一种适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置

摘要

本发明提供了一种适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置，包括：防水摄像头，防水罩、图像处理和控制装置、图像显示装置、照明灯和电池。采用本发明的头戴式成像显示装置，在微弱光条件下不进行主动照明即可成像并在潜水镜显示，辅助潜水员观察周围环境；在完全黑暗条件下只需要微光照明即可成像，照明光源集成在潜水镜上。本系统不需要潜水员手持携带另外的照明光源或红外成像装置，不增加手持装置，观察视野随头部转动而实时变化，能够增加水下活动的灵活性、安全性，有助于提高水下作业效率。

说明书

技术领域

本发明涉及水下成像领域，尤其涉及一种水下微弱光环境成像并在潜水镜显示的头戴式系统。

背景技术

潜水活动经常遇到水下微弱光或完全黑暗情况，潜水员无法看清周围环境，对水下作业、水下情况勘察等活动造成不便。

水下微弱光或完全黑暗情况下，当不便进行主动照明或只能微光照明时，潜水员要观察周围环境一般需要携带微光成像设备。携带设备会占用潜水员肢体，减少了操作灵活性，增加活动负担，且在浑浊水体中观察图像不便。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供一种适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置，包括：

防水摄像头，所述摄像头包括镜头和光电转换装置，所述光电转换装置用于将透过镜头进入的微弱光信号转变为电信号并进一步增强所述电信号；

防水罩，所述防水罩用于防水；

图像处理和控制装置，所述图像处理和控制装置设于所述防水罩内，所述图像处理和控制装置用于接收摄像头采集的电子图像信息，以数字图像信息形式储存，对数字图像信息进行图像处理，并将处理后的图像数据发送给图像显示装置进行显示；还用于控制图像显示装置进行显示并设定图像显示参数，还用于控制系统开关机、监测电池的电量；

图像显示装置，所述图像显示装置包括潜水镜和设于所述潜水镜内侧的AR显示部件，AR显示部件包括电子发光部件和光学模组，光线经过光学模组折射后投射到人眼，实现增强现实显示；AR显示部件是已有的成熟技术，本申请的AR显示部件采用本领域常规产品，不限定具体结构。

一个或多个照明灯，所述照明灯设于所述潜水镜的上方；

电池，所述电池用于分别向光电转换装置、图像处理和控制装置、图像显示装置和照明灯提供电能。

进一步地，所述光电转换装置用于将可见光和红外光波段的光信号转变为电信号并进一步增强所述电信号。本申请的光电转换装置采用现成产品，型号较多，不一定限定某个型号。

进一步地，光学模组包括第一模组和第二模组，双眼分别各自对应于所述第一模组和第二模组。本申请光学模组之所以使用两个模组，是因为人眼就是双眼成像，双眼成像可模拟真实图像，形成三维显示效果。进一步地，适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置进一步包括固定带，所述固定带的两端连接于所述潜水镜。固定带可以是弹性绳等能够使潜水镜紧紧贴在人脸的其他装置。

进一步地，所述电池为可充电电池。

优选地，所述照明灯为LED灯。本申请的照明灯不一定限定为小型的LED灯，还可以是能照明、体积小的其他照明灯。

进一步地，适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置进一步包括照明灯开关和控制按键，控制按键用于控制系统开关机和显示模式选择，照明灯开关用于控制照明灯打开与关闭。

进一步地，所述图像处理和控制装置为微型计算机系统，所述微型计算机系统包括摄像头数据接收单元、中央处理单元、系统控制单元、信息储存部件和显示控制器；所述摄像头数据接收单元用于接收摄像头光电传感器发送来的电子图像信息并整理成格式化的数字图像信息，发送给中央处理单元进行处理；所述中央处理单元用于运行图像处理软件和系统控制软件，能够接收摄像头数据单元送来的数字图像信息并进行图像增强、滤波、锐化、亮度调整、对比度调整等处理，处理后的数字图像信息发送给信息储存部件和显示控制器，能够根据系统运行状态和系统控制单元发送来的数据，向各部件发出运行指令，协调系统运行；所述系统控制单元用于接收系统各部件的各类工作信息，如电池电量数据、显示模式设置等，并将各类工作信息发送给中央处理单元，并接收中央处理单元发送来的控制指令或者接受中央处理单元的授权进行独立控制，然后发送控制指令给相关部件执行，如打开和关闭微光照明光源等；所述信息储存部件用于接收中央处理单元发送来的经过处理的图像数据并保存，保存的图像数据能够回放，能够输出至其他计算机保存、播放和处理；所述显示控制器用于接收中央处理单元发送来的经过处理的图像数据并发送给图像显示装置显示，能够控制图像显示的刷新频率、亮度等参数。

采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明涉及一种适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置，采用本发明的头戴式成像显示装置，在微弱光条件下不进行主动照明即可成像并在潜水镜显示，辅助潜水员观察周围环境；在完全黑暗条件下只需要微光照明即可成像，照明光源集成在潜水镜上，使用更为便捷。本系统不需要潜水员手持携带另外的照明光源或红外成像装置，观察视野随头部转动而实时变化，能够增加水下活动的灵活性、安全性，有助于提高水下作业效率。

附图说明

图1为本发明的适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置的正视图；

图2为是本发明实施例图像处理和控制装置的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本公开使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本公开。在本公开和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本实施例中的适用于水下微弱光环境的头戴式成像显示装置包括：防水摄像头10，防水罩20，图像处理和控制装置30，图像显示装置(设于潜水镜内侧)40，一个或多个照明灯50，电池，照明灯开关60、控制按键70和固定带80。摄像头10，防水罩20，图像处理和控制装置30，图像显示装置(设于潜水镜内侧)40，一个或多个照明灯50，电池，照明灯开关60和控制按键70共同集成为一个整体。系统整体具备防水性能。

所述防水摄像头10包括镜头和光电转换装置，所述光电转换装置用于将透过镜头进入的微弱光信号转变为电信号并进一步增强所述电信号。外界光线通过镜头的多个镜片组成的光路照射到光电传感器，由光电传感器将光信号转变为电信号。具体，外界光照强度微弱时光电转换装置将可见光或红外光波段的光信号转变为电信号并进一步增强所述电信号，发送给后续计算机系统处理。光电传感器是集成了光电换能器和电子器件的芯片，输出的电信号为计算机系统可识别的数字图像信息。

所述防水罩20用于防水。图像处理和控制装置30(图中用虚线表示)和电池均设于防水罩20内。

所述图像处理和控制装置30用于接收摄像头10采集的电子图像信息，以数字图像信息形式储存，对数字图像信息进行图像处理，并将处理后的图像数据发送给安装于潜水镜内的图像显示装置40进行显示；还用于控制图像显示装置40进行显示并设定图像显示参数，还用于控制系统开关机、监测电池的电量。

所述图像处理和控制装置30具备电子软件、硬件系统，具备电池，能够运行图像处理和系统控制软件，能够对摄像头10采集的电子图像信息进行处理，能够将处理后的电子图像数据输出至图像显示装置40并控制图像显示，能够记录图像信息，能够向系统供电。

所述图像处理和控制装置30具备专门的软件和硬件，能够接收摄像头10采集的电子图像信息，以计算机系统能够识别的数字图像信息形式储存，对数字图像信息能够进行图像增强、滤波、锐化、亮度调整、对比度调整等处理，处理后的图像数据发送给图像显示装置40进行显示。所述图像处理和控制装置30能够控制图像显示装置40进行显示，设定图像显示的刷新频率、亮度等参数。所述图像处理和控制装置30具备系统控制功能，能够控制系统开关机、电池电量监测、显示参数设定等系统功能，能够运行系统管理软件。

所述图像处理和控制装置30为微型计算机系统，如图2所示，所述微型计算机系统包括摄像头10数据接收单元、中央处理单元、系统控制单元、信息储存部件和显示控制器。

所述摄像头10数据接收单元用于接收摄像头10光电传感器发送来的电子图像信息并整理成格式化的数字图像信息，发送给中央处理单元进行处理。

所述中央处理单元用于运行图像处理软件和系统控制软件，能够接收摄像头10数据单元送来的数字图像信息并进行图像增强、滤波、锐化、亮度调整、对比度调整等处理，处理后的数字图像信息发送给信息储存部件和显示控制器，能够根据系统运行状态和系统控制单元发送来的数据，向各部件发出运行指令，协调系统运行。中央处理单元是微处理器及外设部件组成的系统，运行图像处理软件，具备图像处理功能。中央处理单元从摄像头10数据接收单元读取数字图像信息，由图像处理软件按照系统设定的模式进行图像增强、滤波、锐化、亮度调整、对比度调整等处理，处理后的图像发送给信息储存部件、显示控制器。中央处理单元对图像处理后，由图像显示装置40实现增强现实成像。

中央处理单元运行系统控制软件，具备系统控制功能。在实际运行中，中央处理单元与系统控制单元进行数据交互。系统控制单元将各部件状态参数、数据等信息传送给中央处理单元，由中央处理单元的系统控制软件进行分析判断，形成指令发送给系统控制单元，由系统控制单元执行具体控制操作。中央控制单元能够主动向系统控制单元查询信息。中央控制单元能够向系统控制单元授权，由系统控制单元代行控制功能。

所述系统控制单元用于接收系统各部件工作信息，如电池电量数据、显示模式设置等，将各类信息发送给中央处理单元，接收中央处理单元发送来的控制指令，或者接受中央处理单元的授权进行独立控制，然后发送控制指令给相关部件执行，如打开和关闭微光照明光源等。系统控制单元是微控制器芯片及外围设备，运行控制软件，能够控制照明灯50打开与关闭、识别控制按键70、监测电池电量。系统控制单元在中央控制单元的控制下运行。

所述信息储存部件用于接收中央处理单元发送来的经过处理的图像数据并保存，保存的图像数据能够回放，能够输出至其他计算机保存、播放和处理。信息储存部件能够将显示的图像同时保存在信息储存部件中，潜水活动结束后能够进行图像回放，图像信息能够输出至其他计算机中进行播放和后处理。信息储存部件是电子存储芯片，接收中央处理单元发送来的数字图像信息。

所述显示控制器用于接收中央处理单元发送来的经过处理的图像数据并发送给图像显示装置40显示，能够控制图像显示的刷新频率、亮度等参数。显示控制器是图像显示芯片组，接收中央处理单元发送来的数字图像信息，根据显示参数调整图像格式，发送给图像显示装置显示。

所述图像显示装置40包括潜水镜90和设于所述潜水镜90内部的AR显示部件，AR显示部件包括电子发光部件和光学模组，光线经过光学模组折射后投射到人眼，实现增强现实显示。潜水员进行潜水活动时佩戴潜水镜90，图像显示装置40能够在图像处理和控制装置30的控制下进行图像显示，具备防水功能。图像显示装置40具备电子发光部件，能够将电子图像信息转变为人眼可见的光学信息；图像显示装置40具备光学模组，能够折射光线，使图像焦平面和人眼保持一定距离，使人眼能够看清图像。具体地，光学模组包括两块，第一模组和第二模组，双眼各自对应单独的模组，双眼分别各自对应于所述第一模组和第二模组。图像数据来自中央控制单元，图像显示装置40在显示控制单元的控制下将电子信息转变为光学信息，经过光学模组折射后投射到人眼，实现增强现实显示。

所述照明灯50设于所述潜水镜90的上方。潜水镜90上方防水模块的镜头两侧各有一个照明灯50，由照明灯开关60控制开关。所述电池用于分别向光电转换装置、图像处理和控制装置30、图像显示装置40和照明灯50提供电能。电池安装在潜水镜90上方防水罩20内，向系统各部件提供电能。电池为可充电电池。

所述固定带80的两端连接于所述潜水镜90。

控制按键70用于控制系统开关机和显示模式选择，照明灯开关60用于控制照明灯50打开与关闭。

所述防水罩20、摄像头10和照明灯50集成于潜水镜90的上方，照明灯开关60和控制按键70分别设于潜水镜90的侧边。

摄像头10能在微弱光照条件下成像，能在可见光和红外光波段成像；图像处理和控制装置30具备图像处理和系统控制功能，具备电子软件、硬件系统，能够运行图像处理算法和系统控制软件，能够对摄像头10采集的图像进行电子信息处理，然后将电子图像数据输出至图像显示装置40并控制图像显示，能够记录图像信息，具备电池向系统供电；图像显示装置40具备AR显示部件，能够显示图像，安装在潜水镜90的内侧。

整套装置均防水，潜水员水下活动时佩戴在头部，作为潜水镜使用。在环境光微弱、不便进行主动照明的情况下，能够辅助潜水员看清水下周围环境，观察距离随水体浑浊程度不同而变化。摄像头捕捉光信号将其转变为电子图像信息，传送给图像处理装置，图像处理和控制装置进行数字图像处理，增强图像亮度和清晰度。在周围环境光强弱变化时，控制软件能够调节显示图像的对比度和亮度，保持图像适合人眼观察。图像处理和控制装置完成图像处理后将图像信息发送给图像显示装置进行显示。潜水镜作为AR显示部件的载体。图像处理和控制装置具备电池，向系统各部件供电。图像处理和控制装置除图像处理相关功能外，还能够进行系统控制，包括开关机、各种显示模式切换等。

该装置能够在人眼无法察觉的微弱可见光和红外光环境下成像，能够增强潜水员视觉。通过应用该装置，水下活动时不需手持携带照明光源即可正常观察周围环境。该装置可以减轻潜水员水下携行物资负担，提高水下活动灵活性、安全性、隐蔽性和作业效率。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。