一種智能移動設備的附加鏡頭和光照調整系統技術方案

本發明專利技術公開了一種智能移動設備的附加鏡頭和光照調整系統，屬于電子測量儀器領域。本發明專利技術通過在智能移動設備原有的攝像頭和閃光燈上分別添加光照調整系統和附加鏡頭，通過對閃光燈發出的光照進行匯聚、濾波和定向匯聚，以滿足專業的，光學法測量工藝所需的補光和測量定位所需，并通過附加鏡頭對射入攝像頭的測量反射光進行濾波、微距強化和視角調整等輔助處理，從而使智能移動設備獲得了等同或優于多種專業測量儀器的檢測功能。

【技術實現步驟摘要】
一種智能移動設備的附加鏡頭和光照調整系統
本專利技術涉及一種用于智能移動設備的附加鏡頭和光照調整系統，屬于電子設備領域。
技術介紹
當前智能手機和平板電腦等智能移動設備的技術發展日新月異，處理器和攝像頭等硬件性能不斷快速提高，主流產品的硬件其基礎性能足以替代以往需要特殊設計的檢測設備。然而智能移動設備專為主流的拍照和攝像用途設計的鏡頭和簡單的閃光燈系統，制約了其在檢測方面的擴展用途。具體來說，為降低成本，許多智能移動設備的攝像頭是定焦距設計，通過數碼方式進行變焦，而一些高端拍照手機雖然采用了微電機等技術實現了光學變焦，但受鏡頭模組的體積和成本限制，其焦距調整范圍很低，長焦和微距性能往往差強人意，甚至有性能缺失。與此同時幾乎所有的智能移動設備均采用貼片白光LED作為閃光燈進行補光。為適合大部分拍照需要，LED閃光燈前的鏡片一般只能起到保護LED芯片的作用，只能實現對閃光燈前的大角度范圍內用低功率的白色光進行補光照明。如果能對作為主要性能瓶頸的的鏡頭和閃光燈進行改進，則移動智能設備可廣泛用于諸如新生兒經皮膽紅素檢測(即經皮黃疸檢測)、指紋識別、虹膜識別等不同的檢測領域。經皮膽紅素檢測又可稱為膽紅素無創光學檢測。大量研究和統計論文指出，近年來，我國新生兒高膽紅素血癥的發病率已達50％(足月新生兒)至80％(早產兒)左右，該癥嚴重時可能導致新生兒死亡，或留下嚴重的神經系統后遺癥。而母乳喂養的嬰兒還可能在出院后發生母乳性黃疸，有資料指出國內母乳性黃疸發病率也達20％至30％。新生兒黃疸是由于新生兒紅細胞壽命短，肝功能不足，未結合膽紅素生成過多肝臟代謝不足造成的，大量膽紅素堆積在眼球的鞏膜和皮膚表面就形成了黃疸現象。經皮膽紅素檢測儀可用于在避免抽血的情況下通過檢測嬰兒皮膚對特定光線的吸收率來排查嬰兒是否患有高膽紅素血癥。然而當前專業的經皮膽紅素檢測儀售價高達數千甚至過萬元，不利于普通用戶自行采購在家中監控新生兒是否患有高膽紅素血癥，尤其是緩發的，母乳喂養引起的母乳性黃疸。為此，西雅圖華盛頓大學開發了名為Bilicam的，用手機攝像頭同時拍攝比色卡和新生兒膚色照片的APP，通過云服務器對膚色和比色卡的計算，來粗略估計新生兒是否患有高膽紅素血癥。然而購買APP、比色卡和使用云服務需要額外的成本，而且通過比色卡和膚色照片計算經皮黃疸數值，受到光照強度、光源顯色指數等各方面的影響很大，談不上精確性，只能起初步的篩查作用。當前國內絕大部分經皮膽紅素檢測產品和儀器都采用雙波長法進行檢測。具體來說，就是利用新生兒體內缺乏胡蘿卜素等干擾物質，而膽紅素對460nm波長光有強吸收作用的特點，并用550nm光的吸收值做分差，以排除血紅蛋白同樣能吸收460nm波長光的干擾影響，從而通過將光照的具體吸收量代入對應的回歸方程，并由儀器中處理器計算得出受測新生兒皮下大致的膽紅素濃度值。這要求經皮膽紅素檢測儀器能夠分別產生互不影響的460nm波長和550nm波長的檢測光。現有的智能移動設備閃光燈只能釋放白光，并不具備單獨產生兩個460nm波長和550nm波長照明光路的能力。此外，光學檢測也可用于指紋識別。現有的指紋識別技術主要通過光學傳感器、半導體傳感器和超聲波傳感器獲得指紋圖像的采集。其中半導體傳感器基于測量指紋的電容或熱電阻獲得指紋分布圖像，超聲波則通過聲波的反射獲得圖像，這兩者都需要在智能移動設備上額外添加成本較高的特殊指紋識別組件實現指紋檢測。現有技術中，光學傳感器一般通過棱鏡，利用光的全反射原理檢測指紋——當光線照射到按壓在三棱鏡上的手指表面后，反射光線經過凸透鏡聚焦，投射于CCD或CMOS傳感器獲得指紋圖像。然而填充于指紋脊線間的水漬及污物，和上一次檢測時留在三棱鏡表面的指紋痕跡很容易干擾當前的指紋檢測準確性。為此，有公司開發了直接將手指豎立在具有光學變焦能力的手機攝像頭前拍攝手指照片進行指紋識別的技術。該技術避免了手指潮濕或臟來對接觸式指紋識別帶來的不利影響，但對于手機攝像頭的微距對焦性能要求過高，不但影響攝像頭模組在成本、體積、長焦拍攝等方面的性能，而且因受外部光照影響、手指很難對準攝像頭中心、以及單手拍攝時抖動等原因，其識別率較低。這是因為，手機攝像頭的核心用途和鏡頭的結構性能設計(比如手機攝像頭因體積限制，其光圈很小，從物理上天然造成了其更適合大景深拍攝)主要還是用于在中長焦和大景深下對人像和景物進行拍照，與此同時，在微距下拍攝手指指紋時，手指沒有常規指紋檢測設備上的按壓定位面，造成手指和手機之間不能相互準確定位，所以很容易因為手指或握持手機的手掌在按動拍照按鈕時發生抖動，使手指不小心移出微距模式下攝像頭狹窄的拍攝窗口造成識別失敗。這顯然不利于保證用戶體驗。又有研究顯示，用藍色光譜作為指紋識別的補光，可以提高光學指紋識別的準確率。然而幾乎所有的手機都不會安裝藍色發光LED芯片。此外，為降低硬件分辨率要求及成本(如有的指紋采集模塊方案采用了廉價的8bitCMOS傳感器，又有方案采用了僅有2700像素的線陣CCD傳感器)，和指紋識別設備中性能較低的單片機或者DSP的計算開銷、以及降低指紋數據儲存芯片的容量要求(一枚指紋儲存的數據大小往往只有3～15K)，當前主流的指紋識別技術一般分為基于提取指紋細節點特征識別的細節法，和采用基于指紋圖像的紋理法。然而在常規指紋檢測模塊獲得的較低分辨率的指紋圖像和指紋識別系統較小的儲存數據限制下，大量研究論文顯示，當前主流的指紋檢測技術和設備的理論準確率一般在96％左右，理論誤檢率一般在2.5％左右，再加上手指潮濕或臟污造成的額外錯誤率，使得我們有時需要用多次反復檢測抵消錯誤率。這是為了降低成本所作出的妥協。而主流的智能移動設備配備的攝像頭，因產業鏈更成熟和成本壓力更低，其像素和分辨率往往達到了專用指紋檢測模塊的數百倍甚至數千倍，當解決智能移動設備標配攝像頭的微距拍攝問題和拍攝定位問題后，利用智能移動設備CPU性能高于單片機幾個數量級的優勢，可以顯著提高指紋識別的準確率，從而大大提高指紋識別的安全性。再次，現有的虹膜檢測儀器價格一般在萬元甚至數萬元以上，然而大量研究和實際產品中，虹膜檢測所需的CCD或CMOS傳感器實際僅需要150至300萬像素的低端型號即可滿足性能要求。單虹膜圖像本身，僅僅需要320×280像素的眼部照片即可實現高準確率的識別。這對于當前智能移動設備，尤其是智能手機上動輒千萬或者兩千萬像素以上的攝像頭來說并無性能問題，當前主流智能移動設備中處理器的計算能力也足以承擔虹膜識別算法的需要。限制手機攝像頭獲得可用于虹膜識別的有效照片的主要問題在于：1，常規手機攝像模組鏡頭的微距性能不足；2，人眼和手機之間相互定位難以保證準確和穩定；3，手機閃光燈無法在近距離拍攝眼球時用于虹膜識別拍攝時對人眼進行補光以保證虹膜照片細節的清晰度和對比度；4，在現有的虹膜識別算法中，消耗計算資源最大的步驟是虹膜的定位(包括用多種算法消除睫毛和眼瞼陰影的影響等于擾噪聲信息)計算，如果試圖從包含整個頭部甚至是全身照片和背景圖像的高分辨率照片，而非從諸如320×280像素的眼部小數據照片中提取實際平均直徑只有11mm的微小虹膜區域——尤其是對于虹膜顏色較深導致補光不足時難以區分虹膜紋本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于智能移動設備的附加鏡頭和光照調整系統，其特征在于：包含閃光燈導光通道(2)、閃光燈濾光模塊(3)、附加檢測鏡頭模塊(5)、檢測鏡頭通道(6)；所述閃光燈導光通道(2)是由不透光的塑料或橡膠材料構成的管狀光路通道，底部可覆蓋于智能移動設備的閃光燈(1)上；所述閃光燈濾光模塊(3)安裝在閃光燈導光通道(1)頂部；所述附加檢測鏡頭模塊(5)安裝在檢測鏡頭通道(6)頂部；所述檢測鏡頭通道(6)也是由不透光的塑料或橡膠材料構成的管狀光路通道，可覆蓋于智能移動設備的攝像頭(7)上；上述閃光燈導光通道(2)和檢測鏡頭通道(6)通過盤狀的底部結構剛性連接以固定兩者間的相互位置，從而間接固定了閃光燈濾光模塊(3)和附加檢測鏡頭模塊(5)之間的相互位置；上述閃光燈導光通道(2)、閃光燈濾光模塊(3)、附加檢測鏡頭模塊(5)、檢測鏡頭通道(6)的具體形狀尺寸和相互位置關系決定了上述結構在安裝位置正確時，閃光燈(1)發出的光照，在被測表面反射形成檢測圖像后能夠進入攝像頭(7)內。

【技術特征摘要】
1.一種用于智能移動設備的附加鏡頭和光照調整系統，其特征在于：包含閃光燈導光通道(2)、閃光燈濾光模塊(3)、附加檢測鏡頭模塊(5)、檢測鏡頭通道(6)；所述閃光燈導光通道(2)是由不透光的塑料或橡膠材料構成的管狀光路通道，底部可覆蓋于智能移動設備的閃光燈(1)上；所述閃光燈濾光模塊(3)安裝在閃光燈導光通道(1)頂部；所述附加檢測鏡頭模塊(5)安裝在檢測鏡頭通道(6)頂部；所述檢測鏡頭通道(6)也是由不透光的塑料或橡膠材料構成的管狀光路通道，可覆蓋于智能移動設備的攝像頭(7)上；上述閃光燈導光通道(2)和檢測鏡頭通道(6)通過盤狀的底部結構剛性連接以固定兩者間的相互位置，從而間接固定了閃光燈濾光模塊(3)和附加檢測鏡頭模塊(5)之間的相互位置；上述閃光燈導光通道(2)、閃光燈濾光模塊(3)、附加檢測鏡頭模塊(5)、檢測鏡頭通道(6)的具體形狀尺寸和相互位置關系決定了上述結構在安裝位置正確時，閃光燈(1)發出的光照，在被測表面反射形成檢測圖像后能夠進入攝像頭(7)內。2.根據權利要求1所述的一種用于智能移動設備的附加鏡頭和光照調整系統，其特征在于：所述的閃光燈導光通道(2)在安裝...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙文揚，李影，陳忠，
申請(專利權)人：杭州睿恂唯信科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33