專利名稱：跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點的校準(zhǔn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點跟蹤的校準(zhǔn)裝置，尤其是對配戴助視器的 駕駛員在駕駛行為狀態(tài)中對望遠(yuǎn)鏡瞄點跟蹤進(jìn)行校準(zhǔn)的裝置。
背景技術(shù)：
隨著人們壽命的增長，與年齡相關(guān)的低視力人群數(shù)量也在增加。根據(jù)美國2000年 的人口統(tǒng)計，估計有240萬美國成年人是低視力(矯正后的最佳視力低于20/40)。因為不 能滿足視力要求，許多人失去了駕駛機(jī)會，從而對生活質(zhì)量造成了影響。從50年代開始使 用視力輔助工具，既在眼鏡上固定望遠(yuǎn)鏡的助視器，并在60年代開始用于駕駛。利用助視 器望遠(yuǎn)鏡提供的放大作用，可以補(bǔ)償視力的下降；目前，在美國有39個州允許低視力人群 使用該助視器駕車。大多數(shù)時候，助視器用戶使用常規(guī)鏡片部分觀察周圍環(huán)境，對視場沒有 影響；用戶通過輕微的低頭，間歇地使用望遠(yuǎn)鏡來觀察路面情況，如讀取路牌、觀察交通信 號燈等。通過1-2秒的望遠(yuǎn)鏡掃描，助視器用戶可以識別觀察對象的高分辨率的細(xì)節(jié)信息。 雖然國外配戴助視器駕駛車輛是一個合法的選擇，但助視器望遠(yuǎn)鏡的使用將對駕駛提供幫 助或影響駕駛始終是一個有爭議的問題。但助視器駕駛的支持方和反對方都同意助視器望 遠(yuǎn)鏡會造成環(huán)狀的光學(xué)盲區(qū)。根據(jù)望遠(yuǎn)鏡的放大倍數(shù)，通過望遠(yuǎn)鏡觀察景物時，放大的視場 會比不放大的正常視場占據(jù)更大的視網(wǎng)膜區(qū)域。這樣在望遠(yuǎn)鏡的視場周圍就形成了一個環(huán) 形的盲區(qū)。因此當(dāng)配戴助視器的駕駛員發(fā)生交通事故時，很難判定是由于望遠(yuǎn)鏡較窄的視 場遮擋相關(guān)的場景還是由于駕駛員沒有使用望遠(yuǎn)鏡看不到重要的交通標(biāo)志等信息造成的 交通事故。通過收集助視器駕駛員在日常駕駛行為中對望遠(yuǎn)鏡的使用情況及利用望遠(yuǎn)鏡能 看到什么對解決上述問題是非常關(guān)鍵的。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，研制一種新型的助 視器望遠(yuǎn)鏡的校準(zhǔn)裝置，通過采用助視器望遠(yuǎn)鏡的視線跟蹤方法，即望遠(yuǎn)鏡瞄點在道路場 景圖像中的計算方法需要準(zhǔn)確到可以判斷駕駛員通過望遠(yuǎn)鏡在觀察什么。而校準(zhǔn)是視線跟 蹤方法的核心內(nèi)容。通常情況下，視線跟蹤的校準(zhǔn)方法要求用戶注視屏幕上網(wǎng)格狀排列的 校準(zhǔn)點，同時記錄標(biāo)簽或特征點的位置，一般是在室內(nèi)進(jìn)行，并且校準(zhǔn)點是位于計算機(jī)屏幕 上。然而如果校準(zhǔn)點較多，準(zhǔn)確定位每一個校準(zhǔn)點將比較繁瑣且容易出錯。特別對于低視 力駕駛員，例如低視力駕駛行為研究中的研究對象是視力較差的人，他們完成這種繁長的 校準(zhǔn)過程將是非常困難的。當(dāng)然校準(zhǔn)點的數(shù)量可以通過增加攝像機(jī)和紅外光源的數(shù)量而減 少，但這將增加系統(tǒng)的花費和復(fù)雜度。而本實用新型的校準(zhǔn)裝置不采用固定校準(zhǔn)點，從而克 服了上述限制。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本實用新型的目的是提供一種新的視線跟蹤瞄點校 準(zhǔn)裝置，由于在助視器望遠(yuǎn)鏡上增加了校準(zhǔn)裝置，這樣不僅能用于助視器駕駛員的望遠(yuǎn)鏡 瞄點跟蹤的進(jìn)行校準(zhǔn)，而且能方便地應(yīng)用于實現(xiàn)駕駛環(huán)境下的校準(zhǔn)過程，可以由操作員代 替低視力駕駛員完成，不需要低視力駕駛?cè)藛T參加校準(zhǔn)過程。具有使用方便、性能先進(jìn)、校
3準(zhǔn)精確、適用面廣、結(jié)構(gòu)簡單等特點。本實用新型所述的一種跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點的校準(zhǔn)裝置，用于安裝了望遠(yuǎn)鏡的 助視器，其特征在于在安裝有望遠(yuǎn)鏡的助視器的上面加裝一個校準(zhǔn)器，校準(zhǔn)器由激光發(fā)射 器、校準(zhǔn)器支架、連接件、激光發(fā)射器固定支架所組成。激光發(fā)射器安裝在激光發(fā)射器固定 支架上，三個紅外反射標(biāo)簽粘貼在助視器的眼鏡框的前部，三個紅外反射標(biāo)簽組成三角形 的幾何形狀。通過在助視器的眼鏡框上粘貼紅外反射標(biāo)簽，跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡的運動方向， 采用激光發(fā)射器進(jìn)行校準(zhǔn)點的定位。該校準(zhǔn)方法與低視力駕駛員本人無關(guān)，由操作人員代 替駕駛員完成；在校準(zhǔn)過程中在駕駛員的頭部佩戴助視器和安裝有激光發(fā)射裝置的校準(zhǔn) 器；而在視線跟蹤時駕駛員的頭部不需要配戴校準(zhǔn)器，只配戴助視器即可。本實用新型所述通過連接件將激光發(fā)射器固定支架連接在校準(zhǔn)器支架上，并可以 以連結(jié)件為軸進(jìn)行水平方向旋轉(zhuǎn)，并帶動激光發(fā)射器旋轉(zhuǎn)，從而使激光發(fā)射器投射的激光 點可以在垂直方向移動；激光發(fā)射器固定在連結(jié)件上，從而使激光發(fā)射器投射的激光點可 以在水平方向移動。本實用新型所述的激光發(fā)射器是高功率激光筆。本實用新型的特點及有益效果1、本實用新型的使用是采用校準(zhǔn)標(biāo)簽的跟蹤方法，具有簡單、穩(wěn)定和準(zhǔn)確，廣泛應(yīng) 用于實際應(yīng)用中，如使用頭部跟蹤儀時，標(biāo)簽必須和頭部位置緊密結(jié)合，而本實用新型避免 了望遠(yuǎn)鏡的位置與臉部特征點位置容易發(fā)生變化的限制。由于本實用新型將標(biāo)簽直接固定 在眼鏡框上，故克服了上述問題，并且容易實現(xiàn)自動檢測。2、利用本實用新型進(jìn)行檢測，一旦標(biāo)簽被檢測到，就可以計算出標(biāo)簽在空間的位 置和方向，并由此計算出望遠(yuǎn)鏡瞄點的方向，即視線的位置。3、當(dāng)采用現(xiàn)有技術(shù)跟蹤助視器駕駛員視線時，直接檢測駕駛員的眼睛是比較困難 的，因為助視器望遠(yuǎn)鏡經(jīng)常會遮擋駕駛員的眼睛。而利用本實用新型不需要檢測駕駛員的 眼睛，因為當(dāng)駕駛員通過望遠(yuǎn)鏡觀察物體時，駕駛員的視線將和望遠(yuǎn)鏡的軸對齊，駕駛員的 視線將集中在望遠(yuǎn)鏡的視場中，因此望遠(yuǎn)鏡的瞄點可以根據(jù)眼鏡框的位置計算出來，跟蹤 眼鏡框就可以跟蹤得到望遠(yuǎn)鏡的瞄點。將紅外反射標(biāo)簽粘貼在助視器眼鏡框上，在拍攝頭 部的攝像機(jī)的鏡頭上安裝了紅外帶通濾波片，這樣可以使標(biāo)簽在環(huán)境光線經(jīng)常變化的實際 駕駛環(huán)境中清楚地被檢測到。4、本實用新型采用一種新的穩(wěn)定、靈活、簡單的校準(zhǔn)方法，它可以由工作人員配戴 駕駛員的助視器在其車內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)，而不需要低視力駕駛員的參與。本實用新型采用的方 法是一種寬場景的校準(zhǔn)方法，大量的位于視場中的校準(zhǔn)點均可以輕松得到并用來估計望遠(yuǎn) 鏡瞄點的位置。5、本實用新型的使用不需要固定的校準(zhǔn)點，不需要操作人員手動對齊校準(zhǔn)點。自 動跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡的瞄點，與駕駛員本身無關(guān)，所以校準(zhǔn)過程可以由操作員代替低視力 駕駛員完成。6、本實用新型所述的校準(zhǔn)器是一個與助視器分開的裝置，可以應(yīng)用于任何助視器 上。當(dāng)用戶配戴助視器時，可以將校準(zhǔn)器放在助視器的上方，這樣可以保證校準(zhǔn)器上的激光 發(fā)射器與助視器上的望遠(yuǎn)鏡同步運行，其效果與激光發(fā)射器固定在助視器上一樣。但獨立 的校準(zhǔn)器提供了更大的靈活性，它可以自由地在二維方向上圍繞連結(jié)件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而可 以調(diào)整激光發(fā)射器投射的激光點在上下左右方向上運動。[0013]7、由于本實用新型中助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點跟蹤方法是用場景攝像機(jī)錄制激光點的 位置，并將其作為可移動校準(zhǔn)點，場景攝像機(jī)安裝在車內(nèi)后視鏡的前面，而激光點是由激光 發(fā)射器投射出到校準(zhǔn)平面(墻面)上的，所以汽車風(fēng)檔玻璃對激光點的反射將影響校準(zhǔn)點 的提取。本實用新型將場景攝像機(jī)安裝在緊貼風(fēng)檔玻璃的位置上，從而避免風(fēng)檔玻璃反射 對激光點圖像的影響。

本實用新型共有六張附圖，其中附圖1是助視器望遠(yuǎn)鏡的校準(zhǔn)裝置的主視圖。附圖2是助視器望遠(yuǎn)鏡的校準(zhǔn)裝置的俯視圖。附圖3是助視器望遠(yuǎn)鏡的校準(zhǔn)裝置的右視圖。附圖4是助視器望遠(yuǎn)鏡的校準(zhǔn)裝置校準(zhǔn)方法工作原理圖。附圖5是助視器鏡框上的反射標(biāo)簽圖。附圖6是助視器鏡框上的反射標(biāo)簽組成的三角形圖。圖中1.對準(zhǔn)頭部攝像的紅外攝像機(jī)，2.道路場景攝像機(jī)，3.助視器，3. 1.助視器望遠(yuǎn)鏡，4.校準(zhǔn)器，4. 1.激光發(fā)射器，4. 2.校準(zhǔn)器支架，4. 3.連接件，4. 4.激光發(fā)射器固定支架，5.駕駛員頭部，6.紅外反射標(biāo)簽，7.激光發(fā)射器投射的激光點，8.望遠(yuǎn)鏡的瞄點，9.校準(zhǔn)平面(墻)，a,b, c為標(biāo)簽三角形的三個頂角，A、B、C為標(biāo)簽三角形的三個內(nèi)角。
具體實施方式
本實用新型的具體實施方式
如附圖1-3所示，校準(zhǔn)器4由激光發(fā)射器4. 1、校準(zhǔn)器 支架4. 2、連接件4. 3、激光發(fā)射器固定支架4. 4所組成。通過連接件4. 3將激光發(fā)射器固 定支架4. 4連接在校準(zhǔn)器支架4. 2上。并可以以連結(jié)件4. 3為軸進(jìn)行水平方向旋轉(zhuǎn)，并帶 動激光發(fā)射器4. 1旋轉(zhuǎn)，從而使激光發(fā)射器4. 1投射的激光點可以在垂直方向移動。激光 發(fā)射器4. 1固定在連結(jié)件上，從而使激光發(fā)射器4. 1投射的激光點可以在水平方向移動。 本實用新型中的激光發(fā)射器4. 1是采用激光筆。校準(zhǔn)器4可以在校準(zhǔn)器支架4. 2上自由拆 卸。本實用新型的工作原理1、本實用新型中風(fēng)檔玻璃對激光點的反射將影響激光點的圖像。在場景圖像中將 會出現(xiàn)多達(dá)三個激光點的影像，它們是激光點在風(fēng)檔玻璃上的圖像、風(fēng)檔玻璃上激光點圖 像的反射點在汽車前面板上的圖像在風(fēng)檔玻璃上的鏡像，以及激光點在墻面上的投影。為 避免這種情況的發(fā)生，我們改進(jìn)了場景攝像機(jī)的位置，重新設(shè)計了場景攝像機(jī)盒，使該攝像 機(jī)完全貼近風(fēng)檔玻璃，并由攝像機(jī)的外盒遮擋反射光。2、本實用新型中三個紅外反射標(biāo)簽6粘貼在助視器眼鏡框的前部；這些反射標(biāo)簽 由被固定在紅外攝像機(jī)中的890nm紅外LED光源照射。紅外光線對駕駛員是不可見光，因 此不會影響駕駛。對準(zhǔn)頭部的紅外攝像機(jī)記錄駕駛員的頭部圖像和反射標(biāo)簽。紅外圖像中 的三個標(biāo)簽可以在外界光線變化較大的情況下也能被穩(wěn)定地檢測出來。如果陽光直射在標(biāo)簽上時會對檢測結(jié)果造成影響，但駕駛員在開車時不會讓陽光直射他們的眼睛，而會用遮 陽板檔住陽光，這樣就可以讓標(biāo)簽保持在陰影中，得到較好的檢測結(jié)果。望遠(yuǎn)鏡的瞄點是與 三個標(biāo)簽形成的三角形相關(guān)的如圖6所示，該三角形的形狀將隨著頭部上下左右和移動而 變化，但頭部平移時其變化不大。三角形的大小將隨著頭部與攝像機(jī)的距離而變化，但這種 變化并不影響望遠(yuǎn)鏡瞄點的方向和在道路場景中位置。因此，望遠(yuǎn)鏡的瞄點可以用代表三 角形形狀的兩個內(nèi)角計算得到。因為紅外攝像機(jī)位于駕駛員的左前方，所以捕獲的三角形 形狀隨著頭部旋轉(zhuǎn)而變化。這樣，三個紅外反射標(biāo)簽6就可以作為特征點來跟蹤望遠(yuǎn)鏡的 瞄點。3、本實用新型中的一只激光發(fā)射器4. 1安裝在校準(zhǔn)器支架的腿部，該激光發(fā)射器 4. 1投射一個較亮的激光點在場景攝像機(jī)視場內(nèi)的校準(zhǔn)平面9 (如墻面)上。雖然激光點的 位置是任意的，但它比較容易通過圖像處理的方法來進(jìn)行定位。當(dāng)移動頭部掃描場景時，激 光點的掃描軌跡提供了一系列的校準(zhǔn)點，頭部運動和場景圖像也被相應(yīng)的攝像機(jī)同時記錄 下來。這樣我們就可以得到大量的位于場景圖像中的校準(zhǔn)點，并且不需要低視力駕駛員參 加，實驗人員就可以完成這個操作。該校準(zhǔn)方法不需要用戶刻意地注視和對齊任何校準(zhǔn)點， 極大方便了校準(zhǔn)過程。4、本實用新型如圖4所示，校準(zhǔn)是在一面墻的前面進(jìn)行的(例如，該墻距離攝像機(jī) 5米，稱為“校準(zhǔn)平面”)。激光發(fā)射器4. 1固定在眼鏡架的腿部，并調(diào)整激光發(fā)射器4. 1的 投射角度使其投射的激光點和通過望遠(yuǎn)鏡的視線在墻面上重合。這樣就幾乎完全補(bǔ)償了由 望遠(yuǎn)鏡和激光發(fā)射器之間的距離造成的誤差。在校準(zhǔn)過程中，助視器配戴人員自由地移動 頭部，從而帶動激光點掃描整個場景視場，頭部和場景視頻圖像被同步記錄下來。這樣激光 點在場景圖像中的位置和眼鏡框上的反射標(biāo)簽的位置在每一幀圖像中被對應(yīng)起來，從而建 立起反射標(biāo)簽和激光點在場景中位置的對應(yīng)關(guān)系。5、利用本實用新型，駕駛員在使用望遠(yuǎn)鏡時的視線注視內(nèi)容，也就是望遠(yuǎn)鏡瞄點， 可以用三個反射標(biāo)簽組成的三角形的幾何形狀來表示。當(dāng)操作員用激光筆4. 1掃描場景進(jìn) 行校準(zhǔn)時，標(biāo)簽三角形的形狀隨著激光點在場景中的位置而發(fā)生變化，該激光點即望遠(yuǎn)鏡 瞄點。我們用非線性擬合的方法確定瞄點和由(A，C)角對代表的三角形形狀之間的關(guān)系。 這種關(guān)系的逆運算，經(jīng)過插值，可以通過在場景內(nèi)任意給定的角對計算出望遠(yuǎn)鏡的瞄點位 置。這樣，對車輛和助視器眼鏡的一次校準(zhǔn)就可以將這種對應(yīng)關(guān)系應(yīng)用到助視器駕駛員的 日常駕駛中，攝像機(jī)記錄的場景圖像和標(biāo)簽圖像就可以利用這種校準(zhǔn)關(guān)系來確定望遠(yuǎn)鏡的 瞄點在場景圖像中的位置。6、利用本實用新型進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)前調(diào)整激光發(fā)射器使其激光點在校準(zhǔn)墻面的投 影位于望遠(yuǎn)鏡視場的中心。校準(zhǔn)過程中，操作員轉(zhuǎn)動頭部使用激光點光在水平和垂直方向 掃描整個場景攝像機(jī)的視場。場景攝像機(jī)記錄的激光點的軌跡，每一個激光點所對應(yīng)的望 遠(yuǎn)鏡瞄點位置由紅外攝像機(jī)記錄的標(biāo)簽三角形的二個內(nèi)角A和C計算出來。7、本實用新型的應(yīng)用實現(xiàn)了一種新的視線跟蹤校準(zhǔn)方法，該方法可以只在配戴助 視器的駕駛員的車內(nèi)校準(zhǔn)一次，并且不需要校準(zhǔn)點，就可以使用該助視器進(jìn)行望遠(yuǎn)鏡的瞄 點跟蹤。雖然該方法非常簡單可以用于低視力駕駛員的駕駛行為研究，操作員可以代替駕 駛員進(jìn)行校準(zhǔn)操作，但該校準(zhǔn)方法也可以用于常規(guī)的駕駛員視線跟蹤中。望遠(yuǎn)鏡瞄點的跟 蹤是基于三個反射標(biāo)簽所組成的三角形的形狀，該標(biāo)簽可以由拍攝駕駛員頭部的紅外攝像
6記錄。因為使用了紅外光源，該系統(tǒng)對外界光線變化不敏感，抗干擾能力較強(qiáng)。在不需要限 制駕駛員的頭部和身體運動的前提下，該系統(tǒng)也可以達(dá)到較好的視線跟蹤效果。
權(quán)利要求一種跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點的校準(zhǔn)裝置，用于安裝了望遠(yuǎn)鏡的助視器，其特征在于在安裝有望遠(yuǎn)鏡的助視器(3)的上面加裝一個校準(zhǔn)器(4)，校準(zhǔn)器(4)由激光發(fā)射器(4.1)、校準(zhǔn)器支架(4.2)、連接件(4.3)、激光發(fā)射器固定支架(4.4)所組成；激光發(fā)射器(4.1)安裝在激光發(fā)射器固定支架(4.4)上，三個紅外反射標(biāo)簽(6)粘貼在助視器(3)的眼鏡框的前部，三個紅外反射標(biāo)簽(6)組成三角形的幾何形狀；通過在助視器(3)的眼鏡框上粘貼紅外反射標(biāo)簽(6)，跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡的運動方向，采用激光發(fā)射器(4.1)進(jìn)行校準(zhǔn)點的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點的校準(zhǔn)裝置，其特征在于通過連接 件(4. 3)將激光發(fā)射器固定支架(4. 4)連接在校準(zhǔn)器支架(4. 2)上，并可以以連結(jié)件(4. 3) 為軸進(jìn)行水平方向旋轉(zhuǎn)，并帶動激光發(fā)射器(4. 1)旋轉(zhuǎn)，從而使激光發(fā)射器(4. 1)投射的激 光點可以在垂直方向移動；激光發(fā)射器(4. 1)固定在連結(jié)件(4.3)上，從而使激光發(fā)射器 (4. 1)投射的激光點可以在水平方向移動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點的校準(zhǔn)裝置，其特征在于激光 發(fā)射器(4. 1)是高功率激光筆。
專利摘要本實用新型涉及一種助視器望遠(yuǎn)鏡瞄點跟蹤的校準(zhǔn)裝置，是對配戴助視器的駕駛員在駕駛行為狀態(tài)中對望遠(yuǎn)鏡瞄點跟蹤進(jìn)行校準(zhǔn)的裝置。其結(jié)構(gòu)是在安裝有望遠(yuǎn)鏡的助視器的上面加裝一個校準(zhǔn)器，校準(zhǔn)器由激光發(fā)射器、校準(zhǔn)器支架、連接件、激光發(fā)射器固定支架所組成。激光發(fā)射器安裝在激光發(fā)射器固定支架上，三個紅外反射標(biāo)簽粘貼在助視器的眼鏡框的前部，三個紅外反射標(biāo)簽組成三角形的幾何形狀。通過紅外反射標(biāo)簽，跟蹤助視器望遠(yuǎn)鏡的運動方向，采用激光發(fā)射器進(jìn)行校準(zhǔn)點的定位。該校準(zhǔn)方法與低視力駕駛員本人無關(guān)，由操作人員代替駕駛員完成應(yīng)用于實現(xiàn)駕駛環(huán)境下的校準(zhǔn)過程。本實用新型具有使用方便、性能先進(jìn)、校準(zhǔn)精確、適用面廣、結(jié)構(gòu)簡單等特點。
文檔編號G02B27/01GK201637930SQ200920248269
公開日2010年11月17日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者付先平 申請人:大連海事大學(xué)