仿生眼装置及仿生眼设备的制作方法

本实用新型属于智能仿生眼技术领域，特别涉及一种可灵活转动、三维重建的仿生眼装置及仿生眼设备。

背景技术：

人类感知客观世界绝大多数信息都是需要借助眼睛而获得的视觉信息，对机器人来说，“机器人眼睛”也是一个重要的感知设备。当今的机器人急切需要具备人眼诸多功能的机器人仿生眼。有了这样的机器人仿生眼，机器人视觉技术和机器人技术将得到巨大的发展。

虽然经过20多年的发展，但从实际应用角度来看，现有的立体视觉技术还处于不成熟阶段，这不仅仅涉及到技术上的原因，也是因为人类对自身视觉机制还没有了解透彻。目前的计算机视觉大多采用位置相对固定的两台摄像机装置或可移动的单个摄像机装置，这种视觉方式明显和人类一双可转动眼球形成的视觉相违背。通过二维图像来获取三维图像并形成立体视觉存在很多难以克服的问题，比如：需要标定物，精度不高；数据量大，计算效果不好；灰度失真、几何畸变、噪声干扰等；目前的设备价格昂贵、处理过程复杂等，也影响了在工程中的使用。另外，在实际的人机交互应用上，固定眼球(摄像机)的体验远没有灵活转动的眼球体验优越、互动性强。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可灵活转动、三维重建的仿生眼装置及仿生眼设备，以解决现有技术达不到日常使用需求，人机交互体验欠佳等问题。

为实现上述目的及其他目的，本实用新型提供一种仿生眼装置，包括：眼球罩，具有一容置空间；内置有图像捕捉设备的仿生眼球，所述仿生眼球设于 所述眼球罩的容置空间内且通过关节面活动连接于所述眼球罩；磁性驱动机构，包括：电磁体，密布于所述眼球罩后半部的内罩壁上；永磁体，设于所述仿生眼球后半部的外球壁上。

可选地，所述眼球罩和所述仿生眼球共属同一球心。

可选地，所述关节面为关节球面。

可选地，所述磁性驱动机构还包括：磁体控制器，与所述电磁体相控制连接。

可选地，所述永磁体的数量为至少两个，位于所述仿生眼球的正后方。

可选地，所述眼球罩中对应于所述仿生眼球后半部的内罩壁为内凹结构。

本实用新型另提供一种仿生眼设备，包括相互独立的两个如前所述的仿生眼装置。

可选地，两个所述仿生眼装置之间设有用于连接两个所述仿生眼装置的连接体。

如上所述，本实用新型提供的仿生眼装置，包括眼球罩，内置于眼球罩的仿生眼球，在所述眼球罩后半部的内罩壁上布设有电磁体，而在所述仿生眼球后半部的外球壁上则设有永磁体，通过控制所述眼球罩中内罩壁上不同电磁体的通断来吸引/排斥永磁体，从而带动所述仿生眼球进行相应的运动，实现仿生化，使得装配有该仿生眼装置的仿生眼设备可以做到任意角度转动、注视，追踪物体移动，识别，对周围环境三维重建。我们的仿生眼主要利用眼球运动信息和视觉图像信息结合来进行三维重建，对于后期的手眼、头眼以及眼睛和自身运动协调上，这项技术拥有不可比拟的优势。

附图说明

图1为本实用新型仿生眼装置在一实施方式中的侧向立体图。

图2为本实用新型仿生眼装置在一实施方式中的侧剖图。

图3为本实用新型仿生眼设备在一实施方式中的侧向立体图。

图4为利用本实用新型仿生眼设备进行视觉信息处理的框架示意图。

图5为利用本实用新型仿生眼设备进行图像构建方法的流程示意图

具体实施方式

本实用新型提供了一种仿生眼装置及包括相互独立的两个仿生眼装置的仿生眼设备，所述仿生眼装置均包含有利用磁性驱动机构而实现灵活转动于眼球罩内的仿生眼球和装配于仿生眼球上的摄像机，使得装配有仿生眼装置的仿生眼设备可以做到注视，追踪物体移动，识别，对周围环境三维重建。

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1和图2，其中，图1为本实用新型仿生眼装置在一实施方式中的侧向立体图，图2为本实用新型仿生眼装置在一实施方式中的侧剖图。结合图1和图2，本实用新型仿生眼装置1包括：眼球罩11、仿生眼球13、以及磁性驱动机构15。

以下对上述各个部件进行详细描述。

眼球罩11，具有一容置空间。在本实施例中，眼球罩11整体为球型结构，内部中空形成一大致为球型的容置空间。另外，眼球罩11的前端可通过一切面而形成一开口。所述开口的切面要小于穿过球心的直径面，即所述开口的角度要小于180°。

仿生眼球13，设于眼球罩11的容置空间内。在本实施例中，仿生眼球13和眼球罩11为同心设置，即仿生眼球13和眼球罩11共属同一球心。仿生眼球13通过关节面活动连接于眼球罩11，优选地，所述关节面可例如为关节球面。

仿生眼球13也具有内部安装空间和与所述内部安装空间相通的前端开口，所述前端开口与眼球罩11中的所述开口相一致，所述内部安装空间中内置有图像捕捉设备17，图像捕捉设备17的摄像头凸出或凹进于所述前端开口。

磁性驱动机构15进一步包括：电磁体151、磁体控制器、以及永磁体153。

电磁体151密布于眼球罩11后半部的内罩壁上。在本实施例中，可例如在内罩壁上设计出坐标系，然后在坐标系中标定出各个电磁体151的坐标，并为每一个电磁体151赋予一个编号，如每一个电磁体151具有一编号及相对应的坐标。

磁体控制器与电磁体151相控制连接，通过磁体控制器，可控制眼球罩11内罩壁上上各个电磁体151的通断。

永磁体153，设于仿生眼球13后半部的外球壁上。在实际应用中，永磁体153会受到开通的电磁体151的吸附力作用而带动仿生眼球13通过关节球面而相对于眼球罩11作运动。在本实施例中，在运行过程中，为防止仿生眼球13出现绕单点自身旋转的情形(发生不需要或不必要的转动)，有鉴于此，优选地，永磁体153的数量为至少两个，位于所述仿生眼球的正后方。在一实施例中，若永磁体153的数量为三个或四个时，则这三个或四个永磁体153环设于一直径轴的四周(所述直径轴即为穿过仿生眼球13中前端开口的中心的那一条 直径轴)。

另外，为使得永磁体153能与电磁体151能实现更好的吸附效果及便于仿生眼球13能相对于眼球罩11运动地更为顺畅，在本实施例中，眼球罩11的内罩壁中对应于仿生眼球13的后半部的部分设计为内凹结构，如此，使得眼球罩11后半部的内罩壁与仿生眼球13后半部的外球壁之间留有间隙，该间隙可确保仿生眼球13上的永磁体153能与眼球罩11上的电磁体151能实现更好的吸附效果(阻挡更少)以及便于仿生眼球13能更为顺畅地相对于眼球罩11运动(仿生眼球13与眼球罩11之间的关节球面更少)。

请参阅图3，其显示了本实用新型仿生眼设备在一实施方式中的侧向立体图。如图3所示，本实用新型仿生眼设备2包括相互独立的两个仿生眼装置1，两个仿生眼装置1之间设有起到连接的连接体3。在本实施例中：两个仿生眼装置1为并行同向设置，且两个仿生眼装置1具有一定的间距。连接体3可例如为连接板，连接板3的两端分别与两个仿生眼装置1的眼球罩，连接板3的长度即为设计的两个仿生眼装置1之间的间距。如此，本实用新型仿生眼设备2可通过两个仿生眼装置1中各自的仿生眼球的各自运动，实现对空间物体进行三维重建。

以下针对单个仿生眼装置1的整体运作一大致说明：

在理想条件下，图像捕捉设备17的光轴与眼球罩11的直径轴和仿生眼球13的直径轴相重合，图像捕捉设备17中的感光元件的中心与眼球罩11的球心重合。假设预先拟定配置有图像捕捉设备17的仿生眼球13的目标位置，根据当前位置(可通过当前开通的电磁体151的坐标或编号来确定)和拟定的目标位置来确定仿生眼球13的运动轨迹(根据目标位置，可推算并确定所需开通的电磁体151的坐标或编号)，通过磁体控制器来开通所确定的新的坐标或编号的电磁体151(此时，若初始状态下的电磁体151仍未关断，则再通过磁体控制器来关断初始状态下的电磁体151)，这样，在新开通的电磁体151的作用下，吸引/排斥仿生眼球13上的永磁体153以此来带动仿生眼球13相对于眼球罩11 作运动。

请参阅图4和图5，图4显示了利用本实用新型仿生眼设备进行视觉信息处理的框架示意图，图5显示了利用本实用新型仿生眼设备进行图像构建方法的流程示意图。如图4和图5所示，该图像构建方法的过程主要包括：

S501，控制仿生眼设备中的各个图像捕捉设备进行图像捕捉。

S502，从图像捕捉设备捕捉的图像中提取图像基本信息(例如RGB等信息)，通过图像预处理后得出图像特征信息。在本实施例中，所述图像预处理是借助于FPGA或GPU等处理芯片，预处理后得到的图像特征信息可包括：轮廓特征(Contour Feature)、颜色信息(Colour)等。

S503，当至少两个图像捕捉设备同时注视一点时，根据各个图像捕捉设备的相互位置信息以及运动信息，计算出注视点的空间坐标(例如XYZ值)。在本实施例中，由于图像捕捉设备的运动是由磁性驱动机构来实现的，因此，所述图像捕捉设备的运动信息即可通过密布于眼球罩11后半部的内罩壁上的电磁体151中前后开通的电磁体151的坐标差来表征，具体地，所述图像捕捉设备的运动信息包括方向信息(Direction)和距离信息(Distance)，该方向信息即为前次开通的电磁体151的坐标指向后次开通的电磁体151的坐标的方向，该距离信息即为前次开通的电磁体151的坐标到后次开通的电磁体151的坐标的距离。所述位置信息指的是各个图像捕捉设备之间的相互位置信息。

S504，根据所述图像信息和图像捕捉设备自身的运动位置信息，构建三维空间数据库。在本实施例中，通过中央控制处理系统根据前述的注视点的空间坐标(例如XYZ值)和图像特征信息(例如轮廓特征、颜色)等构建三维数据库，实现周围环境的三维重建和识别。

S505，发出控制指令以在仿生眼设备中各个仿生眼装置中通过磁体控制器来开通所确定的新的坐标或编号的电磁体。

综上所述，本实用新型提供的仿生眼装置，包括眼球罩，内置于眼球罩的仿生眼球，在所述眼球罩后半部的内罩壁上布设有电磁体，而在所述仿生眼球 后半部的外球壁上则设有永磁体，通过控制所述眼球罩中内罩壁上不同电磁体的通断来吸引/排斥永磁体，从而带动所述仿生眼球进行相应的运动，实现仿生化，使得装配有该仿生眼装置的机器设备可以做到任意角度转动、注视，追踪物体移动，识别，对周围环境三维重建。我们的仿生眼主要利用眼球运动信息和视觉图像信息结合来进行三维重建，对于后期的手眼、头眼以及眼睛和自身运动协调上，这项技术拥有不可比拟的优势。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。