可穿戴装置的制造方法
【专利说明】可穿戴装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求申请号为61/612，794、申请日为2012年3月19日的美国临时专利申请的权益，并且要求申请号为13/802，615、申请日为2013年3月13日、名称为“具有集成红外成像模块的可穿戴装置(WEARABLE APPARATUS WITH INTEGRATED INFRARED IMAGINGMODULE)”的美国发明专利申请的附加优先权和权益，上述申请通过全文引用合并于本文中。
[0003]本申请是申请号为PCT/US2012/041744、申请日为2012年6月8日并且名称为“低功率和小形状因子红外成像(LOW POWER AND SMALL FORM FACTOR INFRARED IMAGING) ”的国际专利申请的部分继续申请，上述申请通过全文引用合并于此。
[0004]申请号为PCT/US2012/041744的国际专利申请要求申请号为61/656，889、申请日为2012年6月7日并且名称为“低功率和小形状因子红外成像(LOW POWER AND SMALLFORM FACTOR INFRARED IMAGING) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0005]申请号为PCT/US2012/041744的国际专利申请要求申请号为61/545，056、申请日为2011年10月7日并且名称为“用于红外成像装置的非均匀校正技术(NON-UNIFORMITYCORRECT1N TECHNIQUES FOR INFRARED IMAGING DEVICES) ” 的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0006]申请号为PCT/US2012/041744的国际专利申请要求申请号为61/495，873、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机封装系统和方法(INFRARED CAMERA PACKAGINGSYSTEMS AND METHODS) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0007]申请号为PCT/US2012/041744的国际专利申请要求申请号为61/495，879、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机系统架构(INFRARED CAMERA SYSTEMARCHITECTURES) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0008]申请号为PCT/US2012/041744的国际专利申请要求申请号为61/495，888、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机校准技术(INFRARED CAMERA CALIBRAT1NTECHNIQUES) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0009]本申请是申请号为PCT/US2012/041749、申请日为2012年6月8日并且名称为“用于红外成像装置的非均匀校正技术(NON-UNIFORMITY CORRECT1N TECHNIQUES FORINFRARED IMAGING DEVICES) ”的国际专利申请的部分继续申请，上述申请通过全文引用合并于此。
[0010]申请号为PCT/US2012/041749的国际专利申请要求申请号为61/545，056、申请日为2011年10月7日并且名称为“用于红外成像装置的非均匀校正技术(NON-UNIFORMITYCORRECT1N TECHNIQUES FOR INFRARED IMAGING DEVICES) ” 的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0011]申请号为PCT/US2012/041749的国际专利申请要求申请号为61/495，873、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机封装系统和方法(INFRARED CAMERA PACKAGINGSYSTEMS AND METHODS) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0012]申请号为PCT/US2012/041749的国际专利申请要求申请号为61/495，879、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机系统架构(INFRARED CAMERA SYSTEMARCHITECTURES) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0013]申请号为PCT/US2012/041749的国际专利申请要求申请号为61/495，888、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机校准技术(INFRARED CAMERA CALIBRAT1NTECHNIQUES) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0014]本申请是申请号为PCT/US2012/041739、申请日为2012年6月8日并且名称为“红外照相机系统架构(INFRARED CAMERA SYSTEM ARCHITECTURES) ”的国际专利申请的部分继续申请，上述申请通过全文引用合并于此。
[0015]申请号为PCT/US2012/041739的国际专利申请要求申请号为61/495，873、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机封装系统和方法(INFRARED CAMERA PACKAGINGSYSTEMS AND METHODS) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0016]申请号为PCT/US2012/041739的国际专利申请要求申请号为61/495，879、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机系统架构(INFRARED CAMERA SYSTEMARCHITECTURES) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
[0017]申请号为PCT/US2012/041739的国际专利申请要求申请号为61/495，888、申请日为2011年6月10日并且名称为“红外照相机校准技术(INFRARED CAMERA CALIBRAT1NTECHNIQUES) ”的美国临时专利申请的权益，上述申请通过全文引用合并于此。
技术领域
[0018]本实用新型的一个或者多个实施方式总体上涉及热成像装置，并且更特别地，例如涉及与热成像装置一起使用的可穿戴装置。
【背景技术】
[0019]已开发各种可穿戴装置以保护处于危险环境中的用户。例如，当在危险环境中工作时自持呼吸装置(SCBA)由消防队员和其他急救人员广泛地使用以供应可呼吸空气，以及保护他们的脸部区域免于热、火焰、碎片以及其他有害元素。在另一个例子中，电焊面罩由焊工穿戴以保护他们的脸部区域免于强光、热、火花以及可能在电焊期间生成的其他有害元素。
[0020]在这些和其他情况下，当可见度受到损害时可见光成像传感器(例如，基于CXD或基于CMOS的传感器)一般不能捕获周围环境的有用图像。常规红外照相机(例如，用于捕获热图像)也可能是不合适的，原因是这样的照相机一般太大且重，并且一般是手持的或以另外方式位于用户的外部。而且，由于外部安装的红外照相机(例如，安装在用户的头盔上)不完全对准并且不精确地跟踪用户的头部运动，因此在用户看向的地方和常规红外照相机指向的地方之间可能发生视野差异和不对准的问题。而且，可能需要外部壳体以保护常规红外照相机免于危险的外部环境。这样的壳体可能甚至进一步增加体积和重量，并且因此使常规红外照相机甚至更加不适合在危险环境中使用。
[0021]另外，用户在危险环境中工作时常常难以观察图像。例如，当在危险环境中使用时某些常规显示器(例如，将图像呈现给用户以直接地和/或通过观测仪器观察的LCD屏幕)时，这些常规显示器常常有问题的。在这方面，外部手持式显示屏幕可能是笨拙的并且可能限制用户进行活动的能力。如果设在可穿戴装置的面罩内，则常规显示器可能实际上阻挡用户的观察并且可能使用户难以调节屏幕位置或同时观察周围的外部环境。而且，常规显示器(例如，屏幕、观测仪器和/或目镜)安装在用户的面罩的外周边处可能不利地向前移动可穿戴装置的重心，这可能拖累用户并且使用户疲劳。
【实用新型内容】
[0022]公开各种技术以便提供一种可穿戴装置，所述可穿戴装置具有护罩、红外成像模块以及投影仪，投影仪在护罩的表面上呈现外部环境的用户可观察热图像。例如，自持呼吸装置(SCBA)可以包括保护用户免于外部环境的护罩、一个或者多个红外成像模块、投影仪、处理器以及通信模块，以便将用户可观察热图像投影到护罩的表面上。这样的红外成像模块可以位于SCBA的内部使得也保护它们免于外部环境，例如危险环境。在另一个例子中，电焊面罩可以包括一个或者多个红外成像模块、投影仪、处理器以及通信模块，从而将用户可观察热图像投影到电焊面罩的护罩的表面上，同时保护这些部件和焊工的脸部免于严苛的电焊环境。
[0023]在一个实施方式中，一种可穿戴装置包括:护罩，所述护罩配置成保护用户的脸部的至少一部分免于外部环境；红外成像模块，所述红外成像模块包括焦平面阵列(FPA)，所述焦平面阵列配置成捕获外部环境的热图像；处理器，所述处理器配置成将所述热图像转换成外部环境的用户可观察图像；以及投影仪，所述投影仪配置成将所述用户可观察图像投影到所述护罩的内表面上以便由用户在穿戴所述可穿戴装置时进行观察。。
[0024]在另一个实施方式中，一种操作可穿戴装置的方法包括:在所述可穿戴装置的红外成像模块的焦平面阵列(FPA)处捕获外部环境的热图像；将所述热图像转换成外部环境的用户可观察图像；以及，将所述用户可观察图像投影到所述可穿戴装置的护罩的内表面上以便由用户观察，其中当所述可穿戴装置由用户穿戴时所述护罩保护用户的脸部的至少一部分。
[0025]在另一个实施方式中，一种构造可穿戴装置的方法包括:提供护罩以便保护用户的脸部的至少一部分免于外部环境；相对于所述护罩安置红外成像模块，其中所述红外成像模块包括焦平面阵列(FPA)，所述焦平面阵列配置成当所述装置由用户穿戴时捕获外部环境的热图像；相对于所述护罩安置投影仪，其中所述投影仪配置成将外部环境的用户可观察图像投影到所述护罩的内表面上以便用户在穿戴所述装置时进行观察；以及，将处理器与所述红外成像模块和所述投影仪通信地耦接。
[0026]本实用新型的范围由权利要求限定，通过引用的方式将这部分合并于此。通过考虑下面对一个或者多个实施方式的详细描述，将会向本领域技术人员提供对本实用新型实施方式的更加完整的理解以及使其意识到其中附加的优点。下面将对附图进行简要说明，之后会参考这些附图。
【附图说明】
[0027]图1是根据本实用新型实施方式的被配置为在主机装置中实现的红外成像模块的示意图。
[0028]图2是根据本实用新型实施方式的装配的红外成像模块的示意图。
[0029]图3是根据本实用新型的实施方式的并列置于插座之上的红外成像模块的分解图。
[0030]图4是根据本实用新型的实施方式的包括红外传感器阵列的红外传感器组件的块图。
[0031]图5是根据本实用新型实施方式的确定非均匀校正(NUC)项的各种操作的流程图。
[0032]图6是根据本实用新型实施方式的相邻像素之间的差值的示意图。
[0033]图7是根据本实用新型实施方式的平场校正技术的示意图。
[0034]图8是根据本实用新型实施方式的图5的各种图像处理技术以及应用在图像处理流水线中的其他操作的示意图。
[0035]图9是根据本实用新型实施方式的时域噪声降低过程的示意图。
[0036]图10是根据本实用新型实施方式的图8的图像处理流水线的若干过程的特定实施细节的示意图。
[0037]图11是根据本实用新型实施方式的像素的邻域中的空间相关固定图形噪声(FPN)的示意图。
[0038]图12是根据本实用新型实施方式的可穿戴装置的块图。
[0039]图13A-C是根据本实用新型实施方式的实现为自持呼吸装置(SCBA)的可穿戴装置的各种视图。
[0040]图14A-B是根据本实用新型各种实施方式的实现为电焊面罩的若干可穿戴装置的侧视图。
[0041]图15是根据本实用新型实施方式的在可穿戴装置上呈现用户可观察热图像的过程的示意图。
[0042]通过参考下面的详细说明，将会更好的理解本实用新型的实施方式及其优点。应当理解的是，相似的附图标记用于识别在一副或者多幅附图中示出的相似元件。
【具体实施方式】
[0043]图1示出根据本实用新型实施方式的被配置为在主机装置102中实现的红外成像模块100 (例如，红外照相机或者红外成像装置)。对于一个或者多个实施方式，可根据晶圆级封装技术或者其他封装技术，实现小形状因子的红外成像模块100。
[0044]在一个实施方式中，红外成像模块100可被配置为在小型便携式主机装置102中实现，例如，移动电话、平板计算装置、膝上型计算装置、个人数字助理、可见光照相机、音乐播放器或者任何其他合适的移动装置。就这方面而言，红外成像模块100可用于向主机装置102提供红外成像功能。例如，红外成像模块100可被配置为捕获、处理、和/或以另外方式管理红外图像，并将这样的红外图像提供给主机装置102以便以任何期望的方式使用(例如，对该红外图像进行进一步的处理、存储到存储器中、显示、由在主机装置102上运行的各种应用程序使用、输出到其他装置、或者其他应用)。
[0045]在各种实施方式中，红外成像模块100可被配置为在低电压电平和宽温度范围内工作。例如，在一个实施方式中，红外成像模块100可使用约2.4伏、2.5伏、2.8伏或更低的电压的电源操作，并且可在约_20°C到约+60°C的温度范围内操作(例如，在约80°C的环境温度范围内提供合适的动态范围和性能)。在一个实施方式中，通过使红外成像模块100在低电压电平下工作，与其他类型的红外成像装置相比，红外成像模块100可以体验到自发热的量的减小。因此，红外成像模块100可以在减少措施的情况下进行操作来补偿这样的自发热。
[0046]如图1中所示，主机装置102可以包括插座104、快门105、运动传感器194、处理器195、存储器196、显示器197和/或其他部件198。插座104可被配置为接收红外成像模块100，如箭头101所示。就这方面而言，图2示出根据本实用新型实施方式的装配在插座104中的红外成像模块100。
[0047]可由一个或者多个加速度计、陀螺仪或者可用于检测主