CN108387993A - 一种可旋转镜头装置及基于眼球跟踪技术的跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可旋转镜头装置，其包括主体部件，其包括弧面型旋转座，该弧面型旋转座设置在主体部件上；镜头部件，其包括镜头和弧面型容纳槽，所述镜头固定在所述弧面型容纳槽中，所述弧面型容纳槽收容于所述弧面型旋转座中，所述弧面型容纳槽可沿弧面型旋转座旋转；转动部件，设置在主体部件和镜头部件之间，以驱动镜头部件进行旋转；控制部件，设置在主体部件内部，与转动部件电连接；一种基于眼球跟踪技术的跟踪方法，利用可旋转镜头装置实现眼球跟踪；弧面型容纳槽相对弧面型旋转座的旋转，效率高、实时性好；通过控制部件控制镜头部件跟随观察者的眼球旋转，实现自动旋转，操作方便灵活、定位准确且即时。

Description

一种可旋转镜头装置及基于眼球跟踪技术的跟踪方法

技术领域

本发明涉及眼球跟踪技术及镜头技术领域，特别涉及结合眼球跟踪技术的可旋转镜头技术领域，具体是指一种基于眼球跟踪技术的可旋转镜头装置及其跟踪方法，在手机、平板电脑等产品中，用于图像拍摄以及视频聊天中镜头跟随人眼眼球转动而旋转。

背景技术

随着***移动网络以及光网的覆盖，网络进入速度更快、产品更多、资费更低的时代，最低网速可达10M以上，视频画面清晰度和流畅度将越来越好，视频聊天将越来越普及，而高效、快捷、方便的视频聊天方式将成为今后的一个发展方向，视频聊天主要部件为镜头，因此，智能镜头将成为今后研究的一个热点。此外，人类是通过头部运动或眼球运动来实现不同角度景物的观察，根据这种特点，将其应用到智能镜头中，将会是一种非常有效有意义的方式。

目前市场上大部分相机、手机、平板电脑等产品只能拍摄镜头前方的人、物、风景等，镜头是固定不动的，固定的镜头给手机等产品的某些功能带来不便，尤其在视频聊天过程中无法通过自己实时改变对方镜头中捕获的视场，只能通过告知对方，旋转该产品位置来达到效果，其缺点操作不方便，效率非常低，实时性差，不能即时准确定位。此外，市场上也存在小部分带有可旋转镜头的手机或其他产品，虽然可通过手动改变镜头方向以达到改变视场的效果，但不能实时智能改变视场，尤其在视频聊天中也是无法通过自己改变对方镜头中捕获视场的效果，其缺点效率低，实时性差等。

中国发明专利CN103293828B中，描述了一种可旋转镜头的电子产品，通过手动控制改变镜头位置及方向，具体内容可见专利CN103293828B。类似专利还有专利CN1882044A和专利CN103019010A等。关于基于眼球跟踪技术的可旋转镜头专利基本上未看到过。

因此，迫切需要一种新型的智能镜头，根据眼球运动来实现镜头位置的改变，能在视频聊天过程中实现实时主动观察对方周围环境，并具有操作方便灵活、效率高、实时性好、即时准确定位等特点。

发明内容

为了克服背景技术的不足，本发明提供一种可旋转镜头装置及基于眼球跟踪技术的跟踪方法。

本发明所采用的技术方案是：一种可旋转镜头装置，其包括主体部件，其包括弧面型旋转座，该弧面型旋转座设置在主体部件上；镜头部件，其包括镜头和弧面型容纳槽，所述镜头固定在所述弧面型容纳槽中，所述弧面型容纳槽收容于所述弧面型旋转座中，所述弧面型容纳槽可沿弧面型旋转座旋转；转动部件，设置在主体部件和镜头部件之间，以驱动镜头部件进行旋转；控制部件，设置在主体部件内部，与转动部件电连接。

所述转动部件包括第一驱动件、第二驱动件、第一旋转组件和第二旋转组件，所述第一驱动件设置在主体部件上，驱动第一旋转组件带动镜头部件沿弧面型旋转座左右转动；所述第二驱动件设置在主体部件上，驱动第二旋转组件带动镜头部件沿弧面型旋转座上下转动。

所述第一旋转组件包括相配合的齿条和齿轮，或者相配合的导轨和滑块，所述第二旋转组件包括相配合的齿条和齿轮，或者相配合的导轨和滑块。

所述弧面型旋转座包括第一弧面型旋转座和第二弧面型旋转座，所述导轨或齿条沿左右方向安装在第一弧面型旋转座的内侧和/或沿前后方向安装在第二弧面型旋转座的内侧，所述滑块或齿轮固定在弧面型容纳槽的外侧或第一弧面型旋转座的外侧，且与导轨或齿条相适配。

所述导轨包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨的两端以弧面型旋转座的轴心为对称中心，固定在弧面型旋转座的内侧；所述第二导轨的两端以第一导轨为对称中心，固定在弧面型旋转座的内侧，所述滑块包括第一滑块和第二滑块，均固定在弧面型容纳槽的外侧，且与相对应的第一导轨和第二导轨相适配，所述第一导轨两端之间的部分、第二导轨两端之间的部分均能沿弧面型旋转座的内侧摆动。

所述滑块为磁性材质，以及对应设有一个用于固定滑块的磁块，所述磁块与滑块位于一个面的两侧。

所述的弧面型旋转座为内部空心的外壳，所述滑块和相对应的导轨隐藏在弧面型旋转座内部，所述的滑块为磁性滑块，所述滑块和导轨在弧面型旋转座内部可自由摆动。

所述的弧面型旋转座为内部中空的壳体，所述导轨包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨的两端以弧面型旋转座的轴心为对称中心，固定在弧面型旋转座的内部；所述第二导轨的两端以第一导轨为对称中心，固定在弧面型旋转座的内部，所述滑块包括第一滑块和第二滑块，均固定在弧面型容纳槽的内部，且与相对应的第一导轨和第二导轨相适配，所述第一导轨两端之间的部分、第二导轨两端之间的部分均能沿弧面型旋转座的内部摆动，所述滑块为磁性材质，以及对应在弧面型容纳槽内侧固定设有一个与滑块相吸的磁块。

一种基于眼球跟踪技术的跟踪方法，其步骤在于：

1)镜头对着眼睛，要求观察者头部正对所述的主体部件，可进行平行移动，眼睛注视显示部件，采集该时刻的图像，并将图像发送到控制部件；

2)由控制部件提取图像中所有外眼图像，进行图像降噪、旋转和校正；

3)以外眼中心点作为参考点，计算出虹膜中心点偏移外眼中心点的量，取平均值，得到眼球偏移量，并通过公式换算获得转动部件的转动角度；

4)控制部件将转动角度发送到转动部件，以驱动镜头部件旋转。

步骤3)中所述的眼球偏移量与转动部件转动角度间的关系，其具体计算过程如下：

31)在人眼横向方向建立一个直角坐标系XOY，以眼角连线右方向为X轴正方向，连线中心垂直向上为Y轴正方向，眼球在X轴偏移量记为x，眼球在Y轴偏移量记为y；

32)在人眼纵向方向建立一个直角坐标系ZOY，以眼轴为Z轴，记眼球眼轴长度为z,则眼球半径R＝z/2，眼球左右偏移量为y，对应眼球上下旋转角度θ2为，根据几何关系，可得

同理可得，眼球左右旋转角度θ1为：

33)转动部件3为二维转动，姿态角设为左右旋转角α1和上下旋转角α2，根据几何关系，则左右旋转角α1和上下旋转角α2分别为：

方向规定与眼球转动方向一致。

本发明的有益效果是：本发明弧面型容纳槽相对弧面型旋转座的旋转，效率高、实时性好；通过控制部件控制镜头部件跟随观察者的眼球旋转，实现自动旋转，操作方便灵活、定位准确且即时。

附图说明

图1是本发明的主体部件结构示意图。

图2是本发明镜头组件的一个实施例。

图3是本发明镜头组件的一个实施例。

图4是本发明镜头组件的一个实施例。

图5是本发明镜头组件的一个实施例。

图6是本发明眼球偏移量的流程图。

图7是本发明眼睛与镜头组件的示意图。

图8是本发明XOY坐标系的示意图。

图9是本发明YOZ坐标系的示意图。

图10是本发明的使用实施例。

具体实施方式

本发明中，内侧指内凹层的外表面，如弧面型旋转座内侧是指弧面型旋转座内凹层的那层外表面；外侧指外凸层的外表面，如弧面型旋转座外侧是指弧面型旋转座外凸层的外表面。

下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

如图1和图2所示，一种可旋转镜头装置，其包括主体部件1，其包括弧面型旋转座11，该弧面型旋转座11设置在主体部件1上；镜头部件2，其包括镜头21和弧面型容纳槽22，所述镜头21通过螺丝固定在所述弧面型容纳槽22中，所述弧面型容纳槽22收容于所述弧面型旋转座11中，所述弧面型容纳槽22可沿弧面型旋转座11旋转；转动部件3，设置在主体部件1和镜头部件2之间，以驱动镜头部件2进行旋转；控制部件5，设置在主体部件1内部，与转动部件3电连接，弧面型容纳槽22相对弧面型旋转座11的旋转，效率高、实时性好；通过控制部件5控制镜头部件2跟随观察者的眼球旋转，实现自动旋转，操作方便灵活、定位准确且即时。

所述转动部件3可以实现一维转动，也可以实现二维转动。

如图2所示，一维转动，能左右转动，或者能上下转动；所述转动部件3包括驱动件和旋转组件，所述驱动件设置在主体部件1上，驱动旋转组件带动镜头部件2沿弧面型旋转座11左右或者上下转动。

如图3所示，二维转动，既能左右转动，又能上下转动；所述转动部件3包括第一驱动件31、第二驱动件32、第一旋转组件和第二旋转组件，所述第一驱动件31设置在主体部件1上，驱动第一旋转组件带动镜头部件2沿弧面型旋转座11左右转动；所述第二驱动件32设置在主体部件1上，驱动第二旋转组件带动镜头部件2沿弧面型旋转座11上下转动,所述第一驱动件31、第二驱动件32采用电机，更为优选的，采用伺服电机，以实现即动急停，精准地控制第一旋转组件和第二旋转组件的旋转角度。

所述第一旋转组件可采用包括导轨41(或齿条)，以及与之相配合的滑块42(或齿轮)，所述第二旋转组件也是如此，包括导轨41(或齿条)，以及与之相配合的滑块42(或齿轮)，此处，可以允许一个旋转组件采用导轨41与滑块42的配合，另一个旋转组件采用齿条与齿轮的配合。

如图3所示，以2个弧面型旋转座，以第一旋转组件和第二旋转组件均采用导轨41和滑块42的配合为例。

所述弧面型旋转座11包括第一弧面型旋转座111和第二弧面型旋转座112，且第一弧面型旋转座111高于第二弧面型旋转座112，一个导轨41a沿左右方向安装在第一弧面型旋转座111的内侧，另一个导轨41b沿前后方向安装在第二弧面型旋转座112的内侧，导轨41a对应的滑块42a固定在弧面型容纳槽22的外侧，导轨41b对应的滑块42b固定在第一弧面型旋转座111的外侧，在转动过程中，滑块42a沿导轨41a滑移，带动镜头部件2左右旋转，完成左右旋转后，滑块42b沿导轨41b滑移，带动镜头部件2上下旋转，完成上下旋转，最终使得镜头21与人眼眼球转动相对应。镜头部件2相对第一弧面型旋转座111的旋转，不会对第二弧面型旋转座112造成任何影响，当第一弧面型旋转座111相对第二弧面型旋转座112上下移动时，第一弧面型旋转座111与弧面型容纳槽22之间的导轨41a和滑块42a的配合正好构成第一弧面型旋转座111对弧面型容纳槽22的限位，从而使得第一弧面型旋转座111和弧面型容纳槽22同时相对第二弧面型旋转座112上下移动。同理，可以先进行第一弧面型旋转座111的上下旋转，再进行弧面型容纳槽22的左右旋转；或者可以同时进行。

所述导轨41安装在弧面型旋转座11内侧，可采用导轨41直接固定在弧面型旋转座11内侧外表面上，其导轨41高出弧面型旋转座11内侧；更为优选的方案，导轨41从弧面型旋转座11内侧表面内嵌到弧面型旋转座11里面，其导轨41与弧面型旋转座11内侧齐平，或者直接在弧面型旋转座11内侧加工导轨槽，形成所述的导轨41。

所述的滑块42可以是普通滑块，如此通过紧固件直接安装在对应的位置上即可。

所述滑块42可以是磁性滑块，以及对应设有一个用于固定滑块42的磁块43，这里所说的磁块43与磁性滑块是指可互相吸引的磁性材料，比如铁块与磁石、磁石与磁石等，其中磁性滑块可以是滑块本身采用磁性，也可以由磁块固定在滑块42上形成。

在上述实施例中，滑块42a位于弧面型容纳槽22的外侧，磁块43a位于弧面型容纳槽22的内侧或者内嵌到弧面型容纳槽22里面，滑块42b位于第一弧面型旋转座111的外侧，磁块43b位于第一弧面型旋转座111的内侧或者内嵌到弧面型容纳槽22里面，滑块42a与磁块43a相吸在一起，滑块42b与磁块43b相吸在一起，通过第一驱动件31带动导轨41a上的滑块42a，同时滑块42a带动相吸的固定在弧面型容纳槽22上的磁块43a，从而传动连接并控制镜头部件1绕第一弧面型旋转座111做左右旋转；同理，完成左右旋转后，在第二驱动件32带动下，完成上下旋转；或者可同时进行。

如图4所示，以1个弧面型旋转座，以第一旋转组件和第二旋转组件均采用导轨41和滑块42的配合为例。

所述导轨41包括第一导轨411和第二导轨412，所述第一导轨411的两端以弧面型旋转座11的轴心为对称中心，固定在弧面型旋转座11的内侧；所述第二导轨412的两端以第一导轨411为对称中心，固定在弧面型旋转座11的内侧，所述滑块42包括第一滑块421和第二滑块422，均固定在弧面型容纳槽22的外侧，且与相对应的第一导轨411和第二导轨412相适配，所述第一导轨411两端之间的部分、第二导轨412两端之间的部分均能沿弧面型旋转座11的内侧摆动，先进行左右旋转，则第一滑块421会沿第一导轨411左右滑移，由于左右旋转带动弧面型容纳槽22相对弧面型旋转座11产生了偏移，而第二滑块422是固定在弧形容纳槽22上的，是会随弧形容纳槽22旋转的，而第二滑块422与第二导轨412始终是相接触的，故在左右旋转过程中，第二滑块422会带动第二导轨412两端之间的部分同时沿左或右偏移；完成左右旋转后，再进行上下旋转，则第二滑块422会沿第二导轨412上下滑移，也可以先进行上下旋转，再进行左右旋转，二者之间没有顺序关系，导轨会在对应的滑块带动下，发生偏移，以适应即将发生的另一个方向的旋转。

如图5所示，以1个内部中空的弧面型旋转座，以第一旋转组件和第二旋转组件均采用导轨41和滑块42的配合为例。

所述的弧面型旋转座11为内部中空的壳体，所述导轨41包括第一导轨411和第二导轨412，所述第一导轨411的两端以弧面型旋转座的轴心为对称中心，固定在弧面型旋转座11的内部；所述第二导轨412的两端以第一导轨411为对称中心，固定在弧面型旋转座11的内部，所述滑块42包括第一滑块421和第二滑块422，均固定在弧面型容纳槽22的内部，且与相对应的第一导轨411和第二导轨412相适配，所述第一导轨411两端之间的部分、第二导轨412两端之间的部分均能沿弧面型旋转座11的内部摆动，所述滑块42为磁性材质，以及对应在弧面型容纳槽22内侧固定设有一个与滑块42相吸的磁块43。

如图6和图7所示，一种基于眼球跟踪技术的跟踪方法，其步骤在于：

1)镜头21对着眼睛，要求观察者头部7正对所述的主体部件1，可进行平行移动，眼睛注视显示部件6，采集该时刻的图像，并将图像发送到控制部件5；

2)由控制部件5提取图像中所有外眼图像，进行图像降噪、旋转和校正；

3)以外眼中心点作为参考点，计算出虹膜中心点偏移外眼中心点的量，取平均值，得到眼球偏移量，并通过公式换算获得转动部件3的转动角度；

4)控制部件5将转动角度发送到转动部件3，以驱动镜头部件2旋转。

如图8和图9所示，步骤3)中所述的眼球偏移量与转动部件3转动角度间的关系，其具体计算过程如下：

31)为了简单起见，在人眼横向方向建立一个直角坐标系XOY，以眼角连线右方向为X轴正方向，连线中心垂直向上为Y轴正方向，记眼球偏移量记为(x，y)；

32)由于人眼眼球为轴(眼轴)对称***，为了简单起见，取人眼纵向截面进行分析，在人眼纵向方向建立一个直角坐标系ZOY，眼轴作为Z轴，记眼球眼轴长度为z,已知正常人眼眼轴(角膜到视网膜间的距离)长度z约为24mm，人眼眼球近似球形，通过眼球旁边有六条肌肉控制着眼球的转动，其近似绕着眼球中心(眼球球心)转动，则眼球半径R＝z/2＝12mm，假设眼球左右偏移量为y，对应眼球上下旋转角度θ2为，根据几何关系，可得

同理可得，眼球左右旋转角度θ1为：

33)转动部件3为二维转动，姿态角设为左右旋转角α1和上下旋转角α2，其旋转方式与眼球旋转方式一致，模仿人眼旋转，则眼球旋转角度与镜头部件旋转角度相同，根据几何关系，则左右旋转角α1和上下旋转角α2分别为：

方向规定与眼球转动方向一致。

所述的主体部件1可以是任何合适的产品，可以为手机、平板电脑、笔记本电脑等电子产品。

为了实现镜头能跟随观察者人眼眼球进行智能主动旋转，以实现全视角、自由查看被观察者周围的环境，当然，该主动旋转，可以在对应的主体部件1中设置一个授权程序，只有在授权程序开启的状态下，可旋转镜头装置才会主动旋转。在本发明的具体实施例中，视频聊天过程中具体的眼球跟踪方法和步骤如下：

如图10所示，假设A作为观察者，B作为被观察者，观察者头部A7正对主体部件A1，首先，通过被观察者授权，开启被观察者镜头跟随观察者眼球自动跟踪的功能，镜头部件A2采集到的人脸视频通过主体部件A1发送到主体部件B1上，同时，通过控制部件B5将采集该时刻的图像，提取图中所有外眼图像，进行图像降噪、旋转和校正等图像预处理，分析眼球的外眼中心和虹膜中心，并以外眼中心点作为参考点，计算出虹膜中心点偏移外眼中心点的量，取平均值，得到眼球偏移量；接着，通过眼球偏移量与转动部件B3转动角度关系进行公式换算，分析出镜头部件B2需转动的角度，将计算得到的转动角度输送到转动部件B3，驱动镜头部件B1旋转；然后将此时B镜头拍摄到的视频传送到主体部件A1上，主体部件A1通过显示部件A6显示，观察者A就能看到希望看到的对方那边的景物，最后，观察者A可通过平移头部A7，观察者A眼睛注视显示部件A6，头部A7正对所述的主体部件A1，重复上述步骤，实现B区域不同角度的观察。同样的，被观察者B也可以通过显示部件B6看到观察者A这边的景物。

以上结合附图所描述的实施例仅是本发明的优选实施方式，而并非对本发明的保护范围的限定，任何基于本发明精神所做的改进都理应在本发明保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可旋转镜头装置，其特征在于：其包括

主体部件(1)，其包括弧面型旋转座(11)，该弧面型旋转座(11)设置在主体部件(1)上；

镜头部件(2)，其包括镜头(21)和弧面型容纳槽(22)，所述镜头(21)固定在所述弧面型容纳槽(22)中，所述弧面型容纳槽(22)收容于所述弧面型旋转座(11)中，所述弧面型容纳槽(22)可沿弧面型旋转座(11)旋转；

转动部件(3)，设置在主体部件(1)和镜头部件(2)之间，以驱动镜头部件(2)进行旋转；

控制部件(5)，设置在主体部件(1)内部，与转动部件(3)电连接；

所述转动部件(3)包括第一驱动件(31)、第二驱动件(32)、第一旋转组件和第二旋转组件；

所述第一驱动件(31)设置在主体部件(1)上，驱动第一旋转组件带动镜头部件(2)沿左右转动；

所述第二驱动件(32)设置在主体部件(1)上，驱动第二旋转组件带动镜头部件(2)沿上下转动；

所述第一旋转组件包括相配合的齿条和齿轮，或者相配合的导轨(41)和滑块(42)，所述第二旋转组件包括相配合的齿条和齿轮，或者相配合的导轨(41)和滑块(42)；

所述导轨(41)包括第一导轨(411)和第二导轨(412)，所述第一导轨(411)的两端以弧面型旋转座的轴心为对称中心，固定在弧面型旋转座(11)的内侧；所述第二导轨(412)的两端以第一导轨(411)为对称中心，固定在弧面型旋转座(11)的内侧，所述滑块(42)包括第一滑块(421)和第二滑块(422)，均固定在弧面型容纳槽(22)的外侧，且与相对应的第一导轨(411)和第二导轨(412)相适配，所述第一导轨(411)两端之间的部分、第二导轨(412)两端之间的部分均能沿弧面型旋转座(11)的内侧摆动。

2.根据权利要求1所述的一种可旋转镜头装置，其特征在于：所述滑块(42)为磁性材质，以及对应设有一个用于固定滑块(42)的磁块(43)，所述磁块(43)与滑块(42)位于一个面的两侧。

3.一种利用权利要求1-2任一项所述的可旋转镜头装置的基于眼球跟踪技术的跟踪方法，其步骤在于：

1)镜头(21)对着眼睛，采集该时刻的图像，并将图像发送到控制部件(5)；

2)由控制部件(5)提取图像中所有外眼图像，进行图像降噪、旋转和校正；

3)以外眼中心点作为参考点，计算出虹膜中心点偏移外眼中心点的量，取平均值，得到眼球偏移量，并通过公式换算获得转动部件(3)的转动角度；

4)控制部件(5)将转动角度发送到转动部件(3)，以驱动镜头部件(2)旋转。

4.根据权利要求3所述的一种基于眼球跟踪技术的跟踪方法，步骤3)中所述的眼球偏移量与转动部件(3)转动角度间的关系，其具体计算过程如下：

31)在人眼横向方向建立一个直角坐标系XOY，以眼角连线右方向为X轴正方向，连线中心垂直向上为Y轴正方向，眼球在X轴偏移量记为x，眼球在Y轴偏移量记为y；

32)在人眼纵向方向建立一个直角坐标系ZOY，以眼轴为Z轴，记眼球眼轴长度为z，则眼球半径R＝z/2，眼球左右偏移量为y，对应眼球上下旋转角度θ2为，根据几何关系，可得

同理可得，眼球左右旋转角度θ1为：

33)转动部件(3)为二维转动，姿态角设为左右旋转角α1和上下旋转角α2，根据几何关系，则左右旋转角α1和上下旋转角α2分别为：

方向规定与眼球转动方向一致。