专利名称：地形可视化装置的制作方法
地形可视化装置本发明涉及一种地形可视化装置，该装置将一光的图形投影在地形上，使得用户即使在恶劣的照明条件下也能看到地形的地势结构。在滑雪过程中我们总会遇到一个共同的问题就是照明条件恶劣，无论这问题是由于低云或是一天中的时间点造成的。在这样的条件下，无论是由于太阳被云所遮蔽或由于太阳在天空中的位置，太阳光可能不会在雪地上产生阴影。这就使滑雪者很难通过雪地上的阴影来判断地形中的地势，因为地面被雪覆盖形成统一的变色区域，没有其它颜色或亮度进行对比。上述问题在例如滑雪、滑雪板以及单道滑雪的冬季运动中特别危险，在这样的环境下滑雪者可能意外地离开地面或者撞到雪地中的隆起物而导致意外。然而，当穿越覆盖雪的地面，采用包括步行和驾车在内的任何手段通过时都会出现同样的问题。当光照条件很差，穿越其他类型的地形时，(该地形在外表上是一致的且没有提供足够的颜色或亮度对比度以判断其地势)类似的问题也同样会产生。例如，在弱光条件下的水上运动(例如滑水橇)，或者在夜间登山也可以遭遇该问题。本发明的目的是为了克服上述的问题，使得用户在较差的照明环境下也能看清地形的地貌特征。本发明的目的在于实现以较少的能量完成所要求的对地形足够的照明。根据本发明的一个方面，提供了一种地形可视化装置包括适于被固定在一个用户、一辆车辆和一个静态对象中至少一个对象上的安装结构，一个发光单元被连接到安装结构上，当此设备被固定在一个用户，车辆或静态对象上时，其发光单元被配置用来在地形上投映预定的对比图案。用户能够看到发光装置投射的图案由于地形而被变形。由于用户熟悉的是投映到平坦的地面上未被变形的图案，用户可以很容易从变形的图案形状地推断出地形并相应地做出反应。用户没有必要真的看到地形的特征，地形的形状可以根据图案的变形来推断。因此，本发明的操作方式与传统照明装置的操作方式完全不同。传统的照明装置将需要足够的能量以照亮用户面前的整个地形区域，而本发明只是在那个区域中的一小部分上进行投映，其依赖的是投映的图案和周围地形之间的对比而不是对地形本身进行照明。换言之，比如头灯这样的照明装置必须使用足够能量来照明地形，从而一个可见亮度对比度通过地形的反射率的差别产生以使用户看见该地形。在另一方面，本发明通过投映图案建立了其自己的亮度对比度，这对能量的要求更少。优选地，所述发光单元包括一个激光光源。相匹配的是所述激光光源是I类激光。所述激光光源最好采用5 mW或更低的功率输出。可选地，所述发光单元包括一个超发光二极管光源。优选地，所述安装结构是可穿戴的。适宜的是，所述安装结构可以是皮带、皮带夹、臂带和头带其中之一。方便地，所述安装结构可以是皮带并且所述发光单元连接于皮带扣。在一个实施例中，所述安装结构适于连接于一辆车从而在使用中所述发光单元可以在车身的前方，将地形上的预定对比图案投射在地形上。适宜地，所述安装结构适于连接于自行车的车把。
在另一个实施例中，所述安装结构适于连接于一个静态对象。适宜地，所述安装结构适于连接于一棵树或一座塔架。优选地，所述安装结构包括一个光源支架，所述发光单元可拆卸地连接于所述光源支架。优选地，所述预定对比图案至少包括一条线和一个点中的一个。更优选地，所述预定对比图案是一个线和或点的二维图案。使用线和/或点的图案减少了投影图案的表面面积，因此降低了该装置的能量消耗，同时也提供了一个清晰可见的对比图案。使用二维的图案使得用户能够在三个维度上无难度地辨认地形形状。适宜地，所述预定对比图案包括多个点。优选地，所述预定对比图案包括一条直线。方便的是，所述预定对比图案包括圆弧、正多边形、圆形、十字形、网格和常规点阵列中的至少一个。更优选地，在所述预定对比图案中的直线数量在I到4之间。在投影图案中使用直线或规则图形使我们更容易辨认出图案的变形。直线是优选的，因为能够投映直线的光源比能够投映更复杂图形的光源更容易制造。特别是，使用I到4根线的图案能够在制造的简便性和地形可视化的精确性之间提供一良好的平衡。优选地，所述发光单元至少包括一个透镜和一个全息片中的一个，用以产生所述预定对比图案。 优选地，所述发光单元适于连续投映所述预定对比图案。可选地，所述发光单元适于间歇地投映所述预定对比图案。适宜地，所述发光单元以预先设定的频率重复投映所述预定对比图案。在一个实施例中，所述发光单元适于在一个预置时间段内投映所述预定对比图案。方便地，所述光发单元适于投映预定对比图案以响应一个开关的操作。优选地，所述发光单元适于发射窄带光。更优选地，所述发光单元适于在可见光谱中发射光。在一个实施例中，所述发光单元适于在可见光谱之外发射光。适宜地，所述发光单兀适于发射红外光。在一个实施例中，提供了一种系统，其包括适于发射上述可见光谱之外的光的装置和一个光学传感装置，其中，所述光学传感装置适于检测光，所述光是指由发光单元发射的可见光谱之外的光和从地形反射的光，并且所述光学传感装置将可见光谱之外的光显示为可见光，以使得用户看到投映到所述地形上的所述预定对比图案。根据本发明的另一方面，提供了上述装置包括一个皮带，头带，头盔，滑雪撬，单排滑雪撬，滑雪板，机动雪橇，自行车，鞋子或靴子。根据本发明的另一个方面，提供了一种穿过所述地形的方法包括用所述发光单元在地形上投映所述预定对比图案，通过对比图案的变形来确定地形的地貌特征。优选地，该方法进一步地包括以滑雪，单道滑雪或单板滑雪方式穿过所述地形。现将本发明的实施例参照附图进行更多的描述，附图如下:
图1示出了一滑雪者使用的根据本发明的一个实施例的装置的示意 图2是根据本发明的一个实施例的皮带安装可视化装置的示意图； 图3是根据本发明的一个实施例的头戴式可视化装置的示意 图4是根据本发明的一个实施例的可视化装置被设计成夹别到皮带或表带；
图5 (A)至图5 (F)示出了根据本发明的一个实施例的由装置发射的光的图案的示意图；并且
图6示出了根据本发明的一个实施例的十字形光图案在不平坦的地形上的变形状态的示意图。如图1和图2所示，根据本发明的一个实施例的装置100包括连接到一个安装结构104的发光单元102。安装结构104包括一个皮带和一个光源支架106。在用户面前，装置100投射一个预定对比图案108到地形110上。在本实施例中，光发单元102包括一个激光二极管，其需符合ANSI Z136和IEC60825标准。但是，任何足够亮且从一数米远的距离有方向地投射一对比图案在地形表面上的光源都是可以使用的。特别是，相干光源是不需要的，而非相干光源，比如超辐射发光二极管(SLED)则可以替代使用。光源的能量要充足到足够让用户看到由光源投射到地面的对比图案。然而，光源不能太强以免损伤用户和附近的人的眼睛。I类激光，对于人眼是安全的，由于这个原因SLED光源特别适合作为光源。具有功率达ImW的第II / 2类激光也是对眼睛相对安全的，适合作为光源使用。功率达到5 mW的IIIa/3R类激光可以作为光源使用，但必须适当谨慎操作。光源的波长没有特别的限制。当然，任何颜色的可见光都可以使用，但也可以使用波长在可见光谱之外的光，如果设备100被设计为和一个光学传感装置配合使用来检测所使用光的波长。例如，可以使用红外线光源从而使用热夜视护目镜可看出投影的图案。Nd:YAG红外激光特别适合作为在本实施方式中的光源。使用一个在可见光谱之外的光源发射光的优点在于，投影的图案仅仅是在用户使用合适的设备下才是可见的，如热护目镜。这意味着，对比图形不会干扰附近其他的事物，例如其他滑雪斜坡上的滑雪者。此实施例在晚上特别有用，红外线夜视护目镜将可被使用在任何情况之下。发光单元102被配置用于投射对比图案108在地形表面上。图案108可能是一条单一的线，对于用户而言只需能够察觉被投射图案108的地形的地貌特征基于图案108的变形。装置100是有效的，因为用户知道在平坦表面上的投射图案108的形状，且因此可以通过比较变形图案108与公知的在平坦表面图案108来推断地形。这个过程很快就会变得直观，然后部分用户并不需要有意识的思考。在本实施例中，激光二极管投映一个单一的直线图案108。这可以通过使用一个激光二极管来实现，此激光二极管具有线状(即，其宽度相比相对较长)的发光区域，或依靠通过来自二极管的光穿过透镜或狭缝得到需要的形状。可选地，可以使用全息板，以产生的光图案投影。用于产生一个线图案的合适方法被描述在美国专利4321551和美国专利6069748 中。发光单元102被连接到在本实施例中的皮带上，使得装置100可以被连接到一个用户的腰部。该皮带设有一个固定于它的光源支架106并且发光单元102可拆卸地夹持进光源支架106。然而，发光单元102也可以与安装结构104形成一整体。优选地，光发射单元102是可拆卸的，这样它在出现故障时可以马上被替换。
在本实施方式中光源支架106在皮带前部上形成部分带扣。然而，光源支架106也可以被固定到皮带本身的材质里，无论是在皮带的前面或一侧。在使用中光源支架106以固定其位置和角度这样的方式约束发光单元102。当用户佩戴皮带时，光源支架106固约束发光单元102在一个位置和角度，使得发光单元102投映图案108在用户面前的地形上。在本实施例中，发光单元102被保持在一个角度，当用户将皮带佩戴与腰上时，使得投射到地形的图案108能显示于用户前面2到4米处。这个距离应尽量靠近用户使得用户都看清图案18，但又应该留有足够的距离时用户对地形的变化做出反应。最佳距离取决于预期的照明条件和用户的行进速度等其他因素的变化而变化，但是在2米和6米之间的距离被证实适用于大多数情况。另外，在上述实施例中，装置100被安装在用户的腰部。这种安排是有利的，因为用户的腰部不像其它部位有较多的独立移动的倾向，这使得由装置100投映于地形上的图案108更加稳定，更容易被用户识别。然而，设备100也可以被配置为被连接到用户任何的其他身体部位。如图3所示本发明的另一实施例的头戴式装置100。装置100包括头带112，其可直接连接到使用者头部或可连接到头盔上。如上所述的发光单元102被固定到头带112的前部。发光单元102被配置成，当用户佩戴头带112时，由发光单元102投影的图案108可以以一个舒适的角度从用户的头上被投射到地面。头戴式装置100具有的优点是，用户可以通过简单的头部运动来选择在哪一片地形上投影图案108。当用户需要突然改变方向这是特别有用的。在上述实施例中，安装结构104包括皮带或头带112。然而，如图4所示，也可以提供一种仅由一个带有皮带夹114的光源支架106构成的安装结构104，且其一部分被配置为连接并固定发光单元102。如图4所示的实施例中，发光单元102被装配到光源支架106的孔中。然后安装结构104可以被裁剪到现有的皮带或服装的其它部分上，以便将发光单元102固定到使用者的腰部或其他身体部位。安装结构104的精确形式对本发明而言并不重要，只要它是能够牢固地将发光单元102固定于用户的身体上。此实施例具有的优点是，本发明的安装位置可以互换，如图2所示的安装在皮带上，如图3所示的安装在头带上和连接到范围内的其它可穿戴部件上。地形可视化装置100也可以被裁剪，或以其他方式连接到车辆前方，如山地自行车或雪地车，用以投影图案108到地面上并且提供驾驶该车辆时的可视化地形。在一个可选实施例中，设备100可以被连接到一个静态对象，如滑雪升降机塔架或一棵树。装置100以这样一种方式安装来使光源将图案108投映到一个附近区域的地形上，使任何过路人看到那一片地形的地貌特征。在本实施例中，安装结构104需要将光发射单元102牢固地安装在预定的静态对象上，以便沿向下的方向，朝向被照射的地形区域。例如，在一个实施例中，安装结构104通过可调节的皮带和带扣被包裹于树干上。光源支架106以一个向下的角度被固定到皮带扣上和皮带和树干之间的摩擦力帮助固定了装置100的位置。本实施例在滑雪胜地特别有用，其滑雪道的特定区域被公认为可能具有危险。根据本发明的装置100可被安装到滑道一侧的静态对象上以使图案108能投射到危险区域，例如一个陡峭的双面凸起。通过这种方式，即使在光线不好的情况下，任何滑雪者都能再滑雪过程中看到这样的凸起并做出适当的反应。
发光单元102可以被配置用于投射较宽范围的不同图案108。一条单一的线具有的优点是简单和容易制造。然而，一个两维图案108对于三维空间中的地形的形状提供了更多的信息。由规则形状组成的图案108是优选的，因为它使投射的图案在地形上的变形更加明显，从而使得用户更好地辨认。但是，不规则形状组成的图案108也可以使用。适宜的投影对比图案108的实施例如图5所示。这些形状分别是是一条直线，一个十字，一个圆，一段圆弧，一个网格和一个普通的点的阵列。在一个变化的实施例中，图案108是一系列平行线。优选地，该图案平行线的数量在2到4条之间。对比图案108优先选择的应是线和/或点，而不是大块形状的图案，因为这可以大大降低发光单元102的功率消耗。如上所述，本发明的一个主要优点是可以间接通过投影的对比图案108的变形来推断地形的形状。其结果是，不需要照亮整片大面积的地形来直接观察地形的状况。在此实施例中当装置100开启，发光单元102就会连续地投射图案108。然而,发光单元102也可被配置成间歇地投射图案108。发光单元102可以在一预定设定的频率下投射持续时间段的图案108,例如在频率为2赫兹下持续投射100晕秒的时间。发光单元102也可以配置为只在一天中的特定时间投影图案108，例如旁晚和黎明之间。在这种情况下，设备100还设置有用于定时器和/或光传感器以及和用于响应定时器和/或光传感器的输出的打开和关闭光源的电路。可选地，发光单元102只在对比度低的条件被检测到时才可以被激活。在这种情况下，装置100进一步设有一个对比传感器以及用于响应该对比传感器输出的打开和关闭光源的电路。可以在装置100上设置一个开关，发光单元102可以被配置成只有当用户激活开关的时候才投射图案108。在这样的方式下，由于装置100中的发光单元102被激活的时间减少了，故装置100消耗的能量被进一步降低。通常，发光单元102可由一个诸如电池这样的电源来提供能量。前面给出的描述仅作为本发明实施例的例子，本领域技术人员在不脱离本发明范围内做出的修改均属于本发明权利保护范围之内。
权利要求
1.一种地形可视化装置，包括: 一个可穿戴的安装结构，所述安装结构被固定于一个用户； 一个连接到所述安装结构的发光单元，当所述安装结构被固定于一个用户身上时，所述发光单元被配置用来将一预定的对比图案投射到地形上。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发光单元包括一个激光光源。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光光源是I类激光。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述激光光源具有5mW或更低的功率输出。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述发光单元包括一个超发光二极管光源。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的装置，其特征在于，所述安装结构可以是一个皮带、一个皮带夹、一个臂带和一个头带中的其中一个。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述安装结构是一个皮带，所述发光单元连接到所述皮带的带扣上。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的装置，其特征在于，所述安装结构包括一个光源支架，所述发光单元连接到所述光源支架且为可拆卸的。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的装置，其特征在于，所述预定的对比图案至少包括一条线和一个点中 的一个。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定的对比图案是一个两维的线图案和/或点图案。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定的对比图案包括多个点。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定的对比图案包括一条直线。
13.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定的对比图案至少包括一个圆弧，一个正多边形，一个圆，一个十字，一个网格和一个普通点阵列之中的一个。
14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预定的对比图案中线的数量在I条和4条之间。
15.根据权利要求1至14中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发光单元至少包括一个透镜和一个全息片之中的一个用于产生所述预定的对比图案。
16.根据权利要求1至15中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于连续地投映所述预定的对比图案。
17.根据权利要求1至15中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于间歇地投映所述预定的对比图案。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于以预先设定的频率重复投映所述预定的对比图案。
19.根据权利要求17或18所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于以预先设定的时间段来投映所述预定的对比图案。
20.根据权利要求1至19中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于由响应开关的操作来投映所述预定的对比图案； 适于投映所述预定的对比图案响应于开关的操作。
21.根据权利要求1至20中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于发射窄带光。
22.根据权利要求1至21中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于发射在可见光谱中的光。
23.根据权利要求1至21中任意一项所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于发射在可见光谱以外的光。
24.根据权利要求23所述的装置，其特征在于，所述发光单元适于发射红外光。
25.—种系统，包括根据权利要求23或24所述的装置和一个光学传感装置，其特征在于，所述光学传感装置适于检测由所述发光单元发射的可见光谱之外的光线以及从地形中反射出来的光线，并用可见光线的方式来显示可见光谱之外的光线，使得用户看到投映到地形上的所述预定的对比图案。
26.根据权利要求1至24中任意一项所述的装置，所述装置可包括皮带，头带，头盔，滑雪撬，单排滑雪撬，滑雪板，鞋子或靴子。
27.一种穿越地形的方法包括: 将可穿戴式安装结构固定到一个用户，所述安装结构具有一个与其连接的发光单元；以及 所述发光单元将所述预定的 对比图案投映到地形上，丛而通过所述预定的对比图案的变形来确定地形的地貌特征。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述预定的对比图案至少包括一条线和一个点中的一个。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述预定的对比图案是一个两维的线图案和/或点图案。
30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于，所述预定的对比图案中线的数量在I条和4条之间。
31.根据权利要求27至30中任意一项所述的方法，其特征在于，所述发光单元至少包括一个透镜和一个全息片之中的一个用于产生所述预定的对比图案。
32.根据权利要求27至31中任意一项所述的方法，进一步包括滑雪、单排滑雪橇滑雪和滑雪板滑雪过程中经过的地形上。
33.一种通过使用一种地形可视装置照明滑雪道的方法，所述地形可视装置包括一个安装结构和一个连接所述安装结构的发光单元，所述方法包括: 将所述安装结构固定到一个静态对象上； 使用所述发光单元投映一个预定的对比图案到滑雪滑道上，从所述预定的对比图案的变形上可以判断滑雪滑道的地势。
全文摘要
本发明公开了一种地形可视化装置，该装置包括一个安装结构，该安装结构适于至少固定于一个用户，一辆车辆和一个静态对象中的一个。该装置还包括一个连接于该安装结构的发光单元，并且当安装结构固定于一个用户，车辆或静态对象上时，发光单元被配置以将一个预定的对比图案投射到地形上。还公开了一种穿越地形的方法，包括使用一个发光单元将一个预定的对比图案投射到地形上，从而通过所述对比图案的变形来确定地形地势结构。
文档编号G01B11/25GK103221775SQ201180049056
公开日2013年7月24日 申请日期2011年6月24日 优先权日2010年9月2日
发明者朱利安·史蒂文斯 申请人:朱利安·史蒂文斯