自适应眼视控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种残疾人、老年人和危重病人用于控制周围环境电气设备的自适应眼视控制装置。它包含有正面带有显示窗口、红外光发射孔和图像采集孔的壳体、安置于壳体内而显示屏对准显示窗口的显示器、发射口对准红外光发射孔的红外发光器、镜头对准图像采集孔的变焦物镜和ＣＣＤ摄像机、输入接口连接ＣＣＤ摄像机输出接口的图像采集卡、输入接口连接图像采集卡输出接口的计算机、计算机经输出接口连接变焦物镜、显示器输入接口和引出壳体控制周围环境电气设备的控制电缆，变焦物镜与图像采集孔之间设置一个由计算机控制的移像／转像装置。本实用新型专利技术使用过程中，能自动适应使用者头部位置和姿态变化，有效达到眼视控制周围环境电气设备，使用方便。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
自适应眼视控制装置所属
：本技术涉及一种用眼睛控制周围环境电气设备的装置，特别是一种适合残疾人、老年人及重症病人使用的自适应眼视控制装置。
技术介绍
：对正常人来说，用手开灯、关门、开空调、开电视机、上网、收发E-MAIL等是一件轻而易举的事，然而对于上肢不能动弹的残疾人或老年人及危重病人来说，却是一件十分困难的事。鉴于上述情况，一些高科技公司看到了这一市场潜力，研究开发专门用于残疾人及老年人的数字技术设备，以扩大他们的活动和就业空间，其中用眼睛传达命令来控制外部设备就是一例，如美国佛吉尼亚(Virginia)大学于1989年推出的Erica系统(发表在期刊：IEEETrans.On Systems，Man，and Cybernetics，Vol.19，No.6，1989，pp1527-1534)可以直接由眼睛来发出命令，用于帮助那些只能控制眼睛肌肉的重度残疾人生活、学习和娱乐。这是一种用红外光照在人脸部，在眼睛角膜上产生高亮度发射点(普尔钦斑点)，利用眼球转动相对普尔钦斑点的位置偏移，判断视线方向的系统，但该系统要求使用过程中使用者头部位置及姿态保持不变，每次搬动病人后系统需重新调整，使用不便。此后的系统经过图像处理算法的改进允许使用者头部稍微移动(发表在：Proceedings of the IEEE International Conferenceon Systems，Man and Cybernetics Vol.2，1999，IEEE，USA，pp324-329)，使用仍不方便。
技术实现思路
：为了克服现有系统在使用过程中要求使用者头部位置及姿态固定或只允许略有移动的不足，本技术提供一种自适应眼视控制装置，能够自动适应使用者头部位置及姿态变化，使用方便。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：在使用者头部侧前方固定位置放置一红外发光器，在使用者头部另一侧前方固定位置沿头部侧前方方向依次设置为一个由计算机控制的移像/转像装置、一个由计算机控制的变焦物镜和一个CCD摄像机，红外发光器发出的光在用户眼睛角膜上形成高亮度反射点(普尔钦斑点)，CCD摄像机先在用户头部允许移动的范围内捕获图像，经图像处理确定两眼普尔钦斑点位置坐标，以两眼普尔钦斑点连线中心及斜率为依据，调节移像/转像装置成像光路，以校正用户头部高低、左右和姿态偏离；再以两眼普尔钦斑点的间距为依据，改变可变焦物镜焦距，将两眼普尔钦斑点的间距放大定格到某一定值，以校正头部离开显示屏的不同距离；当眼睛注视显示屏上不同方位的命令框时，表现为眼球的转动，对眼睛部位作局部图像处理确定瞳孔位置相对普尔钦斑点的偏移，根据光路调整量、焦距变化量、瞳孔偏移量，就可以确定和激活眼睛盯视方向所对应的命令图标，命令图标被激活后，计算机通过控制线将命令输出给外部电气设备，就可以实现对外部电气设-->备的控制。本技术与现有技术相比，具有如下显而易见的特点和优势：本技术在使用者头部到CCD摄像机之间的光路中依次设置一个由计算机控制的移像/转像装置和一个由计算机控制的变焦物镜，在使用过程中，使用人的头部在红外光发射光轴与摄像机、变焦物镜光轴交汇处可以上、下、左、右、前、后较大范围移动，能由计算机控制移像/转像装置和变焦物镜自动调整对位，使用方便。据测试，本技术允许使用者头部活动范围为：左右±300mm，高低±300mm，前后±300mm。在上述范围内可有效实现对外部电气设备的控制。附图说明：下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术一个实施例的结构原理图。具体实施方式：本技术的一个优先实施例是：如图1所示，本自适应眼视控制装置，包含正面带有显示窗口7、红外光发射孔9、图像采集孔12的壳体8、安置于壳体8内而显示屏对准显示窗口7的显示器6、发射口对准红外光发射孔9的红外发光器10、镜头对准图像采集孔12的变焦物镜24和CCD摄像机1、输入接口连接CCD摄像机1输出接口的图像采集卡3、输入接口连接图像采集卡3输出接口的计算机4、计算机4经输出接口连接变焦物镜24、显示器6输入接口和引出壳体8控制周围环境电气设备的控制电缆5，变焦物镜24与图像采集孔12之间设置一个由计算机4控制的移像/转像装置14。移像/转像装置14的结构是：有一个带光入射孔13和光出射孔22的转动架20，其光入射孔13和光出射孔22的中心线同转动架20的转轴和变焦物镜24与图像采集孔12之间的光轴为同一轴线，转动架20内设置一个固定平面镜17、一个水平摆动平面镜16和一个垂直摆动平面镜18，垂直摆动平面镜18固定于一个步进电机19的水平输出轴上，水平摆动平面镜16固定于一个步进电机15的垂直输出轴上，一个步进电机2输出轴上固定的齿轮23与转动架20上固定的齿轮21啮合，计算机4通过输出接口连接三个步进电机15、19、2的控制器。本自适应眼视控制装置的工作原理是：使用者11在显示窗口7正前方处，红外发光器10位于使用者11侧前方固定位置，红外发光器10发出的光在使用者11眼睛角膜上形成高亮度反射点(普尔钦斑点)，这一普尔钦斑点经平面镜16、平面镜17、平面镜18、变焦物镜24，被CCD摄像机1接收，再经图像采集卡3采集到计算机4的内存。系统开始工作时，CCD摄像机1先在使用者11头部允许移动的范围内捕获图像，在整个脸部图像中，由于两眼普尔钦斑点亮度最大，很容易通过对脸部图像作阈值处理确定其坐标位置。两眼普尔钦斑点连线的中心坐标的X值决定步进电机15的驱动脉冲数，两眼普尔钦斑点连线的中心坐标的Y值决定步进电机19的驱动脉冲数，这样将脸部图像通过左右、上下平移到显示器6的显示屏正中位置，由计算机4分别输出脉冲给步进电机15和步进电机19的控制器，相应的脉冲数分别为使用者11头部位置左右偏移的校正量ΔX和使用者11头部位置高低偏移的校正量ΔY；再由两眼普尔钦斑点连线的斜率决定步进电机2的驱动脉冲数，将脸部图像绕显示器6的显示屏中心点转动，直至两眼普尔钦斑点连线的斜率为零，以校正使用者11头部姿态变化，由计-->算机4输出给步进电机2，相应的脉冲数为头部姿态变化的校正量Δθ。变焦物镜24的焦距可在计算机4的控制下连续改变，由两眼普尔钦斑点之间的距离值决定，改变变焦物镜24的焦距将图像放大定格到两眼普尔钦斑点间距为某一定值，用于对使用者11头部距离显示器6位置变化的校正，计算机4输出给变焦物镜24的焦距改变量为使用者11头部离开显示器6距离变化的校正量ΔZ。当使用者11的眼睛注视显示器6显示屏上不同方位的命令图框时，表现为眼球转动引起的瞳孔位置的变化，而普尔钦斑点的位置不变，对眼部图像进行图像处理确定了瞳孔位置相对普尔钦斑点的偏移量为ΔS。依据已经确定的ΔX、ΔY、Δθ、ΔZ、ΔS，利用系统定标所得的参数值，眼睛盯视方向就可以最终判断确定，相应的命令图标被激活，即实现了人眼对计算机的命令输入。计算机4接收到命令后通过控制线5将命令输出给周围环境电气设备，实现对这些电气设备的控制。本技术的实施例达到的技术指标为：使用者头部位于显示器显示屏正前方，且位于红外光发射光轴与摄像机、变焦物镜光轴交汇处，头部允许的活动范围为：左右±300mm；高低±本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应眼视控制装置，包括正面带有显示窗口（７）、红外光发射孔（９）、图像采集孔（１２）的壳体８、安置于壳体（８）内而显示屏对准显示窗口（７）的显示器（６）、发射口对准红外光发射孔（９）的红外发光器（１０）、镜头对准图像采集孔（１２）的变焦物镜（２４）和ＣＣＤ摄像机（１）、输入接口连接ＣＣＤ摄像机（１）输出接口的图像采集卡（３）、输入接口连接图像采集卡（３）输出接口的计算机（４）、计算机（４）经输出接口连接变焦物镜（２４）、显示器（６）输入接口和引出壳体（８）控制周围环境电气设备的控制电缆（５），其特征在于变焦物镜（２４）与图像采集孔（１２）之间设置一个由计算机（４）控制的移像／转像装置（１４）。

【技术特征摘要】
1.一种自适应眼视控制装置，包括正面带有显示窗口(7)、红外光发射孔(9)、图像采集孔(12)的壳体8、安置于壳体(8)内而显示屏对准显示窗口(7)的显示器(6)、发射口对准红外光发射孔(9)的红外发光器(10)、镜头对准图像采集孔(12)的变焦物镜(24)和CCD摄像机(1)、输入接口连接CCD摄像机(1)输出接口的图像采集卡(3)、输入接口连接图像采集卡(3)输出接口的计算机(4)、计算机(4)经输出接口连接变焦物镜(24)、显示器(6)输入接口和引出壳体(8)控制周围环境电气设备的控制电缆(5)，其特征在于变焦物镜(24)与图像采集孔(12)之间设置一个由计算机(4)控制的移像/转像装置(14)。2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：屠大维，林财兴，尹海荣，罗记平，
申请(专利权)人：上海大学机电工程与自动化学院，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]