是为了限制本发明主题的范围。

附图说明

图1为正视图，示出了用户头部上根据本发明的一个实施例构造的集成了热传感器的护目镜。

图2为正视图，示出了用户头部上根据本发明的一个实施例构造的集成了热传感器的面罩。

图3为前视立体图，示出了根据本发明的一个实施例构造的集成了热传感器的护目镜。

图4为内侧立体图，示出了根据本发明的一个实施例构造的集成了热传感器的护目镜，其中示出了合成的热/可见光图像。

图5A为测试位置的可见光图像。

图5B为以灰度方式呈现给用户的测试位置的热像。

图5C为以彩色增强方式呈现给用户的测试位置的热像。

图6为前视图，示出了根据本发明一个实施例构造的集成了热传感器的面罩。

图7A为以单色图像方式呈现给用户的测试位置的热像。

图7B为以RGB彩色图转换方式呈现给用户的测试位置的热像。

图7C为以彩色图1方式呈现给用户的测试位置的热像。

图7D为以彩色图2方式呈现给用户的测试位置的热像。

图7E为以彩色图3方式呈现给用户的测试位置的热像。

图7F为以彩色图4方式呈现给用户的测试位置的热像。

图8A为前视立体图，示出了根据本发明一个实施例构造的具有用于集成热传感器的未使用的孔的面罩。

图8B为前视立体图，示出了根据本发明一个实施例构造的具有其中设置有集成热传感器的孔的面罩。

图9A为前视立体分解图，示出了根据本发明一个实施例构造的具有用于集成热传感器的孔和插入件的护目镜。

图9B为正视图，示出了根据本发明一个实施例构造的具有用于集成热传感器的孔和插入件的护目镜。

图10A为前视立体分解图，示出了根据本发明一个实施例构造的具有用于集成热传感器的孔和插入件的护目镜。

图10B为正视图，示出了根据本发明一个实施例构造的具有用于集成热传感器的孔和插入件的护目镜。

具体实施方式

本发明的一个实施例提供一种热传感器系统，其被集成到安装于面部的护目镜或罩。封装耐受极高温度和严酷环境。传感器数据实时传送到显示系统，该显示系统也被封装在同一护目镜中，该护目镜在一个实施例中用于封闭用户的脸。在一个实施例中，显示器是柔性的且覆盖两只眼睛，并且被构造成舒适地配合在脸上，而在另一些实施例中显示器可以被构造为仅覆盖用户的一只眼睛。护目镜可以构成较大面罩的一部分，该面罩可包括呼吸器装置或其它设备。在一个实施例中，数据还被无线地发送给位于远处的操作者，该操作者可以监视护目镜操作者所看到的活动。这种远程查看将有助于搜索和救援队观察到操作者所看到的景象，且如有必要帮助协调以及指导操作者的任务并纪录当前的事件。

参照图1～图4，可以理解的是，这种护目镜状红外线传感器是安装于面部并且能够无需用手操作。在这样的实施例中，传感器——在一个实施例中为热成像相机12——设置在靠近显示器14处，该显示器本身安装在用户头部并且设置在靠近用户眼睛中的至少一只眼睛处。本发明的一个实施例的显示器14是透明显示器，可使用户透过显示器14进行观看，同时，如图4所示，看到并且叠加IR图像16，仍允许用户看到可视图像。在一个实施例中，如图1所示，透视型显示器14可以设置成跨越双眼，而在替代的实施例中，例如图2所示，显示器14可设置成仅用于单只眼睛(单眼)。如图3所示，显示器14可以集成到面罩或护目镜22的镜片18上。在一些实施例中，有利的是，可以赋予显示器柔性，以使护目镜22更好地贴合用户的脸。传感器12在烟雾缭绕的环境中识别物体。传感器硬件12根据各种实施例可以集成到例如那些目前在军事和民用消防中使用的、安装于面部的护目镜/面具上。这样的护目镜或面具可以装备有通风装置20。如图1所示，相机12可以被安装于中心，或者如图2所示，安装到显示器14的外侧。在这两种构造中，保持相机12靠近显示器14可使视差失真最小化并改善用户的深度知觉。

参照图5A～图5C，示出了显示试验结果的照片。图5A为显示了可见光下看到的测试部位的照片。图5B为单色标准暗红热热成像设置下拍摄的照片。图5C为利用商业软件的默认的RGB转换下载的图像。

参照图6，根据本发明的一个实施例构造的系统。IR传感器系统12——在一个实施例中由BAE Systems以商标SkeetIR出售的并包含亮度控制的系统——安装于头部并固定到消防面罩22上。传感器12直接布线连接到透明显示器14，该显示器例如描述于美国第7,586,686号专利，其在此通过引用并入其全部内容。在这样的系统中，显示器14和传感器12安装在面罩上靠近用户的一只眼睛处。这样的结构中的显示器封在面罩或镜片18上，以防止特别是在镜片18和显示器14之间捕集烟、烟雾、微粒和碎屑。本领域的技术人员将理解的是，各种密封材料和技术包含在本发明中，包括但不限于垫圈、粘合密封剂。

参照图7A～图7F，示出了本发明装置的一种实施例的另一试验的结果的照片。如这些图所示，本发明的一个实施例允许图像以彩色和灰度方式显示给用户。

参照图8A和图8B，示出了另一种面罩，其被构造成当不需要IR传感器12时，允许在镜片18中以镜片插入件24取而代之，示出了不具有IR相机和具有IR相机两种情形。镜片插入件24可以被构造成，要么如图8A中在面罩中封闭未被相机和显示器占用的开口，要么适应靠近用户眼睛的成像系统的各种布置(包括相机12和显示器14两者)。这允许用户调整所述单元以适应不同用户的出瞳直径和面部尺寸。具有不同位置开窗26的插入件的实施例示于图9A、图9B、图10A和图10B。图9A和图10A示出了该实施例的立体分解图，图9B和10B示出了正视图。类似地，镜片18的两侧均可被构造成接收插入件。

在一个实施例中，该系统为用户提供了透过任何烟尘弥漫的环境的完整视力，因此它缩短了在严酷环境中的搜索和救援时间。一个实施例的系统被完全封闭到一个镜片中，该镜片可以完全封闭用户的面部，或封闭到另一个镜片中，例如消防面罩外侧配置的一组护目镜。本发明的一个实施例的透明的透视型显示器的使用允许在不使用时的完整视力。透视型显示器在使用时产生可见场景/热场景的融合图像。所显示的热场景的亮度设定在使用时可以降低/增加，以允许更多/更少的可见场景透过进入用户的眼睛，使用户能够调整系统的不透明度。可替换地，用户可以使用他们的手或图像背景上的夹或者给背景着色，以消除在使用时透过透视型显示器观看可见场景(即，如果外部真的很明亮，并且用户想要消除环境光，他们会希望这样做)。

通过这样一个实施例所显示的图像可以通过使像素左/右和/或上、下移位而进行垂直/水平移动以使图像与用户的眼睛对齐。这是为了消除视差的另一种方式。一个实施例的系统可以记录用户看到的视频，并且该视频可以保存在系统中，并且无线下载或传送。该系统可以无线方式接收数据，并在透明的透视型显示器上显示所接收到的信息。电源可以是可充电/可移动的电池。在可替代实施例中，系统不需要具有集成的电源，而是提供连接器从其它与系统连接的装置接受电力(即，该系统可以被连接到在消防中使用的氧气面罩，而连接至相机的电源可通过来自于面具装置的电缆来提供)。

用户可以聚焦热成像仪以适应宽范围的热场景的距离(即，用户可以进入硝烟弥漫的建筑物，并且需要往下看很长的走廊，或者确保他们可以导航穿过客厅清楚地看到就在他们面前的物体)。当使用单眼系统时，成像相机可以位于用户的眼睛的左侧、右侧、上方或下方。在一些实施例中，系统可以连接到其它传感器，以在透明的透视型显示器上显示附加信息(即，高光谱传感器、低可见光传感器、雷达传感器)。如果附加的传感器被连接到系统并且附加的数据被显示在透明的透视型显示器上，图像数据可以重叠，以消除所显示的图像数据之间的视差。

本发明的实施例的上述描述已经以说明和描述的目的得以呈现。它并非旨在对本发明进行详尽公开也并非旨在限制到所公开的精确形式。根据本公开能进行许多修改和变化。其意图是本发明的范围不受这些详细描述的限制，而是由所附的权利要求书限定。

Claims (19)

1.一种用于显示热成像数据的系统，该系统包括：

热成像相机；

透明显示器，直接连接到所述热成像相机；

安装于头部的镜片；所述显示器在用户的至少一只眼睛的前面被集成到所述安装于头部的镜片中。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热成像相机设置在所述镜片中心。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示器仅设置在一只眼睛前面。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热成像相机设置在所述显示器的外侧。

5.根据权利要求1所述的系统，还包括在所述镜片内的至少一个开窗，所述显示器可设置于所述开窗内。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述显示器封在所述镜片上，闭合所述开窗。

7.根据权利要求5所述的系统，进一步包括镜片插入件，由此能够改变所述显示器在所述开窗中的位置。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述热成像相机为红外传感器。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述显示器设置在用眼用户的两只眼睛的前面。

10.根据权利要求9所述的系统，其中，所述镜片被构造为保护所述显示器免受恶劣环境条件影响。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统专门安装于头部。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统是无需用手操作的。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述安装于头部的镜片被封闭到所述用户的面部。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透明显示器的亮度能够由用户在操作时控制。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，由所述透明显示器显示的图像由用户通过在水平轴或垂直轴上使像素移位而进行垂直/水平移动以使图像与所述用户的眼睛对齐。

16.根据权利要求1所述的系统，还包括存储设备，用于记录并存储来自所述系统的视频。

17.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透明显示器显示传送给用户的消息。

18.根据权利要求1所述的系统，其中，视频被实时传送给外部观察者。

19.根据权利要求1所述的系统，其中，所述透明显示器的不透明度是能由所述用户调整的。