眩光動態評估系統的製作方法

2023-10-09 06:21:24 2

專利名稱：眩光動態評估系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於照明測量與控制技術領域，具體涉及一種眩光動態評估系統。
背景技術：
隨著技術照明技術的發展，新興的光源HID和LED以及OLED的應用也越來越廣泛，在道路照明和汽車照明等諸多領域取得了廣泛的應用。在道路照明中，設計時不僅要考慮滿足視覺功能的要求，還應該考慮光環境，為駕駛員提供舒適的駕駛環境。既要注重光的物理特性和照明參數，還要重視駕駛員對照明的感受，綜合分析評估駕駛員對道路光環境的接受程度及其相互作用。現在科學技術解決了照明設計和光參數測定等技術問題，但是對駕駛員對道路光環境的感知涉及的參數比較複雜，暫時還無法做到量化。影響照明質量最重要的一項就是眩光，根據眩光的效應，分為不舒適眩光和失能眩光。在道路照明中，駕駛員會不可避免的看到燈具並感到刺眼，或者被對面行駛的車輛所眩目，也就是說駕駛員遇到了眩光。但是由於車輛處於行駛的過程中，眩光的持續時間與車輛的速度、車流量密度和路燈間隔等參數有關。眩光對駕駛員的影響和時間有關，靜態眩光指數並不能完全描述眩光的刺激程度，所以要動態的測量評估眩光對駕駛員刺激程度。然而，由於道路的硬體設計和光環境比較複雜，在實驗室裡無法搭建實體模型來動態評估眩光。本發明採用3D投影成像系統和滑軌動態控制系統的方法，虛擬再現了道路光環境，利用該眩光動態評估系統，可以動態評估眩光對駕駛員的影響，並可以進一步分析道路光環境下駕駛員的各種視覺工作機理。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能完整模擬道路光環境，實時動態評估道路照明眩光的眩光動態評估系統。本發明提供的眩光動態評估系統，是在3D投影成像系統的基礎上增加了滑軌動態控制系統、道路照明眩光動態評估模塊和道路照明光源。3D投影成像系統提供用於模擬道路照明的背景光環境，主要包括道路周圍建築、行駛車輛的照明以及道路周圍的背景光； 3D投影成像系統投影在屏幕上，被試通過配套的3D眼鏡可以觀察到逼真的3D道路照明場景；一組道路照明燈具形成亮度超過10萬cd/m2道路照明的眩光源；通過眩光動態評估模塊給動態控制滑軌與輸入控制信號，實現動態控制道路照明燈具，產生動態的眩光，並且通過眩光動態評估模塊切換不同的道路照明場景，用以評估不同的道路環境與駕駛速度下道路照明的眩光，眩光動態評估模塊記錄被試的測試數據。本發明提出的眩光動態評估系統，由3D投影系統1、眩光動態評估模塊2、滑軌動態控制系統3、道路照明燈具4、電腦5、3D顯示眼鏡7、3D投影顯示屏幕9、橢圓形滑軌10和矩形暗室11組成，其中3D投影系統1置於3D投影顯示屏幕9的前端，將道路照明的圖像投影到3D投影顯示屏幕9上，用於提供道路照明背景光環境；電腦5通過第一數據線8與3D投影系統1連接，通過第二數據線12和滑軌動態控制系統3的信號輸入端連接，電腦5 內安裝有眩光動態評估模塊2，通過該模塊切換道路照明光環境和輸出滑軌的動態控制信號；3D顯示眼鏡7與3D投影系統1配套使用，用於被試6觀察到逼真的3D光環境；橢圓形滑軌10和矩形暗室11分別為2個，矩形暗室11 一側的兩端開口，橢圓形滑軌10兩端分別位於這兩個開口部位，滑軌動態控制系統3的信號輸出端與橢圓形滑軌10連接；兩組橢圓形滑軌10和矩形暗室11位於電腦5兩側，橢圓形滑軌10靠近電腦5 —側設有道路照明燈具4。本發明中，所述道路照明燈具4安裝於路燈安裝支架14上方，路燈安裝支架14固定於橢圓形滑軌10上。本發明中，所述3D投影系統1由光線空間調製器、照明光源分光器18、投影透鏡 19和菲涅爾透鏡20組成，照明光源的出光口對準光線空間調製器的進光口，光線空間調製器的出光口對準照明光源分光器18的進光口，照明光源分光器18的出光口對準投影透鏡 19的進光口，投影透鏡19的出光口對準菲涅爾透鏡20的進光口，菲涅爾透鏡20的出光口對準投影成像屏幕22。本發明中，所述滑軌動態控制系統3由滑軌速度傳感器23、PI調節器M、數位訊號處理器25、調整電機轉速控制器沈和調速電機27依次連接組成，滑軌速度傳感器23檢測橢圓形滑軌的速度，將該速度和設定值比較，產生的誤差經過PI調節器M處理後送入數位訊號處理器25，數位訊號處理器25根據該誤差信號輸出相應的控制信號，該控制信號再被送入調整電機轉速控制器26，由調整電機轉速控制器沈來控制調速電機27的轉速，從而使得橢圓形滑軌10的速度穩定在設定值。本發明中，所述橢圓形滑軌10連接調速電機27。本發明中，所述橢圓形滑軌10為2個，相應的調速電機27、滑軌速度傳感器23、PI 調節器M均為2個。本發明中，所述道路照明燈具4為大功率LED路燈、HID路燈或無極燈中任一種， 通過更換道路照明光源實現不同的駕駛狀態與照明燈具下的眩光的動態評估。本發明中，所述眩光動態評估模塊2包括兩個界面，一個是道路照明背景界面，可以實現不同的3D道路環境的切換，一個是滑軌動態控制界面，通過眩光動態評估模塊更改滑軌控制參數，實現滑軌的動態控制。本發明中，3D投影成像系統由數字光處理(Digital Light ftOcession)晶片和3D 圖像投影光學器件構成。所述數字光處理晶片包括DLP電路板、處理器、緩存和數字微鏡裝置(Digital Micromirror Device).所述電腦安裝道路照明眩光動態評估模塊，通過數據線連接到3D投影成像系統，軟體將道路背景數位訊號傳輸到3D投影儀的DLP數字光處理器上。數字光處理器將光學信號處理後傳輸到3D圖像投影光學器件上，3D圖像投影光學器件使用空間光調製器將圖像信號處理為各個方向都看到的2D圖片信號，再將一系列的2D 圖片信號傳輸到投影透鏡上，再投向投影屏幕，被試者通過3D眼鏡就可以觀察到三維道路照明場景。本發明的眩光動態評估系統，具有以下明顯優點
(1)由於使用3D投影系統提供道路照明光環境，採用虛擬實境的方法實現了在實驗室評估眩光，大量節省了搭建實驗室的成本。
(2)由於使用了道路照明眩光動態評估模塊，可以切換到不同的道路照明場景上； 該模塊與控制滑軌動態控制系統配合使用，可以方便動態記錄駕駛員駕駛的視覺反應。(3)由於3D投影系統使用了 DLP數字光處理晶片，成像清晰度很好，可以使得道路光環境自然逼真，也進一步縮小了 3D投影系統的尺寸，與3D投影透鏡組配套使用，能呈現出清晰的三維動態道路照明光環境。(4)本系統應用廣泛，可以應用於道路照明眩光評估，進一步可以擴展應用至體育場館照明和等室內外照明領域中。


圖1是本發明的系統結構框圖。圖2是本發明的系統俯視圖。圖3是本發明的系統正視圖。圖4是實施例中的3D投影系統1的光學原理圖。圖5是實施例中的滑軌動態控制系統原理圖。圖中標號1為3D投影系統，2眩光動態評估模塊，3滑軌動態控制系統，4為道路照明燈具，5為電腦，6為被試，7為3D顯示眼鏡，8為第一數據線，9為3D投影顯示屏幕，10 為橢圓形滑軌，11為矩形暗室，12為第二數據線，13為3投影系統支架，14為路燈安裝支架，15為第一光線空間調製器，16是第一照明光源，17為第二照明光源，18為分光器，19為投影透鏡，20為菲涅爾透鏡，21為第二光線空間調製器，22為投影成像屏幕，23為滑軌速度傳感器，24為PI調節器，25為數位訊號處理器(DSP)，沈為調速電機轉速控制器，27為調速電機。
具體實施例方式下面結合附圖和實例，對本發明作進一步的詳細描述。參見圖1 6，本發明包括下述部件
(1)3D投影系統1置於3D投影顯示屏幕9的前端，用於提供道路照明背景光環境；
(2)一組道路照明燈具4，主要包括大功率LED路燈、HID路燈和無極燈；用於形成亮度超過10萬cd/m2的眩光，含有可見光譜範圍的冷白、白光和暖白光三種色溫的光源；
(3)眩光動態評估模塊2，主要功能包括切換道路照明背景場景和控制滑軌的運動狀態，如運動方向、速率和加速度等；
(4)一個電腦5，通過第一數據線8與3D投影系統1連接，通過第二數據線與滑軌動態控制系統3連接，用於安裝道路照明眩光動態評估模塊2，通過該模塊切換道路照明光環境和輸出滑軌的動態控制信號；
(5)一副3D顯示眼鏡7，與3D投影系統1配套使用，用於被試觀察到逼真的3D光環
境；
(6)一個3D投影顯示屏幕9，3D投影系統1將道路照明的圖像投影到3D投影顯示屏幕 9上；
(7)—個滑軌動態控制系統3，與路燈安裝支架14連接，通過動態控制橢圓形滑軌10， 控制道路照明燈具4的運動狀態，被試6可以在3D投影顯示屏幕9上呈現出三維動態的道路照明光環境。3D投影系統11由第一光線空間調製器15、第一照明光源16、第二照明光源17、分光器18、投影透鏡19、菲涅爾透鏡20和第二光線空間調製器21組成，如圖4所示。第一照明光源16和第二照明光源17的出光口分別對準第一光線空間調製器15和第二光線空間調製器21的進光口，第一光線空間調製器15和第二光線空間調製器21的出光口分別對準照明光源分光器18的進光口，照明光源分光器18的出光口對準投影透鏡19的進光口，投影透鏡19的出光口對準菲涅爾透鏡20的進光口，菲涅爾透鏡20的出光口對準投影成像屏
22 ο所述滑軌動態控制系統3由滑軌速度傳感器23、PI調節器Μ、數位訊號處理器 25、調整電機轉速控制器沈和調速電機27組成，滑軌速度傳感器23為2個，相應的PD調節器M為2個，調速電機27為2個，如圖5所示。所述DSP為TI公司的TMS320F2812 ；所述調速電機為永磁無刷直流電機、永磁同步電機等可調速的電機。第一個滑軌速度傳感器 23檢測到其中一個橢圓形滑軌10的速度，將該速度和設定值比較，產生的誤差經過第一個 PI調節器M處理後送入DSP，DSP根據該誤差信號輸出相應的控制信號，該控制信號再被送入調整電機轉速控制器26，由調整電機轉速控制器沈來控制第一個調速電機27的轉速， 從而使得第一個橢圓形滑軌10的速度穩定在設定值。第二個滑軌速度傳感器23檢測第二個橢圓形滑軌10的速度，將該速度和第一個橢圓形滑軌10的當前速度比較，產生的誤差經過第二個PI調節器M處理後送入DSP，DSP根據該誤差信號輸出相應的控制信號，該控制信號再被送入調整電機轉速控制器26，由調整電機轉速控制器沈來控制第二個調速電機2 的轉速，從而使得第二個橢圓形滑軌的速度和第一個橢圓形滑軌相同。3D投影成像系統提供用於模擬道路照明的背景光環境，主要包括道路周圍建築、 行駛車輛的照明以及道路周圍的背景光；3D投影成像系統投影在屏幕上，被試通過配套的 3D眼鏡可以觀察到逼真的3D道路照明場景；一組道路照明燈具形成亮度超過10萬cd/m2 道路照明的眩光源；通過眩光動態評估模塊給動態控制滑軌與輸入控制信號，實現動態控制道路照明燈具，產生動態的眩光，並且通過眩光動態評估模塊切換不同的道路照明場景， 用以評估不同的道路環境與駕駛速度下道路照明的眩光，眩光動態評估模塊記錄被試的測試數據。本發明的工作原理是
在靜態的道路照明場景中眩光由
權利要求
1.一種眩光動態評估系統，由3D投影系統(1)、眩光動態評估模塊O)、滑軌動態控制系統(3)、道路照明燈具、電腦(5)、3D顯示眼鏡(7)、3D投影顯示屏幕(9)、橢圓形滑軌 (10)和矩形暗室(11)組成，其特徵在於3D投影系統(1)置於3D投影顯示屏幕(9)的前端，將道路照明的圖像投影到3D投影顯示屏幕(9)上，用於提供道路照明背景光環境；電腦 (5)通過第一數據線(8)與3D投影系統(1)連接，通過第二數據線(1 和滑軌動態控制系統(3)的信號輸入端連接，電腦(5)內安裝有眩光動態評估模塊O)，通過該模塊切換道路照明光環境和輸出滑軌的動態控制信號；3D顯示眼鏡(7)與3D投影系統(1)配套使用， 用於被試(6)觀察到逼真的3D光環境；橢圓形滑軌(10)和矩形暗室(11)分別為2個，矩形暗室(11) 一側的兩端開口，橢圓形滑軌(10)兩端分別位於這兩個開口部位，滑軌動態控制系統⑶的信號輸出端與橢圓形滑軌(10)連接；兩組橢圓形滑軌(10)和矩形暗室(11) 位於電腦(5)兩側，橢圓形滑軌(10)靠近電腦(5) —側設有道路照明燈具G)。
2.根據權利要求1所述的眩光動態評估系統，其特徵在於所述道路照明燈具(4)安裝於路燈安裝支架(14)上方，路燈安裝支架(14)固定於橢圓形滑軌(10)上。
3.根據權利要求1所述的眩光動態評估系統，其特徵在於所述3D投影系統(1)由光線空間調製器、照明光源分光器(18)、投影透鏡(19)和菲涅爾透鏡00)組成，照明光源的出光口對準光線空間調製器的進光口，光線空間調製器的出光口對準照明光源分光器(18) 的進光口，照明光源分光器(18)的出光口對準投影透鏡(19)的進光口，投影透鏡(19)的出光口對準菲涅爾透鏡00)的進光口，菲涅爾透鏡00)的出光口對準投影成像屏幕02)。
4.根據權利要求1所述的眩光動態評估系統，其特徵在於所述滑軌動態控制系統(3) 由滑軌速度傳感器(23)、PI調節器(M)、數位訊號處理器(25)、調整電機轉速控制器06) 和調速電機(XT)依次連接組成，滑軌速度傳感器檢測橢圓形滑軌的速度，將該速度和設定值比較，產生的誤差經過PI調節器04)處理後送入數位訊號處理器(25)，數位訊號處理器0 根據該誤差信號輸出相應的控制信號，該控制信號再被送入調整電機轉速控制器( )，由調整電機轉速控制器06)來控制調速電機(XT)的轉速，從而使得橢圓形滑軌 (10)的速度穩定在設定值。
5.根據權利要求4所述的眩光動態評估系統，其特徵在於所述橢圓形滑軌(10)連接調速電機(27)。
6.根據權利要求1所述的眩光動態評估系統，其特徵在於所述橢圓形滑軌(10)為2 個，相應的調速電機(27)、滑軌速度傳感器(23)、PI調節器04)均為2個。
7.根據權利要求1所述的眩光動態評估系統，其特徵在於所述道路照明燈具(4)為大功率LED路燈、HID路燈或無極燈中任一種，通過更換道路照明光源實現不同的駕駛狀態與照明燈具下的眩光的動態評估。
8.根據權利要求1所述的眩光動態評估系統，其特徵在於所述眩光動態評估模塊(2) 包括兩個界面，一個是道路照明背景界面，實現不同的3D道路環境的切換，一個是滑軌動態控制界面，通過眩光動態評估模塊更改滑軌控制參數，實現滑軌的動態控制。
全文摘要
本發明涉及一種眩光動態評估系統，該系統是在3D投影成像系統的基礎上增加了滑軌動態控制系統、道路照明眩光動態評估模塊和道路照明燈具。3D投影成像系統由投影系統、投影顯示屏幕和顯示眼鏡組成。3D投影成像系統提供用於模擬道路照明的背景光環境，道路照明燈具形成亮度超過10萬cd/m2道路照明的眩光源；通過眩光動態評估模塊給動態控制滑軌與輸入控制信號，實現動態控制道路照明燈具，產生動態的眩光，並且通過眩光動態評估模塊切換不同的道路照明場景，用以評估不同的道路環境與駕駛速度下道路照明的眩光，眩光動態評估模塊記錄被試的測試數據。本發明成本低廉，可以動態評估不同的道路照明場景上駕駛員駕駛的視覺反應。
文檔編號A61B3/06GK102151120SQ20111004411
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月24日 優先權日2011年2月24日
發明者劉正權, 孫耀傑, 林燕丹, 童立青, 邱婧婧, 錢敏華 申請人:復旦大學