本實用新型屬于智能仿生眼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種可靈活轉(zhuǎn)動、三維重建的仿生眼裝置及仿生眼設(shè)備。

背景技術(shù)：

人類感知客觀世界絕大多數(shù)信息都是需要借助眼睛而獲得的視覺信息，對機器人來說，“機器人眼睛”也是一個重要的感知設(shè)備。當今的機器人急切需要具備人眼諸多功能的機器人仿生眼。有了這樣的機器人仿生眼，機器人視覺技術(shù)和機器人技術(shù)將得到巨大的發(fā)展。

雖然經(jīng)過20多年的發(fā)展，但從實際應(yīng)用角度來看，現(xiàn)有的立體視覺技術(shù)還處于不成熟階段，這不僅僅涉及到技術(shù)上的原因，也是因為人類對自身視覺機制還沒有了解透徹。目前的計算機視覺大多采用位置相對固定的兩臺攝像機裝置或可移動的單個攝像機裝置，這種視覺方式明顯和人類一雙可轉(zhuǎn)動眼球形成的視覺相違背。通過二維圖像來獲取三維圖像并形成立體視覺存在很多難以克服的問題，比如：需要標定物，精度不高；數(shù)據(jù)量大，計算效果不好；灰度失真、幾何畸變、噪聲干擾等；目前的設(shè)備價格昂貴、處理過程復(fù)雜等，也影響了在工程中的使用。另外，在實際的人機交互應(yīng)用上，固定眼球(攝像機)的體驗遠沒有靈活轉(zhuǎn)動的眼球體驗優(yōu)越、互動性強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種可靈活轉(zhuǎn)動、三維重建的仿生眼裝置及仿生眼設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)達不到日常使用需求，人機交互體驗欠佳等問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他目的，本實用新型提供一種仿生眼裝置，包括：眼球罩，具有一容置空間；內(nèi)置有圖像捕捉設(shè)備的仿生眼球，所述仿生眼球設(shè)于 所述眼球罩的容置空間內(nèi)且通過關(guān)節(jié)面活動連接于所述眼球罩；磁性驅(qū)動機構(gòu)，包括：電磁體，密布于所述眼球罩后半部的內(nèi)罩壁上；永磁體，設(shè)于所述仿生眼球后半部的外球壁上。

可選地，所述眼球罩和所述仿生眼球共屬同一球心。

可選地，所述關(guān)節(jié)面為關(guān)節(jié)球面。

可選地，所述磁性驅(qū)動機構(gòu)還包括：磁體控制器，與所述電磁體相控制連接。

可選地，所述永磁體的數(shù)量為至少兩個，位于所述仿生眼球的正后方。

可選地，所述眼球罩中對應(yīng)于所述仿生眼球后半部的內(nèi)罩壁為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)。

本實用新型另提供一種仿生眼設(shè)備，包括相互獨立的兩個如前所述的仿生眼裝置。

可選地，兩個所述仿生眼裝置之間設(shè)有用于連接兩個所述仿生眼裝置的連接體。

如上所述，本實用新型提供的仿生眼裝置，包括眼球罩，內(nèi)置于眼球罩的仿生眼球，在所述眼球罩后半部的內(nèi)罩壁上布設(shè)有電磁體，而在所述仿生眼球后半部的外球壁上則設(shè)有永磁體，通過控制所述眼球罩中內(nèi)罩壁上不同電磁體的通斷來吸引/排斥永磁體，從而帶動所述仿生眼球進行相應(yīng)的運動，實現(xiàn)仿生化，使得裝配有該仿生眼裝置的仿生眼設(shè)備可以做到任意角度轉(zhuǎn)動、注視，追蹤物體移動，識別，對周圍環(huán)境三維重建。我們的仿生眼主要利用眼球運動信息和視覺圖像信息結(jié)合來進行三維重建，對于后期的手眼、頭眼以及眼睛和自身運動協(xié)調(diào)上，這項技術(shù)擁有不可比擬的優(yōu)勢。

附圖說明

圖1為本實用新型仿生眼裝置在一實施方式中的側(cè)向立體圖。

圖2為本實用新型仿生眼裝置在一實施方式中的側(cè)剖圖。

圖3為本實用新型仿生眼設(shè)備在一實施方式中的側(cè)向立體圖。

圖4為利用本實用新型仿生眼設(shè)備進行視覺信息處理的框架示意圖。

圖5為利用本實用新型仿生眼設(shè)備進行圖像構(gòu)建方法的流程示意圖

具體實施方式

本實用新型提供了一種仿生眼裝置及包括相互獨立的兩個仿生眼裝置的仿生眼設(shè)備，所述仿生眼裝置均包含有利用磁性驅(qū)動機構(gòu)而實現(xiàn)靈活轉(zhuǎn)動于眼球罩內(nèi)的仿生眼球和裝配于仿生眼球上的攝像機，使得裝配有仿生眼裝置的仿生眼設(shè)備可以做到注視，追蹤物體移動，識別，對周圍環(huán)境三維重建。

以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。

需要說明的是，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本實用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達成的目的下，均應(yīng)仍落在本實用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當亦視為本實用新型可實施的范疇。

請參閱圖1和圖2，其中，圖1為本實用新型仿生眼裝置在一實施方式中的側(cè)向立體圖，圖2為本實用新型仿生眼裝置在一實施方式中的側(cè)剖圖。結(jié)合圖1和圖2，本實用新型仿生眼裝置1包括：眼球罩11、仿生眼球13、以及磁性驅(qū)動機構(gòu)15。

以下對上述各個部件進行詳細描述。

眼球罩11，具有一容置空間。在本實施例中，眼球罩11整體為球型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部中空形成一大致為球型的容置空間。另外，眼球罩11的前端可通過一切面而形成一開口。所述開口的切面要小于穿過球心的直徑面，即所述開口的角度要小于180°。

仿生眼球13，設(shè)于眼球罩11的容置空間內(nèi)。在本實施例中，仿生眼球13和眼球罩11為同心設(shè)置，即仿生眼球13和眼球罩11共屬同一球心。仿生眼球13通過關(guān)節(jié)面活動連接于眼球罩11，優(yōu)選地，所述關(guān)節(jié)面可例如為關(guān)節(jié)球面。

仿生眼球13也具有內(nèi)部安裝空間和與所述內(nèi)部安裝空間相通的前端開口，所述前端開口與眼球罩11中的所述開口相一致，所述內(nèi)部安裝空間中內(nèi)置有圖像捕捉設(shè)備17，圖像捕捉設(shè)備17的攝像頭凸出或凹進于所述前端開口。

磁性驅(qū)動機構(gòu)15進一步包括：電磁體151、磁體控制器、以及永磁體153。

電磁體151密布于眼球罩11后半部的內(nèi)罩壁上。在本實施例中，可例如在內(nèi)罩壁上設(shè)計出坐標系，然后在坐標系中標定出各個電磁體151的坐標，并為每一個電磁體151賦予一個編號，如每一個電磁體151具有一編號及相對應(yīng)的坐標。

磁體控制器與電磁體151相控制連接，通過磁體控制器，可控制眼球罩11內(nèi)罩壁上上各個電磁體151的通斷。

永磁體153，設(shè)于仿生眼球13后半部的外球壁上。在實際應(yīng)用中，永磁體153會受到開通的電磁體151的吸附力作用而帶動仿生眼球13通過關(guān)節(jié)球面而相對于眼球罩11作運動。在本實施例中，在運行過程中，為防止仿生眼球13出現(xiàn)繞單點自身旋轉(zhuǎn)的情形(發(fā)生不需要或不必要的轉(zhuǎn)動)，有鑒于此，優(yōu)選地，永磁體153的數(shù)量為至少兩個，位于所述仿生眼球的正后方。在一實施例中，若永磁體153的數(shù)量為三個或四個時，則這三個或四個永磁體153環(huán)設(shè)于一直徑軸的四周(所述直徑軸即為穿過仿生眼球13中前端開口的中心的那一條 直徑軸)。

另外，為使得永磁體153能與電磁體151能實現(xiàn)更好的吸附效果及便于仿生眼球13能相對于眼球罩11運動地更為順暢，在本實施例中，眼球罩11的內(nèi)罩壁中對應(yīng)于仿生眼球13的后半部的部分設(shè)計為內(nèi)凹結(jié)構(gòu)，如此，使得眼球罩11后半部的內(nèi)罩壁與仿生眼球13后半部的外球壁之間留有間隙，該間隙可確保仿生眼球13上的永磁體153能與眼球罩11上的電磁體151能實現(xiàn)更好的吸附效果(阻擋更少)以及便于仿生眼球13能更為順暢地相對于眼球罩11運動(仿生眼球13與眼球罩11之間的關(guān)節(jié)球面更少)。

請參閱圖3，其顯示了本實用新型仿生眼設(shè)備在一實施方式中的側(cè)向立體圖。如圖3所示，本實用新型仿生眼設(shè)備2包括相互獨立的兩個仿生眼裝置1，兩個仿生眼裝置1之間設(shè)有起到連接的連接體3。在本實施例中：兩個仿生眼裝置1為并行同向設(shè)置，且兩個仿生眼裝置1具有一定的間距。連接體3可例如為連接板，連接板3的兩端分別與兩個仿生眼裝置1的眼球罩，連接板3的長度即為設(shè)計的兩個仿生眼裝置1之間的間距。如此，本實用新型仿生眼設(shè)備2可通過兩個仿生眼裝置1中各自的仿生眼球的各自運動，實現(xiàn)對空間物體進行三維重建。

以下針對單個仿生眼裝置1的整體運作一大致說明：

在理想條件下，圖像捕捉設(shè)備17的光軸與眼球罩11的直徑軸和仿生眼球13的直徑軸相重合，圖像捕捉設(shè)備17中的感光元件的中心與眼球罩11的球心重合。假設(shè)預(yù)先擬定配置有圖像捕捉設(shè)備17的仿生眼球13的目標位置，根據(jù)當前位置(可通過當前開通的電磁體151的坐標或編號來確定)和擬定的目標位置來確定仿生眼球13的運動軌跡(根據(jù)目標位置，可推算并確定所需開通的電磁體151的坐標或編號)，通過磁體控制器來開通所確定的新的坐標或編號的電磁體151(此時，若初始狀態(tài)下的電磁體151仍未關(guān)斷，則再通過磁體控制器來關(guān)斷初始狀態(tài)下的電磁體151)，這樣，在新開通的電磁體151的作用下，吸引/排斥仿生眼球13上的永磁體153以此來帶動仿生眼球13相對于眼球罩11 作運動。

請參閱圖4和圖5，圖4顯示了利用本實用新型仿生眼設(shè)備進行視覺信息處理的框架示意圖，圖5顯示了利用本實用新型仿生眼設(shè)備進行圖像構(gòu)建方法的流程示意圖。如圖4和圖5所示，該圖像構(gòu)建方法的過程主要包括：

S501，控制仿生眼設(shè)備中的各個圖像捕捉設(shè)備進行圖像捕捉。

S502，從圖像捕捉設(shè)備捕捉的圖像中提取圖像基本信息(例如RGB等信息)，通過圖像預(yù)處理后得出圖像特征信息。在本實施例中，所述圖像預(yù)處理是借助于FPGA或GPU等處理芯片，預(yù)處理后得到的圖像特征信息可包括：輪廓特征(Contour Feature)、顏色信息(Colour)等。

S503，當至少兩個圖像捕捉設(shè)備同時注視一點時，根據(jù)各個圖像捕捉設(shè)備的相互位置信息以及運動信息，計算出注視點的空間坐標(例如XYZ值)。在本實施例中，由于圖像捕捉設(shè)備的運動是由磁性驅(qū)動機構(gòu)來實現(xiàn)的，因此，所述圖像捕捉設(shè)備的運動信息即可通過密布于眼球罩11后半部的內(nèi)罩壁上的電磁體151中前后開通的電磁體151的坐標差來表征，具體地，所述圖像捕捉設(shè)備的運動信息包括方向信息(Direction)和距離信息(Distance)，該方向信息即為前次開通的電磁體151的坐標指向后次開通的電磁體151的坐標的方向，該距離信息即為前次開通的電磁體151的坐標到后次開通的電磁體151的坐標的距離。所述位置信息指的是各個圖像捕捉設(shè)備之間的相互位置信息。

S504，根據(jù)所述圖像信息和圖像捕捉設(shè)備自身的運動位置信息，構(gòu)建三維空間數(shù)據(jù)庫。在本實施例中，通過中央控制處理系統(tǒng)根據(jù)前述的注視點的空間坐標(例如XYZ值)和圖像特征信息(例如輪廓特征、顏色)等構(gòu)建三維數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)周圍環(huán)境的三維重建和識別。

S505，發(fā)出控制指令以在仿生眼設(shè)備中各個仿生眼裝置中通過磁體控制器來開通所確定的新的坐標或編號的電磁體。

綜上所述，本實用新型提供的仿生眼裝置，包括眼球罩，內(nèi)置于眼球罩的仿生眼球，在所述眼球罩后半部的內(nèi)罩壁上布設(shè)有電磁體，而在所述仿生眼球 后半部的外球壁上則設(shè)有永磁體，通過控制所述眼球罩中內(nèi)罩壁上不同電磁體的通斷來吸引/排斥永磁體，從而帶動所述仿生眼球進行相應(yīng)的運動，實現(xiàn)仿生化，使得裝配有該仿生眼裝置的機器設(shè)備可以做到任意角度轉(zhuǎn)動、注視，追蹤物體移動，識別，對周圍環(huán)境三維重建。我們的仿生眼主要利用眼球運動信息和視覺圖像信息結(jié)合來進行三維重建，對于后期的手眼、頭眼以及眼睛和自身運動協(xié)調(diào)上，這項技術(shù)擁有不可比擬的優(yōu)勢。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本實用新型的權(quán)利要求所涵蓋。