МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЗАЩИТЫ ГЛАЗ ОТ ОСЛЕПЛЕНИЯ
MULTIFUNCTIONAL SYSTEM FOR PROTECTING EYES FROM BLINDNESS

Изобретение относится к оптоэлектронному приборостроению и, в частности, к устройствам для защиты глаз водителя транспортного средства от ослепления.
Известно устройство для защиты глаз от ослепления, выполненное в виде очков на основе жидкокристаллической матрицы, управление которой осуществляется по сигналам от позиционно-чувствительного фотоприемника. Позиционно-чувствительный фотоприемник определяет координаты слепящего источника излучения. В зависимости от положения источника излучения электронный блок, к которому подключен позиционно-чувствительный фотоприемник, вырабатывает управляющие сигналы, которые подаются на стекло очков, выполненное на основе жидкокристаллической матрицы и разделенное управляющими электродами на квадраты. Затеняя тот или иной квадрат, блокируют слепящее действие источника света [1].
Недостатком данного устройства является несовпадение поля зрения фотоприемника и поля зрения наблюдателя. Вследствие этого непрозрачная область жидкого кристалла затрудняет обзор пространства, что особенно опасно при использовании подобных очков водителем транспортных средств.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является система защиты глаз от ослепления, содержащая следующие элементы: устройство для определения координат источников излучения, выполненное в виде двух видеокамер (или аналогичных оптических датчиков), позволяющих определять координаты источников излучения; защитное стекло, установленное перед водителем транспортного средства, содержащее оптическую среду с изменяющимся коэффициентом затухания и сетку управляемых элементов (ячеек), соединенных электродами с блоком управления, а также устройство для определения координат зрачков глаз водителя. Блоки определения координат источников света и зрачков глаз водителя соединены с бортовым вычислителем (ЭВМ), который управляет прозрачностью элементов защитного стекла, затеняя глаза водителя от источников ослепления [2].
Недостатком данного устройства является невысокая точность определения координат зрачков глаз, что затрудняет точное определение зоны затенения на защитном стекле, в связи с чем ухудшаются условия обзора всего поля зрения водителя, а также возникает ослепление водителя фарами идущих сзади автомобилей через зеркало заднего обзора.
Целью изобретения является повышение точности определения координат зрачков глаз (в условиях динамического изменения этих координат), уменьшение мертвой зоны в поле зрения водителя, повышение эффективности защиты глаз от внешних источников света, улучшение условий обзора пространства как впереди, так и позади автомобиля, а также дополнительные функции: распознавание личности водителя с целью противодействия угону и определение его состояния бодрствования.
Указанная цель достигается тем, что в многофункциональную систему защиты глаз от ослепления, содержащую устройство для определения координат источников света, защитное стекло, содержащее оптическую среду с переменным коэффициентом затухания и сеткой координат в виде электродов с блоком управления, подключенным к бортовой ЭВМ, к которой также подключено устройство в виде двух видеокамер (расположенных на концах измерительного базиса) для определения координат источников света и других объектов и устройство для определения координат зрачков глаз с введенной дополнительно видеокамерой, направленной на глаза водителя и установленной на другом конце измерительного базиса, а также двух видеокамер, расположенных на концах базиса в задней части салона автомобиля и направленных на зеркало заднего обзора.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена принципиальная схема многофункциональной системы защиты глаз от ослепления.
Система содержит устройство для определения координат источников света 1, состоящее, например, из двух или более видеокамер 2, 3, которые установлены внутри салона автомобиля за защитным стеклом и имеют поле обзора впереди автомобиля. (Можно использовать и другое оптическое устройство - датчик для определения координат слепящих источников света). Для определения координат зрачков глаз 4 и 5 водителя транспортного средства служат две (или более) другие видеокамеры 6, 7, которые установлены в салоне транспортного средства и направлены назад - на лицо (глаза) водителя. Для определения координат источников света 8, отраженных в зеркале заднего обзора 9, служат две видеокамеры 10 и 11, установленные в задней части салона автомобиля и направленные вперед на зеркало заднего обзора 9. Видеокамеры 2 и 3 (две или более), направленные вперед по ходу транспортного средства, и видеокамеры 6 и 7 (две или более), направленные назад по ходу транспортного средства, а также видеокамеры 10 и 11, направленные на зеркало заднего обзора 9, подключены через сопрягающее устройство 12 к бортовому вычислителю 13 (ЭВМ). Защитное (лобовое) стекло или откидной козырек (щиток) транспортного средства, как и зеркало заднего обзора 9, имеют оптическую среду 14 и 15 с переменным коэффициентом затухания. Оптическая среда разбита на отдельные элементы (ячейки), образующие матрицу и управляемые контроллером 16, подключенным к бортовому вычислителю (ЭВМ) 13.
В качестве оптической среды 14 и 15 с переменным коэффициентом затухания может быть использована матрица на жидких кристаллах либо оптическая матрица, имеющая в основе так называемую электрическую бумагу с электрическими чернилами.
Прямые, соединяющие источник света 1 со зрачками глаз 4, 5, а также прямые, соединяющие отраженные источники света в зеркале заднего обзора со зрачками глаз, пересекают защитные стекла 14 и 15 соответственно, в точках, координаты которых могут быть определены бортовым вычислителем на основе показаний оптических датчиков (видеокамер) и известной геометрической конфигурации всей системы. Основная часть многофункциональной системы (МС), выполняющая функции защиты от ослепления, состоит из пяти базовых подсистем:
1) подсистемы определения координат источников света и окружающей обстановки (состоящей из двух или более видеокамер, направленных вперед по ходу движения транспортного средства, и бортового вычислителя с соответствующими алгоритмами),
2) подсистемы определения координат зрачков глаз водителя и окружающей обстановки сзади транспортного средства (состоящей из двух или более видеокамер, направленных на лицо водителя, и бортового вычислителя с соответствующими алгоритмами),
3) подсистемы определения координат источников света, отраженных от зеркала заднего обзора, состоящей из двух или более видеокамер, направленных вперед по ходу движения транспортного средства на зеркало заднего обзора, и бортового вычислителя с соответствующими алгоритмами,
4) подсистемы определения конфигурации оптически затемняемых областей на защитном стекле (козырьке) и управления их затемнением, состоящей из оптической среды с переменным коэффициентом затухания, управляющего контроллера и бортового вычислителя с соответствующими алгоритмами;
5) подсистемы определения конфигурации оптически затемняемых областей на зеркале заднего вида и управления их затемнением, состоящей из оптической среды с переменным коэффициентом затухания, управляющего контроллера и бортового вычислителя с соответствующими алгоритмами.
Многофункциональная система (МС) работает следующим образом.
Изображение источника света 1 (см. чертеж) фиксируются двумя (или более) видеокамерами 2, 3, направленными вперед по ходу движения транспортного средства, при этом бортовой вычислитель 13 на основании сигналов с видеокамер определяет координаты источников света и других объектов. В системе может быть проведена предварительная селекция источников ослепления по амплитуде сигнала: либо с помощью оптических фильтров на видеокамерах 2, 3, либо с помощью бортового вычислителя 13 так, чтобы источники, интенсивность светового сигнала которых не превышает заданного порога (вызывающего ослепление), не учитывались.
Наряду с вышеизложенным система определяет координаты зрачков 4, 5 глаз водителя и других объектов на основании обработки бортовым вычислителем изображений с двух (или более) видеокамер 6, 7, направленных на лицо водителя. Далее на основании данных о геометрической конфигурации всей системы, а также данных о координатах зрачков глаз водителя и координатах ослепляющих источников бортовой вычислитель 13 с помощью специального алгоритма определяет конфигурацию областей затенения в среде 14 с переменным оптическим коэффициентом затухания и через контроллер 16 управляет затенением. В результате на защитном стекле (щитке) избирательно затеняются именно те области, которые не пропускают лучи от ослепляющих источников в глаза водителя. При этом зрительное восприятие остальной дорожной обстановки остается неискаженным.
В том случае, когда в поле зрения находится несколько источников излучения, на матрице 14 защитного стекла создается соответствующее количество непрозрачных зон, которые проецируются на зрачки глаз.
Одновременно координаты источников света 8, отраженных от зеркала заднего обзора 9, фиксируются двумя (или более) видеокамерами 10 и 11, направленными вперед по ходу движения транспортного средства на зеркало заднего обзора. При этом бортовой вычислитель 13 на основании сигналов с видеокамер определяет координаты источников света и других объектов.
Далее на основании данных о геометрической конфигурации всей системы, а также данных о координатах зрачков глаз водителя и координатах ослепляющих источников, изображение которых отображается в зеркале заднего обзора 9, бортовой вычислитель 13 с помощью специального алгоритма определяет конфигурацию областей затенения в среде 15 с переменным оптическим коэффициентом затухания и через контроллер 16 управляет затенением. В результате на зеркале заднего обзора 9 избирательно затеняются именно те области, которые не пропускают лучи от ослепляющих источников в глаза водителя. При этом зрительное восприятие остальной дорожной обстановки сзади автомобиля остается неискаженным.
В том случае, когда в поле зрения находится несколько источников излучения, на матрице 15 зеркала заднего обзора создается соответствующее количество непрозрачных зон, которые проецируются на зрачки глаз.
Благодаря вышеизложенному создаются комфортные условия работы водителя транспортного средства, так как ослепляющее действие источников света полностью блокируется, а сами источники света продолжают работать и освещать дорожную обстановку, не оказывая слепящего воздействия на глаза водителя.
В процессе движения транспортного средства положение источников света и положение глаз водителя может меняться во времени. Поэтому вся обработка результатов измерений и управление прозрачностью элементов защитного стекла ведется бортовым вычислителем в динамике, в реальном масштабе времени.
Линейный размер «мертвой зоны», создаваемой непрозрачной областью матрицы, зависит от расстояния между транспортным средством и объектом, который необходимо увидеть. Практически для затенения источников света линейный размер элемента матрицы 11 может быть порядка 1…2 мм. При этом, например, для затенения одного источника света на матрице защитного стекла создаются две непрозрачные зоны размером порядка 2×2 мм, что практически не сказывается на качестве обзора поля зрения водителя, так как угловые размеры каждой затененной зоны имеют величину порядка 8'.
Частота измерений с помощью устройства может составлять десятки и сотни Гц и, следовательно, дискретность измерений практически не влияет на точность определения местоположения источника света и его проекций на матрицу лобового стекла. Точность определения текущих координат источников света и зрачков глаз с помощью видеокамер составляет доли угловой минуты, что заведомо превышает разрешающую способность глаза, равную 1'. Размер затенения объектов в поле зрения водителя в основном зависит от размеров управляемой ячейки матрицы и может составлять единицы угловых минут, т.е. сопоставим с разрешающей способностью глаза, и следовательно, практически все поле зрения водителя остается неискаженным, но без слепящих источников света.
Дополнительные функции, выполняемые многофункциональной системой защиты от ослепления
1. Помимо выполнения основной функции - защиты от ослепления - М.С. может следить за степенью усталости водителя. Когда водитель бодрствует, его глаза открыты и видеокамера контролирует положение зрачков глаз. Когда водитель устал, зрачки глаз оказываются прикрытыми, т.е. их координаты определить невозможно. В этом случае бортовой вычислитель (ЭВМ) вырабатывает сигнал тревоги и включает звуковой сигнал, который будит водителя (а затем, возможно, отключает двигатель транспортного средства).
2. Видеокамеры, направленные вперед, дают информацию о положении транспортного средства на дороге, а также о положении других транспортных средств, находящихся в поле зрения видеокамер. Так как видеонаблюдение выполняется с высокой частотой, направление движения всех транспортных средств контролируется и на основании этого бортовая ЭВМ в случае кризисных ситуаций (повышения вероятности столкновения, съезда с полотна дороги и т.п.) вырабатывает команды для управляющих механизмов, позволяющих применять торможение и изменять положение транспортного средства в автоматическом режиме с целью предотвращения аварии. Помимо указанных функций, видеокамеры, направленные вперед, позволяют определять положение транспортного средства относительно дороги и тем самым обеспечивают повышение безопасности движения.
3. Бортовой вычислитель (ЭВМ) 9 имеет возможность загрузки картографических данных с носителей картографической информации и со спутникового приемника, установленного на транспортном средстве, а также от датчиков, контролирующих работоспособность различных узлов автомобиля и состояние водителя. В любой момент времени текущее положение автомобиля и необходимая картографическая и другая информация воспроизводятся на матрице защитного стекла (защитном щитке), что может быть использовано как для навигации транспортного средства, так и для принятия решений.
4. Видеокамеры, направленные на водителя и подключенные к бортовой ЭВМ, проводят опознавание водителя, что позволяет исключить возможность угона автомобиля.
5. Видеокамеры, направленные на водителя (назад) и подключенные к бортовой ЭВМ, проводят мониторинг обстановки сзади транспортного средства. Получаемая информация дает возможность повысить безопасность движения.
Источники информации
1. Патент США №5015086, кл. G02C 7/10, 1991.
2. Патент РФ №2034324 от 10 марта 1992 г.), (51) G01N 21/84, G02C 7/10 (прототип).