CN109717538A - 一种智能型ar热成像消防头盔 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种智能型AR热成像消防头盔，包括头盔外壳体、红外热成像光学镜头、显像装置、光学投影装置以及防护罩，红外热成像光学镜头、显像装置、光学投影装置以及防护罩设置在头盔外壳体内，头盔外壳体、红外热成像光学镜头、显像装置、光学投影装置以及防护罩集成为一体。本发明具有新颖合理、结构简单实用、涉及技术成熟、易于工业化生产的优点，同时本发明所述的智能型AR热成像消防头盔能够为消防员提供一个智能可靠的搜救设备。

Description

一种智能型AR热成像消防头盔

技术领域

本发明涉及消防搜救领域，特别涉及将光机电集成技术运用到消防搜救领域的一种智能型AR热成像消防头盔。

背景技术

对于浓烟滚滚的火灾现场，或者光照条件很差的室内等视线严重受阻的救援消防行动中，怎样使消防员快速有效地了解现场情况，从而做出消防救援决策显得至关重要。红外热成像技术通过探测物体的热辐射，可以让消防员透过浓烟，或者在光线较暗的环境中观察到四周的辐射体，并能对该物体做出大致有效的判断。在先专利(CN201610215624)中，有涉及手持式的红外热成像仪，消防员必须先对准目标进行摄像，然后评估他们在显示屏上看到的图像信息；也有将热成像仪安装在消防头盔上的消防设备，但是这类热成像消防头盔仅仅是机械地将热成像仪与消防头盔结合而已，为了不挡住消防员视线，显示屏往往被安装在消防员视线的斜前方，也就是说消防员在行进中还需要调整视线才能看到红外热像仪拍摄到的视频图像。虽然调整视线只需要几秒钟的时间，但是不断地调整视线会干扰消防员的行动，在复杂的事故现场甚至会危害消防员的人身安全，对于消防员来说，这可能意味着生存或死亡。在先专利(CN108669695A)中，采用VR眼镜结合的消防头盔的确可以达到良好的视觉效果，消防员不必转移视线完全依赖热像仪观察周围环境。但消防事故现场毕竟复杂多变，仅仅依靠热成像仪不能满足消防员对现场环境进行准确判断的要求。事实上，热成像仪并不能完全准确地探测出实际环境，消防员还需要通过自己的双眼来进行最终的有效观察。

发明内容

本发明的目的提供一种智能型AR热成像消防头盔，通过AR技术自动识别判断热成像拍摄的画面，并将结果显示投影到半透半反的光学自由曲面屏，解决消防员视线受阻的问题，辅助消防员判断现场环境。

本发明提出一种智能型AR热成像消防头盔，包括头盔外壳体、红外热成像光学镜头、显像装置、光学投影装置以及防护罩，红外热成像光学镜头、显像装置、光学投影装置以及防护罩设置在头盔外壳体内，头盔外壳体、红外热成像光学镜头、显像装置、光学投影装置以及防护罩集成为一体。

其中，所述红外热成像光学镜头设置在头盔外壳体上半部分的前端，显像装置所在高度低于红外热成像光学镜头所在高度，置于头盔外壳体内部，所述光学投影装置位于消防员眼睛的前方，所述防护罩安装在头盔外壳体外部，光学投影装置之外。

其中，所述头盔外壳体的制作材料为抗高温性能优良并经阻燃处理的增强聚酰胺纤维材料。

其中，所述红外热成像光学镜头的光学口径为50㎜，焦距12㎜，光圈0.8，全视角为60°，工作波段为8μm-12μm。

进一步，所述红外热成像光学镜头采用菲涅尔结构的透镜。

其中，所述显像装置为一个电子模块，显像装置中包含热成像传感器、图像处理增强模块、图像识别标记模块以及LCD液晶显示屏，其中图像处理增强模块采用优化的红外热成像图像处理算法实现，图像识别标记模块采用网络人工神经算法对图像中的目标进行识别，并标记出识别目标的轮廓，给出识别目标的高度、宽度、温度信息，还有目标离消防员的直线距离。

进一步，所述热成像传感器采用的是像素数为640*480、像素大小为17μm的热成像传感器，LCD液晶显示屏采用的是4.3英寸的耐高温LCD液晶显示屏，LCD液晶显示屏用于图像显示。

进一步，所述红外热成像图像处理算法中包含红外图像的非均匀性校正、图像降噪、滤波、增强等图像处理算法，热成像传感器中加入了红外热成像中的人体识别和人脸识别算法，优先识别消防搜救现场的人员。

其中，所述光学投影装置为采用PC材料制成的板件，光学投影装置的前侧面与后侧面均为光学自由曲面，光学投影装置的工作原理是以显像装置中的图像为物，以消防员眼睛看到的图像为像，利用光学自由曲面来达到物像共轭关系。光学投影装置的前侧面和后侧面上均进行镀膜处理，具有半透半反的光学性能。消防员既能够看到显像装置投影在自由曲面上的热成像图像，也能够透过该曲面看到实际图案，两个不同来源的图像对应，帮助消防员更清楚的对现场情况进行观察。

其中，所述防护罩采用的是耐260℃高温聚合材料，防护罩的制作材料符合国家标准，有效保护面积为180㎜*380㎜，抗冲击，透光率为75％以上。

其中，所述智能型AR热成像消防头盔中还包括与头盔外壳体连接的护颈披肩、头盔缓冲层等部分。

本发明所述的智能型AR热成像消防头盔的优点为：结构合理，通过AR技术自动识别判断热成像拍摄的画面，并将结果显示投影到半透半反的光学自由曲面屏，辅助消防员判断现场环境。消防员透过该AR消防头盔既可以看到热成像仪的摄像画面，也可以看到热成像仪探测范围外的现场环境，从而融合信息，决定救援方案，给抢险救灾带来便利的同时不影响消防人员的安全保障。同时本发明中设计的技术成熟，便于工业化生产。

附图说明

图1为本发明的一种实施方式中智能型AR热成像消防头盔的主视图；

图2为本发明的一种实施方式中智能型AR热成像消防头盔的侧视图；

图3为本发明的一种实施方式中智能型AR热成像消防头盔的系统硬件框架图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明提出一种智能型AR热成像消防头盔，包括头盔外壳体1、红外热成像光学镜头2、显像装置3、光学投影装置4以及防护罩5，红外热成像光学镜头2设置在头盔外壳体1上半部分的前端，显像装置3所在高度低于红外热成像光学镜头2所在高度，置于头盔外壳体1内部，实际位置为消防员的额头前方偏上，满足显像装置3与消防员眼睛7的物像共轭关系，所述光学投影装置4位于消防员眼睛7的前方，满足其60°的全视场角要求，所述防护罩5安装在头盔外壳体1外部，光学投影装置4之外，可以上下伸缩，利用紧固螺钉和垫片固定在帽壳上，根据工作需要自由翻转，采用无色或浅色透明的工程塑料注塑制成，具有良好的透光率，可以防油污、耐高温，耐冲击，受到污染可以随时进行擦拭，用于保护消防员面部免受辐射热和飞溅物伤害的面部，同时防止消防现场的污染物影响到光学投影装置的成像，影响消防员的观察清晰度，头盔外壳体1、红外热成像光学镜头2、显像装置3、光学投影装置4以及防护罩5集成为一体。其中头盔外壳体1的制作材料为抗高温性能优良并经阻燃处理的增强聚酰胺纤维材料，经过高温燃烧后帽壳不会出现熔滴现象，更耐老化、强度更高、抗冲击性能更强，防尖锐物品冲击，可承受最大冲击力大于3400N，具有耐热、耐穿透、耐燃烧、反光、电绝缘性能(帽壳泄漏电流1.2mA)；红外热成像光学镜头2的光学口径为50㎜，焦距12㎜，光圈0.8，全视角为60°，工作波段为8μm-12μm，红外热成像光学镜头2采用菲涅尔结构的透镜，有助于提高系统视场，降低光学系统的成本，减轻系统的重量，提高热成像系统的成像质量。透镜材料使用的是锗，锗本身为金刚石结构，具有高折射率，硬度高，导热性好，不溶于水，在2um-12um波段的透过率高；所述显像装置3为一个电子模块，显像装置3中包含像素数为640*480、像素大小为17μm的热成像传感器、图像处理增强模块、图像识别标记模块以及4.3英寸的耐高温LCD液晶显示屏，其中图像处理增强模块采用优化的红外热成像图像处理算法实现，包含红外图像的非均匀性校正、图像降噪、滤波、增强等图像处理算法，图像识别标记模块采用网络人工神经算法对图像中的目标进行识别，并标记出识别目标的轮廓，给出识别目标的高度、宽度、温度信息，还有目标离消防员的直线距离，LCD液晶显示屏用于图像显示。热成像传感器中加入了红外热成像中的人体识别和人脸识别算法，优先识别消防搜救现场的人员，一旦有人员被热成像镜头探测到，消防员便会收到报警信号，然后根据AR消防头盔给出的信息优先进行搜救消防事故现场的受灾人员。光学投影装置4为采用PC材料制成的板件，光学投影装置4的前侧面与后侧面均为光学自由曲面，光学投影装置4的工作原理是以显像装置3中的图像为物，以消防员眼睛7看到的图像为像，利用光学自由曲面来达到物像共轭关系。光学投影装置4的前侧面和后侧面上均进行镀膜处理，具有半透半反的光学性能。消防员既能够看到显像装置投影在自由曲面上的热成像图像，也能够透过该曲面看到实际图案，两个不同来源的图像对应，帮助消防员更清楚的对现场情况进行观察，防护罩5采用的是耐260℃高温聚合材料，防护罩5的制作材料符合国家标准，有效保护面积为180㎜*380㎜，抗冲击，透光率为75％以上。

作为本实施例的优选，其中热成像传感器采用法国ULIS公司生产的型号为UL04272-032-640PTM的热成像传感器，像元个数为640×480，像元尺寸为17um，工作温度范围：-40℃至+85℃，制作材料：电阻非晶硅，光谱响应：8-14微米，重量<6.5克。

作为本实施例的优选，所述除此以外所述智能型AR热成像消防头盔中还包括与头盔外壳体连接的护颈披肩、头盔缓冲层等部分。护颈披肩是用于保护消防员颈部和面部两侧，使之免受水及其他液体或辐射热伤害的防护层，使用阻燃防水织物制成。

如图3所示，为本发明提供的智能型的AR消防头盔的系统框架示意图，所述热成像光学系统对目标进行成像，所述热成像传感器接收目标的热辐射，将其转换为电流/电压信号，图像处理增强模块采用优化的红外热成像图像处理算法实现，包含红外图像的非均匀性校正、图像降噪、滤波、增强等图像处理算法。图像识别标记模块采用人工神经网络算法对图像中的目标进行识别，可以标记出识别目标的轮廓，给出识别目标的高度、宽度、温度信息，还有目标离消防员的直线距离，将图像显示到LCD液晶显示屏上。除此之外，本发明加入了红外热成像中的人体识别和人脸识别算法，优先识别消防搜救现场的人员，一旦有人员被热成像镜头探测到，消防员便会收到报警信号，然后根据AR消防头盔给出的信息优先进行搜救消防事故现场的受灾人员。所述光学投影装置4其工作原理是以LCD液晶显示屏的图像为物进行的光学投影，物体利用光学投影装置4的通过光线传输路径6投影折射到消防员眼睛6中形成像，利用光学自由曲面来达到物像的共轭关系。消防员既能看到LCD液晶显示屏投影在自由曲面上的热成像图像，也能透过该曲面看到人眼直接能接收到的实际图像。两个不同来源的图像对应融合，帮助消防员更清楚地对现场情况进行观察。

以上所述仅是本发明的优选方式，应当指出，对于本领域普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干相似的变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，包括头盔外壳体(1)、红外热成像光学镜头(2)、显像装置(3)、光学投影装置(4)以及防护罩(5)，红外热成像光学镜头(2)、显像装置(3)、光学投影装置(4)以及防护罩(5)设置在头盔外壳体(1)内，头盔外壳体(1)、红外热成像光学镜头(2)、显像装置(3)、光学投影装置(4)以及防护罩(5)集成为一体。

2.根据权利要求1所述的一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，所述红外热成像光学镜头(2)设置在头盔外壳体(1)上半部分的前端，显像装置(3)所在高度低于红外热成像光学镜头(2)所在高度，置于头盔外壳体(1)内部，所述光学投影装置(4)位于消防员眼睛(7)的前方，所述防护罩(5)安装在头盔外壳体(1)外部，光学投影装置(4)之外。

3.根据权利要求1所述的一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，所述头盔外壳体(1)的制作材料为抗高温性能优良并经阻燃处理的增强聚酰胺纤维材料。

4.根据权利要求1所述的一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，所述红外热成像光学镜头(2)的光学口径为50㎜，焦距12㎜，光圈0.8，全视角为60°，工作波段为8μm-12μm。

5.根据权利要求1所述的一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，所述显像装置(3)为一个电子模块，显像装置(3)中包含热成像传感器、图像处理增强模块、图像识别标记模块以及LCD液晶显示屏，其中图像处理增强模块采用优化的红外热成像图像处理算法实现，图像识别标记模块采用网络人工神经算法对图像中的目标进行识别，并标记出识别目标的轮廓。

6.根据权利要求5所述的一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，所述热成像传感器采用的是像素数为640*480、像素大小为17μm的热成像传感器，LCD液晶显示屏采用的是4.3英寸的耐高温LCD液晶显示屏。

7.根据权利要求1所述的一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，所述光学投影装置(4)为采用PC材料制成的板件，光学投影装置(4)的前侧面与后侧面均为光学自由曲面，光学投影装置(4)的前侧面和后侧面上均进行镀膜处理，具有半透半反的光学性能。

8.根据权利要求1所述的一种智能型AR热成像消防头盔，其特征在于，所述防护罩(5)采用的是耐260℃高温聚合材料，有效保护面积为180㎜*380㎜，透光率为75％以上。