СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГЛАЗ ВОДИТЕЛЯ ПРИ ОСЛЕПЛЕНИИ СВЕТОМ ФАР ВСТРЕЧНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Предлагаемое техническое решение относится к области защиты глаз от ослепления встречным светом и может быть использовано в транспортных средствах для защиты глаз водителей от ослепления светом фар встречных транспортных средств, а также солнца, ярких уличных фонарей и иных источников ослепления (в т.ч. и от ослепления лазером).
Из уровня техники известно решение по патенту RU 2444345, где защита достигается с помощью «изменения пропускания части стекол очков в зоне вероятного прохождения траекторий света фар левее оси зрения». Эта зона фиксированная, она определена заранее изготовителем очков. Таким образом, затемняется не только источник ослепления, но и другие объекты, попавшие в эту зону, что может в некоторых ситуациях не повысить, а снизить безопасность. Кроме того, не затемняются источники ослепления, не попавшие в эту зону, например, уличные фонари и солнце. Отличием заявленного решения является то, что в нем затемняются те (в сумме - существенно меньшие) области прозрачного дисплея, которые соответствует фактическим текущим положениям источников ослепления. Т.е.: а) не затемняются лишние участки прозрачного дисплея, б) затемнение возможно в любом месте прозрачного дисплея, а не только в заранее выделенной зоне, благодаря чему осуществляется защита и от солнца, и от ярких уличных фонарей и т.п.
Известен патент на изобретение RU 2274439, согласно которому «затемняющие полупрозрачные экраны нанесены на левые половины стекол со стороны встречного транспорта». Решению присущи те же недостатки, что и в предыдущем случае, причем зона затемнения: а) еще больше - половина стекла, б) действует постоянно, а не становится темной только при ослеплении, что еще больше снижает безопасность. Дополнительный недостаток - водитель должен совершать некоторые движения головой. Известен патент на полезную модель RU 92789 U - система для защиты глаз водителя при ослеплении светом фар встречного транспортного средства, содержащая экран, фотокамеру, устройство, которое определяет координаты пересечения оптической оси глаза с экраном, блок управления на основе программно-аппаратного комплекса, выполненного с возможностью периодичного считывания координат положения глаз водителя сдатчика по определению координат положения каждого глаза человека относительно экрана, отличающаяся тем, что экран выполнен в виде прозрачного или частично-прозрачного защитного полимерного жидкокристаллического экрана низкого разрешения матричного типа и закреплен на лобовом стекле автомобиля или между лобовым стеклом и водителем, и функцией которого является соразмерное свету фар встречного транспортного средства формирование затемнения в той части экрана, которое необходимо для защиты глаз водителя транспортного средства от ослепления светом фар встречного транспортного средства, а блок управления выполнен с возможностью периодичного считывания изображения света фар встречного транспортного средства с фотокамеры.
По сравнению с данным аналогом, предлагаемая система проще, дешевле и надежнее, т.к. она не содержит ни «устройства для определения координат положения каждого глаза человека относительно экрана», ни «датчика по определению координат положения каждого глаза человека относительно экрана». Эти устройства становятся ненужными, т.к. в предлагаемой системе прозрачный дисплей зафиксирован на голове водителя, т.е. положение дисплея относительно каждого глаза остается неизменным и может быть учтено один раз при настройке системы.
Наиболее близким решением является патент JP 6225905. Для сравнения с ним сначала отметим, что возможны два способа защиты (водителя) от ослепления с помощью ЖК-дисплеев, зафиксированных на голове (в частности, встроенных в очки):
1) использовать ЖК-дисплеи обычные, не прозрачные (или слабо прозрачные), известные с 60-х - 70-х годов прошлого века, и выводить на них позитивное (обычное) изображение. В этом случае водитель видит не реальную обстановку, а ее изображение на дисплее. При любом нечаянном смещении очков относительно их исходного положения водитель будет воспринимать искаженную ситуацию. Отрицательные, вплоть до катастрофических, последствия этого очевидны.
2) использовать ЖК-дисплеи прозрачные (транспарентные), появившиеся в самые последние годы (серийный выпуск ф. Самсунг с апреля 2011 г.), и выводить на них максимально контрастное негативное изображение (с настраиваемым порогом «белое-черное»), благодаря чему источники ослепления на дисплее превращаются в темные пятна, а остальная поверхность дисплея (фон) остается прозрачной. В этом случае водитель видит сквозь прозрачный дисплей реальную обстановку, а не ее изображение. При случайном смещении очков на голове может нарушиться защита от ослепления, но водитель все равно будет видеть реальную обстановку, а не ее смещенное изображение. Т.о., данный способ лишен недостатка первого способа.
В рассматриваемом патенте JP 6225905 в материалах изобретения нигде не сказано, что ЖК-панели (по сути - дисплеи) - прозрачные. Кроме того, в разделе (0014) сказано: «можно также использовать устройства снятия изображения 6а и 6b для работы в цвете, как и жидкокристаллические панели 4а и 4b» (т.е. видеокамеры и ЖК-панели могут быть цветными). Исходя из этого, можно предположить, что на ЖК-панели выводится изображение, а не создается прозрачный фон, т.е. используется первый из рассмотренных способов.
В заявленном нами решении предлагается второй способ, основанный на использовании прозрачных дисплеев. Кроме того, предлагается использовать не две видеокамеры, как в прототипе, а одну, что, очевидно, дешевле.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в существенном повышении эффективности защиты от ослепления встречным светом.
Указанный технический результат достигается за счет того, что система защиты глаз водителя при ослеплении светом фар встречного транспортного средства, содержащая прозрачный экран, цифровую камеру; блок управления, соединенный с экраном и камерой, и выполненный с возможностью формирования на экране соразмерных свету фар встречного транспортного средства участков затемнения, отличающаяся тем, что камера закреплена на голове водителя, а экран расположен на голове водителя перед его глазами - между ними и источниками ослепляющего света.
Предпочтительно блок управления выполнен с возможностью вывода на экран максимально контрастного негативного изображения источников ослепления, полученных с камеры.
Предпочтительно блок управления выполнен с возможностью вывода на экран изображения, считанного с камеры и пропущенного через пороговый формирователь с инверсией яркости.
Полезная модель может быть реализована следующим образом.
Формируют систему, состоящую из элементов: прозрачный дисплей, цифровая фото или видеокамера, блок управления, выполненный на основе микропроцессора или микроконтроллера (к блоку управления подключены дисплей и видеокамера). Блок управления может быть структурно и конструктивно объединен с микропроцессором (микроконтроллером), входящим в состав камеры и управляющим ее работой. В данной системе предполагается фиксация как прозрачного дисплея, так и камеры на голове водителя. Дисплей по размерам и весу аналогичен дисплеям сотовых телефонов, фотоаппаратов, навигаторов, видеорегистраторов и т.п. Фиксация дисплея может быть достигнута путем его конструктивного выполнения либо в виде очков, либо в виде насадки на очки, либо в виде общего дисплея на оба глаза, закрепленного на шлеме или другом головном уборе (например, на козырьке бейсболки), либо аналогично медицинскому зеркалу. Соответственно камера, по размерам и характеристикам аналогичная камерам, применяемым в тех же устройствах, может быть установлена либо на оправе очков, либо на головном уборе, на котором закреплен дисплей, либо на самом дисплее, либо на обруче, надеваемом на голову, если дисплей выполнен аналогично медицинскому зеркалу.
Представляется целесообразным интегрирование предлагаемой системы (в качестве дополнительной функции) в «интеллектуальные очки», или «очки дополненной реальности», создаваемые, например, компаниями Google, Microsoft, Olympus, Oakley, т.к. эти многофункциональные устройства уже содержат в себе прозрачный дисплей (все) и камеру (очки Google и Microsoft).
Работа предлагаемой системы поясняется фиг.1 (для исполнения дисплея в виде очков или насадок на очки, дисплей состоит из двух одинаковых частей), фиг.2 (для исполнения дисплея в виде общего экрана на оба глаза).
Основу системы составляет прозрачный дисплей 1. Он обладает следующим свойством: светлые (белые, если дисплей цветной) фрагменты выводимого на дисплей изображения, яркость которых превышает некий порог, превращаются в прозрачные.
Прозрачный дисплей зафиксирован на голове водителя перед его глазами 4, т.е. между ними и источниками 5 ослепляющего света. Блок управления 3 периодически (с частотой порядка 30 Гц или более) считывает с камеры 2, также закрепленной на голове водителя, изображения источников ослепления 5 и формирует на прозрачном дисплее 1 темные участки (пятна) 6 как раз в тех местах, где они заслоняют собой источники ослепления 5. Соответственно каждому источнику ослепления 5 блок управления 3 формирует два темных пятна 6 - по одному для каждого глаза 4. При этом остальной дисплей остается прозрачным.
В предлагаемой системе задается и при необходимости корректируется порог защиты, т.е. значение относительной яркости (для исходной картинки, воспринимаемой камерой), выше которого яркость считается ослепляющей и требует защиты.
Сущность формирования «картинки», выводимой на прозрачный дисплей, заключается в следующем: на прозрачный дисплей выводится максимально контрастное негативное изображение, считанное с камеры; иначе говоря: на прозрачный дисплей выводится изображение, считанное с камеры и пропущенное через пороговый формирователь с инверсией яркости (пороговый формирователь является аппаратной или программной частью блока управления).
Другими словами, каждый пиксель изображения, выводимого на дисплей, формируется по следующей логике: если яркость пикселя исходного изображения, считываемого с камеры, ниже порога защиты, то соответствующий пиксель на дисплее формируется как максимально яркий, а потому (согласно указанному свойству прозрачного дисплея) - как прозрачный; если яркость пикселя исходного изображения, считываемого с камеры, выше порога защиты, то соответствующий пиксель на дисплее формируется как максимально темный, а потому непрозрачный.
Таким образом, каждому источнику ослепления 5 соответствуют на дисплее темные пятна 6, а остальной дисплей остается прозрачным.
Благодаря столь простой логике перевод изображения, считываемого с камеры, в изображение, выводимое на дисплей, может быть реализован блоком управления без какой-либо ощутимой задержки.
Расстояния от глаз 4 до камеры 2 (десятки миллиметров) существенно меньше, чем расстояния от глаз 4 и камеры 2 до источников ослепления 5 (десятки и сотни метров). Поэтому глаза 4 и камера 2 считывают практически одну и ту же «картинку» в части расположения источников ослепления 5. При перемещениях источников ослепления 5 относительно системы «глаза - камера - прозрачный дисплей» (вследствие движения своего транспортного средства и/или встречного) блок управления 3 перемещает на прозрачном дисплее 1 темные пятна так, как перемещаются изображения источников ослепления 5 на «картинке», считываемой камерой 2. Но, как указано выше, эта «картинка» практически совпадаете «картинкой», воспринимаемой глазами 4. В результате каждый глаз 4 по-прежнему остается загороженным от переместившегося источника ослепления 5 переместившимся на дисплее 1 темным пятном 6. Благодаря жесткой фиксации дисплея 1 и камеры 2 на голове водителя, случай поворота или смещения головы равносилен (для системы «глаза - камера - прозрачный дисплей») случаю перемещения источников ослепления 5, рассмотренному выше. Таким образом, и в случае движения головы глаза 4 водителя остаются защищенными от источников ослепления 5.
Поскольку указанной системой по сути осуществляется затемнение 6 ярких источников света 5, которые в ночное время суток или во время тумана показывают водителю о приближающемся встречном автомобиле, информированность водителя о приближающемся авто, его размерах и расстоянии снижается. Для устранения этого недостатка предлагается затемнение источников ослепления 5 делать не полным, а частичным, так чтобы наблюдаемые водителем через прозрачный дисплей 1 источники ослепления 5 превратились не в абсолютно черные, а в серые пятна 6 (на общем прозрачном фоне). Проходящий через них свет от источников ослепления сделает их светлыми, но не слепящими.
Степень прозрачности участков затемнения (далее - степень затемнения), т.е. уровень черноты защитных темных пятен 6 (уровень черного) в предлагаемой системе задается и при необходимости корректируется.
Видя на месте источников ослепления светлые (но не ослепляющие!) пятна, водитель не теряет информацию о приближающихся транспортных средствах.
Для задания и корректировки порога защиты и степени затемнения в предлагаемой системе предусмотрены три режима: ручной, автоматический и смешанный (комбинированный). В ручном режиме оба параметра задает пользователь в соответствии с дорожной обстановкой, общей освещенностью, временем суток, временем года, погодными условиями, особенностями своего зрения и пр. В автоматическом режиме эти функции выполняет блок управления 3. В смешанном режиме оба параметра также задаются автоматически блоком управления 3, но могут быть дополнительно откорректированы пользователем, исходя из его индивидуальных особенностей.