CN103723004A - 一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***及其防眩目方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，其包括：液晶玻璃单元、光源感知单元、数据处理与控制单元；液晶玻璃单元包括点阵式液晶玻璃及驱动部件，通过驱动部件根据数据处理与控制单元的点阵状态信息改变点阵式液晶玻璃的各个点阵的透光率。本发明还公开了一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的防眩目方法。本发明采用点阵式液晶玻璃进行区域遮光，既能减轻驾驶员眼部对强光的反应，进而减缓强光照射对驾驶员行车的影响，同时相对道路其余部分的照明不产生任何影响。

Description

一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***及其防眩目方法

技术领域

本发明属于车辆防眩目技术领域，尤其是涉及一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***及其防眩目方法。

背景技术

车辆行驶过程中，由于驾驶员的眼睛经常受到强烈的阳光以及迎面行驶的车辆的车头灯的刺激，导致驾驶员产生眩目感觉，影响驾驶员视线，容易造成交通事故。针对此类情况，目前一些司机采取在车前窗玻璃上贴附太阳膜或驾驶时戴太阳镜的做法减少对眼部的刺激。然而，此类方法整体削弱了入射光强，环境入射光强也同样减弱。由于人眼的强自适应性，瞳孔会相应放大，车灯强光的刺激也相应反弹。除此之外，通过在车前玻璃上特定位置贴装可变透光率液晶玻璃，通过检测入射照度改变液晶玻璃透光率。在降低远光灯相对驾驶者发光强度的同时，整体减弱了车窗玻璃的透光性能，对驾驶产生新的影响。

现有的技术解决方案主要从车灯上寻找解决途径，如反射式的泛光车灯。目前已有具有代表性的SmartBeam智能远近光灯控制***。然而，该套***防眩目手段在于实时改变远光灯的照明***，对于驾驶者而言，主动性能不强，且对照明***的改变意味着道路照明的损失，考虑到遮光***的特殊性，无法有效观测到道路上的驾驶车辆，可能对驾驶造成新的隐患。

发明内容

本发明为了克服现有技术中遮光的同时影响驾驶员的行车视野的缺陷，提出了一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***。本发明通过将汽车前车窗玻璃进行改造，使用点阵式的液晶玻璃，由微型控制单元控制。该微型控制单元同时通过光敏伺服***或图像传感器获悉强光源的相关信息。将强光与驾驶员眼部之间的液晶玻璃点阵改变电位使其遮光，则能减轻驾驶员眼部对强光的反应，进而减缓强光照射对驾驶员行车的影响，具有较强的遮光主动性，同时相对道路其余部分的照明不产生任何影响。

本发明提出了一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，包括：

液晶玻璃单元，覆盖驾驶员的行车视野；

光源感知单元，用于采集所述液晶玻璃单元覆盖的行车视野受到的光线的信息；

数据处理与控制单元，通过接收并处理所述信息，改变所述液晶玻璃单元的点阵状态信息；

所述液晶玻璃单元包括点阵式液晶玻璃及驱动部件，通过所述驱动部件根据所述数据处理与控制单元的点阵状态信息改变所述点阵式液晶玻璃的各个点阵的透光率。

其中，所述光源感知单元包括图像传感器；所述光源感知单元采集的光线信息包括方位信息、强度信息及色度信息。

其中，所述光源感知单元的采集方向与行车方向相同；所述光源感知单元设置在所述液晶玻璃单元的覆盖范围之外。

其中，所述数据处理与控制单元对所述光源感知单元采集的信息进行分析，决定所述液晶玻璃单元的点阵状态信息，输出至所述液晶玻璃单元。

其中，所述点阵状态信息包括点阵式液晶玻璃的各点阵的灰度信息。

本发明还提出了一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的防眩目方法，包括如下步骤：

步骤一：开启所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，所述数据处理与控制单元初始化；

步骤二：所述光源感知单元采集驾驶员行车视野图像并传送至所述数据处理与控制单元；所述数据处理与控制单元对图像中有效区域各方位强度信息以及色度信息的检测，判断驾驶员视野中是否存在强光源；若存在强光源，则所述数据处理与控制单元获取强光源的信息；

步骤三：所述数据处理与控制单元根据预设参数以及所述强光源的信息，决定所述液晶玻璃单元的点阵状态信息，输出至所述液晶玻璃单元；

步骤四：所述液晶玻璃单元根据从数据处理与控制单元接收的所述点阵状态信息，改变点阵式液晶玻璃相应各点阵的透光率，以实现替驾驶员遮挡强光的目的。

其中，进一步包括步骤五：重复执行步骤二至步骤四，当所述数据处理与控制单元接收到中止命令时，结束工作。

其中，进一步包括：当修改所述数据处理与控制单元中的预设参数后，所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***自动重新启动。

其中，所述预设参数包括驾驶员眼部与所述液晶玻璃单元的相对位置信息、所述光源感知单元对强光源的判定条件。

本发明能够用液晶玻璃进行精确的遮光，能起到良好的遮光效果。经验证测试，遮光后，入射光强仅为之前的33％以下。

本发明采用点阵式液晶玻璃进行区域遮光，既能减轻驾驶员眼部对强光的反应，进而减缓强光照射对驾驶员行车的影响，同时相对道路其余部分的照明不产生任何影响。

本发明模块制作成本低廉，且材料十分普及，例如CMOS图像传感器。

本发明的三部分模块均可加装于车内空间且易于对现有车辆改装。本发明无需对车辆内部结构进行大量改造，且***可采用车辆现成电源供电。

本发明需求的技术要求相对低，本发明的硬件部件均可采用现有材料实现。本发明的数据处理与控制模块只需采用主流的处理器便可，且数据处理与控制单元的编程开发也相对较易。

本发明对夜间驾驶的负面影响更小。本发明采用点阵式液晶玻璃进行区域遮光，仅对强光源向人眼方向的强光进行有效的光线削弱，既能减轻驾驶员眼部对强光的反应，进而减缓强光照射对驾驶员行车的影响，同时相对道路其余部分的照明不产生任何影响。

附图说明

图1是本发明基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的示意图。

图2是本发明基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***防眩目方法的流程图。

图3是的透光率随电压的变化以及对各波长光线的散射情况的关系图。其中，图3(B)是PDLC透光率随电压的变化关系图；图3(A)是PDLC对各波长光线的散射情况的关系图。

图4是数据处理与控制单元计算模型的示意图。其中，图4(A)是水平方向参数的计算模型；图4(B)是竖直方向参数的计算模型。

图5是数据处理与控制单元计算模型的示意图。其中，图5(A)是水平方向参数的计算模型；图5(B)是竖直方向参数的计算模型。

图6是经本发明处理前后图像采集器受到的光线强度对比图。

具体实施方式

结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。

1-液晶玻璃单元，2-光源感知单元，3-数据处理与控制单元。

如图1所示，本发明基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，包括：液晶玻璃单元1、光源感知单元2、数据处理与控制单元3。

液晶玻璃单元1包括点阵式液晶玻璃及驱动部件。具体应用中，驱动部件可以为驱动电路。驱动部件根据数据处理与控制单元3的控制信号输入通过驱动电路改变点阵式液晶玻璃的各点的透光率。液晶玻璃采用PDLC(polymer dispersed liquid crystal)聚合物分散液晶玻璃。

PDLC液晶玻璃工作原理：PDLC在无外加电压的情形下，膜间不能形成有规律的电场，液晶微粒的光轴取向随机，呈现无序状态，其有效折射率不与聚合物的折射率匹配。入射光线被强烈散射，薄膜呈不透明或半透明状。在施加外电压的情形下，液晶微粒的光轴垂直于薄膜表面排列，即与电场方向一致。液晶微粒的寻常光折射率与聚合物的折射率基本匹配，无明显介面，构成了一基本均匀的介质，所以入射光不会发生散射，薄膜呈透明状。因此，在外加电场的驱动下，PDLC具备光开关特性。如图3所示，一般PDLC的透光率变化在0％～85％，在可见光范围内遮光效果都十分优异，其透光率-电压变化曲线非常理想，阈值范围小，而同时变化斜率又不至于过大，提供了优良的灰度控制前景，为精确确定量的遮光操作可能性提供了极大空间。PDLC液晶玻璃器件对光线透过率的变化范围大，这是其性质上及其重要的优点。液晶玻璃可以安装在挡风玻璃上，覆盖住驾驶员的大部分视线，也可以选用大型的液晶玻璃作为挡风玻璃。

本实施例中，光源感知单元2采用常见的CMOS图像传感器，与数据处理与控制单元3相连接，将图像传感器安置于液晶玻璃单元1的液晶玻璃的一侧，液晶玻璃面板平面垂线与摄像头镜头轴线平行。光源感知单元2采集驾驶员行车视野(透过点阵式液晶玻璃)图像信息并传输至数据处理与控制单元3。数据处理与控制单元3分析驾驶员视野的受光信息。受光信息包括的强光的方位信息、强度信息及色度信息。光源感知单元2的采集方向与行车方向相同(驾驶员视野方向)；光源感知单元2的安装位置使其采集范围不受液晶玻璃单元1的遮挡。

数据处理与控制单元3中设置有预设参数。预设参数用于对光源感知单元2的图像信息进行分析，数据处理与控制单元3决定液晶玻璃单元1的相应点阵状态，对应控制信号输出至液晶玻璃单元1，液晶玻璃单元1的液晶玻璃相应区域透光率发生变化，实现替驾驶者减轻强光的照射，同时又尽量避免对驾驶的影响。

如图2所示，本发明的基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的防眩目方法，包括：

步骤一：开启基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，数据处理与控制单元3初始化；

步骤二：光源感知单元2采集驾驶员行车视野图像并传送至数据处理与控制单元3；数据处理与控制单元3对图像中有效区域各方位强度信息以及色度信息的检测，判断驾驶员视野中是否存在强光源；若存在强光源，则数据处理与控制单元3获取强光源的信息；

步骤三：数据处理与控制单元3根据预设参数以及强光源的信息，决定液晶玻璃单元1的点阵状态信息，输出至液晶玻璃单元1；

步骤四：液晶玻璃单元1根据从数据处理与控制单元3接收的点阵状态信息，改变点阵式液晶玻璃相应各点阵的透光率，以实现替驾驶员遮挡强光的目的。

其中，进一步包括步骤五：重复执行步骤二至步骤四，当数据处理与控制单元3接收到中止命令时结束。

其中，进一步包括：当修改数据处理与控制单元3中的预设参数后，基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***自动重新启动。

其中，预设参数包括驾驶员眼部与液晶玻璃单元1的相对位置信息、数据处理与控制单元3对光源感知单元2所采集的驾驶员视野图像中强光源的判定条件。强光的判定条件主要包括强光的强度范围与色度范围，光线的强度高于此范围且色度在此范围内则判定该光线光源为强光源。

实施例：

驾驶员在夜间行驶时打开本发明防眩目驾驶辅助***，数据处理与控制单元3进行初始化以及加载预设参数。初始化包括数据处理与控制单元所搭载的操作***启动过程，以及在本***开始正常工作前程序的准备工作，使光源感知单元2、液晶玻璃单元1进入工作状态的必要步骤等。预设参数包括：驾驶员眼部与液晶玻璃单元1的相对位置信息、强光的判定条件、强度范围与色度范围、液晶玻璃所覆盖的驾驶员视野在光源感知单元2所采集的图像中的区域(有效区域)像素坐标。

光源感知单元2开始采集驾驶员行车视野图像并传送至数据处理与控制单元3。根据数据处理与控制单元3对图像中有效区域各方位强度信息以及色度信息的检测，判断驾驶员视野中是否存在强光源。

当数据处理与控制单元3判定驾驶员行车视野中存在强光源，数据处理与控制单元3根据强光源的方位信息与预设参数中驾驶员眼球与点阵式液晶玻璃的相对位置，计算该光源出现在点阵式液晶玻璃上所在的点阵位置，以及根据强光源的强度有关信息，计算出阻挡该强光源所需的液晶玻璃的输出灰度，以该灰度输出能使强光源照射驾驶员强度有效变弱从而减少该光源对于驾驶员视觉的刺激。数据处理与控制单元3根据计算得到的液晶玻璃点阵各点输出信息，控制液晶玻璃单元1的点阵各点输出，通过减小液晶点阵玻璃在驾驶员视野中强光源所在方位的透光率，降低了强光源对于驾驶员的眩目影响。

数据处理与控制单元3在步骤三中的计算模型例如下：

逐点扫描检测图像中的强光源：该模型中人眼近似为一点，相对强光源与人眼距离，人眼与光源感知单元2摄像头距离忽略不计，因此，将摄像头所采集图像近似为驾驶员视野。

例如，已知人眼与点阵屏距离为A，屏宽L，高H，竖直放置，人眼在屏上的投影距屏底部高B，距屏左端为C，屏为竖直正放，如图4所示。上述各距离参数在使用前可实际测量，且作为***初始化时的预设参数输入。

α、β分别为人眼E的左视角和右视角，其中，左视角和右视角如式(I)表示：

$\mathrm{\α}=\mathrm{atc}\tan \frac{C}{A},\mathrm{\β}=\arctan \frac{L-C}{A}---\left(I\right)$

同样可得在竖直平面内，设δ、θ为人眼E的上视角和下视角，上视角和下视角如式(II)表示：

$\mathrm{\δ}=\arctan \frac{H-B}{A},\mathrm{\θ}=\arctan \frac{B}{A}---\left(\mathrm{II}\right)$

图像传感器的视角足够大，且左右视角为φ，上下视角为ω即φ＞α，φ＞β，ω＞δ，ω＞θ。

图像传感器的有效像素2x·2y个，图像传感器所有的像素点都在透镜的焦平面(也即CCD/CMOS点阵面)上，透镜光心为O。设a、b、c、d，a、b、c、d为液晶玻璃覆盖范围在点阵面上的对应区域边缘距中心的距离，如图5所示。

由图5可知以下几何关系，如式(III)表示：

$\frac{y}{\tan \mathrm{\ω}}=\frac{x}{\tan \mathrm{\φ}}=\frac{a}{\tan \mathrm{\α}}=\frac{b}{\tan \mathrm{\β}}=\frac{c}{\tan \mathrm{\δ}}=\frac{d}{\tan \mathrm{\θ}}---\left(\mathrm{III}\right)$

只需令数据处理与控制单元3检测图像传感器中第(x-a)列到第(x+b)列，第(y-d)行到第(y+c)行的区间内的像素即可。

例如，图像传感器中检测到光源坐标为(m，n)，左起n列，下起m行，光源在上述区间内，且液晶点阵的像素为p·q，则液晶点阵中遮光点的相应坐标如式(IV)表示：

$(\frac{(m-x+a)\·p}{a+b},\frac{(n-y+d)\·q}{c+d})---\left(\mathrm{IV}\right)$

式(IV)中，p，q，x，y为***预设参数。

遮光点的相应坐标的结果若非整数，则由数据处理与控制单元3对该结果做近似取整处理。

数据处理与控制单元3在步骤三中的对强光源的判定以及灰度信息的计算如下：

当人眼接收到的点光源强度为环境光强的K倍时，此时人眼恰开始感到不适，则称K为该环境光强的人眼舒适极限。

当人眼透过液晶玻璃看到的环境光强与点光源光强，即图像传感器图像中点(X，Y)光强C’与环境光强C的比值超过人眼舒适极限K，且为环境光强的M倍，即C′＝MC。

本发明数据处理与控制单元3判定强光源后，根据强光源的光强决定液晶玻璃相应点阵上的灰度。当液晶玻璃灰阶数为n时，则有：(N取近似整数，N不为0)。液晶玻璃单元1的驱动部件根据数据处理与控制单元3的结果控制点阵式液晶玻璃的状态，光线经过点阵式液晶玻璃处理后，强光源与环境的光强减弱，对比度也相对减小。人眼看到的强光源强度C”达到了人眼舒适极限，实现了防眩目的功能，如图6所示。

例如，液晶玻璃为16灰阶，灰度为0时为白，灰度15时为全黑，液晶玻璃单元1输出的灰度为N，因而有：

(N取近似整数，N不为0)。

考虑在实际应用过程中都是夜间的道路，因而环境照度差异并不大，且人眼具有强自适应性，亦可将K看做为常值，而非环境光强C的函数，从而简化计算。

强光点的光强值可由该点的RGB值计算得出，也可由YUV值中的Y值直接获得。

通过获取强光点的RGB值，可计算判断强光色度是否在色度判定范围之内，判断例如该强光是否属于远光灯白光，或只是前方车辆的红色车尾灯，以及红绿灯，等等，对有色信号灯不判断为强光源。

当驾驶员停止驾驶或在不需要开启防眩目辅助驾驶***时，驾驶员通过数据处理与控制单元3发送中止指令，本发明防眩目辅助驾驶***则会停止运行(停止步骤二至步骤四的循环)。液晶玻璃单元1的点阵式液晶玻璃的状态与***运行且驾驶员视野中未检测到有强光源的状态大致相同，即数据处理与控制单元3通过驱动部件控制液晶玻璃单元1的点阵式液晶玻璃呈通透状态。

若当驾驶员眼球的位置与点阵式液晶玻璃的相对位置发生变更或者存在误差时，可以修改数据处理与控制单元3中的预设参数进行调整。同样根据不同情况对于需遮挡的强光的判定条件进行修改时，可以修改数据处理与控制单元3中的预设参数进行调整。在***的初始化阶段，用户可选择是否修改预设参数，若选择修改，进入修改预设参数界面，若选择不修改，则继续执行***的初始化进程。

本发明的保护内容不局限于以上实施例，在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。

Claims (9)

1.一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，其特征在于，包括：

液晶玻璃单元(1)，覆盖驾驶员的行车视野；

光源感知单元(2)，用于采集所述液晶玻璃单元(1)覆盖的行车视野受到的光线的信息；

数据处理与控制单元(3)，通过接收并处理所述信息，改变所述液晶玻璃单元(1)的点阵状态信息；

所述液晶玻璃单元(1)包括点阵式液晶玻璃及驱动部件，通过所述驱动部件根据所述数据处理与控制单元(3)的点阵状态信息改变所述点阵式液晶玻璃的各个点阵的透光率。

2.如权利要求1所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，其特征在于，所述光源感知单元(2)包括图像传感器；所述光源感知单元(2)采集的光线信息包括方位信息、强度信息及色度信息。

3.如权利要求1所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，其特征在于，所述光源感知单元(2)的采集方向与行车方向相同；所述光源感知单元(2)设置在所述液晶玻璃单元(1)的覆盖范围之外。

4.如权利要求1所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，其特征在于，所述数据处理与控制单元(3)对所述光源感知单元(2)采集的信息进行分析，决定所述液晶玻璃单元(1)的点阵状态信息，输出至所述液晶玻璃单元(1)。

5.如权利要求4所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，其特征在于，所述点阵状态信息包括点阵式液晶玻璃的各点阵的灰度信息。

6.一种基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的防眩目方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：开启所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***，所述数据处理与控制单元(3)初始化；

步骤二：所述光源感知单元(2)采集驾驶员行车视野图像并传送至所述数据处理与控制单元(3)；所述数据处理与控制单元(3)对图像中有效区域各方位强度信息以及色度信息的检测，判断驾驶员视野中是否存在强光源；若存在强光源，则所述数据处理与控制单元(3)获取强光源的信息；

步骤三：所述数据处理与控制单元(3)根据预设参数以及所述强光源的信息，决定所述液晶玻璃单元(1)的点阵状态信息，输出至所述液晶玻璃单元(1)；

步骤四：所述液晶玻璃单元(1)根据从数据处理与控制单元(3)接收的所述点阵状态信息，改变点阵式液晶玻璃相应各点阵的透光率，以实现替驾驶员遮挡强光的目的。

7.如权利要求6所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的防眩目方法，其特征在于，进一步包括步骤五：重复执行步骤二至步骤四，当所述数据处理与控制单元(3)接收到中止命令时，结束工作。

8.如权利要求6所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的防眩目方法，其特征在于，进一步包括：当修改所述数据处理与控制单元(3)中的预设参数后，所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***自动重新启动。

9.如权利要求6所述基于液晶玻璃的防眩目驾驶辅助***的防眩目方法，其特征在于，所述预设参数包括驾驶员眼部与所述液晶玻璃单元(1)的相对位置信息、所述光源感知单元(2)对强光源的判定条件。

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