CN207908808U - 一种带红外热像仪的智能mr救援头盔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及图像和应急救援技术领域，具体涉及一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，它包括嵌于头盔外壳上的双目摄像头、红外热像仪，安放在头盔外壳内部的图像探测单元、感知单元，MR显示系统，电缆，和手持端；所述双目摄像头、红外热像仪通过导线与图像探测单元相连；所述图像探测单元通过电缆与手持端相连；所述感知单元通过电缆与手持端相连；所述MR显示系统通过电缆与手持端相连；它具有功能强、适应性好等优势，能增强现场烟雾中环境中的能见度，解决救援人员的灾难现场的环境感知问题，进而保障生命安全，提高搜索和救援效率。

Description

一种带红外热像仪的智能MR救援头盔

【技术领域】

本实用新型涉及图像和应急救援技术领域，具体涉及一种带红外热像仪的智能MR救援头盔。

【背景技术】

随着社会城市化发展，人们越来越集中在城市里生活工作。目前城市中的大部分地区高楼林立，公共场所拥挤，建筑紧凑复杂，加之电力、石油、天然气等能源广泛应用和地址结构变化等，使得各类灾难事故发生的概率不断增加，救援难度也与日俱增。而灾难事故发生后，需要救援人员来进行救援救助，以使得灾难事故中的人们的生命以及财产损失降到最低。但是对于救援人员和指挥人员来说，感知灾难现场的突发情况，了解灾难现场的态势对于保护救援人员的生命安全和做出正确决策的需求是十分迫切。头盔作为救援人员的必要装备之一。传统的救援用的头盔在使用时，存在如下问题：

第一是，传统的头盔只是起保护救援人员身体的作用，功能单一。不具有通信功能，使得整个灾难现场中的救援人员不能形成一个整体，发挥整体有序救援，从而提高救援效率。

第二是，传统的头盔不具有定位功能，使得救援现场的指挥员，不能根据灾难现场的情况，进行优化调度，更好的指挥救援人员；在保障安全的前提下，最大可能解救灾难现场，挽救生命和财产安全。如果具备定位功能，则能够实时了解灾难现场的环境信息和救援员的位置信息，为救援人员能够对潜在危险做出及时的反应提供足够的信息。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，它采用嵌入红外热像仪、可见光相机和各类传感器，能够在为佩戴人员提供实时MR显示的同时，叠加实时地图和提示信息，并将灾难现场信息和人员状态信息传送给指挥端；它具有功能强、适应性好等优势，能增强现场烟雾中环境中的能见度，解决救援人员的灾难现场的环境感知问题，进而保障生命安全，提高搜索和救援效率；能够实施感知灾难现场的情况，包括热源、烟雾、救援人员状态和位置、现场视频等；同时还具有信息传输功能，尤其是在复杂建筑物情况下的视频或图像传输；能够在保护救援人员生命安全的同时，提高救援效率和现场指挥的实效性。

本实用新型所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，它包括

嵌于头盔外壳上的双目摄像头、红外热像仪，

安放在头盔外壳内部的图像探测单元、感知单元，

MR显示系统，

电缆，

和手持端；

所述双目摄像头、红外热像仪通过导线与图像探测单元相连；所述图像探测单元通过电缆与手持端相连；所述感知单元通过电缆与手持端相连；所述MR显示系统通过电缆与手持端相连。

进一步地，所述MR显示系统由左眼MR眼镜片、右眼MR眼镜片，眼镜驱动电路一、眼镜驱动电路二，LVDS转换芯片一、LVDS转换芯片二、辅助控制器组成；所述辅助控制器通过IIC总线与眼镜驱动电路一、眼镜驱动电路二相连；所述LVDS转换芯片一、LVDS转换芯片一通过电缆分别与眼镜驱动电路一、眼镜驱动电路二相连。

进一步地，所述手持端包括ARM处理器、FPGA电路、图像接口、串口组态屏、LVDS转换芯片三、LVDS转换芯片四、4G内存芯片和外围电路；所述外围电路包括语音编解码芯片、USB集线控制器；所述ARM处理器一端与FPGA电路电连接，ARM处理器另一端分别与语音编解码芯片、2G内存芯片、USB集线控制器电连接；所述ARM处理器通过USB接口与图像接口电连接；所述ARM处理器通过UART接口分别与辅助控制器、串口组态屏电连接；所述FPGA电路另一端分别与LVDS转换芯片三、LVDS转换芯片四和4G内存芯片电连接；

进一步地，所述感知单元包括9轴陀螺仪、生命体征传感器和气体传感器。

进一步地，所述LVDS转换芯片一、LVDS转换芯片一为高速LVDS芯片，型号为DS90UB926Q-Q1的解串器芯片。

进一步地，所述眼镜驱动电路一为OVP0921芯片；所述眼镜驱动电路二为ISL97901芯片。

进一步地，所述ARM处理器为2核以上的高新能ARM处理器，型号是是三星四核Cortex-A9Exynos4412处理器。

进一步地，所述FPGA电路为30万门I/O速度大于150MHz的高性能低功耗FPGA芯片，型号是XC6SLX45T的芯片。

进一步地，所述LVDS转换芯片三、LVDS转换芯片四为高速LVDS芯片，型号是DS90UB925Q-Q1的编码器芯片。

进一步地，所述语音编解码芯片为WM8960芯片。

进一步地，所述USB集线控制器为内嵌了8个位的RISC处理器的GL850A芯片。

采用上述结构后，本实用新型有益效果为：本实用新型所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，它采用嵌入红外热像仪、可见光相机和各类传感器，能够在为佩戴人员提供实时MR显示的同时，叠加实时地图和提示信息，并将灾难现场信息和人员状态信息传送给指挥端；它具有功能强、适应性好等优势，能增强现场烟雾中环境中的能见度，解决救援人员的灾难现场的环境感知问题，进而保障生命安全，提高搜索和救援效率；能够实施感知灾难现场的情况，包括热源、烟雾、救援人员状态和位置、现场视频等；同时还具有信息传输功能，尤其是在复杂建筑物情况下的视频或图像传输；能够在保护救援人员生命安全的同时，提高救援效率和现场指挥的实效性。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本实用新型的不当限定，在附图中：

图1是本实用新型的智能MR救援头盔结构框图；

图2是本实用新型中的MR显示系统结构示意图；

图3是本实用新型中的手持端的结构示意图；

图4是本实用新型中的显示方法的流程示意图；

图5是图4中的步骤S4的具体流程示意图。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本具体实施方式所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，它包括它包括手持端z7、图像探测单元z3、感知单元z4和MR显示系统z5；手持端用于管理和控制感知器的各种信息；接收指挥系统的控制指令并解析，向头盔的指挥系统传输采集到的图像、环境和体征等信息；负责处理MR显示系统的图像信息处理；图像探测单元包括红外热像仪z2和可见光相机，可见光相机为双目摄像头z1，用于采集灾难现场的图像和热像信息；感知单元包括9轴陀螺仪、生命体征传感器和气体传感器，用于感知环境信息、姿态和生命体征信息；MR显示系统为救援人员提供近眼信息显示，可以显示图像探测器的图像，指挥系统的指令、地图信息等。

进一步地，所述MR显示系统z5由左眼MR眼镜片z511、右眼MR眼镜片z512，眼镜驱动电路一z521、眼镜驱动电路二z522，LVDS转换芯片一z531、LVDS转换芯片二z532、辅助控制器z54组成；

所述辅助控制器z54通过IIC总线与眼镜驱动电路一z521、眼镜驱动电路二z522相连，设置眼镜的亮度、对比度和是否显示图像；

所述LVDS转换芯片一z531、LVDS转换芯片一z532通过电缆Z6分别与眼镜驱动电路一z521、眼镜驱动电路二z522相连；LVDS转换芯片一z531、LVDS转换芯片一z532，将手持端传送的LVDS图像信号转换成RGB信号并传送给眼镜驱动电路一z521、眼镜驱动电路二z522；眼镜驱动电路一z521、眼镜驱动电路二z522分别驱动左眼MR眼镜片z511、右眼MR眼镜片z512，实现图像的显示。

进一步地，所述手持端包括ARM处理器z71、FPGA电路z72、图像接口z73、串口组态屏z74、LVDS转换芯片三z75、LVDS转换芯片四z77、4G内存芯片z76和外围电路；所述外围电路包括语音编解码芯片、USB集线控制器；所述ARM处理器z71一端与FPGA电路z72电连接，ARM处理器z71另一端分别与语音编解码芯片、2G内存芯片、USB集线控制器电连接；所述ARM处理器z71通过USB接口与图像接口z73电连接；所述ARM处理器z71通过UART接口分别与辅助控制器Z54、串口组态屏z74电连接；所述FPGA电路z72另一端分别与LVDS转换芯片三z75、LVDS转换芯片四z77和4G内存芯片z76电连接；

作为本实用新型的一种优选，所述LVDS转换芯片一z531、LVDS转换芯片一z532为高速LVDS芯片，型号为DS90UB926Q-Q1的解串器芯片。

作为本实用新型的一种优选，所述眼镜驱动电路一z521为OVP0921芯片；所述眼镜驱动电路二z522为ISL97901芯片。

作为本实用新型的一种优选，所述ARM处理器z71为2核以上的高新能ARM处理器，型号是是三星四核Cortex-A9Exynos4412处理器。

作为本实用新型的一种优选，所述FPGA电路z72为30万门I/O速度大于150MHz的高性能低功耗FPGA芯片，型号是XC6SLX45T的芯片。

作为本实用新型的一种优选，所述LVDS转换芯片三z75、LVDS转换芯片四z77为高速LVDS芯片，型号是DS90UB925Q-Q1的编码器芯片。

作为本实用新型的一种优选，所述语音编解码芯片为WM8960芯片。

作为本实用新型的一种优选，所述USB集线控制器为内嵌了8个位的RISC处理器的GL850A芯片。

本实用新型的工作原理如下：

如图1所示，是带红外热像仪的智能MR救援头盔结构框图；

本实用新型实施例的带红外热像仪的智能MR救援头盔包括嵌于头盔外壳z00上的双目摄像头z1、红外热像仪z2，安放在头盔外壳内部的图像探测单元z3、感知单元z4，MR显示系统z5，连接电缆z6和手持端z7；

其中，双目摄像头z1、红外热像仪z2嵌于头盔外壳z00上；图像探测单元z3、感知单元z4安放在安放在头盔外壳内部；双目摄像头z1、红外热像仪z2通过导线与图像探测单元z3相连；所述图像探测单元z3通过电缆z6与手持端z7相连；所述感知单元z4通过电缆z6与手持端z7相连；所述MR显示系统z5通过电缆z6与手持端z7相连。双目摄像头z1、红外热像仪z2采集的图像信号通过图像探测单元z3合成后由电缆z6传递到手持端z7，完成图像的采集；手持端z7将采集到的图像根据设置的显示模式和工作模式，通过电缆z6或者天线分别传送到MR显示系统z5和头盔的指挥端。MR显示系统z5将根据需要显示热像、可见光图像、地图信息和提示命令信息。

继续参考图2，在本实施例中，所述MR显示系统z5由左右眼MR眼镜片z511、z512，眼镜驱动电路z521、z522，LVDS转换芯片z531、z532以及辅助控制器z54构成。

其中辅助控制器z54通过IIC总线与眼镜驱动电路z521、z522相连，设置眼镜的亮度、对比度和是否显示图像；LVDS转换芯片z531、z532，将手持传送的LVDS图像信号转换成RGB信号并传送给眼镜驱动电路z521、z522，眼镜驱动电路分别驱动左右眼MR眼镜片z511、z512，实现图像的显示。

具体的，具体实施时LVDS转换芯片z531、z532均为高速LVDS芯片，具体实施时刻采用DS90UB926Q-Q1解串器芯片以分别对左右眼的视频信号进行恢复，其中，每路LVDS恢复出8位RGB数据、3个视频控制信号以及4个同步的IIS音频信号，并从高速串行数据流中提取出时钟信号，实现1080p，60帧每秒的传输速率。所述眼镜驱动电路z521、z522可采用OVP0921和ISL97901，分别为左右眼MR眼镜片z511、z512提供视频信号和led背光驱动。

如图3，在本实施例中，手持端z7由ARM处理器z71，，串口组态屏z74，LVDS转换芯片z75、z77，内存芯片z76和其他接口电路构成。

其中，ARM处理器z71通过USB接口与图像接口z74相连，控制图像探测单元z3获取热像和可见光图像获取的图像经背景分离、信息融合处理后，由LCD_RGB、CMA_DCMI、UART接口控制并传送到FPGA电路z72构成的显示存储中。

其中：ARM处理器z71通过USB接口与图像接口z73相连，控制图像探测单元z3获取热像和可见光图像获取的图像经背景分离、信息融合处理后，由LCD_RGB、CMA_DCMI、UART接口控制并传送到FPGA电路z72构成的显示存储中。

其中：FPGA电路z72、LVDS转换芯片三z75、LVDS转换芯片四z77，内存芯片z76构成MR显示系统z5的显示适配器。ARM处理器z71传送的图像信号首先在4G内存芯片z76中存储，FPGA电路z72将存储的图像合成左右帧，并加速到帧频60Hz。FPGA电路z72再将合成的图像进行矫正，立体转换，色彩变换处理以便满足MR显示系统z5的显示需要。最后FPGA电路z72转换好的左右帧图像通过LVDS转换芯片三z75、LVDS转换芯片四z77转换成MR显示系统z5的接口标准，由电缆z6传送到MR显示系统z5。

具体的，具体实施时ARM处理器z71为2核以上的高新能ARM处理器，具体实施时刻采用三星四核Cortex-A9Exynos4412处理器实现图像采集、感知单元信号处理、显示信息叠加、通信控制和指令解析，其中图像采集60帧/s、感知单元的信号包括环境信息、生命体征和位置姿态，显示信息包括地图存储、调用和叠加，通信和指令控制负责模式切换和指挥控制指令解析。具体实施时刻ARM处理器z71的外围电路立体声编解码器采用WM8960芯片，使用低功率超采样数字插补及抽取滤波器实现立体声24位Σ-ΔADC和DAC；USB集线控制器采用内嵌了8个位的RISC处理器的GL850A芯片。

具体的，具体实施时FPGA电路z72为30万门I/O速度大于150MHz的高性能低功耗FPGA芯片。具体实施时刻采用XC6SLX45T芯片实现多电压、差分对数据传输，速率为300Mb/s，DDR3数据速率为600Mb/s。LVDS转换芯片z75、z77均为高速LVDS芯片，具体实施时刻采用DS90UB925Q-Q1编码器芯片以分别对左右眼的视频信号进行并串转换，将8位RGB数据、3个视频控制信号以及4个同步的IIS音频信号转换成高速串行数据流。

如图4，是本实用新型中的带红外热像仪的智能MR救援头盔显示方法的流程示意图，MR显示方法包括步骤S1-步骤S6：

S1、图像探测模块通过手持端的按键或指令控制得到可见光、红外图像信号及热成像；

其中，本实施例的可见光图像采用双目摄像头，热像仪采用嵌入式微型高灵敏度热像仪。具体的，双目摄像头采用500万像素，焦距为9mm，热像仪采用长波红外(LWIR)热成像摄像机。本实施例采用的长波红外(LWIR)热成像摄像机具有640x512像素，可以测量温度和热图像，得到烟雾、黑暗环境下的火源位置，生命体征，安全通道信息。

S2、感知单元获得环境信息、姿态和生命体征信息后在手持端内形成提示信息图像信号；

具体实施时，感知单元通过电缆将获得的信息传送给手持端，手持端解析后将位置，姿态、环境信息编译成无背景的文字信息并存储。

S3、手持端根据内部存储的地图或者指挥端传送的实时地图合成地图信息信号；

具体实施时，手持端将文字信息缩小，并附加显示位置后与内部存储的地图或者图像感知单元的图像叠加，存储到内存中以便传送到MR显示器。

S4、通过手持设置MR显示信息的切换模式，显示模式可以由指挥端通过指令控制，显示模式分为红外模式，可见光模式，提示信息混合模式，地图信息混合模式和无显示模式。在该步骤中，存储在内存中的待显示图像信号由手持端的ARM处理器芯片通过接口出送给手持端的FPGA芯片，经处理后分成左右两帧图像并由LVDS芯片进行协议转换，传递到MR显示系统，显示系统的显示模式由手持端的ARM发出的控制指令决定。

在所述步骤S4中，如图5所示，通过以下步骤S41-S43，由FPGA处理得到显示图像：

S41、ARM处理器通过LCD_RGB接口将要显示的图像发送到FPGA芯片中并缓存；

S42、FPGA电路将要显示图像进行矫正，立体转换，色彩变换处理以便满足MR显示系统的显示需要，然后合成左右帧图像，并加速到帧频60Hz。

S43、FPGA电路将转换好的左右帧图像通过LVDS转换芯片7转换成MR显示系统的接口标准，由电缆传送到MR显示系统。

S5、救援人员可以通过手势、按键切换、后台控制和语音识别等控制MR显示系统的模式转化。

在该步骤中，手持端的ARM处理器芯片根据可见光图像的手势识别算法或者手持端的按键或者手持端的语音识别算法或者来自指挥系统的无线通信命令控制MR显示图像的模式。

S6、手持端根据指令将任意模式的图像信号通过无线传输传送给指挥端，不受显示模式的限制。救援人员可以根据现场态势选择打开MR显示或者关闭显示。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施方式，故凡依本实用新型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，均包括于本实用新型专利申请范围内。

Claims (11)

1.一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：它包括

嵌于头盔外壳上的双目摄像头、红外热像仪，

安放在头盔外壳内部的图像探测单元、感知单元，

MR显示系统，

电缆，

和手持端；

所述双目摄像头、红外热像仪通过导线与图像探测单元相连；所述图像探测单元通过电缆与手持端相连；所述感知单元通过电缆与手持端相连；所述MR显示系统通过电缆与手持端相连。

2.根据权利要求1所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述MR显示系统由左眼MR眼镜片、右眼MR眼镜片，眼镜驱动电路一、眼镜驱动电路二，LVDS转换芯片一、LVDS转换芯片二、辅助控制器组成；所述辅助控制器通过IIC总线与眼镜驱动电路一、眼镜驱动电路二相连；所述LVDS转换芯片一、LVDS转换芯片一通过电缆分别与眼镜驱动电路一、眼镜驱动电路二相连。

3.根据权利要求1所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述手持端包括ARM处理器、FPGA电路、图像接口、串口组态屏、LVDS转换芯片三、LVDS转换芯片四、4G内存芯片和外围电路；所述外围电路包括语音编解码芯片、USB集线控制器；所述ARM处理器一端与FPGA电路电连接，ARM处理器另一端分别与语音编解码芯片、2G内存芯片、USB集线控制器电连接；所述ARM处理器通过USB接口与图像接口电连接；所述ARM处理器通过UART接口分别与辅助控制器、串口组态屏电连接；所述FPGA电路另一端分别与LVDS转换芯片三、LVDS转换芯片四和4G内存芯片电连接。

4.根据权利要求1所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述感知单元包括9轴陀螺仪、生命体征传感器和气体传感器。

5.根据权利要求2所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述LVDS转换芯片一、LVDS转换芯片一为高速LVDS芯片，型号为DS90UB926Q-Q1的解串器芯片。

6.根据权利要求2所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述眼镜驱动电路一为OVP0921芯片；所述眼镜驱动电路二为ISL97901芯片。

7.根据权利要求3所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述ARM处理器为2核以上的高性能ARM处理器，型号是三星四核Cortex-A9Exynos4412处理器。

8.根据权利要求3所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述FPGA电路为30万门I/O速度大于150MHz的高性能低功耗FPGA芯片，型号是XC6SLX45T的芯片。

9.根据权利要求3所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述LVDS转换芯片三、LVDS转换芯片四为高速LVDS芯片，型号是DS90UB925Q-Q1的编码器芯片。

10.根据权利要求3所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述语音编解码芯片为WM8960芯片。

11.根据权利要求3所述的一种带红外热像仪的智能MR救援头盔，其特征在于：所述USB集线控制器为内嵌了8个位的RISC处理器的GL850A芯片。