一种具有红外摄像及显示功能的头盔.pdf

本发明公开的具有红外摄像及显示功能的头盔，在头盔上装置防护罩、红外摄像机、视频处理电路、显示屏和放大图像的光学系统，红外摄像机与视频处理电路的视频信号输入端相连，显示屏与视频处理电路的视频信号输出端相连，光学系统位于显示屏与防护罩之间。显示屏图像通过光学系统放大投射到防护罩，又经防护罩反射到人眼。本发明可以用于消防人员，公安人员等在烟雾、黑暗环境下的人员搜救、环境观察等应用中。

权利要求书
1.  一种具有红外摄像及显示功能的头盔，包括头盔(1)，其特征是在头盔上装置防护罩(3)、红外摄像机(2)、视频处理电路(4)、显示屏(5)和放大图像的光学系统(6)，红外摄像机(2)与视频处理电路(4)的视频信号输入端相连，显示屏(5)与视频处理电路(4)的视频信号输出端相连，将显示屏图像放大投射到防护罩(3)的光学系统(6)位于显示屏(5)与防护罩(3)之间。

2.  根据权利要求1所述的具有红外摄像及显示功能的头盔，其特征是红外摄像机(2)装置在头盔(1)的正前方顶部或头盔的侧面。

3.  根据权利要求1或2所述的具有红外摄像及显示功能的头盔，其特征是在红外摄像机(2)外面安装有摄像机保护罩(8)。

4.  根据权利要求1所述的具有红外摄像及显示功能的头盔，其特征是视频处理电路(4)包含中央处理器(42)以及与中央处理器(42)连接的A/D转换芯片(41)和D/A转换芯片(43)。

5.  根据权利要求1所述的具有红外摄像及显示功能的头盔，其特征是防护罩(3)为耐高温和撞击的玻璃或透明有机材料。

6.  根据权利要求1所述的具有红外摄像及显示功能的头盔，其特征是显示屏(5)为液晶屏、硅基液晶屏或阴极射线管。

说明书一种具有红外摄像及显示功能的头盔
技术领域
本发明涉及一种头盔，尤其是具有红外摄像及显示功能的头盔。
背景技术
在消防工作中，人员如何安全逃生是一个最重要研究课题。其中涉及的主要问题是，在火灾中，由于烟雾等因素，逃生者或消防人员根本无法看清建筑物内部的景象。消防员在烟雾、黑暗环境下能够及时发现生命体，是解救火灾逃生者的最关键因素。因此发明一种可以在黑暗环境下清晰观察周围环境的设备是很重要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有红外摄像及显示功能的头盔，以实现在烟雾或黑暗环境下，人眼能清晰地观察到周围景象。
为达上述目的，本发明采取的技术解决方案是：在头盔上装置防护罩、红外摄像机、视频处理电路、显示屏和放大图像的光学系统，红外摄像机与视频处理电路的视频信号输入端相连，显示屏与视频处理电路的视频信号输出端相连，将显示屏图像放大投射到防护罩的光学系统位于显示屏与防护罩之间。
上述的红外摄像机可以装置在头盔的正前方顶部或头盔的侧面。为防止高温和撞击对摄像机的损坏，可在红外摄像机外面安装摄像机保护罩。
使用时，红外摄像机拍摄的景象经视频处理电路显示在显示屏，显示屏图像通过光学系统放大投射到防护罩，又经防护罩反射到人眼。
本发明的有益效果在于：
本发明采用红外摄像机、显示屏以及光学系统和消防员的头盔面罩相结合，构成了具有红外摄像及显示功能的头盔，由于烟雾等对红外光是透明的，因此可以使消防员或其他工作人员在烟雾、黑暗环境下，清楚地观察到周围的景象。由于显示的图像和外界的景象重合，因此可以确切感知外界物体的具体位置，此外通过对红外图像的处理，可以识别物体的表面温度，为消防员正确判断生命体、防止接触高温物体提供了帮助。该头盔可以用于消防人员，公安人员在烟雾、黑暗环境下的人员搜救、环境观察等场合。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图；
图2为本发明中视频处理电路的原理框图；
图3为本发明中摄像机拍摄方向和显示图像位置关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
参照图1，本发明的具有红外摄像及显示功能的头盔包括头盔1、红外摄像机2、防护罩3、视频处理电路4、显示屏5和光学系统6，图示实例中，红外摄像机2安置在头盔1的正前方顶部，外面安装有摄像机保护罩8，覆盖住整个红外摄像机，摄像机保护罩采用红外透明的材料制作。红外摄像机2与视频处理电路4的视频信号输入端相连，显示屏5与视频处理电路4的视频信号输出端相连，光学系统6位于显示屏与防护罩之间，显示屏图像通过光学系统6放大投射到防护罩3，又经防护罩3反射到人眼7。
上述的视频处理电路4如图2所示，包含中央处理器(CPU)42以及与中央处理器42连接的A/D转换芯片41和D/A转换芯片43。
红外摄像机的探测波段可以是0.8-3um、3-5um、8-12um三个红外波长段中的任意一个或它们的组合。红外摄像机拍摄得到的红外图像送到视频处理电路4中，由A/D转换芯片41把从红外摄像机中输入的红外视频信号进行模数转换，变成8位的数字信号，传送给中央处理器42。中央处理器42对视频信号进行识别和处理。比如可以对视频信号中的不同灰度进行温度标注，并把标注的数字信号叠加在原视频信号上。经过视频叠加以后的数字信号经过D/A转换芯片43，还原为视频模拟信号。视频模拟信号输入到显示屏5进行显示。
对红外图像的温度标注是根据黑体辐射的原理实现的。根据普朗克辐射定律，单位面积的黑体在单位时间、单位立体角内和单位波长间隔内辐射出的能量为
B(λ,T)=2πhvλ51ehcλkT-1]]>
其中λ为辐射波长，T为黑体绝对温度，h为普朗克常数，K为波尔兹曼常数，c为光速，v为光波频率。而B(λ，T)就是红外摄像机2所拍摄的图像灰度。由于摄像机的探测波长是已知的，所以可以计算出图像中某个灰度所对应物体的温度的近似值。
显示屏5可以采用小型的液晶屏(LCD，Liquid crystal display)，硅基液晶屏(LCOS，Liquid crystal on silicon)或者采用阴极射线管(CRT，Cathode raytube)。
显示屏5上的图像通过光学系统6进行放大。显示屏和光学系统可以安装在防护罩内侧，以防止损坏。光学系统6可以采用玻璃透镜或者塑料透镜。镜片可以一个或多个组成。光学系统6把显示屏5上的图像放大成一个虚像，并通过防护罩3反射，反射光进入人眼。
使用时，在烟雾、黑暗环境下，人眼不易看清楚周围的景象。通过红外摄像机拍摄的景象经视频处理电路显示在显示屏，显示屏图像通过光学系统放大投射到防护罩，又经防护罩反射到人眼，反射像为虚像9，虚像的位置在防护罩外侧(如图3所示)。使红外摄像机拍摄图像的镜头倍率和显示用的光学系统倍率相同，这样可使虚像和实际物体大小相同。红外摄像机2和光学系统6的角度可以通过它们与头盔的机械固定机构调节，使得拍摄方向和人眼通过防护罩反射后看到的虚像方向相同，并使得虚像和外部实际物体重合。
头盔1可以采用金属或耐火的有机材料制作，其作用是保护头部不受外部物体撞击。防护罩3形状是一个曲面，包住人的脸部，使人脸不和外界直接接触。防护罩可采用耐高温和耐撞击的玻璃或透明有机材料制作，这样，在非烟雾、非黑暗环境下，人眼通过防护罩3可以看到外部的景象。