CN203467754U - 一种具有眼控取像功能的头盔 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于航空领域，具体涉及一种具有眼控取像功能的头盔，包括盔体、护目镜、光学镜头组件，所述光学镜头组件包括一个凹面反射镜和一个平面反射镜，还包括一个安装于盔体上的带红外灯的摄像头，所述护目镜内侧涂有红外反射膜。本实用新型单摄像头单光源的视线跟踪方案将头盔集成眼控技术的代价降到最低限度。附加的光学器件仅增加一个带红外光源的红外摄像头，及面反射镜增加红外镀膜即可。头盔集成眼控技术的重量代价降到了最低限度，完全能够满足头盔的重量和机械结构要求。采用近红外光源照射眼部，形成眼部近红外图像，有效降低环境光线对眼部图像质量的影响。

Description

一种具有眼控取像功能的头盔

技术领域

本实用新型属于航空领域，具体涉及一种具有眼控取像功能的头盔，涉及头盔内部光路系统、图像采集技术。 

背景技术

在头盔内部实现眼动数据采集功能，在很多领域具有广阔而重要的应用前景，如飞行员驾驶，基于虚拟现实的游戏与训练系统，基于增强现实的实时信息等等提供服务。 

随着显示技术的进步，头盔面罩能够显示更丰富的电脑数据，甚至3D影像。而面罩的超近距离，使得自然便捷的人机交互变得非常困难。利用眼动数据实现自然的人机交互是近年来发展起来的一项新技术，具有自然、快捷等优点。但是，在不显著增加头盔重量的情况下、在空间非常狭小的头盔内部实现可靠的眼动数据获取，一直是一个有待解决的难题。 

已知的民用眼动数据采集系统，大多采用正面拍摄人眼图像的方法获取眼部状态信息。而实际应用中的头盔对重量和机械结构有着严格的限制，很难在内部附加过多的光学部件。此外，头盔内部可利用空间非常小，只能通过斜角取像，或者通过面罩反射取像。这两种方式取像，图像都不可避免地存在一定的畸变，严重影响后续处理。因此，如何在不显著增加头盔重量的情况下获取满意的眼部图像成为一个急待克服的难题。 

发明内容

发明目的 

提供一种具有眼控取像功能的头盔，实时获取眼动数据的头盔系统，解决在动态使用环境中眼控系统中眼部图像的采集问题。 

技术方案 

一种具有眼控取像功能的头盔，包括盔体1、护目镜2、光学镜头组件3，所述光学镜头组件3包括一个凹面反射镜4和一个平面反射镜5，还包括一个安装于盔体1上的带红外灯的摄像头6，所述护目镜5内侧涂有红外反射膜7。 

还包括一个用于增加光路亮度的LED套件8。 

有益效果 

本实用新型单摄像头单光源的视线跟踪方案将头盔集成眼控技术的代价降 到最低限度。附加的光学器件仅增加一个带红外光源的红外摄像头，及面反射镜增加红外镀膜即可。加上对具体器件的选型，将头盔集成眼控技术的重量代价降到了最低限度，完全能够满足头盔的重量和机械结构要求。本实用新型采用近红外光源照射眼部，形成眼部近红外图像，有效的降低了环境光线对眼部图像质量的影响。本实用新型将近红外反射镜集成在面罩投影装置中，利用投影装置的镜头成像能力，获取更好的眼部图像。 

附图说明

图1是本实用新型结构示意图； 

图2是本实用新型眼控取像示意图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，请参阅图1至图2。 

本实用新型根据未来头盔的应用需要，提出了一种面罩反射取像的光路设计方案，该方案只需增加一个带红外光源的红外摄像头，在面反射镜增加红外镀膜即可，对头盔结构的改变非常小。根据头盔面罩投影原理，本发明在不改动头盔投影装置的前提下，设计了取像光路，将三个光学器件集成到投影镜头内部，减小对头盔空间的占用，并获取较好的眼部图像。 

本实用新型从头盔设计、面罩投影原理、视线跟踪技术等方面入手，克服头盔重量和机械结构限制高、眼部图像畸变等困难，解决面罩取像问题。基本思路是：为克服头盔重量和机械结构限制高的问题，我们选用了单摄像头单光源的视线跟踪方案；为降低环境光照的干扰，我们采用了红外光源照射眼部，采集眼部的红外图像；为解决眼部图像畸变问题，我们设计照射和取像光路，利用投影镜头反向消除眼部图像畸变；为方便在已有头盔上集成眼控技术，我们设计了不改变已有面罩投影装置的取像光路。 

单摄像头单光源的视线跟踪方案将头盔集成眼控技术的代价降到最低限度。附加的光学器件仅为带红外光源的红外摄像头，和面反射镜增加红外镀膜即可。加上对具体器件的选型，完全能够满足头盔的重量和机械结构要求。 

采用红外光源照射眼部，形成眼部红外图像，有效的降低了环境光线对眼部图像质量的影响。这是因为环境光线中红外光的亮度非常小，因而对眼部红外图像影响也非常小，同时在红外光线下，瞳孔特征更加明显，利于瞳孔中心定位。 

为方便在头盔上集成眼控技术，本发明将红外反射镜集成在面罩投影装置中，利用投影装置的镜头成像能力，获取更好的眼部图像。具体如图1所示。投射的图像经过一系列的透镜后，会放大以适应面罩大小，因此，其逆向的光路可以缩小面罩对眼部的凹面镜成像，从而可以以更小的红外反射镜反射完整的眼部图像，而且角度调整也更加灵活，保证了眼部正面反射图像的获取。 

在一个具体的头盔中实现方案，首先应该按照方案根据头盔的结构合理安装 带红外光源的红外摄像头，及面反射镜增加红外镀膜，然后调整各光学器件位置，使摄像头能够获得最佳的眼部图像。实施过程中需要注意的有： 

需要对显示成像的头盔面罩内侧镀一层只反射红外光，对其他光线无影响的镀膜，以使头盔面罩能够对眼部进行凹面镜成像； 

摄像头都需要选用红外微距摄像头，以适应头盔内部的狭小空间； 

红外光源可采用摄像头自带照明用近红外补充光源（900nm）； 

红外光源的光强应限制在10mW/cm2以下，以保护眼睛长时间照射不受伤害。 

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，请参阅图1至图2。 

如图1所示，一种具有眼控取像功能的头盔，包括盔体1、护目镜2、光学镜头组件3，所述光学镜头组件3包括一个凹面反射镜4和一个平面反射镜5，其特征在于，还包括一个安装于盔体1上的带红外灯的摄像头6，所述护目镜5内侧涂有红外反射膜7。 

优选地，还包括一个用于增加光路亮度的LED套件8。 

获取眼部图像的工作原理为：首先，各光学器件安装位置如附图2所示，光路中实线的为投影光线，细虚线为近红外光线光路，粗虚线为眼部图像获取光路。可以看出，由近红外光源发射出的近红外光线经近红外反射镜反射、凹面镜反射、光学镜头透射、头盔面罩反射后，均匀照射在眼部。被照亮的眼部会在头盔面罩上反射成像（头盔面罩上涂近红外反射镀膜）。该反射成像经光学镜头，投影在凹面镜上，会形成一幅相同的反射图像，该图像经近红外反射镜反射，最终被微距摄像头获取，完成眼部近红外图像的获取。 

Claims (2)

1.一种具有眼控取像功能的头盔，包括盔体[1]、护目镜[2]、光学镜头组件[3]，所述光学镜头组件[3]包括一个凹面反射镜[4]和一个平面反射镜[5]，其特征在于，还包括一个安装于盔体[1]上的带红外灯的摄像头[6]，所述护目镜[5]内侧涂有红外反射膜[7]。 

2.根据权利要求1所述的一种具有眼控取像功能的头盔，其特征在于，还包括一个用于增加光路亮度的LED套件[8]。 

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