一种超人眼旋转变焦单目视觉装置的制作方法

本发明涉及机器视觉装置，具体涉及一种超人眼旋转变焦单目视觉装置。

背景技术

人眼是一种高度智能化的器官。使机器人的视觉装置具有人眼的功能是仿人眼视觉技术一直以来追求的目标。目前，仿人眼视觉装置仅仅模仿人眼的物理特性和视觉特性，并未对人眼的局限性进行突破。专利(仿人眼球运动机构，zl200910198226.6)发明了仿人眼球运动机构，能够逼真地模仿人眼的运动，但眼球的运动角度有限。专利(一种锥齿轮差动仿人眼部运动机构，zl201310443350.0)发明了一种锥齿轮差动仿人眼部运动机构，实现了眼球的转动，但眼球的转动角度不容易控制。专利(一种仿人眼球转动机构，zl201621032866.1)发明了一种仿人眼球转动机构，但眼球的转动方向仅限于水平方向。专利(直线执行器驱动可变焦仿人眼球结构，zl201010210253.3)、专利(具有变焦特性的仿生眼装置，zl201310106815.3)、专利(一种仿生变焦透镜及其驱动装置，zl201410056118.6)根据人眼变焦原理发明了具有变焦特性的仿人眼视觉装置，但限于变焦透镜的光学性能，成像质量并不理想。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种超人眼旋转变焦单目视觉装置，解决现有仿人眼视觉装置存在的眼球运动效果不佳、变焦成像效果不理想的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种超人眼旋转变焦单目视觉装置，包括成像装置和相互垂直的第一旋转轴和第二旋转轴，所述成像装置设置在第二旋转轴上，第二旋转轴可绕第一旋转轴进行旋转。

进一步地，所述第一旋转轴上设置有第一支架，第一支架上设置有第二旋转轴，所述第二旋转轴通过第二支架与成像装置连接，第二支架与成像装置固定连接；所述第一支架绕第一旋转轴旋转，所述第二支架绕第二旋转轴旋转，第二支架可随第一支架绕第一旋转轴旋转。

进一步地，所述第一旋转轴和第二旋转轴通过固定连接构成十字轴。

进一步地，所述第一支架绕第一旋转轴旋转的角度范围大于110°。

进一步地，所述第二支架绕第二旋转轴旋转的角度范围大于90°。

进一步地，所述成像装置包括动力装置、传动装置和图像采集装置，所述图像采集装置包括镜头，所述镜头上设有变焦环，所述动力装置通过传动装置与变焦环相连接，用于驱动变焦环旋转。

进一步地，所述传动装置包括联轴器、传动轴、主动齿轮和从动齿轮，所述动力装置与联轴器相连接，所述联轴器与传动轴相连接，所述传动轴与主动齿轮相连接，所述主动齿轮与从动齿轮啮合连接；所述从动齿轮配合嵌套在变焦环的外表面。

进一步地，所述传动轴与主动齿轮通过键连接或过盈配合连接。

进一步地，所述镜头的最大焦距大于22.3mm，最小焦距小于13.8mm。

进一步地，所述动力装置为电机，所述图像采集装置为相机。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

1、本发明第一支架绕第一旋转轴旋转的角度范围大于人眼水平旋转的角度范围，第二支架绕第二旋转轴旋转的角度范围大于人眼竖直旋转的角度范围，成像系统的焦距调节范围大于人眼的焦距调节范围，且具有镜头的推拉效果，能够实现远处场景的局部放大，这是人眼所不具备的功能，因此本发明视觉装置在性能上优于人眼；并且，本发明第一旋转轴和第二旋转轴相互垂直，便于控制眼部运动的旋转角度；

2、本发明采用技术成熟的变焦镜头实现变焦功能，成像质量好，可获得高质量的画质。

附图说明

图1为本发明第一种实施例的整体结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为本发明第二种实施例的整体结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明中成像装置的结构示意图。

图中符号代表为：1—第一旋转轴；2—第二旋转轴；3—第一支架；4—第二支架；5—成像装置；5-1—动力装置；5-2—联轴器；5-3—传动轴；5-4—主动齿轮；5-5—从动齿轮；5-6—镜头；5-7—图像采集装置；5-8—第一轴承；5-9—第二轴承；6—十字轴。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例提供了一种超人眼旋转变焦单目视觉装置，如图1、2所示，包括成像装置5和相互垂直的第一旋转轴1和第二旋转轴2，所述成像装置5设置在第二旋转轴2上，第二旋转轴2可绕第一旋转轴1进行旋转。

本实施例中的第一旋转轴1和第二旋转轴2分别通过能够产生动力的机构进行驱动，可以为人为的进行驱动，也可以通过控制器控制电机进行驱动。

第一旋转轴1上设置有第一支架3，第一支架3上设置有第二旋转轴2，所述第二旋转轴2通过第二支架4与成像装置5连接，第二支架4与成像装置5固定连接；所述第一支架3绕第一旋转轴1旋转，所述第二支架4绕第二旋转轴2旋转，第二支架4可随第一支架3绕第一旋转轴1旋转。

当第一支架3绕着第一旋转轴1进行旋转时，第二支架4也随着第一支架3进行旋转，如图1，安装在第二支架4上的成像装置5即实现了水平方向上的转动；当第二支架4绕第二旋转轴2进行旋转时，成像装置5实现了竖直方向上的转动；本实施例中将成像装置5作为仿人眼，则最终实现了仿人眼能够同时实现水平、竖直方向的转动且可进行变焦。

本实施例中的第一旋转轴1和第二旋转轴2可以是现有技术中任意一种具有自身旋转功能的轴体结构，其可以为一根连续的圆柱形轴体结构，也可以为图1中所示的由安装在第一支架3或第二支架4上的两个半轴所组成的结构。

第一支架3绕第一旋转轴1旋转的角度范围大于110°。

第二支架4绕第二旋转轴2旋转的角度范围大于90°。

本实施例中的成像装置5，如图5所示，包括动力装置5-1、传动装置和图像采集装置5-7，所述图像采集装置5-7包括镜头5-6，所述镜头5-6上设有变焦环，所述动力装置5-1通过传动装置与变焦环相连接，用于驱动变焦环旋转。

本实施例中动力装置5-1通过传动装置带动镜头5-6上的变焦环进行转动，使得图像采集装置5-7和镜头5-6组成的成像系统能够聚焦在场景的不同深度位置，模拟人眼调节晶状体的曲度适应看远或看近，此外，动力装置5-1可以通过控制单元，如计算机、单片机等进行控制，提高了变焦环的变焦精度。

本实施例中的传动装置包括联轴器5-2、传动轴5-3、主动齿轮5-4和从动齿轮5-5，所述动力装置5-1与联轴器5-2相连接，联轴器5-2与传动轴5-3相连接，传动轴5-3与主动齿轮5-4通过键连接或过盈配合连接，主动齿轮5-4与从动齿轮5-5啮合连接；所述从动齿轮5-5配合嵌套在变焦环的外表面。动力装置5-1为电机。图像采集装置5-7为相机。其中，传动装置中的传动轴5-3由第一轴承5-8和第二轴承5-9进行支撑。这样，电机接收到指令后带动联轴器5-2、传动轴5-3转动，传动轴5-3转动可带动主动齿轮5-4进行转动，主动齿轮5-4与从动齿轮5-5啮合连接，则从动齿轮5-5跟随主动齿轮5-4进行转动，从动齿轮5-5由于配合嵌套在变焦环的外表面，即变焦环跟随从动齿轮5-5进行转动，最终实现了由电机驱动镜头的变焦环旋转使成像系统聚焦在场景的不同深度位置。

本实施例中镜头5-6的最大焦距大于22.3mm，最小焦距小于13.8mm。

本实施例中第一支架3绕第一旋转轴1旋转的角度范围大于人眼水平旋转的角度范围，第二支架绕4第二旋转轴2旋转的角度范围大于人眼竖直旋转的角度范围，成像装置5的焦距调节范围大于人眼的焦距调节范围，且具有镜头的推拉效果，能够实现远处场景的局部放大，这是人眼所不具备的功能，因此本发明视觉装置在性能上优于人眼。

实施例2：

如图3、4所示，本实施例与实施例1的区别在于：第一旋转轴1和第二旋转轴2通过固定连接构成十字轴6，第二旋转轴2绕第一旋转轴1的旋转是通过十字轴6将第一旋转轴1和第二旋转轴2垂直连接在一起，使得当第一旋转轴1进行旋转时，第二旋转轴2即会跟随旋转。