專利名稱：自適應(yīng)眼視控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用眼睛控制周圍環(huán)境電氣設(shè)備的裝置，特別是一種適合殘疾人、老年人及重癥病人使用的自適應(yīng)眼視控制裝置。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在使用者頭部側(cè)前方固定位置放置一紅外發(fā)光器，在使用者頭部另一側(cè)前方固定位置沿頭部側(cè)前方方向依次設(shè)置為一個由計算機控制的移像/轉(zhuǎn)像裝置、一個由計算機控制的變焦物鏡和一個CCD攝像機，紅外發(fā)光器發(fā)出的光在用戶眼睛角膜上形成高亮度反射點(普爾欽斑點)，CCD攝像機先在用戶頭部允許移動的范圍內(nèi)捕獲圖像，經(jīng)圖像處理確定兩眼普爾欽斑點位置坐標(biāo)，以兩眼普爾欽斑點連線中心及斜率為依據(jù)，調(diào)節(jié)移像/轉(zhuǎn)像裝置成像光路，以校正用戶頭部高低、左右和姿態(tài)偏離；再以兩眼普爾欽斑點的間距為依據(jù)，改變可變焦物鏡焦距，將兩眼普爾欽斑點的間距放大定格到某一定值，以校正頭部離開顯示屏的不同距離；當(dāng)眼睛注視顯示屏上不同方位的命令框時，表現(xiàn)為眼球的轉(zhuǎn)動，對眼睛部位作局部圖像處理確定瞳孔位置相對普爾欽斑點的偏移，根據(jù)光路調(diào)整量、焦距變化量、瞳孔偏移量，就可以確定和激活眼睛盯視方向所對應(yīng)的命令圖標(biāo)，命令圖標(biāo)被激活后，計算機通過控制線將命令輸出給外部電氣設(shè)備，就可以實現(xiàn)對外部電氣設(shè)備的控制。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯而易見的特點和優(yōu)勢本實用新型在使用者頭部到CCD攝像機之間的光路中依次設(shè)置一個由計算機控制的移像/轉(zhuǎn)像裝置和一個由計算機控制的變焦物鏡，在使用過程中，使用人的頭部在紅外光發(fā)射光軸與攝像機、變焦物鏡光軸交匯處可以上、下、左、右、前、后較大范圍移動，能由計算機控制移像/轉(zhuǎn)像裝置和變焦物鏡自動調(diào)整對位，使用方便。
據(jù)測試，本實用新型允許使用者頭部活動范圍為左右±300mm，高低±300mm，前后±300mm。在上述范圍內(nèi)可有效實現(xiàn)對外部電氣設(shè)備的控制。


圖1是本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)原理圖。
本自適應(yīng)眼視控制裝置的工作原理是使用者11在顯示窗口7正前方處，紅外發(fā)光器10位于使用者11側(cè)前方固定位置，紅外發(fā)光器10發(fā)出的光在使用者11眼睛角膜上形成高亮度反射點(普爾欽斑點)，這一普爾欽斑點經(jīng)平面鏡16、平面鏡17、平面鏡18、變焦物鏡24，被CCD攝像機1接收，再經(jīng)圖像采集卡3采集到計算機4的內(nèi)存。系統(tǒng)開始工作時，CCD攝像機1先在使用者11頭部允許移動的范圍內(nèi)捕獲圖像，在整個臉部圖像中，由于兩眼普爾欽斑點亮度最大，很容易通過對臉部圖像作閾值處理確定其坐標(biāo)位置。兩眼普爾欽斑點連線的中心坐標(biāo)的X值決定步進電機15的驅(qū)動脈沖數(shù)，兩眼普爾欽斑點連線的中心坐標(biāo)的Y值決定步進電機19的驅(qū)動脈沖數(shù)，這樣將臉部圖像通過左右、上下平移到顯示器6的顯示屏正中位置，由計算機4分別輸出脈沖給步進電機15和步進電機19的控制器，相應(yīng)的脈沖數(shù)分別為使用者11頭部位置左右偏移的校正量ΔX和使用者11頭部位置高低偏移的校正量ΔY；再由兩眼普爾欽斑點連線的斜率決定步進電機2的驅(qū)動脈沖數(shù)，將臉部圖像繞顯示器6的顯示屏中心點轉(zhuǎn)動，直至兩眼普爾欽斑點連線的斜率為零，以校正使用者11頭部姿態(tài)變化，由計算機4輸出給步進電機2，相應(yīng)的脈沖數(shù)為頭部姿態(tài)變化的校正量Δθ。變焦物鏡24的焦距可在計算機4的控制下連續(xù)改變，由兩眼普爾欽斑點之間的距離值決定，改變變焦物鏡24的焦距將圖像放大定格到兩眼普爾欽斑點間距為某一定值，用于對使用者11頭部距離顯示器6位置變化的校正，計算機4輸出給變焦物鏡24的焦距改變量為使用者11頭部離開顯示器6距離變化的校正量ΔZ。當(dāng)使用者11的眼睛注視顯示器6顯示屏上不同方位的命令圖框時，表現(xiàn)為眼球轉(zhuǎn)動引起的瞳孔位置的變化，而普爾欽斑點的位置不變，對眼部圖像進行圖像處理確定了瞳孔位置相對普爾欽斑點的偏移量為ΔS。依據(jù)已經(jīng)確定的ΔX、ΔY、Δθ、ΔZ、ΔS，利用系統(tǒng)定標(biāo)所得的參數(shù)值，眼睛盯視方向就可以最終判斷確定，相應(yīng)的命令圖標(biāo)被激活，即實現(xiàn)了人眼對計算機的命令輸入。計算機4接收到命令后通過控制線5將命令輸出給周圍環(huán)境電氣設(shè)備，實現(xiàn)對這些電氣設(shè)備的控制。
本實用新型的實施例達到的技術(shù)指標(biāo)為使用者頭部位于顯示器顯示屏正前方，且位于紅外光發(fā)射光軸與攝像機、變焦物鏡光軸交匯處，頭部允許的活動范圍為左右±300mm；高低±300mm；前后±300mm，視線分別率達到3×3，即能分辨上、下、左、右、左上、左下、右上、右下、正中這九個命令框，主菜單及多級子菜單結(jié)構(gòu)，在主菜單中選擇需要控制的電氣設(shè)備，在子菜單中發(fā)出開/關(guān)命令，并設(shè)置有關(guān)參數(shù)。
權(quán)利要求1.一種自適應(yīng)眼視控制裝置，包括正面帶有顯示窗口(7)、紅外光發(fā)射孔(9)、圖像采集孔(12)的殼體8、安置于殼體(8)內(nèi)而顯示屏對準(zhǔn)顯示窗口(7)的顯示器(6)、發(fā)射口對準(zhǔn)紅外光發(fā)射孔(9)的紅外發(fā)光器(10)、鏡頭對準(zhǔn)圖像采集孔(12)的變焦物鏡(24)和CCD攝像機(1)、輸入接口連接CCD攝像機(1)輸出接口的圖像采集卡(3)、輸入接口連接圖像采集卡(3)輸出接口的計算機(4)、計算機(4)經(jīng)輸出接口連接變焦物鏡(24)、顯示器(6)輸入接口和引出殼體(8)控制周圍環(huán)境電氣設(shè)備的控制電纜(5)，其特征在于變焦物鏡(24)與圖像采集孔(12)之間設(shè)置一個由計算機(4)控制的移像/轉(zhuǎn)像裝置(14)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)眼視控制裝置，其特征在于移像/轉(zhuǎn)像裝置(14)的結(jié)構(gòu)是有一個帶光入射孔(13)和光出射孔(22)的轉(zhuǎn)動架(20)，其光入射孔(13)和光出射孔(22)的中心線同轉(zhuǎn)動架(20)轉(zhuǎn)軸和變焦物鏡(24)與圖像采集孔(12)之間的光軸為同一軸線，轉(zhuǎn)動架(20)內(nèi)設(shè)置一個固定平面鏡(17)、一個水平擺動平面鏡(16)和一個垂直擺動平面鏡(18)，垂直擺動平面鏡(18)固定于一個步進電機(19)的水平輸出軸上，水平擺動平面鏡(16)固定于一個步進電機(15)的垂直輸出軸上，一個步進電機(2)輸出軸上固定的齒輪(23)與轉(zhuǎn)動架(20)上固定的齒輪(21)嚙合，計算機(4)通過輸出接口連接三個步進電機(15)、(19)、(2)的控制器。
專利摘要本實用新型涉及一種殘疾人、老年人和危重病人用于控制周圍環(huán)境電氣設(shè)備的自適應(yīng)眼視控制裝置。它包含有正面帶有顯示窗口、紅外光發(fā)射孔和圖像采集孔的殼體、安置于殼體內(nèi)而顯示屏對準(zhǔn)顯示窗口的顯示器、發(fā)射口對準(zhǔn)紅外光發(fā)射孔的紅外發(fā)光器、鏡頭對準(zhǔn)圖像采集孔的變焦物鏡和CCD攝像機、輸入接口連接CCD攝像機輸出接口的圖像采集卡、輸入接口連接圖像采集卡輸出接口的計算機、計算機經(jīng)輸出接口連接變焦物鏡、顯示器輸入接口和引出殼體控制周圍環(huán)境電氣設(shè)備的控制電纜，變焦物鏡與圖像采集孔之間設(shè)置一個由計算機控制的移像/轉(zhuǎn)像裝置。本實用新型使用過程中，能自動適應(yīng)使用者頭部位置和姿態(tài)變化，有效達到眼視控制周圍環(huán)境電氣設(shè)備，使用方便。
文檔編號G06F17/00GK2543135SQ0221698
公開日2003年4月2日 申請日期2002年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者屠大維, 林財興, 尹海榮, 羅記平 申請人:上海大學(xué)機電工程與自動化學(xué)院