CN112616227B - 基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于驾驶员瞳孔面积变化特征的隧道入口灯光调节***及方法，其中，所述隧道灯光调节***，包括瞳孔面积采集仪、微型控制模块和可变输出电压的电源，所述瞳孔面积采集仪与微型控制模块连接，所述微型控制模块与可变输出电压的电源连接。瞳孔面积采集仪将采集到的瞳孔照片通过预先设定好的程序分析处理，获取瞳孔面积数据及其对应电源电动势取值，通过微型控制模块根据电源电动势取值改变接入LED隧道灯的电源电压来调节隧道入口处灯光的照明亮度，以人为控制主体，从本质上解决驾驶员进入隧道时受到的“黑洞”效应影响，优化驾驶员通过隧道的视觉特性，减少交通事故发生。

Description

基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节***及方法

技术领域

本发明属于隧道交通安全技术领域，尤其涉及一种基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节***及方法。

背景技术

随着隧道技术的不断发展，在现代中国公路建设中，已广泛采用挖掘隧道的方式穿越山岭、河流和海底，以缩短线路里程，提高道路技术标准，因此公路隧道已成为一种重要的交通基础设施。但是当驾驶员在白天驾车驶入隧道时，通常在视觉上会产生“黑洞效应”，即从亮环境到暗环境行车过程中，由于亮度梯度过大而引起的眩光现象，会使人出现几秒钟的“眼盲”，而这短短几秒的时间就会导致道路交通事故的发生，严重影响着道路的行车安全。本发明重点着手于调节视觉上产生的“黑洞效应”，以提高行车安全性和舒适性。该方法可进一步推广应用到隧道出口段“白洞效应”的防治。

现有技术一：隧道灯光分段调节技术

该技术根据所设定的程序，按照时间来进行隧道灯光亮度调节，能使隧道内照明亮度和洞外自然光的亮度之间形成平缓的过渡，一定程度上保证了驾驶员的视觉舒适及视觉连贯性。

现有技术一的缺点：

1、该技术是根据所设定的程序，机械的按照时间来进行隧道灯光亮度调节，但是当遇到下雨、阴天等不良天气，或因四季变化而引起昼夜时长改变的情况，隧道灯光分段调节技术无法真正的消除“黑洞”效应，甚至会进一步加剧“黑洞”效应对驾驶员的影响。

2、驾驶员行车过程中处于车内，车内亮度与车外亮度有一定差距，驾驶员瞳孔适应的亮度并不是外界的光照亮度，而是驾驶室内的光照亮度。该***只是一味的机械调节，有很大的限制与不确定因素，不能消除“黑洞”效应。

现有技术二：直接引入太阳光照明

该方法是以多次反射的方式将太阳光传输至需要照明的区域，***具有结构简单、成本较低的优点。

现有技术二的缺点：

由于太阳光在导光管中衰减较快，调研目前最新技术发现，每英尺导光管中太阳光损失系数为78.5％，因此该***只适用于传输距离不大的地下空间，如地下车库等，并不适用于特长隧道。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明公开了一种基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节***及方法，由于“黑洞”效应会使驾驶员的瞳孔面积迅速增大，出现几秒钟的“眼盲”，往往正是这短短几秒的时间导致了诸多道路交通事故的发生，而本发明的控制***调节灯光亮度所需时间远远小于“眼盲”时间，保持驾驶员的瞳孔面积变化幅度始终处于合理的范围内，从根源上缓解甚至消除“眼盲”现象，从而减少交通事故的发生。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节方法，应用于微型控制模块，包括如下步骤：

采集瞳孔照片，并将瞳孔照片通过预先设定好的程序分析处理，获取瞳孔面积数据及其对应电源电动势取值；

将获取的所述瞳孔面积数据和电源电动势取值发送给微型控制模块，使微型控制模块根据所述电源电动势取值，控制可变输出电压的电源而输出对应的电源电压来调节隧道灯光的照明亮度。

基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节方法，包括如下步骤：

S1：通过瞳孔采集仪采集驾驶员的瞳孔照片，并将瞳孔照片通过预先设定好的程序分析处理，获取瞳孔面积数据及其对应电源电动势取值，然后将瞳孔面积数据和对应电源电动势取值发送给微型控制模块；

S2：通过微型控制模块根据电源电动势取值控制可变输出电压的电源输出对应的电源电压；

S3：通过可变输出电压的电源输出对应的电源电压来调节隧道灯光的照明亮度。

基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节***，包括瞳孔采集仪、微型控制模块和可变输出电压的电源，所述瞳孔采集仪与微型控制模块连接，所述微型控制模块与可变输出电压的电源。

进一步地，所述瞳孔采集仪为LEO 25MP-40Tgc大分辨率工业相机。

进一步地，所述瞳孔采集仪为三组，所述每组瞳孔采集仪分别安放在阳光照射区的隧道入口前的接近段、进入隧道口后的入口段起点和过渡段起点。进一步地，将瞳孔采集仪布设在三个位置，共分为三组，且每组瞳孔采集仪数量和车道数相同，确保每条车道正上方具有一个。

进一步地，通过瞳孔面积变化的两级监控和计算，从而调节对应的电源电动势的变化。

进一步地，所述微型控制模块为单片机。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明的提出是直接基于驾驶员瞳孔面积变化而调节隧道照明亮度的技术，直接利用瞳孔采集仪，捕捉到驾驶员的瞳孔数据，从而直接调节隧道灯光亮度，更加有效的消除了隧道“黑洞”效应对驾驶员行车安全的影响。

2、本发明是基于驾驶员瞳孔直接调节隧道灯光的调节***，可以在通过瞳孔采集仪捕捉驾驶员瞳孔数据后迅速调节隧道灯光亮度，当没有汽车通过时，可保持隧道灯光照明的最低照明状态，从而起到节约电能的作用。

3、本发明遵循以人为本的设计理念，驾驶员作为人、车、路、环境***中的控制主体，是设计理念的关键性因素，该项发明通过识别驾驶员瞳孔面积来调节隧道背景灯光亮度的变化是基于对驾驶员安全与舒适而考虑的，从本质上解决了其他因素对驾驶员的影响。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节方法的流程图；

图2为本发明提供的一种基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节***的瞳孔采集仪隧道分布示意图；

图3为瞳孔采集仪分布于隧道中不同高度及纵深的瞳孔采集仪器正视图；

图4为瞳孔采集仪分布于隧道中不同高度及纵深的瞳孔采集仪器剖面图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明采用一种检测瞳孔面积变化来调节隧道出入口LED照明灯亮度的灯光调节***，该灯光调节***包括瞳孔采集仪(LEO 25MP-40Tgc大分辨率工业相机)、微型控制模块(单片机)、可变输出电压的电源(基于STC89C52单片机)。由于“黑洞”效应会使人出现几秒钟的“眼盲”，往往正是这短短几秒钟的时间导致了诸多道路交通事故的发生，而该发明的控制***调节灯光亮度所需的时间远远小于“眼盲”时间，能有效减弱甚至消除“黑洞”效应对司机的影响，从而减少交通事故的发生。相较于灯光分段调节技术使车内亮度与车外自然光亮度存在差别而导致驾驶员不适应现象，该发明利用瞳孔采集仪，捕捉到驾驶员的瞳孔数据，通过两级调节的方式用以计算电源电动势取值，从而直接调节隧道灯光亮度，更加准确且有效的消除车内与车外亮度差异对驾驶员的不适影响；而且考虑到夏天太阳最高角度和冬天太阳最低角度在隧道中会形成一个阳光照射区，考虑行车位置和个体差异的影响，为提高***在灯光亮度调节方面的准确性，将瞳孔采集仪布设在三个位置，共分为三组，且每组瞳孔采集仪数量和车道数相同，确保每条车道正上方具有一个。三组瞳孔采集仪分别安放在隧道入口前的接近段、进入隧道口的入口段起点和过渡段起点，用以测得准确的驾驶员瞳孔面积变化率，并通过两级变化调节对应的电源电动势取值，为***后续的灯光调节提供更加准确地数据，能有效解决因不良天气，或因四季变化而引起的昼夜时长改变的情况，并且该发明适用于不同长度的隧道。

如图1所示，基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节方法，应用于微型控制模块，包括如下步骤：

(1)采集驾驶员的瞳孔照片，并将瞳孔照片通过预先设定好的程序分析处理，获取瞳孔面积数据及其对应电源电动势取值；

(2)将获取的所述瞳孔面积数据和电源电动势取值发送给微型控制模块，使微型控制模块根据所述电源电动势取值，控制可变输出电压的电源而输出对应的电源电压来调节隧道灯光的照明亮度。

基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节方法，包括如下步骤：

(1)通过瞳孔采集仪采集驾驶员的瞳孔照片，并将瞳孔照片通过预先设定好的程序分析处理，获取瞳孔面积数据及其对应的电源电动势取值，然后将瞳孔面积数据和对应电源电动势取值发送给微型控制模块；

(2)通过微型控制模块，根据电源电动势取值控制可变输出电压的电源输出对应的电源电压；

(3)通过可变输出电压的电源输出对应的电源电压来调节隧道灯光的照明亮度。

基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节***，包括瞳孔采集仪、微型控制模块和可变输出电压的电源，所述瞳孔采集仪与微型控制模块连接，所述微型控制模块与可变输出电压的电源。

在本实施例中，所述瞳孔采集仪为LEO 25MP-40Tgc大分辨率工业相机；瞳孔采集仪共分为三组，每组瞳孔采集仪数量和车道数相同，确保每条车道正上方具有一个。三组瞳孔采集仪分别安放在隧道入口前的接近段、进入隧道口的入口段起点和过渡段起点，用以测得准确的驾驶员瞳孔面积变化率，并通过两级变化调节对应的电源电动势取值，为***后续的灯光调节提供更加准确地数据，采取在不同高度不同水平位置处设置三个瞳孔采集仪同时捕捉驾驶员瞳孔面积数据；所述微型控制模块为单片机。

具体实施例

驾驶员在进入隧道时存在的暗适应现象。暗适应现象是当驾驶员驾车从亮处进入暗处时，在一段时间内完全看不到视觉对象或者很难看到，过一段时间，由于眼睛的感度逐渐升高便能看见视觉对象。暗适应所需要的时间较长，当驾驶员从亮环境进入暗环境后，瞳孔将迅速扩张，瞳孔面积变大，有效适应环境的改变；本发明是根据环境出现暗适应的现象导致瞳孔面积改变而提出的。基于此想法通过研究《公路隧道照明设计细则》和查阅其他论文，提出一种基于驾驶员瞳孔面积变化从而调整隧道照明亮度的隧道照明调节***及方法，该灯光调节***包括瞳孔采集仪(LEO 25MP-40Tgc大分辨率工业相机)、微型控制模块(单片机)、可变输出电压的电源(基于STC89C52单片机)，单片机作为控制***，将瞳孔采集仪采集到的瞳孔照片通过预先设定好的程序分析处理，获取瞳孔面积数据及其对应电源电动势取值，利用两级调节方式，通过改变接入隧道灯的电源电压来调节隧道灯光的照明亮度，如图1所示。

该发明采用文献研究法和实验法，通过研究《公路隧道照明设计细则》(JTG T D702-01-2014)中给出隧道入口及中间段的限速要求和灯光亮度方面的规定，了解现在设计与过去设计的优劣，在提出改善方案预想之后，按照60km/h的速度设计了适合照明***的最佳亮度控制方案。

当驾驶员从驾车驶入隧道时，驾驶员的瞳孔面积会发生变化，当洞外亮度高于洞内亮度时，驾驶员进入洞内后，瞳孔面积会增大，洞内亮度应往亮调节。根据瞳孔面积的变化率进行判断，变化率表示为：

通过瞳孔面积的变化调节隧道灯光的照明亮度。隧道分布示意图如2所示。我们的发明方案是在隧道接近入口处D₁设置的标识牌上放置一组瞳孔采集仪，当驾驶员驾车驶到D₁处，瞳孔采集仪会拍摄到瞳孔面积A₁，当车辆驶到入口段起点，在入口段D₂放置第二组摄像机，迅速拍摄到驾驶员瞳孔面积A₂，将所拍到的数据通过预先设定好的程序进行分析处理，通过A₁、A₂计算R₁，当检测到的瞳孔变化率R≤15％时，相关的入口段或过渡段的灯光亮度不做调整，如果大于15％时，根据预先设定的程序在隧道灯光原亮度的基础上按R-15％的幅度瞬时增加隧道入口段灯光亮度，当车辆驶进入过渡段起点，第三组摄像机D₃拍摄到驾驶员瞳孔面积A₃，按照R₂、R₃计算R₂，按上述方法再次调节隧道过渡段灯光亮度。。隧道接近段、入口段和过渡段本发明未涉及改进的部分，均按《公路隧道照明设计细则》(JTG T D70 2-01-2014)的要求实施。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节方法，其特征在于，应用于瞳孔面积采集仪，包括如下步骤：

采集瞳孔照片，并将瞳孔照片通过预先设定好的程序分析处理，获取瞳孔面积数据及其对应电源电动势取值，所述对应电源电动势取值根据瞳孔面积变化率进行判断；

将获取的所述瞳孔面积数据和电源电动势取值发送给微型控制模块，使微型控制模块根据所述电源电动势取值，控制可变输出电压的电源而输出对应的电源电压来调节隧道入口处灯光的照明亮度；

S1：通过分别安放在隧道入口前的接近段、进入隧道口的入口段起点和过渡段起点的瞳孔面积采集仪采集驾驶员的瞳孔照片，并将瞳孔照片通过预先设定好的自编程序进行处理，所述对应电源电动势取值根据瞳孔面积变化率进行判断；然后将瞳孔面积数据和对应电源电动势取值发送给微型控制模块；

S2：通过微型控制模块根据电源电动势取值控制可变输出电压的电源输出对应的电源电压；

S3：通过可变输出电压的电源输出对应的电源电压来调节隧道灯光的照明亮度。

2.根据权利要求1所述的基于驾驶员瞳孔变化特征的隧道灯光调节方法的隧道灯光调节***，其特征在于，包括瞳孔采集仪、微型控制模块和可变输出电压的电源，所述瞳孔采集仪与微型控制模块连接，所述微型控制模块与可变输出电压的电源。

3.根据权利要求2所述的隧道灯光调节***，其特征在于，所述瞳孔采集仪为LEO25MP-40Tgc大分辨率工业相机。

4.根据权利要求3所述的隧道灯光调节***，其特征在于，所述每组瞳孔采集仪共分为三组，且每组瞳孔采集仪数量和车道数相同，确保每条车道正上方具有一个。

5.根据权利要求4所述的隧道灯光调节***，其特征在于，所述微型控制模块为单片机。

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