CN110389460B - 一种自动调光眼镜及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种自动调光眼镜，包括液晶镜片、多个传感器单元以及驱动电路，液晶镜片包括镜片本体以及位于镜片本体之间的液晶层，多个传感器单元用于获取图像，驱动电路与多个传感器单元相连，用于检测传感器单元获取的图像中的瞳孔图像，根据瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息，并根据光强大小信息以及正视角度信息向液晶镜片提供相应的控制信号，液晶镜片根据控制信号控制液晶层的液晶分子的偏转，从而实现对眼镜透光率的自动调节，使得进入人眼的光强始终处于最舒适的范围，很好的保护了人眼。
Description
技术领域
本发明涉及一种眼镜，更具体地，涉及一种自动调光眼镜及其控制方法。
背景技术
随着社会的发展，过量的光辐射对人类生活和生产环境造成了不良的影响，“光污染”正在威胁着人们的健康。例如，在白天的时候镜面建筑反光会导致行人和司机的眩晕感，威胁行人和司机的身体健康，以及晚上行车的不合理灯光也会给其他司机造成不适感，严重时可能导致交通事故。
为了避免过量的光线强度对人眼的伤害，现在的人们多会在户外活动或者行车时，特别是在强光环境下，采用佩戴太阳眼镜的方式来阻挡强光，以减轻眼睛调节造成的疲劳和强光对眼睛的伤害。
现有的太阳眼镜大多使用的是染色的镜片，镜片的色彩决定了镜片可以吸收光谱中对应的光，虽然能够阻挡强光对眼睛的伤害，但是在光线较弱的环境中同样会阻挡部分光线，加重眼睛调节的负担，起到了反作用，具有一定的安全隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种自动调光眼镜及其控制方法，可根据环境光的强弱自动调节镜片的透光率，有利于降低因光强变化对人眼造成的伤害。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种自动调光眼镜，包括：眼镜框架；液晶镜片，其包括第一镜片及第二镜片，所述第一镜片及所述第二镜片设置于所述眼镜框架上，所述液晶镜片包括镜片本体以及位于所述镜片本体之间的液晶层；多个传感器单元，用于获取图像；以及驱动电路，与所述多个传感器单元相连，用于检测所述传感器单元获取的图像中的瞳孔图像，根据所述瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息，并根据所述光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号，其中，所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，以实现对所述入射光线的调节。
优选地，在所述入射光线的光强大于预设光强范围时，所述液晶分子向第一方向偏转，将所述入射光线进行扩散，以减少进入人眼的光通量，在所述入射光线的光强小于预设光强范围时，所述液晶分子向第二方向偏转，将所述入射光线进行汇聚，以增大进入人眼的光通量。
优选地，所述多个传感器单元设置于所述眼镜框架上，并沿所述第一镜片及所述第二镜片的周向设置。
优选地，所述驱动电路设置于所述眼镜框架上，并位于所述第一镜片及所述第二镜片的中间位置。
优选地，所述驱动电路包括：图像采集单元，与所述多个传感器单元相连，所述图像采集单元存储所述多个传感器单元获取的人眼图像；瞳孔定位单元，与所述图像采集单元相连，所述瞳孔定位单元用于在所述图像采集单元存储的所述人眼图像中检测瞳孔图像；存储单元，与所述瞳孔定位单元相连以存储所述瞳孔图像；比较单元，与所述存储单元相连以接收所述瞳孔图像，所述比较单元将相邻帧之间的瞳孔图像进行比较，并根据比较结果得到所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息；以及控制单元，用于根据所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号。
优选地，所述多个传感器单元包括电荷耦合器件CCD传感器或互补金属氧化物半导体器件CMOS传感器。
优选地，所述液晶镜片还包括：第一导电薄膜，设置于所述液晶层的上方；以及第二导电薄膜，设置于所述液晶层的下方，其中，所述驱动电路根据所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供不同的驱动电压，以控制所述液晶分子的偏转。
优选地，所述第一导电薄膜和所述第二导电薄膜均选自氧化铟锡薄膜。
优选地，所述自动调光眼镜还包括：供电装置，设置于所述眼镜框架内，用于向所述驱动电路提供电源。
优选地，所述供电装置选自锂电池、镍镉电池或者光伏电池之一。
根据本发明实施例的另一方面，提供了一种自动调光眼镜的控制方法，所述自动调光眼镜包括液晶镜片，所述液晶镜片包括镜片本体以及位于所述镜片本体之间的液晶层，其中，所述控制方法包括：通过多个传感器单元获取人眼图像；检测所述传感器单元获取的人眼图像中的瞳孔图像；根据所述瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息；以及根据所述光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号，其中，所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，以实现对所述入射光线的调节。
优选地，所述根据所述瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息和正视角度信息包括：将相邻帧之间的瞳孔图像进行比较，并根据比较结果得到所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息，其中，若当前帧的瞳孔图像大于前一帧或者前几帧的瞳孔图像，则当前光强小于预设光强范围；若当前帧的瞳孔图像小于前一帧或者前几帧的瞳孔图像，则当前光强大于预设光强范围。
优选地，所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，以实现对所述入射光线的调节包括：在所述入射光线的光强大于预设光强范围时，所述液晶分子向第一方向偏转，将所述入射光线进行扩散，以减少进入人眼的光通量，在所述入射光线的光强小于预设光强范围时，所述液晶分子向第二方向偏转，将所述入射光线进行汇聚，以增大进入人眼的光通量。
本发明实施例中的自动调光眼镜包括液晶镜片、多个传感器单元以及驱动电路，所述液晶镜片包括镜片本体以及位于所述镜片本体之间的液晶层，所述多个传感器单元用于获取图像，所述驱动电路与所述多个传感器单元相连，用于检测所述传感器单元获取的图像中的瞳孔图像，根据所述瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息，并根据所述光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号，所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，从而实现对眼镜透光率的自动调节，使得进入人眼的光强始终处于最舒适的范围，很好的保护了人眼。
此外，本发明实施例的自动调光眼镜可根据环境亮度自动调节眼镜的透光率，当处于强光环境时，控制所述液晶镜片减少进入人眼的光通量，当处于弱光环境时，控制所述液晶镜片增大进入人眼的光通量，避免了反复摘戴眼镜的烦恼，提高了使用的便捷性。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本发明实施例的自动调光眼镜的结构示意图；
图2示出根据本发明实施例的自动调光眼镜的电路示意图；
图3示出根据本发明实施例的自动调光眼镜中驱动电路的结构示意图；
图4示出不同光强环境下人眼的瞳孔变化示意图；
图5示出在不同入射光线下人眼的瞳孔位置变化示意图；
图6示出本发明实施例的自动调光眼镜在不同光强环境下的工作示意图；
图7示出本发明实施例的自动调光眼镜在不同入射光线角度下的工作示意图；
图8示出根据本发明实施例的自动调光眼镜的控制方法的流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如各个部件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明可以各种形式呈现，以下将描述其中一些示例。
图1和图2分别示出根据本发明实施例的自动调光眼镜的结构示意图和电路示意图。参照图1和图2，自动调光眼镜包括眼镜框架1、多个传感器单元2、驱动电路3、以及两个液晶镜片4(其包括左镜片以及右镜片)。多个传感器单元2、控制装置3以及两个液晶镜片4固定设置于眼镜框架1上。
多个传感器单元2围绕左镜片和右镜片的边沿周向设置，用于获取图像。多个传感器单元2可以获得多个角度的瞳孔图像，有利于提高获取的瞳孔图像精确度，而且不影响眼镜框架的美观性。多个传感器单元2可以使用电荷耦合元件CCD(Charge-coupled Device)作为图像传感器，也可以使用互补金属氧化物半导体元件CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor)作为图像传感器。
驱动电路3设置于眼镜框架1上的两个镜圈的连接部位处，驱动电路3通过柔性印刷电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)与多个传感器单元2电连接，用于检测传感器单元2获取的图像中的瞳孔图像，并根据接收到的瞳孔图像中的瞳孔大小以及位置等信息计算得到当前的入射光线的光强大小以及正视角度，最后根据得到的光强大小向液晶镜片4提供相应的控制信号。驱动电路3设置于两个液晶镜片的中间位置，保证驱动电路3与两个液晶镜片之间的走线距离相等，避免了因走线距离不同而造成的两个液晶镜片上的控制信号的不同，进而引发的两个液晶镜片中的液晶分子的偏转不同的问题，有利于提高客户体验。
图3示出根据本发明实施例的自动调光眼镜中驱动电路的结构示意图。参照图3，驱动电路3包括：图像采集单元31、瞳孔定位单元32、存储单元33、比较单元34以及控制单元35。
图像采集单元32与传感器单元2相连，用于存储传感器单元2获取的图像。在一些实施例中，图像采集单元31需要将传感器单元2获取的图像按照一定的图片格式存储下来。
瞳孔定位单元32与图像采集单元31相连，用于在图像采集单元31存储的图像中检测瞳孔图像，并根据检测到的瞳孔图像得到当前入射光线的光强大小信息以及正视角度信息。
进一步地，瞳孔定位单元32还用于将检测到的所述瞳孔图像调整到预定大小，再对所述瞳孔图像进行亮度、对比度和平滑度处理。然后从瞳孔图像中提取出瞳孔识别所需的特征点，并对所述特征点进行编码，得到待匹配特征编码。并将所述待匹配特征编码与预留特征编码逐一匹配，获得匹配结果。
存储单元33用于存储瞳孔定位单元32获取的瞳孔图像。比较单元34用于比较相邻帧的瞳孔图像，并根据比较结果获得当前光线的光强大小信息以及正视角度信息。
图4和图5分别示出不同光强下的瞳孔大小以及不同正视角度时瞳孔的位置。参照图4，人眼5在阳光下会通过调节瞳孔51的大小来调节光通量，例如在强光环境下，人眼5通过缩小瞳孔51来减小光通量，当处在弱光环境下，人眼5通过增大瞳孔51来增加光通量。在一些实施例中，比较单元32将检测相邻帧的瞳孔图像进行比较，根据比较结果判断当前的光强大小。例如，比较单元32将当前帧的瞳孔图像与前一帧或者前几帧的瞳孔图像进行比较。如果当前帧的瞳孔图像大于前一帧或者前几帧的瞳孔图像，则比较单元32判定当前光强小于预设光强范围；如果当前帧的瞳孔图像小于前一帧或者前几帧的瞳孔图像，则比较单元32判定当前光强大于预设光强范围。
此外参照图5，人眼5面对不同强度和方向的光线时，瞳孔51的大小和位置将发生变化。多个传感器单元2采集到不同角度下的左眼和右眼的瞳孔图像，比较单元根据预设的算法以及这些图像通过计算跟踪观察者的眼睛，以定位观察者的眼睛的三维空间位置，然后根据观察者的眼睛的三维空间位置得到当前光线的正视角度信息并将该信息发送至控制单元33。其中，比较单元34可以采用例如目前已经公知的卡尔曼滤波技术、粒子滤波技术、红外感测技术以及一些告知的图像处理技术来实现瞳孔定位。
控制单元33用于根据比较单元提供的当前光线的光强大小信息以及正视角度信息向液晶镜片4提供不同的控制信号。
继续参照图1和图2，液晶镜片4例如为柔性液晶屏，包括镜片本体以及位于镜片本体之间的液晶层。液晶镜片4通过柔性印刷电路板与驱动电路3电连接，驱动电路3用于根据当前光线的光强大小信息以及正视角度信息控制液晶分子的偏转，继而实现对光线的调节。
进一步地，液晶镜片4还包括设置于液晶层上下的第一导电薄膜和第二导电薄膜，驱动电路3根据得到的当前光线的光强大小信息向液晶镜片4施加不同的驱动电压，以控制液晶层中液晶分子的偏转。其中，第一导电薄膜和第二导电薄膜的材质均为ITO(indiumtin oxide，氧化铟锡薄膜)。
图6示出本发明实施例的自动调光眼镜在不同光强环境下的工作示意图。参照图6，当入射光线的光强大于预设光强范围时，液晶镜片4中的液晶分子向第一方向偏转，液晶分子通过将光线折射一定的角度以进行扩散，减少进入人眼5的光通量；当入射光线的光强处于预设光强范围时，液晶镜片4中的液晶分子平行排列，射入人眼5的光线不发生偏折，因此进入人眼的光通量没有改变；当入射光想的光强小于预设光强范围时，液晶镜片4中的液晶分子向第二方向偏转，液晶分子通过将光线折射一定的角度以进行汇聚，增大进入人眼5的光通量。
图7示出本发明实施例的自动调光眼镜在不同入射光线角度下的工作示意图。参照图7，驱动电路3根据当前光线的正视角度信息以及光强大小信息向液晶镜片4提供不同的控制电压，控制液晶层中液晶分子的偏转，保持人眼5的瞳孔51的正视方向的光线强度均匀。
进一步的，在本发明其他实施例中，自动调光眼镜还包括供电装置，所述供电装置固定设置于眼镜框架中内，即隐藏于眼镜框架里面，不影响镜架的美观性。所述供电装置用于向液晶镜片以及驱动电路提供相应的电源，从而可以自动调节镜片中液晶分子的偏转。所述供电装置例如为光伏电池，该类光伏电池可以使用砷化铟或锑化镓为基材，利用太阳光、或可见光(400-800nm)或热辐射体的能量通过半导体P-N结直接转换成电能。当然，所述供电装置也可使用锂电池、镍镉电池等充电电池的方式，通过充电电池向驱动电路和液晶镜片提供电源。
图8示出根据本发明实施例的自动调光眼镜的控制方法，所述自动调光眼镜包括液晶镜片，所述液晶镜片包括镜片本体以及位于所述镜片本体之间的液晶层。其中，所述控制方法包括步骤S110-S140：
在步骤S110中，通过多个传感器单元获取人眼图像。
在步骤S120中，检测所述传感器单元获取的人眼图像中的瞳孔图像。
在步骤S130中，根据所述瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息。
在步骤S140中，根据所述光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号，其中，所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，以实现对所述入射光线的调节。
本发明实施例中的自动调光眼镜包括液晶镜片、多个传感器单元以及驱动电路，所述液晶镜片包括镜片本体以及位于所述镜片本体之间的液晶层，所述多个传感器单元用于获取图像，所述驱动电路与所述多个传感器单元相连，用于检测所述传感器单元获取的图像中的瞳孔图像，根据所述瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息，并根据所述光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号，所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，从而实现对眼镜透光率的自动调节，使得进入人眼的光强始终处于最舒适的范围，很好的保护了人眼。
此外，本发明实施例的自动调光眼镜可根据环境亮度自动调节眼镜的透光率，当处于强光环境时，控制所述液晶镜片减少进入人眼的光通量，当处于弱光环境时，控制所述液晶镜片增大进入人眼的光通量，避免了反复摘戴眼镜的烦恼，有利于提高使用的便捷性。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.一种自动调光眼镜，包括眼镜框架，其特征在于，所述自动调光眼镜还包括：
液晶镜片，其包括第一镜片及第二镜片，所述第一镜片及所述第二镜片设置于所述眼镜框架上，所述液晶镜片包括镜片本体以及位于所述镜片本体之间的液晶层；
多个传感器单元，用于获取人眼图像；以及
驱动电路，与所述多个传感器单元相连，用于检测所述传感器单元获取的人眼图像中的瞳孔图像，将相邻帧之间的瞳孔图像进行比较，根据比较结果得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息，并根据所述光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号，
所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，以实现对所述入射光线的调节，
其中，在所述入射光线的光强大于预设光强范围时，所述液晶分子向第一方向偏转，将所述入射光线进行扩散，以减少进入人眼的光通量，在所述入射光线的光强小于预设光强范围时，所述液晶分子向第二方向偏转，将所述入射光线进行汇聚，以增大进入人眼的光通量，以保持人眼的瞳孔的正视方向的光线强度均匀，
所述驱动电路还包括：
图像采集单元，与所述多个传感器单元相连，所述图像采集单元存储所述多个传感器单元获取的人眼图像；
瞳孔定位单元，与所述图像采集单元相连，用于将检测到的所述瞳孔图像调整到预定大小，再对所述瞳孔图像进行亮度、对比度和平滑度处理，从瞳孔图像中提取出瞳孔识别所需的特征点，并对所述特征点进行编码，得到待匹配特征编码，并将所述待匹配特征编码与预留特征编码逐一匹配，获得匹配结果，
存储单元，与所述瞳孔定位单元相连以存储所述瞳孔图像；
比较单元，与所述存储单元相连以接收所述瞳孔图像，所述比较单元将相邻帧之间的瞳孔图像进行比较，并根据比较结果得到所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息；以及
控制单元，用于根据所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号。
2.根据权利要求1所述的自动调光眼镜，其特征在于，所述多个传感器单元设置于所述眼镜框架上，并沿所述第一镜片及所述第二镜片的周向设置，所述驱动电路设置于所述眼镜框架上，并位于所述第一镜片及所述第二镜片的中间位置。
3.根据权利要求1所述的自动调光眼镜，其特征在于，所述多个传感器单元包括电荷耦合器件CCD传感器或互补金属氧化物半导体器件CMOS传感器。
4.根据权利要求1所述的自动调光眼镜，其特征在于，所述液晶镜片还包括：
第一导电薄膜，设置于所述液晶层的上方；以及
第二导电薄膜，设置于所述液晶层的下方，其中，所述驱动电路根据所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供不同的驱动电压，以控制所述液晶分子的偏转。
5.根据权利要求4所述的自动调光眼镜，其特征在于，所述第一导电薄膜和所述第二导电薄膜均选自氧化铟锡薄膜。
6.一种自动调光眼镜的控制方法，所述自动调光眼镜包括液晶镜片，所述液晶镜片包括镜片本体以及位于所述镜片本体之间的液晶层，其特征在于，所述控制方法包括：
通过多个传感器单元获取人眼图像；
检测所述传感器单元获取的人眼图像中的瞳孔图像；
将相邻帧之间的瞳孔图像进行比较，根据比较结果得到入射光线的光强大小信息以及正视角度信息；以及
根据所述光强大小信息以及正视角度信息向所述液晶镜片提供相应的控制信号，
所述液晶镜片根据所述控制信号控制所述液晶层的液晶分子的偏转，以实现对所述入射光线的调节，
其中，在所述入射光线的光强大于预设光强范围时，所述液晶分子向第一方向偏转，将所述入射光线进行扩散，以减少进入人眼的光通量，在所述入射光线的光强小于预设光强范围时，所述液晶分子向第二方向偏转，将所述入射光线进行汇聚，以增大进入人眼的光通量，以保持人眼的瞳孔的正视方向的光线强度均匀。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述瞳孔图像得到入射光线的光强大小信息和正视角度信息包括：
将相邻帧之间的瞳孔图像进行比较，并根据比较结果得到所述入射光线的光强大小信息以及正视角度信息，
其中，若当前帧的瞳孔图像大于前一帧或者前几帧的瞳孔图像，则当前光强小于预设光强范围；若当前帧的瞳孔图像小于前一帧或者前几帧的瞳孔图像，则当前光强大于预设光强范围。
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