基本信息
- 项目名称：
- 基于液晶的眼控防眩光成像仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 由于时间或空间上极端亮度对比造成的眩光,会造成人眼视觉不舒适，降低目标可见度，危害人眼健康等影响，为了有效解决这些问题，我们提出了利用液晶的局部选通特性和基于眼电图的视线跟踪技术的防眩光成像仪，实现了对光强的单像素选通，将眩光光强至少降低2个数量级，有效提升了成像质量，并且，由于眼电图技术的精度高、实现方法简单等特性，仪器的智能化程度得到很大的提高，实现了高精度的智能化眼控对焦和高精度的清晰成像。
- 详细介绍：
- 在日常生活中，由于时间或空间上的极端亮度对比产生的眩光，会造成人眼视觉不舒适，降低目标可见度，危害人眼健康，使工人在焊接作业、炼钢作业等工业生产中因不能看清眩光中的细节，而造成工作效率降低或发生危害其生命安全等事故，而在军事领域，由于眩光造成的射击精确度下降和太阳光对飞行员产生干扰等现象很常见。基于以上事实，我们提出利用液晶的电光特性，逐个控制液晶分子偏转而实现光强局部选通，提高了成像质量和仪器的成像宽容度。同时，考虑到人类接受信息中80%来自眼睛，人眼不仅能够获得外界信息供给大脑，还可以作为人机交互系统的输入指令，通过眼睛运动对外部设备进行控制，可以提高设备操作的精确度和自动化程度，提升使用感受。因此，我们结合了液晶的选通特性和眼控技术的高精确度及高度智能化特性，设计并制作了基于液晶的眼控防眩光成像仪，实现了对眩光等强光的选通和自动对焦区域的选择。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 1.作品设计、发明的目的和基本思路： 在日常生活中，由于时间或空间上的极端亮度对比产生的眩光，会造成人眼视觉不舒适，降低目标可见度，危害人眼健康，降低了工人在焊接作业、炼钢作业等工业生产中的效率，在军事领域，由于眩光造成的射击精确度下降和太阳光对飞行员产生干扰等现象很常见。但是目前的各种防眩光方法都不能对成像区域局部选通，使得在某些情况下的成像质量达不到高精确度的要求。基于以上事实，我们提出利用液晶的电光特性逐个控制液晶分子偏转而实现光强局部选通，提高了成像质量和宽容度。同时，考虑到人类接受信息中80%来自眼睛，人眼还可以作为人机交互系统的输入指令。因此，我们结合了液晶的选通特性和眼控技术的高精确度及高度智能化特性，设计并制作了基于液晶的眼控防眩光成像仪，实现了对眩光等强光的选通和自动对焦区域的选择。 2.创新点： (1) 可以在光强照度大于100000lx的环境下成像，光强照度可以降低2个数量级； (2) 对强光可以实现单个像素的局部光强控制成像； (3) 可以根据使用者的眼电图来主动进行拍照，对使用环境要求较低，适应性较强。 3.技术关键： (1)液晶的选通控制； (2)眼电图特征信号曲线的采集； (3)分光棱镜与CCD及液晶的耦合； (4)自动对焦算法。 4.主要技术指标： (1)液晶进行单像素选通，使眩光的光强减小至少2个数量级； (2)利用眼电图实现对焦区域的选择，能在仪器的观察范围内所有区域实现利用眼电图选择对焦区域。
科学性、先进性
- 目前，防眩光领域及跟防眩光类似的防强光领域的解决方案都是对成像区域进行整体选通，使得其成像质量达不到高精度的要求。而我们利用液晶的电光特性，将液晶用于眼控防眩光装置，实现对眩光进行单像素调制，能有效提高成像质量，并且由于液晶的选通特性，使仪器对使用光学环境的要求降低，增大了仪器使用范围。 眼电图技术是利用眼球的电荷分布特性，在眼球转动时，角膜和视网膜之间电位差会随转动的角度和方向不同发生变化，通过采集眼电信号变化曲线与特征信号曲线对比即可确定注视点在视平面中的位置。由于眼电图技术不影响眼部正常生理活动，眼电信号容易采集、有较高的信噪比，设备成本相对较低，所以比较适合投入应用。在国外，现有利用眼电图技术的仪器或设备有眼控鼠标、眼控轮椅等，在国内鲜有报道，并且眼电图技术在成像仪上的应用技术尚无人研发。我们提出的利用眼电图技术确定眼球注视位置的方法在防眩光仪上的应用，能实现高精度视线方向确定。 经过教育部的国内国际查新，没有发现与本项目相同的研究内容。
获奖情况及鉴定结果
- 1.2010年9月获批国家大学生创新性实验计划立项项目 项目名称：基于液晶的直视型防眩光成像仪（No.101070028），研究起止时间：2010.10-2011.10； 2.2011年课题组成员以第一作者公开发表3篇论文并都被EI检索收录 (1) The Anti-Glare Detector Based on Liquid Crystal. Materials Science Forum, Vols.663-665: 755-758, 2011(EI检索: 20105013481181) (2)Research on the eye controlled model of anti-glare imaging detector. Materials Science Forum, Vols.663-665: 247-251, 2011 (EI检索: 20105013481048) (3) Research on light amplification panel based on stimulated radiation. Materials Science Forum, Vols.663-665: 344-347, 2011 (EI检索: 20105013481075) 3. 2011年4月在教育部科技查新工作站进行国际国内查新，结果为:国内外公开发表的中英文文献（非课题组成员发表文献）中未见与本项目创新点完全相同的报道。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 国家发明专利
作品可展示的形式
- 1.实物、产品 2.现场演示 3.图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 1.使用说明：(1）带上头盔，取下镜头的镜头盖，开启电源开关，便可使仪器开始工作。 （2）用户使用时务必使眼睛贴近目镜，以使电极接触眼眶。 （3）仪器镜头可以方便的更换，用户可以任意更换各种兼容本系统的镜头，来实现多种视野范围多种场合的使用。 2.技术特点和优势：作品为便携头盔式成像仪，体积小，操作方便，灵活性强，对照度大于100000lx的强眩光反应速度快，利用液晶实现单像素的光强控制；眼控——利用眼电图技术进行视线方向判别，能更准确定位眼睛注视位置，使自动对焦区域的选择更精确，以便很好地防止眩光并成像。 3.适应范围和推广前景：作品可以在105lx光强下使用，因此，对使用环境要求较低，适应性较强，可制成头盔式防眩光成像仪，用于民用可以提高夜间交通控制能力，提高电焊、炼钢等工业作业的效率，减少安全事故的发生；用于军事可以提高飞行员防眩光、防闪弹的能力；用于科研可以观察太阳黑子等的研究。本作品适用范围广，实用性强，可产生较好的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前，防眩光领域的研究主要集中在防眩光膜、照明结构设计等方面，在跟防眩光相似的防强光领域内有第四代像增强器、自动光圈等手段和方法，虽然这些方法能在一定程度上减弱强光，但它们都是针对成像区域整体的选通，而不能对成像区域局部选通，使得在某些情况下的成像质量达不到高精度的要求。 眼电图技术作为人机交互系统的一种实现方式，在科研和应用领域，日益受到重视。由于眼电图技术是利用电极采集人眼信号，因此是无创的，不影响眼部正常生理活动，并且眼电信号容易采集，有较高的信噪比，且设备相对成本较低，比较适合投入实际应用。因此，利用眼电图技术实现人机交互的技术不断完善并被应用，在国外，现有利用眼电图技术的仪器或设备有眼控鼠标、眼控电动轮椅等，在国内鲜有报道，并且眼电图技术在成像仪上的应用技术尚无人研发。 我们提出的利用眼电图法确定眼球注视位置并自动对焦的方法在防眩光成像仪上的应用，能实现高精度视线方位确定并自动对焦，基于液晶的选通控制，可以有效地控制光强照度大于100000lx 的眩光并自动对焦成像。
