一种智能移动设备的附加镜头和光照调整系统技术方案

本发明专利技术公开了一种智能移动设备的附加镜头和光照调整系统，属于电子测量仪器领域。本发明专利技术通过在智能移动设备原有的摄像头和闪光灯上分别添加光照调整系统和附加镜头，通过对闪光灯发出的光照进行汇聚、滤波和定向汇聚，以满足专业的，光学法测量工艺所需的补光和测量定位所需，并通过附加镜头对射入摄像头的测量反射光进行滤波、微距强化和视角调整等辅助处理，从而使智能移动设备获得了等同或优于多种专业测量仪器的检测功能。

【技术实现步骤摘要】
一种智能移动设备的附加镜头和光照调整系统
本专利技术涉及一种用于智能移动设备的附加镜头和光照调整系统，属于电子设备领域。
技术介绍
当前智能手机和平板电脑等智能移动设备的技术发展日新月异，处理器和摄像头等硬件性能不断快速提高，主流产品的硬件其基础性能足以替代以往需要特殊设计的检测设备。然而智能移动设备专为主流的拍照和摄像用途设计的镜头和简单的闪光灯系统，制约了其在检测方面的扩展用途。具体来说，为降低成本，许多智能移动设备的摄像头是定焦距设计，通过数码方式进行变焦，而一些高端拍照手机虽然采用了微电机等技术实现了光学变焦，但受镜头模组的体积和成本限制，其焦距调整范围很低，长焦和微距性能往往差强人意，甚至有性能缺失。与此同时几乎所有的智能移动设备均采用贴片白光LED作为闪光灯进行补光。为适合大部分拍照需要，LED闪光灯前的镜片一般只能起到保护LED芯片的作用，只能实现对闪光灯前的大角度范围内用低功率的白色光进行补光照明。如果能对作为主要性能瓶颈的的镜头和闪光灯进行改进，则移动智能设备可广泛用于诸如新生儿经皮胆红素检测(即经皮黄疸检测)、指纹识别、虹膜识别等不同的检测领域。经皮胆红素检测又可称为胆红素无创光学检测。大量研究和统计论文指出，近年来，我国新生儿高胆红素血症的发病率已达50％(足月新生儿)至80％(早产儿)左右，该症严重时可能导致新生儿死亡，或留下严重的神经系统后遗症。而母乳喂养的婴儿还可能在出院后发生母乳性黄疸，有资料指出国内母乳性黄疸发病率也达20％至30％。新生儿黄疸是由于新生儿红细胞寿命短，肝功能不足，未结合胆红素生成过多肝脏代谢不足造成的，大量胆红素堆积在眼球的巩膜和皮肤表面就形成了黄疸现象。经皮胆红素检测仪可用于在避免抽血的情况下通过检测婴儿皮肤对特定光线的吸收率来排查婴儿是否患有高胆红素血症。然而当前专业的经皮胆红素检测仪售价高达数千甚至过万元，不利于普通用户自行采购在家中监控新生儿是否患有高胆红素血症，尤其是缓发的，母乳喂养引起的母乳性黄疸。为此，西雅图华盛顿大学开发了名为Bilicam的，用手机摄像头同时拍摄比色卡和新生儿肤色照片的APP，通过云服务器对肤色和比色卡的计算，来粗略估计新生儿是否患有高胆红素血症。然而购买APP、比色卡和使用云服务需要额外的成本，而且通过比色卡和肤色照片计算经皮黄疸数值，受到光照强度、光源显色指数等各方面的影响很大，谈不上精确性，只能起初步的筛查作用。当前国内绝大部分经皮胆红素检测产品和仪器都采用双波长法进行检测。具体来说，就是利用新生儿体内缺乏胡萝卜素等干扰物质，而胆红素对460nm波长光有强吸收作用的特点，并用550nm光的吸收值做分差，以排除血红蛋白同样能吸收460nm波长光的干扰影响，从而通过将光照的具体吸收量代入对应的回归方程，并由仪器中处理器计算得出受测新生儿皮下大致的胆红素浓度值。这要求经皮胆红素检测仪器能够分别产生互不影响的460nm波长和550nm波长的检测光。现有的智能移动设备闪光灯只能释放白光，并不具备单独产生两个460nm波长和550nm波长照明光路的能力。此外，光学检测也可用于指纹识别。现有的指纹识别技术主要通过光学传感器、半导体传感器和超声波传感器获得指纹图像的采集。其中半导体传感器基于测量指纹的电容或热电阻获得指纹分布图像，超声波则通过声波的反射获得图像，这两者都需要在智能移动设备上额外添加成本较高的特殊指纹识别组件实现指纹检测。现有技术中，光学传感器一般通过棱镜，利用光的全反射原理检测指纹——当光线照射到按压在三棱镜上的手指表面后，反射光线经过凸透镜聚焦，投射于CCD或CMOS传感器获得指纹图像。然而填充于指纹脊线间的水渍及污物，和上一次检测时留在三棱镜表面的指纹痕迹很容易干扰当前的指纹检测准确性。为此，有公司开发了直接将手指竖立在具有光学变焦能力的手机摄像头前拍摄手指照片进行指纹识别的技术。该技术避免了手指潮湿或脏来对接触式指纹识别带来的不利影响，但对于手机摄像头的微距对焦性能要求过高，不但影响摄像头模组在成本、体积、长焦拍摄等方面的性能，而且因受外部光照影响、手指很难对准摄像头中心、以及单手拍摄时抖动等原因，其识别率较低。这是因为，手机摄像头的核心用途和镜头的结构性能设计(比如手机摄像头因体积限制，其光圈很小，从物理上天然造成了其更适合大景深拍摄)主要还是用于在中长焦和大景深下对人像和景物进行拍照，与此同时，在微距下拍摄手指指纹时，手指没有常规指纹检测设备上的按压定位面，造成手指和手机之间不能相互准确定位，所以很容易因为手指或握持手机的手掌在按动拍照按钮时发生抖动，使手指不小心移出微距模式下摄像头狭窄的拍摄窗口造成识别失败。这显然不利于保证用户体验。又有研究显示，用蓝色光谱作为指纹识别的补光，可以提高光学指纹识别的准确率。然而几乎所有的手机都不会安装蓝色发光LED芯片。此外，为降低硬件分辨率要求及成本(如有的指纹采集模块方案采用了廉价的8bitCMOS传感器，又有方案采用了仅有2700像素的线阵CCD传感器)，和指纹识别设备中性能较低的单片机或者DSP的计算开销、以及降低指纹数据储存芯片的容量要求(一枚指纹储存的数据大小往往只有3～15K)，当前主流的指纹识别技术一般分为基于提取指纹细节点特征识别的细节法，和采用基于指纹图像的纹理法。然而在常规指纹检测模块获得的较低分辨率的指纹图像和指纹识别系统较小的储存数据限制下，大量研究论文显示，当前主流的指纹检测技术和设备的理论准确率一般在96％左右，理论误检率一般在2.5％左右，再加上手指潮湿或脏污造成的额外错误率，使得我们有时需要用多次反复检测抵消错误率。这是为了降低成本所作出的妥协。而主流的智能移动设备配备的摄像头，因产业链更成熟和成本压力更低，其像素和分辨率往往达到了专用指纹检测模块的数百倍甚至数千倍，当解决智能移动设备标配摄像头的微距拍摄问题和拍摄定位问题后，利用智能移动设备CPU性能高于单片机几个数量级的优势，可以显著提高指纹识别的准确率，从而大大提高指纹识别的安全性。再次，现有的虹膜检测仪器价格一般在万元甚至数万元以上，然而大量研究和实际产品中，虹膜检测所需的CCD或CMOS传感器实际仅需要150至300万像素的低端型号即可满足性能要求。单虹膜图像本身，仅仅需要320×280像素的眼部照片即可实现高准确率的识别。这对于当前智能移动设备，尤其是智能手机上动辄千万或者两千万像素以上的摄像头来说并无性能问题，当前主流智能移动设备中处理器的计算能力也足以承担虹膜识别算法的需要。限制手机摄像头获得可用于虹膜识别的有效照片的主要问题在于：1，常规手机摄像模组镜头的微距性能不足；2，人眼和手机之间相互定位难以保证准确和稳定；3，手机闪光灯无法在近距离拍摄眼球时用于虹膜识别拍摄时对人眼进行补光以保证虹膜照片细节的清晰度和对比度；4，在现有的虹膜识别算法中，消耗计算资源最大的步骤是虹膜的定位(包括用多种算法消除睫毛和眼睑阴影的影响等于扰噪声信息)计算，如果试图从包含整个头部甚至是全身照片和背景图像的高分辨率照片，而非从诸如320×280像素的眼部小数据照片中提取实际平均直径只有11mm的微小虹膜区域——尤其是对于虹膜颜色较深导致补光不足时难以区分虹膜纹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于智能移动设备的附加镜头和光照调整系统，其特征在于：包含闪光灯导光通道(2)、闪光灯滤光模块(3)、附加检测镜头模块(5)、检测镜头通道(6)；所述闪光灯导光通道(2)是由不透光的塑料或橡胶材料构成的管状光路通道，底部可覆盖于智能移动设备的闪光灯(1)上；所述闪光灯滤光模块(3)安装在闪光灯导光通道(1)顶部；所述附加检测镜头模块(5)安装在检测镜头通道(6)顶部；所述检测镜头通道(6)也是由不透光的塑料或橡胶材料构成的管状光路通道，可覆盖于智能移动设备的摄像头(7)上；上述闪光灯导光通道(2)和检测镜头通道(6)通过盘状的底部结构刚性连接以固定两者间的相互位置，从而间接固定了闪光灯滤光模块(3)和附加检测镜头模块(5)之间的相互位置；上述闪光灯导光通道(2)、闪光灯滤光模块(3)、附加检测镜头模块(5)、检测镜头通道(6)的具体形状尺寸和相互位置关系决定了上述结构在安装位置正确时，闪光灯(1)发出的光照，在被测表面反射形成检测图像后能够进入摄像头(7)内。

【技术特征摘要】
1.一种用于智能移动设备的附加镜头和光照调整系统，其特征在于：包含闪光灯导光通道(2)、闪光灯滤光模块(3)、附加检测镜头模块(5)、检测镜头通道(6)；所述闪光灯导光通道(2)是由不透光的塑料或橡胶材料构成的管状光路通道，底部可覆盖于智能移动设备的闪光灯(1)上；所述闪光灯滤光模块(3)安装在闪光灯导光通道(1)顶部；所述附加检测镜头模块(5)安装在检测镜头通道(6)顶部；所述检测镜头通道(6)也是由不透光的塑料或橡胶材料构成的管状光路通道，可覆盖于智能移动设备的摄像头(7)上；上述闪光灯导光通道(2)和检测镜头通道(6)通过盘状的底部结构刚性连接以固定两者间的相互位置，从而间接固定了闪光灯滤光模块(3)和附加检测镜头模块(5)之间的相互位置；上述闪光灯导光通道(2)、闪光灯滤光模块(3)、附加检测镜头模块(5)、检测镜头通道(6)的具体形状尺寸和相互位置关系决定了上述结构在安装位置正确时，闪光灯(1)发出的光照，在被测表面反射形成检测图像后能够进入摄像头(7)内。2.根据权利要求1所述的一种用于智能移动设备的附加镜头和光照调整系统，其特征在于：所述的闪光灯导光通道(2)在安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文扬，李影，陈忠，
申请(专利权)人：杭州睿恂唯信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33