CN202043213U

CN202043213U - 一种立体图像采集装置

Info

Publication number: CN202043213U
Application number: CN2011201370436U
Authority: CN
Inventors: 马璁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2011-11-16
Anticipated expiration: 2021-05-04

Abstract

一种立体图像采集装置，其包括有：一脑电波检测仪，连接一控制器；两个可变焦摄像头，安装在由两个电机控制转向的支架上，该电机连接至控制器；两个可变焦摄像头分别连接一无线视频信号发射器；两个分别接收相应的无线视频信号发射器数据的无线数据接收装置；两个无线数据接收装置分别各连接一个立体视频眼镜；两个电子罗盘，其中一个为水平安装，一个为垂直安装，均连接至控制器。本实用新型的立体图像采集装置不需要通过手来对摄像头进行控制，完全通过头部的转动来控制摄像头的转向并利用人的思维方式来对摄像头的变焦进行控制，能提高效率防止出错，摆脱对于手的依赖，实现了自动化的趋势。

Description

一种立体图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种立体图像采集装置，更详细地涉及一种全自动化无手动监控(即通过脑电波变焦及视线跟踪的)立体图像采集装置。

背景技术

摄像头是一种视频输入设备，被广泛的运用于视频会议、远程医疗及实时监控等方面。普通的人也可以彼此通过摄像头在网络进行影像的交谈和沟通。另外，人们还可以将其用于当前各种流行的数码影像，影音处理。

摄像头的使用已经越来越广泛，它不仅在生活中可将人文趣事囊入手中，也可以在家门口或商场中用作防盗装置，更可以在未来的危险情况中用机器人做人的替身，摄像头就会充当机器人的眼睛。以目前摄像头的功能来看，其美中不足之处是现在的摄像头无法取得立体成像效果，并且其绝大多数是固定的。在需要对摄像头进行转向和变焦时，常常是通过使用者的手动操作，这就占据了使用者的手部，使之在操作摄像头时无法同时进行其它需要的操作事情。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种立体图像采集装置，以达到通过头部转动进行对摄像头转向的控制，并且用人脑的脑电波实现对摄像头变焦的控制。

为实现上述目的，本实用新型提供的立体图像采集装置主要包括：

一脑电波检测仪，连接一控制器；

两个可变焦摄像头，安装在由两个电机控制转向的支架上，该电机连接至控制器；脑电波检测仪通过蓝牙连接到电脑上，并将脑电波检测仪采集的数字信号传入JAVA语言通过编程加以分析，并用串口连接在控制器上，并将电脑的信号传到控制器上。控制器再对这个信号分析后，利用程序将电压差信号输出到可变焦的摄像头上。

两个可变焦摄像头分别各连接一无线视频信号发射器；

两个分别接收相应的无线视频信号发射器数据的无线数据接收装置，分别各连接一个立体视频眼镜；

一电子罗盘，连接至控制器。

所述的立体图像采集装置，其中控制器为一集成电路或一芯片。

所述的立体图像采集装置，其中可变焦摄像头为SONY CCD30倍彩转黑一体机、光学变焦摄像头或一体机监控摄像机。

所述的立体图像采集装置，其中无线视频信号发射器固定在可变焦摄像头上。

所述的立体图像采集装置，其中一个电机控制摄像头左右转动，另一个电机控制摄像头上下转动。

所述的立体图像采集装置，其中立体视频眼镜配置有视频输入接口

所述的立体图像采集装置，其中无线数据接收装置为无线接收视频盒。

所述的立体图像采集装置，其中无线数据接收装置配置有视频接口。

本实用新型的立体图像采集装置不需要通过手来对摄像头进行控制，完全通过头部的转动来控制摄像头的转向并利用人的思维方式来对摄像头的变焦进行控制，能提高效率防止出错，摆脱对于手的依赖，实现了自动化的趋势。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型的工作原理示意图。

具体实施方式

本实用新型是通过头部来进行对摄像头转向的控制，并且用人脑的脑电波来实现对摄像头变焦的控制。可通过某种脑电波的信号来测量人脑当时的专注紧张度，从而通过专注度对相机加以变焦。再加上双轴的舵机原理，通过脑袋的旋转来达到眼睛的视角与镜头一致。镜头所采集的图像直接与视频眼镜所联系，并用两个镜头的距离于人的瞳距一直而达到立体效果。

立体成像原理是通过两眼的所看到的图像产生位置差，所以人们看到的图像是立体的，这样一来就会有距离感。本实用新型首先要考虑到人眼的视角与瞳距，因为只有摄像头的视角与人眼的视角接近并将两个镜头的距离与人的瞳距相吻合，才能保证立体视觉效果最佳。据资料显示，一只人眼的视角约为120度，亚洲成年人的正常瞳距范围一般在65mm-75mm，因此本实用新型选择的摄像头视角要能够达到120度并将镜头的距离控制在65mm-75mm内。以135片幅规格为例，焦长为12mm时，视角可达121.9657188度，能清晰地看到立体图像。

本实用新型的控制信号是由脑电波检测仪是将原始脑电波数字化而得，数字化的原始脑电波其输出频率约512Hz，从原始脑电波中提取的8个波的参数作如下定义：

1)脑电波类型：Delta

频率范围：0.1Hz-3Hz

精神状态：深度睡眠，非快动眼睡眠，无意识。

2)脑电波类型：Theta

频率范围：4Hz-7Hz

精神状态：直觉的、创造性的，回忆的，幻想的，想象，浅睡。

3)脑电波类型：Alpha

频率范围：8Hz-12Hz

精神状态：放松但不困倦，安静，有意识。

4)脑电波类型：Low Beta

频率范围：12Hz-15Hz

精神状态：运动感觉节律，放松仍可集中注意力，有协调性。

5)脑电波类型：Midrange Beta

频率范围：16Hz-20Hz

精神状态：思考，对于自我和周围环境意识清楚。

6)脑电波类型：High Beta

频率范围：21Hz-30Hz

精神状态：机警、激动。

7)脑电波类型：Attention

频率范围：1Hz-100Hz

精神状态：专注程度。

8)脑电波类型：Meditation

频率范围：1Hz-100Hz

精神状态：放松程度。

专注或放松程度的参数以1到100之间的具体数值来指示使用者的专注度水平和放松度水平。数值在40和60之间表示此刻该项参数的值处于中间范围，这一数值范围类似于常规脑电波测量技术中确定的“基线”。数值在60-80之间表示此刻该项参数的值处于“较高值区”，也就是说略高于正常水平(即当前情况下的专注度或者是放松度比正常情况下要高)。数值在80-100之间表示处于“高值区”，表示专注度或放松度达到了非常高的水平，即处于非常专注的状态或者是非常放松的状态。同理，如果数值在20-40之间则表示此时的专注放松参数水平处于“较低值区”，数值在1-20则意味着处于“低值区”。与前述其它区值所代表的人的精神状态相反，专注放松参数处于“高值区”或“低值区”这两个区域则表示使用者的精神状态表现为不同程度的心烦意乱、焦躁不安、行为反常等。专注放松算法具有动态自学习能力，它采用“慢速自适应”算法，可以针对不同使用者脑电波信号在正常范围内的波动趋势和个体差异进行动态补偿。这些在不同的应用场景下都能够具有非常好的准确性和可靠性。

专注度表明了使用者精神“集中度”水平或“注意度”水平的强烈程度，例如，当能够进入高度专注状态并且可以稳定地控制心理活动，该参数的值就会很高。该参数值的范围是0到100。心烦意乱、精神恍惚、注意力不集中以及焦虑等精神状放松度表明了使用者精神“平静度”水平或者“放松度”水平。该参数值的范围是0到100。需要注意的是，放松度参数反映的是使用者的精神状态，而不是其身体状态，所以，简单地进行全身肌肉放松并不能快速地提高放松度水平。然而，对大多数人来说，在正常的环境下，进行身体放松通常有助于精神状态的放松。放松度水平的提高与大脑活动的减少有明显的关联。长期观察结果表明：闭上眼睛可以使得大脑无需处理通过眼睛看到的景象从而降低大脑精神活动水平。所以，闭上眼睛通常是提高放松度值的有效方法。心烦意乱、精神恍惚、焦虑、激动不安等精神状态以及感官刺激等都将降低放松度参数的数值。

以上叙述的内容可参阅如下参考文献：

立体视觉原理

http://www.bolod.com/info/2007917/2007917171723.shtml；2010.10.10

人眼的视角范围是多少

http://zhidao.baidu.com/question/107030648.html；2010.9.20

人眼的瞳距范围是多少

http://zhidao.baidu.com/question/34029824.html；2010.10.22

小谈视角和焦距

http://www.cnpentax.com/viewthread.php？tid＝285&extra＝page％3D1&p age＝1&1；2010.9.23

脑电波的形成原理

http://tieba.baidu.com/f？kz＝392783693；2010.10.24

舵机工作原理

http://zhidao.baidu.com/question/173011974.html？fr＝a1a0；2010.10.24

集中注意力的方法

http://zhidao.baidu.com/question/133917694.html；2010.10.28。

本实用新型采用的设备均为公知的市售商品，为便于本领域技术人员更清楚地理解本实用新型，具体说明如下：

脑电波采集仪，用于采集脑电波，如NeuroSky MindSet意念耳机、MindFLEX意念控制电玩、Mattel Mindflex意念控制玩具、用脑电波控制小球的玩具。脑电波检测仪通过人脑的波形从而在耳部和头部构成回路的电路，测量即时的大脑电流，间接判断人的专注程度。

立体视频眼镜，将摄像头摄取到的图像传入人眼，如达目EV930KB视频眼镜、VGA 3D立体眼、虚拟80英寸92万像素LCD屏幕、iTheater爱视代视频眼镜、VG920D立体3D眼镜影院、Vuzix Wrap 2803D立体视频眼镜。

可变焦摄像头，采集图像，如SONY CCD 30倍彩转黑一体机、27倍光学变焦摄像头、一体机监控摄像机、凯聪S425B。

无线视频信号发射器，将摄像头采集的图像通过无线的方式发射出去，如2.4GHz Wireless Conberter。

无线接收视频盒，将摄像头通过无线发出的图像信号传入视频眼镜中接收无线视频信号发射器并导入立体视频眼镜，如VEX机器人无线接收装置。

电子罗盘，测量使用者头部旋转和仰俯角度，如广茂达机器人公司的电子罗盘(指南针)、中鸣机器人公司的电子罗盘(指南针)。

电机，改变摄像头方向，如广茂达能力风暴伺服电机及其它各种伺服电机。

控制器，对输入的信号进行分析，从而作出判断，如广茂达机器人公司的主控制器、中鸣机器人公司的Q-RCU主控制器、lego公司的RCX主控制器、lego公司的NXT主控制器。

以下结合附图对本实用新型的结构和操作进行详细的说明。

脑电波采集仪是以耳机的形式戴在头上，左耳部有三个电极以及伸出一个电极接触额头。首先将脑电波采集的信号通过蓝牙传到计算机中，并用计算机的JAVA程序将信号转换为0或1，人的专注程度范围在0～100间，当信号高于60为1，低于等于60为0。再利用串口将0或1传到广茂达控制器中，当数值为1时控制摄像头聚焦，当数值为0时控制摄像头缩回。

两个摄像头是固定在可水平竖直旋转地云台上，云台是采用广茂达能力风暴机器人的商品，云台包括两个伺服电机和一个“几”字形底座，在“几”字的内部装有一个伺服电机来控制摄像头的水平转动，伺服电机旋转上方固定另一个伺服电机置于“几”字的顶部，其顶部的伺服电机来控制摄像头的垂直运动，摄像头连接在顶部的伺服电机上。其两个伺服电机用线与广茂达控制器相连，并用两个电子罗盘所测量的头部偏转角度来对摄像头的转向进行控制。电子罗盘是固定在脑电波检测仪的正上方。

两个左右安置的可变焦摄像头10上各固定一个无线视频信号发射器，使两个可变焦摄像头具有无线传输功能，将左右两个摄像头采集的图像以无线电波的方式发射出去，再由两个无线接收视频盒12接收。这两个无线接收视频盒12的视频接口分别各通过一根视频线14连接一个立体视频眼镜16，将接收到的图像分别通过立体视频眼镜配置的视频输入接口呈现在立体视频眼镜中左右两个超薄液晶板显示板中，左右两个显示板的图像有位置差，正如人的双眼有位置差一样，两个眼睛所看到的图像是不同的，然而通过这样的两个图像呈现在双眼中，经过大脑的合成，使用者看到的是立体图像。本实用新型所述的立体视频眼镜是头戴虚拟显示器的一种，因为该显示器为眼镜式显示器，其外形与眼镜想像，同时能播放视频图像，所以称之为立体视频眼镜。

两个电子罗盘，其中一个为水平安装，一个为垂直安装，均连接至控制器。两个电子罗盘均固定一头套上，该头套戴在使用者的头部。当使用者观察周围环境时，头部转动所变化的旋转角度被电子罗盘测量后，通过控制器分析，使连接摄像头的电动机转动，从而达到人眼与摄像头的视线一致。

本实用新型的转向及变焦的程序是通过C语言和JAVA语言编写的，并传入到控制器内。该程序的基本流程是：

(a)控制器收到电子罗盘发来的偏转方位信号后，经过分析，输出一控制摄像头转向的程序信号；

(b)控制器接收到脑电波检测仪发来的脑电波信号后，对8个波的参数进行分析，并向摄像头发出变焦的程序信号；

(c)摄像头采集的视频信号传送到立体视频眼镜；

(d)重复(a)、(b)、(c)。

综上所述，本实用新型的立体图像采集装置其操作过程是：

使用者的头部转向所关注的景物时，通过陀螺仪(电子罗盘)的两轴角度测量，向控制器发出转动摄像头的信号，摄像头将采集到的该景物图像通过视频信号传送到立体视频眼镜，当使用者对所看到的图像表示出关注时，脑电波检测仪将使用者此时的脑电波传送到控制器，由控制器根据使用者脑电波的参数分析专注度，并控制摄像头变焦。

本实用新型可以用头部的转动来控制摄像头的转向，通过大脑专注度来控制变焦，从而减少了对手部的依赖，提高了效率，可以避免手动遥控摄像头时容易误操作。

本实用新型典型的应用以操控机器人为例，因为机器人可以到达人类不宜或无法停留的场所，如火灾现场、战争前线、地球以外的星球等。机器人上固定两个可变焦摄像头，将采集的图像通过无线传送到使用者佩戴的立体视频眼镜，则使用者可以按照自己的需要，对所看到景物作细致的观察。而立体视频眼镜可以使图像更加生动真实。

Claims

1.一种立体图像采集装置，其特征在于，包括有：

一脑电波检测仪，连接一控制器；

两个可变焦摄像头，安装在由两个电机控制转向的支架上，该电机连接至控制器；

两个可变焦摄像头分别各连接一无线视频信号发射器；

两个电子罗盘，其中一个为水平安装，一个为垂直安装，均连接至控制器。

2.根据权利要求1所述的立体图像采集装置，其特征在于，所述控制器为一集成电路或一芯片。

3.根据权利要求1所述的立体图像采集装置，其特征在于，所述的可变焦摄像头为SONY CCD30倍彩转黑一体机、光学变焦摄像头或一体机监控摄像机。

4.根据权利要求1所述的立体图像采集装置，其特征在于，所述无线视频信号发射器固定在可变焦摄像头上。

5.根据权利要求1所述的立体图像采集装置，其特征在于，所述电机为两个，其中一个电机控制摄像头左右转动，另一个电机控制摄像头上下转动。

6.根据权利要求1所述的立体图像采集装置，其特征在于，所述立体视频眼镜配置有视频输入接口和输出接口。

7.根据权利要求1所述的立体图像采集装置，其特征在于，所述无线数据接收装置为无线接收视频盒。

8.根据权利要求1或7所述的立体图像采集装置，其特征在于，所述无线数据接收装置配置有视频接口。