CN112731665B - 一种自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，由头戴系统外壳、成像组件和显示组件组成；所述成像组件安装于头戴系统外壳内部；所述显示组件设置于头戴系统外壳外部；所述成像组件和显示组件分别通过线缆与信息处理电路电连接；所述成像组件包括基线长度调整基座；所述基线长度调整基座上对称分布有左摄像单元和右摄像单元；所述左摄像单元和右摄像单元之间安装有激光测距模块；所述显示组件由左显示组件和右显示组件组成，且左显示组件和右显示组件对称分布于头戴系统外壳内侧面；本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，模块化设计，便于调节；实现观察视场大小、基线长度及视轴夹角的自适应调节，形成良好的立体成像效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种双目立体视觉微光夜视头戴系统，具有涉及一种自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，属于双目立体视觉微光夜视技术领域。
背景技术
如图1所示的双目立体视觉微光夜视系统，包括两个左右对称分布，且结构组成完全一致的镜筒；所述镜筒由物镜A1、物镜调节装置A2、微光成像器件A3、图像控制器A4、处理电路系统A5、目镜调节装置A6和目镜A7组成；两个所述镜筒中间通过连接部A8相连接；所述物镜A1、物镜调节装置A2和微光成像器件A3构成成像系统；所述目镜调节装置A6和目镜A7组成显示系统。上述结构虽能形成立体视觉；但此种结构的双目立体视觉微光夜视系统存在以下问题：1)成像系统与显示系统采用一体化设计，模块组设计不足，不能够单独更换或单独调节；2)观察视场大小固定，不能够根据观察景物的远近进行观察视场大小的自适应调节，只能观远或观近，两者不能兼备；3)左、右成像系统视轴夹角和基线长度固定，左、右成像系统不能够根据观测距离进行自适应视轴夹角和基线长度自适应调节，不能形成良好的立体成像效果。因此，为了解决以上问题，亟待设计一种自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，采用模块化设计，便于调节；实现观察视场大小、基线长度及视轴夹角的自适应调节，形成良好的立体成像效果。
本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，由头戴系统外壳、成像组件和显示组件组成；所述成像组件安装于头戴系统外壳内部；所述显示组件设置于头戴系统外壳外部；所述成像组件和显示组件分别通过线缆与信息处理电路电连接；
所述成像组件包括基线长度调整基座；所述基线长度调整基座上对称分布有左摄像单元和右摄像单元；所述左摄像单元和右摄像单元之间安装有激光测距模块；所述基线长度调整基座内部中央贯穿安装有基线长度调整丝杆；所述基线长度调整丝杆其动力端传动连接有基线长度调整电机；所述左摄像单元和右摄像单元分别通过承载台与基线长度调整丝杆传动连接，将激光测距模块安装在基线长度调整基座顶部中央位置处，在基线长度调整基座内部安装表面带有两段旋向不同螺纹的基线长度调整丝杆，即基线长度调整丝杆为双向螺杆，并将左摄像单元和右摄像单元的承载台分别与基线长度调整丝杆两端的左旋螺纹和右旋螺纹螺纹连接，当基线长度调整电机驱动基线长度调整丝杆旋转，从而带动左摄像单元和右摄像单元的承载台沿着基线长度调整基座轴向在激光测距模块两侧相向或背向移动；
所述左摄像单元和右摄像单元结构相同；所述左摄像单元包括摄像头，及环绕设置于摄像头外侧的摄像头焦距调整转螺，及安装于摄像头底部的摄像头旋转机构；所述摄像头旋转机构安装于承接台上；所述摄像头焦距调整转螺与摄像头焦距调整电机传动连接；所述摄像头旋转机构与摄像头旋转电机传动连接，其中，摄像头旋转机构能够在摄像头旋转电机的驱动下带动摄像头来回旋转，其相当于现有技术中的回转工作台，在此不再详述其具体结构及其工作原理；
所述激光测距模块、摄像头、基线长度调整电机、摄像头焦距调整电机和摄像头旋转电机分别与信息处理电路电连接；
所述显示组件由左显示组件和右显示组件组成，且左显示组件和右显示组件对称分布于头戴系统外壳内侧面；所述左显示组件和右显示组件结构相同；所述左显示组件包括微型显示器和显示目镜；所述微型显示器与信息处理电路电连接电连接。
进一步地，所述摄像头包括摄像头外壳，及安装于摄像头外壳内部的物镜和固体微光成像器件；所述摄像头焦距调整转螺安装于物镜外部。
再进一步地，所述固体微光成像器件为CCD成像器件或CMOS成像器件。
进一步地，所述激光测距模块位于左摄像单元和右摄像单元的中心位置，且观察远处时，激光测距模块其视轴与左摄像头和右摄像头其视轴平行；观察近处时，激光测距模块其视轴与左摄像头和右摄像头其视轴相交于一点。
再进一步地，初始状态下，所述激光测距模块其视轴与左、右摄像头其视轴处于平行状态，且基线长度最大。
进一步地，所述微型显示器为OLED、LCD或LCOS显示器。
本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其工作过程为：夜晚或低照度条件下的外界景物光线通过摄像头物镜接收，会聚成像到摄像头固体微光成像器件焦平面上，经光电变换后成为图像电信号，图像电信号传入信息处理电路进行图像处理，最后送到微型显示器进行图像显示，人眼通过显示目镜就可以夜间景物的微光图像。
本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其观察视场大小自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离，信息处理电路根据此距离对左摄像单元和右摄像单元的摄像头焦距调整电机进行控制，带动摄像头焦距调整转螺对摄像头焦距进行调节，两摄像头控制信号完全相同，焦距调整量完全相同；设激光测距模块能够测量到的最近距离为L0、激光测距模块能够测量到的最远距离为L1，摄像头物镜最小焦距为f0，摄像头物镜最大焦距为f1，则景物距离L处对应的摄像头物镜焦距f为：
本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其基线长度自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离，信息处理电路根据此距离对基线长度调整电机进行控制，带动基线长度调整丝杆对左摄像单元和右摄像单元的承载台进行左右移动，两摄像头调整量完全相同、方向相反；设激光测距模块能够测量到的最近距离为L0、激光测距模块能够测量到的最远距离为L1，摄像头最小基线长为B0，最大基线长为B1，则景物距离L处对应的摄像头基线长度B为：
本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其视轴夹角自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离为L，信息处理电路根据此距离对左摄像单元和右摄像单元的摄像头旋转电机进行控制，带动摄像头旋转机构对左、右摄像头进行视轴角度调节，两摄像头调整量完全相同、方向相反；景物距离L处对应的摄像头视轴方向与基线方向角度θ为：
与现有技术相比较，本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，通过自适应焦距调节，使一套系统具备大视场近景观察和小视场远景观察的双重功能，且近景和远景观察能够自动进行视场变换；左、右成像系统视轴夹角和基线长度能够根据成像距离进行自适应调节，形成良好的立体成像效果；成像系统与显示系统采用模块设计，能够单独更换或单独调节，便于维修和扩展升级。
附图说明
图1是现有技术中的双目立体视觉微光夜视系统结构示意图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是本发明的观察远处时激光测距模块视轴与左、右摄像头视轴位置示意图。
图4是本发明的观察近处时激光测距模块视轴与左、右摄像头视轴位置示意图。
附图中的各部件标注为：A1-物镜，A2-物镜调节装置，A3-微光成像器件，A4-图像控制器，A5-处理电路系统，A6-目镜调节装置，A7-目镜，A8-连接部，1-头戴系统外壳，2-信息处理电路，3-基线长度调整基座，4-激光测距模块，5-基线长度调整丝杆，6-基线长度调整电机，7-承载台，8-摄像头，9-摄像头焦距调整转螺，10-摄像头旋转机构，11-摄像头焦距调整电机，12-摄像头旋转电机，13-微型显示器，14-显示目镜，15-线缆，P1左摄像单元，P2-右摄像单元，M1-左显示组件，M2-右显示组件。
具体实施方式
如图2所示的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，由头戴系统外壳1、成像组件和显示组件组成；所述成像组件安装于头戴系统外壳1内部；所述显示组件设置于头戴系统外壳1外部；所述成像组件和显示组件分别通过线缆15与信息处理电路2电连接；
所述成像组件包括基线长度调整基座3；所述基线长度调整基座3上对称分布有左摄像单元P1和右摄像单元P2；所述左摄像单元P1和右摄像单元P2之间安装有激光测距模块4；所述基线长度调整基座3内部中央贯穿安装有基线长度调整丝杆5；所述基线长度调整丝杆5其动力端传动连接有基线长度调整电机6；所述左摄像单元P1和右摄像单元P2分别通过承载台7与基线长度调整丝杆5传动连接；
所述左摄像单元P1和右摄像单元P2结构相同；所述左摄像单元P1包括摄像头8，及环绕设置于摄像头8外侧的摄像头焦距调整转螺9，及安装于摄像头8底部的摄像头旋转机构10；所述摄像头旋转机构10安装于承接台7上；所述摄像头焦距调整转螺9与摄像头焦距调整电机11传动连接；所述摄像头旋转机构10与摄像头旋转电机12传动连接；
所述激光测距模块4、摄像头8、基线长度调整电机6、摄像头焦距调整电机11和摄像头旋转电机12分别与信息处理电路2电连接；
所述显示组件由左显示组件M1和右显示组件M2组成，且左显示组件M1和右显示组件M2对称分布于头戴系统外壳1内侧面；所述左显示组件M1和右显示组件M2相同；所述左显示组件M1包括微型显示器13和显示目镜14；所述微型显示器13与信息处理电路2电连接电连接。
所述摄像头8包括摄像头外壳，及安装于摄像头外壳内部的物镜和固体微光成像器件；所述摄像头焦距调整转螺9安装于物镜外部。
所述固体微光成像器件为CCD成像器件或CMOS成像器件。
所述激光测距模块4位于左摄像单元P1和右摄像单元P2的中心位置，且如图3所示，观察远处时，激光测距模块4其视轴与左摄像头81和右摄像头82其视轴平行；如图4所示，观察近处时，激光测距模块其视轴4与左摄像头81和右摄像头82其视轴相交于一点。
初始状态下，所述激光测距模块4其视轴与左、右摄像头81、82其视轴处于平行状态，且基线长度最大。
所述微型显示器13为OLED、LCD或LCOS显示器。
本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其基本工作过程为：夜晚或低照度条件下的外界景物光线通过摄像头物镜接收，会聚成像到摄像头固体微光成像器件焦平面上，经光电变换后成为图像电信号，图像电信号传入信息处理电路进行图像处理，最后送到微型显示器进行图像显示，人眼通过显示目镜就可以夜间景物的微光图像；
具体地，其观察视场大小自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离，信息处理电路根据此距离对左摄像单元和右摄像单元的摄像头焦距调整电机进行控制，带动摄像头焦距调整转螺对摄像头焦距进行调节，两摄像头控制信号完全相同，焦距调整量完全相同；设激光测距模块能够测量到的最近距离为L0、激光测距模块能够测量到的最远距离为L1，摄像头物镜最小焦距为f0，摄像头物镜最大焦距为f1，则景物距离L处对应的摄像头物镜焦距f为：
其基线长度自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离，信息处理电路根据此距离对基线长度调整电机进行控制，带动基线长度调整丝杆对左摄像单元和右摄像单元的承载台进行左右移动，两摄像头调整量完全相同、方向相反；设激光测距模块能够测量到的最近距离为L0、激光测距模块能够测量到的最远距离为L1，摄像头最小基线长为B0，最大基线长为B1，则景物距离L处对应的摄像头基线长度B为：
其视轴夹角自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离为L，信息处理电路根据此距离对左摄像单元和右摄像单元的摄像头旋转电机进行控制，带动摄像头旋转机构对左、右摄像头进行视轴角度调节，两摄像头调整量完全相同、方向相反；景物距离L处对应的摄像头视轴方向与基线方向角度θ为：
本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，通过自适应焦距调节，使一套系统具备大视场近景观察和小视场远景观察的双重功能，且近景和远景观察能够自动进行视场变换；左、右成像系统视轴夹角和基线长度能够根据成像距离进行自适应调节，形成良好的立体成像效果；成像系统与显示系统(成像组件与显示组件)采用模块设计，能够单独更换或单独调节，便于维修和扩展升级。本发明的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统除应用于双目立体视觉微光夜视头戴系统外，还可应用于其他双目立体观测系统中，如增强现实头戴系统、双目红外成像系统等。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (7)
1.一种自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其特征在于：由头戴系统外壳、成像组件和显示组件组成；所述成像组件安装于头戴系统外壳内部；所述显示组件设置于头戴系统外壳外部；所述成像组件和显示组件分别通过线缆与信息处理电路电连接；
所述成像组件包括基线长度调整基座；所述基线长度调整基座上对称分布有左摄像单元和右摄像单元；所述左摄像单元和右摄像单元之间安装有激光测距模块；所述基线长度调整基座内部中央贯穿安装有基线长度调整丝杆；所述基线长度调整丝杆其动力端传动连接有基线长度调整电机；所述左摄像单元和右摄像单元分别通过承载台与基线长度调整丝杆传动连接；
所述左摄像单元和右摄像单元结构相同；所述左摄像单元包括摄像头，及环绕设置于摄像头外侧的摄像头焦距调整转螺，及安装于摄像头底部的摄像头旋转机构；所述摄像头旋转机构安装于承接台上；所述摄像头焦距调整转螺与摄像头焦距调整电机传动连接；所述摄像头旋转机构与摄像头旋转电机传动连接；
所述激光测距模块、摄像头、基线长度调整电机、摄像头焦距调整电机和摄像头旋转电机分别与信息处理电路电连接；
所述显示组件由左显示组件和右显示组件组成，且左显示组件和右显示组件对称分布于头戴系统外壳内侧面；所述左显示组件和右显示组件结构相同；所述左显示组件包括微型显示器和显示目镜；所述微型显示器与信息处理电路电连接；
所述系统其观察视场大小自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离，信息处理电路根据此距离对左摄像单元和右摄像单元的摄像头焦距调整电机进行控制，带动摄像头焦距调整转螺对摄像头焦距进行调节，两摄像头控制信号完全相同，焦距调整量完全相同；设激光测距模块能够测量到的最近距离为L0、激光测距模块能够测量到的最远距离为L1，摄像头物镜最小焦距为f0，摄像头物镜最大焦距为f1，则景物距离L处对应的摄像头物镜焦距f为：
所述系统其基线长度自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离，信息处理电路根据此距离对基线长度调整电机进行控制，带动基线长度调整丝杆对左摄像单元和右摄像单元的承载台进行左右移动，两摄像头调整量完全相同、方向相反；设激光测距模块能够测量到的最近距离为L0、激光测距模块能够测量到的最远距离为L1，摄像头最小基线长为B0，最大基线长为B1，则景物距离L处对应的摄像头基线长度B为：
所述系统其视轴夹角自适应调节方法为：激光测距模块实时对景物进行距离测量，得到景物的距离为L，信息处理电路根据此距离对左摄像单元和右摄像单元的摄像头旋转电机进行控制，带动摄像头旋转机构对左、右摄像头进行视轴角度调节，两摄像头调整量完全相同、方向相反；景物距离L处对应的摄像头视轴方向与基线方向角度θ为：
2.根据权利要求1所述的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其特征在于：所述摄像头包括摄像头外壳，及安装于摄像头外壳内部的物镜和固体微光成像器件；所述摄像头焦距调整转螺安装于物镜外部。
3.根据权利要求2所述的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其特征在于：所述固体微光成像器件为CCD成像器件或CMOS成像器件。
4.根据权利要求1所述的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其特征在于：所述激光测距模块位于左摄像单元和右摄像单元的中心位置，且观察远处时，激光测距模块其视轴与左摄像头和右摄像头其视轴平行；观察近处时，激光测距模块其视轴与左摄像头和右摄像头其视轴相交于一点。
5.根据权利要求1或4所述的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其特征在于：初始状态下，所述激光测距模块其视轴与左、右摄像头其视轴处于平行状态，且基线长度最大。
6.根据权利要求1所述的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其特征在于：所述微型显示器为OLED、LCD或LCOS显示器。
7.根据权利要求1所述的自适应双目立体视觉微光夜视头戴系统，其特征在于，所述系统其工作过程为：夜晚或低照度条件下的外界景物光线通过摄像头物镜接收，会聚成像到摄像头固体微光成像器件焦平面上，经光电变换后成为图像电信号，图像电信号传入信息处理电路进行图像处理，最后送到微型显示器进行图像显示，人眼通过显示目镜就可以夜间景物的微光图像。
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