CN112839148A - 摄像头组件、电子设备及紫外辐射强度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种摄像头组件、电子设备及紫外辐射强度检测方法，摄像头组件包括摄像头和活动切换件；活动切换件朝向摄像头的镜头，并且活动切换件相对于镜头呈可活动设置，活动切换件沿着活动方向依次形成有第一透光区和第二透光区；第一透光区用于让自然光中的紫外光到可见光部分直接入射到镜头，第二透光区用于让自然光中的紫外光到可见光部分经过其发生能级转换后产生可见光波段特征波长的光后入射到镜头。通过摄像头组件对准同一位置分别拍摄经过第一透光区和第二透光区的两张图像，结合紫外‑可见转移特性和灰度差分算法实现紫外辐射快速测定，从而实现能不依赖于天气预报和网络信号，随时随地进行户外紫外辐射强度检测。

Description

摄像头组件、电子设备及紫外辐射强度检测方法

技术领域

本发明涉及大气环境检测技术领域，尤其涉及一种摄像头组件、电子设备及紫外辐射强度检测方法。

背景技术

太阳辐射是户外紫外光的主要来源，紫外光是位于太阳光高能区的不可见光，一年四季普遍存在。紫外光根据波段不同又可分为长波紫外UVA(315nm-400nm)、中波紫外UVB(280nm-315nm)和短波紫外UVC(200nm-280nm)，适度的紫外辐射对人体有益，可以治疗部分皮肤病和促进骨骼钙质吸收等，但过量紫外光照射会对皮肤组织或眼睛造成伤害，并有导致皮肤癌变的风险，不同波段对皮肤造成的伤害程度也不同。同时，随着全球环境恶化，臭氧层破坏严重，紫外光辐射风险日益增加。通常人们是参考的天气预报中紫外辐射指数进行个人防护，这样具有较大的区域性，查询到的紫外强度往往跟实际所在地点的强度存在较大偏差，此外，这些数据需要依靠手机移动网络，而对于一些户外运动和特殊环境作业的区域移动网络信号往往无法覆盖，而其所处的环境又恰恰具有极端的紫外辐射强度(如登山、滑雪)。因此，能够不依赖于天气预报和网络信号的紫外强度原位监测设备具有广阔的应用价值。

发明内容

本发明提供一种摄像头组件、电子设备及紫外辐射强度检测方法，旨在实现能不依赖于天气预报和网络信号，随时随地进行户外紫外辐射强度检测。

本发明提供一种摄像头组件，包括摄像头和活动切换件；

其中，所述活动切换件朝向所述摄像头的镜头，并且所述活动切换件相对于所述镜头呈可活动设置，所述活动切换件沿着活动方向依次形成有第一透光区和第二透光区，以使所述摄像头组件具有所述镜头与所述第一透光区相对的第一工作模式、以及所述镜头与所述第二透光区相对的第二工作模式；

所述第一透光区用于让自然光中的紫外光到可见光部分直接入射到所述镜头，所述第二透光区用于让自然光中的紫外光到可见光部分经过其发生能级转换后产生可见光波段特征波长的光后入射到所述镜头。

根据本发明提供一种的摄像头组件，所述活动切换件相对于所述镜头呈可旋转设置，所述活动切换件的旋转轴线与所述摄像头的光轴平行。

根据本发明提供一种的摄像头组件，所述第一透光区与所述第二透光区在所述活动切换件的旋转方向上呈间隔设置。

根据本发明提供一种的摄像头组件，在所述摄像头组件处于所述第一工作模式的状态下，所述第一透光区位于所述镜头在所述活动切换件上的投影区域内；

在所述摄像头组件处于所述第二工作模式的状态下，所述第二透光区位于所述镜头在所述活动切换件上的投影区域内。

根据本发明提供一种的摄像头组件，所述第一透光区与所述第二透光区均为圆形透光区，并且所述第一透光区与所述第二透光区的直径均小于所述镜头的直径。

根据本发明提供一种的摄像头组件，所述活动切换件贯穿地设置有第一安装孔，所述第一安装孔处设有透明石英玻璃，以形成所述第一透光区；和/或，

所述活动切换件贯穿地设置有第二安装孔，所述第二安装孔处设有钙钛矿量子点膜，以形成所述第二透光区。

根据本发明提供一种的摄像头组件，所述摄像头组件还包括带通滤光片，所述带通滤光片位于所述活动切换件远离所述摄像头的一侧，并且所述带通滤光片覆盖所述活动切换件。

本发明还提供一种电子设备，包括壳体、控制器和如上所述的摄像头组件；

所述摄像头组件的摄像头设于所述壳体，并且所述摄像头与所述控制器电性连接；

所述摄像头组件的活动切换件活动连接所述壳体。

根据本发明提供一种的电子设备，所述壳体设有镜头安装孔，所述摄像头的镜头设于所述镜头安装孔处，所述壳体的外壳壁设有底座，所述底座覆盖所述镜头安装孔；

所述活动切换件活动连接所述底座。

本发明还提供一种紫外辐射强度检测方法，包括：

在获取到第一图像和第二图像的情况下，确定目标灰度值，其中，所述目标灰度值用于表征所述第一图像与所述第二图像之间的灰度差值，所述第一图像和所述第二图像为基于如上所述的摄像头组件拍摄同一位置得到的，所述第一图像为基于处于第一工作模式的所述摄像头组件拍摄得到的，所述第二图像为基于处于第二工作模式的所述摄像头组件拍摄得到的；

根据目标映射关系和所述目标灰度值，确定当前的紫外辐射强度值，其中，所述目标映射关系用于表征灰度值与紫外辐射强度值的对应关系。

本发明提供的摄像头组件、电子设备及紫外辐射强度检测方法，通过摄像头组件对准同一位置分别拍摄经过第一透光区和第二透光区的两张图像，基于两张图像的灰度差确定当前的总体紫外辐射强度值，从而实现能不依赖于天气预报和网络信号，随时随地进行户外紫外辐射强度检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的电子设备的结构示意图；

图2是图1中活动切换件处的结构示意图；

图3是图1中电子设备的检测原理图；

图4是图1中第二透光区处的钙钛矿量子点膜的光谱响应曲线；

图5是图1中第二透光区处的钙钛矿量子点膜的吸收特性曲线；

图6是图1中第二透光区处的钙钛矿量子点膜的发射特性曲线；

图7是本发明提供的紫外辐射强度检测方法的流程示意图之一；

图8是本发明提供的紫外辐射强度检测方法的流程示意图之二；

附图标记：

1：活动切换件； 2：镜头； 3：第一透光区；

4：第二透光区； 5：壳体； 6：底座；

100：电子设备。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1至图6描述本发明的摄像头组件，能用于手机、平板电脑或者智能手环等电子设备，如图1和图2所示，该摄像头组件包括摄像头和活动切换件1。

如图1和图2所示，活动切换件1朝向摄像头的镜头2，并且活动切换件1相对于镜头2呈可活动设置。其中，摄像头通常包括镜片、镜筒和感光元件等，镜片和感光元件安装于镜筒上，镜片处形成摄像头的镜头2，光线经过镜片后能射向感光元件，感光元件可以为CCD等。并且，摄像头为手机等电子设备上所使用的常规摄像头，常规摄像头的感光元件对400nm以下自然光基本不响应。活动切换件1相对于镜头2呈可活动设置，即活动切换件1相对于摄像头的感光元件呈可活动设置。活动切换件1相对于摄像头的感光元件呈可活动设置的实现方式有多种，可以是活动切换件1活动连接摄像头的镜筒；也可以是活动切换件1活动连接电子设备的壳体5。

如图1和图2所示，活动切换件1沿着活动方向依次形成有第一透光区3和第二透光区4，以使摄像头组件具有镜头2与第一透光区3相对的第一工作模式、以及镜头2与第二透光区4相对的第二工作模式；第一透光区3用于让自然光中的紫外光到可见光部分直接入射到镜头2，第二透光区4用于让自然光中的紫外光到可见光部分经过其发生能级转换后产生可见光波段特征波长的光后入射到镜头2。活动切换件1的第一透光区3能让自然光中的紫外光到可见光部分直接入射到摄像头的感光元件，具体地，在本实施例中，活动切换件1贯穿地设置有第一安装孔，第一安装孔处设有透明石英玻璃，以形成第一透光区3，石英玻璃的紫外光透过率高。

而第二透光区4能让自然光中的紫外光到可见光部分经过其发生能级转换后产生可见光波段特征波长的光后入射到摄像头的感光元件，具体地，在本实施例中，活动切换件1贯穿地设置有第二安装孔，第二安装孔处设有钙钛矿量子点膜，以形成第二透光区4。钙钛矿量子点是具有ABX₃结构的材料，主要有APbX₃(A＝Cs、MA；X＝Cl、Br、I)等材料类型。钙钛矿量子点具有优异的发光特性，极窄的发光半峰宽(FWHM＜20nm)，较高的量子产率(＞70％)，且在25度至100度下量子点发光位置不会发生改变，具有将紫外光转换为特定波长可见光的功能。可选地，第二安装孔处设有透光件，钙钛矿量子点膜设于透光件上，透光件可以为透明石英玻璃等。

摄像头组件的检测原理在于：如图3所示，常规摄像头的感光元件对400nm以下自然光基本不响应，因此用摄像头直接拍摄的图像中几乎不包括紫外光UV的响应；钙钛矿量子点具有转移发射的功能，即使用低波段的光激发，高波段的光发射，因此，可以用紫外光激发钙钛矿量子点产生可见光波段的光，从而实现扩展响应范围和降低探测器要求的目的，同时，一种量子点的发射波长固定，不随激发光的波长变化而变化，利用这一特点，即可以实现用可见光强度间接衡量紫外辐射强度的目的。具体的，经过钙钛矿量子点膜拍摄的图像会响应自然光中的紫外光，并利用其转移特性，使拍摄的可见光图像中特定颜色的光强增强，将两幅图像做差分处理，通过量化计算增强效果来反映实际紫外辐射强度。例如，如图3所示，自然光(即紫外光UV+可见光Vis)经第一透光区3(即透明膜)而射入CCD，射入到CCD的可见光为A；而自然光经第二透光区4(即PQDs)而射入CCD，射入到CCD的可见光为B，B为可见光及紫外转换为可见光的增量之和，从而B与A的差异能反应UV总体强度。

活动切换件1相对于镜头2呈可活动设置，具体地，如图1和图2所示，在本实施例中，活动切换件1相对于镜头2呈可旋转设置，活动切换件1的旋转轴线与摄像头的光轴平行；并且，第一透光区3与第二透光区4在活动切换件1的旋转方向上呈间隔设置。这样活动切换第一透光区3和第二透光区4的操作方式较为简单。

如图1所示，在本实施例中，在摄像头组件处于第一工作模式的状态下，第一透光区3位于镜头2在活动切换件1上的投影区域内；在摄像头组件处于第二工作模式的状态下，第二透光区4位于镜头2在活动切换件1上的投影区域内。这样在于实际应用中只取显示区域的一小部分，而无需对景物进行成像，也可以避免图像中其他景物对检测结果的影响。

具体地，如图1所示，在本实施例中，第一透光区3与第二透光区4均为圆形透光区，并且第一透光区3与第二透光区4的直径均小于镜头2的直径。

在本实施例中，摄像头组件还可包括带通滤光片，带通滤光片位于活动切换件1远离摄像头的一侧，并且带通滤光片覆盖活动切换件1。如果在活动切换件1的入光侧附加覆盖不同紫外波段的带通滤光片，如UVA采用350nm-390nm带通滤光片，UVB采用275nm-325nm带通滤光片，UVC采用250nm-260nm带通滤光片，则经计算后即可得到UVA、UVB、UVC三个波段的紫外辐射强度。摄像头组件未安装带通滤光片时，通过摄像头组件能测量总紫外辐射；摄像头组件安装带通滤光片时，通过摄像头组件能测量特定波段的紫外辐射。

本发明还提供一种电子设备，该电子设备可以为手机、平板电脑或者智能手环等，如图1和图2所示，该电子设备100包括壳体5、控制器和如上所述的摄像头组件。

如图1所示，摄像头组件的摄像头设于壳体5，并且摄像头与控制器电性连接；摄像头组件的活动切换件1活动连接壳体5。控制器用于根据摄像头组件拍摄的图像确定当前的紫外辐射强度值。

活动切换件1活动连接壳体5，可以是手动驱动活动切换件1；也可以是电子设备100还包括驱动装置，驱动装置与控制器电性连接，驱动装置与活动切换件1动力耦合连接，用于通过控制器控制驱动装置，以自动驱动活动切换件1。

可选地，如图1和图2所示，在本实施例中，壳体5设有镜头安装孔，摄像头的镜头2设于镜头安装孔处，壳体5的外壳壁设有底座6，底座6覆盖镜头安装孔；活动切换件1活动连接底座6。底座6可以是通过机械固定连接或可拆卸连接的方式安装在壳体5上，并保证无孔隙避免环境光从缝隙中进入镜头2。此处需要说明的是，底座6安装在壳体5上，但底座6不会对镜头2形成阻挡，例如，底座6为环状设置，并且镜头2位于底座6的内侧。

可选地，电子设备100为具有专业拍照模式/手动参数设置模式的智能手机，用户可以手动设置手机相机的感光度和快门曝光时间，以便保证测量过程中拍摄参数固定不变，此处选择感光度400，曝光时间1/1000s。

底座6位于镜头2的入光侧，底座6可以是通过机械固定连接或可拆卸连接的方式安装在壳体5上，并保证无孔隙避免环境光从缝隙中进入镜头2，例如，底座6可以是通过橡皮泥或固定胶水粘在壳体5上；活动切换件1为可旋转装置，通过旋转实现将不同透光区在镜头2拍照过程中的自由切换。其中，底座6和活动切换件1的外形可加工成圆形，且外径尺寸为25mm，底座6和活动切换件1的高度和为10mm。活动切换件1设有两个孔径为5mm的安装孔，并将紫外高透过率石英玻璃和钙钛矿量子点膜分别固定在两个安装孔处。其中，如图4至图6所示，钙钛矿量子点膜发光材料选择发射波长在510nm的绿色钙钛矿量子点QD-P-510，成分为CsPbBr3。

电子设备100相比对比技术的优势体现在：1、装置简单，无需专用的紫外探测器或检测电路；2、不依赖于网络信号，可实现实地检测；3、操作简单，电子设备简单拍照功能结合内嵌图像处理软件即可实现随时测量，无操作使用技术门槛；4、方案移植性好，可应用到智能手环等多种电子设备。

本发明还提供一种紫外辐射强度检测方法，该紫外辐射强度检测方法是基于如上所介绍电子设备来实现的，如图7所示，该紫外辐射强度检测方法包括步骤S710和S720。

步骤S710：在获取到第一图像和第二图像的情况下，确定目标灰度值。

具体地说，第一图像和第二图像为基于摄像头组件拍摄同一位置得到的，第一图像为基于处于第一工作模式的摄像头组件拍摄得到的，第二图像为基于处于第二工作模式的摄像头组件拍摄得到的。目标灰度值用于表征第一图像与第二图像之间的灰度差值。

目标灰度值的确定方式有多种，可以是分别提取第一图像和第二图像的G通道平均灰度值并做差，以得到目标灰度值；还可以是先根据第一图像和第二图像确定差分图像，再将差分图像中R、G、B三通道中的G通道灰度值取出，以作为目标灰度值。此处需要说明的是，将差分图像中R、G、B三通道中的哪一个通道灰度值作为目标灰度值，是与量子点的发射光相关的，由于钙钛矿量子点的发射光是510nm的绿光，且一般手机CCD对绿光(中间波长)响应效果优于两端的蓝光和红光，故将差分图像中R、G、B三通道中的G通道灰度值作为目标灰度值。

步骤S720：根据目标映射关系和所述目标灰度值，确定当前的紫外辐射强度值。

具体地说，目标映射关系用于表征灰度值与紫外辐射强度值的对应关系。其中，目标映射关系可以是通过模型训练的方式得到的模型。

可选地，如图8所示，该紫外辐射强度检测方法还可以通过步骤S810至S850来实现。

步骤S810：打开摄像头，设定感光度和曝光时间。

具体地说，打开电子设备的摄像头，设定好镜头的感光度和快门时间参数后保持不变，保证在高辐射值时CCD响应不要饱和，以免影响辐射强度的响应范围。

步骤S820：切换摄像头组件至第一工作模式，拍摄得到第一图像。

具体地说，旋转活动切换件将镜头对准第一透光区后，对准天空空旷无云/少云区域拍摄得到第一图像并保存。

步骤S830：切换所述摄像头组件至第二工作模式，拍摄得到第二图像。

具体地说，保持镜头位置不变，旋转活动切换件将镜头对准第二透光区后，再次对准天空空旷无云/少云区域拍摄得到第二图像并保存。

步骤S840：根据所述第一图像和所述第二图像确定差分图像。

步骤S850：取所述差分图像的R、G、B三通道中的G通道灰度值作为目标灰度值。

步骤S860：将所述目标灰度值代入模型计算当前的紫外辐射强度值。

具体地说，将G通道灰度值带入已建立的G通道灰度值与紫外辐射强度值对应的模型中，计算当前的紫外辐射强度值Ra_UV。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种摄像头组件，其特征在于，包括摄像头和活动切换件；

其中，所述活动切换件朝向所述摄像头的镜头，并且所述活动切换件相对于所述镜头呈可活动设置，所述活动切换件沿着活动方向依次形成有第一透光区和第二透光区，以使所述摄像头组件具有所述镜头与所述第一透光区相对的第一工作模式、以及所述镜头与所述第二透光区相对的第二工作模式；

所述第一透光区用于让自然光中的紫外光到可见光部分直接入射到所述镜头，所述第二透光区用于让自然光中的紫外光到可见光部分经过其发生能级转换后产生可见光波段特征波长的光后入射到所述镜头。

2.根据权利要求1所述的摄像头组件，其特征在于，所述活动切换件相对于所述镜头呈可旋转设置，所述活动切换件的旋转轴线与所述摄像头的光轴平行。

3.根据权利要求2所述的摄像头组件，其特征在于，所述第一透光区与所述第二透光区在所述活动切换件的旋转方向上呈间隔设置。

4.根据权利要求3所述的摄像头组件，其特征在于，在所述摄像头组件处于所述第一工作模式的状态下，所述第一透光区位于所述镜头在所述活动切换件上的投影区域内；

在所述摄像头组件处于所述第二工作模式的状态下，所述第二透光区位于所述镜头在所述活动切换件上的投影区域内。

5.根据权利要求4所述的摄像头组件，其特征在于，所述第一透光区与所述第二透光区均为圆形透光区，并且所述第一透光区与所述第二透光区的直径均小于所述镜头的直径。

6.根据权利要求1-5任一项所述的摄像头组件，其特征在于，所述活动切换件贯穿地设置有第一安装孔，所述第一安装孔处设有透明石英玻璃，以形成所述第一透光区；和/或，

所述活动切换件贯穿地设置有第二安装孔，所述第二安装孔处设有钙钛矿量子点膜，以形成所述第二透光区。

7.根据权利要求1-5任一项所述的摄像头组件，其特征在于，所述摄像头组件还包括带通滤光片，所述带通滤光片位于所述活动切换件远离所述摄像头的一侧，并且所述带通滤光片覆盖所述活动切换件。

8.一种电子设备，其特征在于，包括壳体、控制器和如权利要求1-7任一项所述的摄像头组件；

所述摄像头组件的摄像头设于所述壳体，并且所述摄像头与所述控制器电性连接；

所述摄像头组件的活动切换件活动连接所述壳体。

9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于，所述壳体设有镜头安装孔，所述摄像头的镜头设于所述镜头安装孔处，所述壳体的外壳壁设有底座，所述底座覆盖所述镜头安装孔；

所述活动切换件活动连接所述底座。

10.一种紫外辐射强度检测方法，其特征在于，包括：

在获取到第一图像和第二图像的情况下，确定目标灰度值，其中，所述目标灰度值用于表征所述第一图像与所述第二图像之间的灰度差值，所述第一图像和所述第二图像为基于如权利要求1-7任一项所述的摄像头组件拍摄同一位置得到的，所述第一图像为基于处于第一工作模式的所述摄像头组件拍摄得到的，所述第二图像为基于处于第二工作模式的所述摄像头组件拍摄得到的；

根据目标映射关系和所述目标灰度值，确定当前的紫外辐射强度值，其中，所述目标映射关系用于表征灰度值与紫外辐射强度值的对应关系。

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