CN203377959U

CN203377959U - 一种基于激光标定的头戴式摄像装置

Info

Publication number: CN203377959U
Application number: CN201320391891.9U
Authority: CN
Inventors: 姚剑; 冯凯; 庞志刚; 潘慧炜; 姚志邦; 樊小刚
Original assignee: ZHEJIANG MEDZONE BIOMEDICAL MATERIALS AND EQUIPMENT RESEARCH INSTITUTE; ZHEJIANG MEDZONE BIOMEDICINE VENTURE INVESTMENT CO Ltd
Current assignee: ZHEJIANG MINGZHONG MEDICAL TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-07-01
Filing date: 2013-07-01
Publication date: 2014-01-01
Anticipated expiration: 2023-07-01

Abstract

本实用新型公开了一种基于激光标定的头戴式摄像装置，包括头戴式支架，头戴式支架上固定安装有摄像头、激光发射器和供电电源。本实用新型头戴式摄像装置中激光发射器发出的激光束将在用户前方的拍摄对象上形成光斑，该光斑标定了拍摄对象的位置；用户通过观察该光斑，可以准确对拍摄对象进行定位，从而可以在自身舒服的姿势下，根据光斑的位置调节镜头使光斑与视觉焦点的拍摄对象吻合。同时本实用新型利用CMOS图像传感器的STROBE信号，通过相应处理调制后以驱动激光发射器工作于间歇模式下，且在图像采集的场消隐时间内闪烁，从而使得采集到的视频图像中没有光斑现象，保证了录像质量。

Description

一种基于激光标定的头戴式摄像装置

技术领域

本实用新型属于摄像技术领域，具体涉及一种基于激光标定的头戴式摄像装置。

背景技术

现有技术中的摄像装置大多都是固定设置的，即设置于相对固定物的一处，如室内的一角等等；如果需要转换场景时则需要利用人工或是遥控的方式调节控制云台，这就使得在场景需要常常更换或是需要近距离观察物体时，现有技术中的摄像装置的效果往往不能让人满意；例如，当一个登山者在登山的时候想要拍摄他所见到的美丽景象的时候，从兜里或包里拿出摄像机，拿稳并按下快门是非常不方便的，而且相当危险；想要摄像的时候就更困难了，登山者不可能一边登山，一边摄像。

头戴式摄像设备利用佩戴于使用者头部的支架来承载摄像器件，使得使用者能够在不影响正在进行的操作的同时方便地进行拍摄，因此特别适用于医疗、户外运动、移动执法等应用场景。在一些手术或试验中，需要对某些区域进行摄像照明；现有技术中，医院为了对手术过程进行监控及资料保存，需要对手术过程进行录像，最能全程反映手术过程和细节的摄像角度应该始终追随手术医生的视线，因此，将摄像器件安装在手术医生的头部是一个比较理想的方案，头戴式摄像方式可以方便地对医生正在观察或手术的区域，将病人的发病症状或医生手术时的过程通过摄像实时记录下来。

由于头戴式摄像设备将摄像器件支撑于使用者头部（通常以支架或者眼镜形式佩戴在眼睛上方或者周围），因此难以在不影响使用者正在进行操作的情况下，通过常规的显示屏幕等方式使使用者获知摄像装置正在拍摄的拍摄对象位置。因此，目前的头戴式摄像设备存在如何在不影响使用者工作的情况下使使用者方便地获知拍摄对象的位置的问题。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种基于激光标定的头戴式摄像装置，能够为用户标定拍摄对象的位置。

一种基于激光标定的头戴式摄像装置，包括头戴式支架，所述的头戴式支架上固定安装有摄像头、激光发射器和供电电源；其中：

所述的摄像头用于采集拍摄对象的视频图像；所述的激光发射器用于向拍摄对象发射激光束，以在拍摄对象上形成光斑。

优选地，所述的激光束与摄像头的光轴平行；以保证在任何拍摄距离范围内，激光束形成的光斑始终位于拍摄对象上或拍摄对象附近。

优选地，所述的摄像头与激光发射器集成于一体后固定于头戴式支架上且与头戴式支架活动连接；以方便用户根据需要调节摄像或激光投射方向，同时由于摄像头和激光发射器固定安装在一起，因此在调节的过程中激光发射器发射的激光束的方向始终与摄像头的拍摄方向一致，方向与人眼的视觉中心重合，以对拍摄对象的位置进行标定。

所述的摄像头连接有存储器，所述的存储器用于存储摄像头所采集到的视频图像。

所述的激光发射器以持续模式、间歇模式或光斑模式向拍摄对象发射激光束；优选采用间歇模式，以使光斑不会对用户正常工作和摄像造成影响。

所述的持续模式是指激光发射器开启后，持续发射激光束直至发射器关闭；其为装置的缺省默认模式；所述的间歇模式是指激光发射器开启后，以预设频率（例如高频或低频闪烁）间歇性地发射激光束；所述的光斑模式是指激光发射器开启后，通过调控可以以不同的光斑大小发射激光束。

但在实际使用中，由于激光发射器的开启，不管采用间歇模式还是其他模式，均会在采集的视频图像中心出现光斑，干涉摄像头的光学工作，影响视频图像的质量；故本实用新型采用以下技术方案来解决该技术问题：

所述的摄像头采用CMOS图像传感器和中央处理器构建，CMOS图像传感器与中央处理器和激光发射器相连；其中：

所述的中央处理器根据视频图像采集过程中的场消隐时间，驱动CMOS图像传感器输出的STROBE（选通脉冲）信号工作于内同步帧曝光控制模式下，并通过CMOS图像传感器对所述的STROBE信号进行脉宽调制以及脉冲极性和延时控制；

所述的CMOS图像传感器在中央处理器的控制下输出STROBE信号，并利用该STROBE信号驱动激光发射器工作于间歇模式下。

本实用新型通过中央处理器对STROBE信号进行脉宽调制、脉冲极性、延时控制处理，来控制激光发射器驱动电路的工作状态，使激光发射器实际工作与CMOS图像传感器的图像采集时序进行严格同步控制，使STROBE信号控制激光发射器工作在场消隐时间内（该期间CMOS图像传感器不采集图像，只是将采集到的上一帧视频图像通过数据接口传输给中央处理器）；经过这样处理后，采集到的视频图像中没有光斑现象，保证了录像的质量。

所述的摄像头和激光发射器可以由共用的启动开关控制启动，也可以由两个独立的启动开关分别控制启动。

所述的激光发射器有多个模式选择，使得用户可以通过模式选择切换控制激光发射器以对应的模式向拍摄对象发射激光束。

优选地，所述的激光发射器连接有一控制器，所述的控制器用于获取供电电源的电量信息以及存储器的存储信息，并根据这些信息通过判断控制激光发射器以间歇模式发射激光束，使得当装置电量不足或数据存储空间不足情况下，通过激光发射器高频闪烁实现警示。

优选地，所述的控制器连接有喇叭，控制器获取供电电源的电量信息以及存储器的存储信息，并根据这些信息通过判断驱动喇叭发声；使得当装置电量不足或数据存储空间不足情况下，通过喇叭实现警示。

所述的头戴式支架佩戴于用户头部，其包括环形支撑架和弧形支撑带；其中，所述的环形支撑架环绕于用户头部四周，其由前支撑带、右支撑带、后支撑带和左支撑带依次串联成环状；所述的弧形支撑带扣于用户头顶，其一端与左支撑带相连，另一端与右支撑带相连；所述的摄像头和激光发射器安装于所述的前支撑带上；所述的供电电源安装于所述的后支撑带上。

本实用新型头戴式摄像装置中激光发射器发出的激光束将在用户前方的拍摄对象上形成光斑，该光斑标定了拍摄对象的位置；用户通过观察该光斑，可以准确对拍摄对象进行定位，从而可以在自身舒服的姿势下，根据光斑的位置调节镜头使光斑与视觉焦点的拍摄对象吻合。同时本实用新型利用CMOS图像传感器的STROBE信号，通过相应处理调制后以驱动激光发射器工作于间歇模式下，且在图像采集的场消隐时间内闪烁，从而使得采集到的视频图像中没有光斑现象，保证了录像的质量。

附图说明

图1为本实用新型头戴式摄像装置的结构原理示意图。

图2为摄像头的内部构建示意图。

图3为STROBE信号的脉冲示意图。

图4为激光发射器的驱动电路示意图。

图5为图像采集及STROBE信号的时序示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本实用新型，下面结合附图及具体实施方式对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1所示，一种基于激光标定的头戴式摄像装置，包括头戴式支架，头戴式支架上固定安装有摄像头、激光发射器和供电电源；其中：

头戴式支架佩戴于使用者头部，其包括环形支撑架和弧形支撑带；其中，环形支撑架环绕于用户头部四周，其由前支撑带、右支撑带、后支撑带和左支撑带依次串联成环状；弧形支撑带扣于用户头顶，其一端与左支撑带相连，另一端与右支撑带相连。

摄像头用于采集拍摄对象的图像，其安装于头戴式支架的前支撑带上；摄像头包括镜头、CMOS图像传感器和中央处理器，CMOS图像传感器接收经由镜头传输的光而生成图像数据，CMOS图像传感器连接有存储器，存储器存储摄像头所采集生成得到的视频图像。

激光发射器用于向拍摄对象发射激光束，以在拍摄对象上形成光斑，且尽可能保证激光束与摄像头的光轴方向平行；本实施方式中，激光发射器与摄像头集成于一体后固定于前支撑带上且与前支撑带活动连接。

在使用中，本实施方式中激光发射器发出的激光束将在使用者前方的拍摄对象上形成光斑，该光斑标定了拍摄对象的位置；使用者通过观察该光斑，可以知道目前的拍摄对象的位置，从而可以在自身舒服的姿势下，根据光斑的位置调节镜头使光斑与视觉焦点的拍摄对象吻合。激光发射器在20cm～100cm范围内达到最清晰的斑点，此范围与镜头的景深相对应。

激光发射器发出的激光束与摄像头的光轴平行，能够保证在任何拍摄距离范围内，激光束形成的光斑始终位于拍摄对象上或拍摄对象附近。

激光发射器与摄像头集成一体后与头戴式支架活动连接，能够方便用户根据需要调节摄像或激光投射方向，同时由于摄像头和激光发射器固定安装在一起，因此在调节的过程中激光发射器发射的激光束的方向始终与摄像头的拍摄方向一致，以对拍摄对象的位置进行标定。

供电电源为摄像头和激光发射器供电，其安装于头戴式支架的后支撑带上；摄像头和激光发射器由共用的启动开关控制启动，该启动开关接通时，则摄像头和激光发射器同时开启。

本实施方式中，激光发射器可以持续模式、间歇模式或光斑模式向拍摄对象发射激光束；通过这三个模式选择可切换控制激光发射器以相应的模式向拍摄对象发射激光束。

持续模式是指激光发射器开启后，持续发射激光束直至发射器关闭，其为装置的缺省默认模式；间歇模式是指激光发射器开启后，以预设频率间歇性地发射激光束。

本实施方式中，激光发射器还连接有一控制器，控制器连接有喇叭，该控制器用于获取供电电源的电量信息以及存储器的存储信息，并根据这些信息通过判断控制激光发射器以间歇模式发射激光束；当供电电源剩余电量不足或存储器的剩余存储空间不足（小于预设阈值），控制器控制激光发射器高频闪烁以作为警示，同时通过驱动喇叭实现声光报警，由此使用者即可通过观察激光束的颜色突变获知该信息状态。

本实施方式中，激光发射器的工作电压为DC-3V，工作电流≤50mA，输出功率约为2mW。然而在实际使用中，由于激光发射器开启，不管其工作在间歇模式还是其他模式，均会在采集的图像中心出现光斑，影响了视频图像的质量。为了解决该问题，本实施方式的摄像头采用CMOS图像传感器和中央处理器构建，如图2所示；CMOS图像传感器与中央处理器和激光发射器相连，其中：

中央处理器根据视频图像采集过程中的场消隐时间，驱动CMOS图像传感器输出的STROBE信号工作于内同步帧曝光控制模式下，并通过CMOS图像传感器对STROBE信号进行脉宽调制以及脉冲极性和延时控制；

CMOS图像传感器在中央处理器的控制下输出STROBE信号，并利用该STROBE信号驱动激光发射器工作于间歇模式下。本实施方式CMOS图像传感器采用型号为OV5642的CMOS影像芯片，其输出的STROBE信号用作闪光灯的控制信号，具有六种控制模式：Xenon、LED1、LED2、LED3四种工作闪光灯控制模式以及内同步、外同步两种帧曝光控制模式。STROBE信号可以进行编程控制，脉冲极性、快门延时、曝光时间等均可以调制，其脉冲时序如图3所示。

本实施方式通过中央处理器对STROBE信号进行脉宽调制、脉冲极性、延时控制处理，来控制激光发射器驱动电路的工作状态（如图4所示），使激光发射器实际工作与CMOS图像传感器的图像采集时序进行严格同步控制（如图5所示），使STROBE信号控制激光发射器工作在场消隐时间内（该期间CMOS图像传感器不采集图像，只是将采集到的上一帧视频图像通过数据接口传输给中央处理器）；经过这样处理后，采集到的视频图像中没有光斑现象，保证了录像的质量。

Claims

1.一种基于激光标定的头戴式摄像装置，包括头戴式支架；其特征在于：所述的头戴式支架上固定安装有摄像头、激光发射器和供电电源；所述的激光发射器向拍摄对象发射的激光束与摄像头的光轴平行。

2.根据权利要求1所述的基于激光标定的头戴式摄像装置，其特征在于：所述的摄像头与激光发射器集成于一体后固定于头戴式支架上且与头戴式支架活动连接。

3.根据权利要求1所述的基于激光标定的头戴式摄像装置，其特征在于：所述的摄像头连接有存储器。

4.根据权利要求1所述的基于激光标定的头戴式摄像装置，其特征在于：所述的摄像头采用CMOS图像传感器和中央处理器构建，CMOS图像传感器与中央处理器和激光发射器相连。

5.根据权利要求1所述的基于激光标定的头戴式摄像装置，其特征在于：所述的激光发射器连接有一控制器。

6.根据权利要求5所述的基于激光标定的头戴式摄像装置，其特征在于：所述的控制器连接有喇叭。

7.根据权利要求1所述的基于激光标定的头戴式摄像装置，其特征在于：所述的头戴式支架佩戴于用户头部，其包括环形支撑架和弧形支撑带；其中，所述的环形支撑架环绕于用户头部四周，其由前支撑带、右支撑带、后支撑带和左支撑带依次串联成环状；所述的弧形支撑带扣于用户头顶，其一端与左支撑带相连，另一端与右支撑带相连；所述的摄像头和激光发射器安装于所述的前支撑带上；所述的供电电源安装于所述的后支撑带上。