CN108154866B - 一种亮度实时调整显示屏系统及其亮度实时调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亮度实时调节显示屏系统，包括显示屏、单片机模块、人体感应模块、亮度采集模块、亮度调节模块、按键模块、指示灯及蓝牙模块，单片机模块又包括处理器模块、存储模块及计时模块。存储模块用于存储亮度控制曲线，人体感应模块用于检测用户是否位于显示屏的显示区域中，计时模块用于获取用户对显示屏的实际使用时长，亮度采集模块采集外界环境的亮度值，亮度调节模块调节显示屏的输出亮度，按键模块及指示灯用于选取所需的亮度控制曲线档位，蓝牙模块用于实现人机交互。本发明还公开了一种亮度实时调节方法，通过实时调节显示屏输出的亮度值，使得用户在长时间使用中其视力疲劳程度仍保持最低状态。

Description

一种亮度实时调整显示屏系统及其亮度实时调节方法

技术领域

本发明涉及显示屏领域，具体涉及一种亮度实时调整显示屏系统及其亮度实时调节方法。

背景技术

人眼进行视觉作业时，视觉功能会受到一定的影响，这主要表现在视觉疲劳程度加深、眼底受损和脑力负荷加重。其中，视觉疲劳在作业过程中的积累会使人眼视功能下降，严重威胁人眼健康与安全。为了保护人眼健康，需要选择适宜的照明环境，这要求人们对不同照明环境进行评价。

人们对于照明环境的评价，主要依靠使用者在此照明环境下进行视觉作业时的主观感知。使用者根据自身舒适情况对显示环境进行舒适度评价。这种方法已被广泛用于视觉舒适度或视觉疲劳程度的评价，也出现很多种基于此种方法而开发出的主观打分量表。通过主观打分量表，可以很好地实现视觉疲劳程度的量化评估。然而，尽管广泛使用，这种方法在反映人眼疲劳程度的时候仍然存在一些问题：

1、人眼视觉功能是生理量，主要受到眼球结构、睫状肌调节能力和成像质量等因素的影响。而主观量表打分结果是取决于主观感受，这种主观感受属于心理物理量，其受到多种因素影响，其中包括了情绪的影响。当人带有不同情绪时，即使视觉功能相同也会得出不同的结果。

2、不同人体质、阅历、耐受程度是不同的，因此对于舒适的定义会有较大差别，这使得主观打分结果变化无规律。

因此，对于疲劳程度评价方法的局限性，限制了显示类产品向健康化方向的发展。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种亮度实时调整显示屏系统及其亮度实时调节方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种亮度实时调节显示屏系统，包括显示屏、单片机模块、人体感应模块、亮度采集模块及亮度调节模块，所述单片机模块包括处理器模块、存储模块及计时模块；所述人体感应模块、亮度采集模块及亮度调节模块分别与所述处理器模块相连，所述亮度调节模块与显示屏相连；所述存储模块用于存储亮度控制曲线，所述人体感应模块用于检测用户是否位于显示屏的显示区域中，所述计时模块用于获取用户对显示屏的实际使用时长，所述亮度采集模块采集外界环境的亮度值，所述亮度调节模块在处理器模块控制下调节显示屏的输出亮度。

进一步地，还包括与所述处理器模块相连的按键模块，所述存储模块中存储的亮度控制曲线为多组，所述按键模块用于选择所需的亮度控制曲线对应的档位。

进一步地，还包括与所述处理器模块相连的指示灯，所述指示灯用于指示当前所选择的亮度控制曲线对应的档位。

进一步地，还包括与所述处理器模块相连的蓝牙模块，所述蓝牙模块与通讯终端的APP相连接，将处理器模块接收到的数据传送到通讯终端中的APP进行显示，并将APP中的设置传送给处理器模块。

本发明还公开了一种亮度实时调节方法，包括以下步骤：

S1、获得显示屏系统内置的亮度控制曲线；

S2、确定用户对显示屏系统的实际使用时长：采用人体感应模块检测用户是否位于显示屏系统的显示区域中，若用户位于显示屏系统的显示区域中，则显示屏系统计时；

S3、根据用户对显示屏系统的实际使用时长，对应所述亮度控制曲线以确定显示屏系统所欲输出的理想亮度值；

S4、采集外界环境的亮度值，根据理想亮度值与外界环境的亮度值间的差值确定所要实际输出的亮度值。

进一步地，步骤S1具体包括：

S11、确定视觉疲劳程度的表达式：

S111、确定视觉作业过程中被试的最小视标对比度的变化值；

以F表示被试的视觉疲劳程度，以V表示被试进行视觉作业前后视力的平均值，以C表示被试能够分辨的最小视标对比度，以Ci表示被试进行视觉作业前能够分辨的最小视标对比度，以Cf表示被试进行视觉作业后能够分辨的最小视标对比度，则视觉作业过程中被试的最小视标对比度的变化值为

S112、确定视觉疲劳程度的表达式：

以被试的VICO值表示视觉舒适度，根据VICO值与最小视标对比度变化值的相关性，拟合测试者在视力表上测得的视力V与最小视标对比度变化值之间的函数关系

则有，

以此形式为F的定义式，分别以X、Y、Z代替1/K、1/α和α/β，可得

其中X、Y、Z均为常数；

S12、确定亮度与时间t的关系曲线：

人眼视力V及视标对比度C随时间变化关系为

其中，θ1与θ2为常数，L为显示屏亮度，L0为人眼最适宜亮度，则有

故，

始终保持F最小，则需

则可确定保持F最小的亮度与时间t的关系曲线为

式中，θ1、θ2、θ01、θ02为常数；

S13、组织若干名观察者，测试各观察者在相同亮度环境下阅读或观看显示屏时的V、C、Ci、Cf的值，拟合出常数X、Y、Z、θ1、θ2、θ01、θ02的值。

进一步地，步骤S4具体为：考虑最终进入人眼的光线亮度为显示屏亮度与外界照明环境亮度的叠加，因此有

L＝L1+L2；

其中L为适宜人眼的亮度，L1为显示屏亮度，L2为外界照明环境亮度(由亮度采集模块采集得到)。因此显示屏输出亮度与时间t的关系曲线为

其中Lm为保证人眼看清显示屏的最小亮度值，L1为显示屏输出亮度，L1＞Lm，L2为外界环境亮度，θ1、θ2、θ01、θ02为常数。

进一步地，步骤S1中获得的显示屏系统内置的亮度控制曲线为多组，不同的亮度控制曲线对应于不同屈光度的人群。

进一步地，步骤S1与步骤S2之间还包括选择亮度控制曲线的步骤，显示屏系统的显示屏输出视力表供用户测试，用户根据测试结果选择适合自身的亮度控制曲线。

进一步地，步骤S2中，当用户离开显示屏系统显示区域，显示屏系统停止计时；当用户离开显示屏系统显示区域超过设定时间，显示屏系统控制其显示屏熄屏，计时时间清零。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1、考虑显示屏输出亮度与时间的关系，有别于传统的固定亮度，本发明以人体感应模块确认用户是否使用显示屏系统，根据不同的使用时长输出不同的亮度值使得视觉疲劳程度总是保持一个最低水平；

2、人体红外感应模块能够判断感应区域内是否有人，并在有人时向处理器模块发送电信号使其控制显示屏的光源模块逐渐变亮，而在人离开时向处理器模块发送电信号使其计时并根据时长决定逐渐关闭显示屏的光源模块，实现节能；

3、充分考虑不同屈光状态的群体对适宜亮度的需求，内置多组分别对应不同屈光度人群的适宜亮度控制曲线，使用户根据自身情况选择；

4、本发明所采用的亮度值的确定方法选取了能客观而定量地描述人眼视觉疲劳程度的人眼视觉功能参数V、C、Ci及Cf，并且根据这些参数的意义，建立显示屏最终输出亮度L与时间t的关系曲线，其中V、C、Ci及Cf的取值是基于每种屈光度状态下的大量人群而得出，既适用于群体，又适用于个体，具有广泛的覆盖性。

附图说明

图1为本发明结构框图；

图2为本发明亮度实时调节方法流程图；

图3为某一特定人群的适宜亮度控制曲线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，一种亮度实时调节显示屏系统，包括显示屏、单片机模块、人体感应模块、亮度采集模块、亮度调节模块、按键模块、指示灯及蓝牙模块。其中，所述单片机模块包括处理器模块、存储模块及计时模块；所述人体感应模块、亮度采集模块及亮度调节模块分别与所述处理器模块相连，所述亮度调节模块与所述显示屏相连。

所述存储模块中存储有亮度控制曲线，所述亮度控制曲线中，亮度值随时间的变化而变化，以作为系统亮度输出值的参考曲线，确定各时刻中应输出的理想亮度值。所述人体感应模块用于检测用户是否位于显示屏的显示区域中，当用户处于显示屏的显示区域中时，计时器计时，否则，计时器停止计时，从而获取用户对显示屏的实际使用时长并传输给所述处理器模块。所述亮度采集模块采集外界的亮度值并输送给处理器模块。所述处理器模块以亮度控制曲线为参照，根据用户对显示屏的实际使用时长确定该使用时长在亮度控制曲线中对应的理想亮度值，将理想亮度值与该时刻的外界亮度值求差值，该差值即显示屏实际所需输出的亮度值，将该差值反馈给所述亮度调节模块，所述亮度调节模块控制显示屏输出对应的亮度。如此，显示屏实际输出的亮度与环境亮度的叠加照明效果即等同于亮度控制曲线中理想亮度值的照明效果，可以用户的使用时长及外界亮度实现对输出亮度的闭环控制，满足同一人群在不同时刻及不同外界照明环境中对显示屏的亮度需求。

为了使采集的外界环境的亮度值尽可能的准确，减小显示屏灯光的影响，亮度采集模块的亮度采集区域应避开显示器的显示区域，其位置安装于显示器的上侧或背侧。

为了在计时的同时实现节能，当人体感应模块检测不到人体信息的时长超过设定时间时(本实施例为1分钟)亮度调节模块控制显示器熄屏。熄屏后，计时模块里的计时时间清零，当用户重新位于显示屏系统的显示区域时，显示屏亮屏，计时模块开始计时。

由于不同的人群(不同年龄或不同屈光度)对亮度的需求不同，故而还设置了按键模块及指示灯，所述存储模块中存储的亮度控制曲线为多组，所述按键模块用于选择所需的亮度控制曲线对应的档位，所述指示灯用于指示当前所选择的亮度控制曲线对应的档位。

为便于与显示屏系统的人机交互，故而设置了蓝牙模块，所述蓝牙模块与通讯终端的APP相连接，将处理器模块接收到的数据传送到通讯终端中的APP进行显示，并将APP中的设置传送给处理器模块。

本发明以亮度控制曲线为参照，辅以各系统组件，可以实现亮度输出的闭环控制，使得亮度的实际输出值总是保持理想状态。所述亮度控制曲线既可以选用现有技术中已有的利于人眼健康的亮度控制曲线，也可以选用本发明所述方法所获得的亮度控制曲线(即使人在长时间处于照明系统中仍然保持最低的视觉疲劳程度的按时间变化的亮度控制曲线)。如图3所示的是本发明中存储的以某特定人群(屈光度分布为-1.00m^-1～-3.00m^-1)的测试数据(测试人数为40名)拟合出的亮度控制曲线。

如图2所示，本实施例还提供一种亮度实时调节方法，具体包括：

S1、获得显示屏系统内置的亮度控制曲线：所述亮度控制曲线根据用户对显示屏系统的不同使用时长而输出不同的亮度值，降低用户长时间使用照明系统的视觉疲劳程度；

S2、确定用户对显示屏系统的实际使用时长：采用人体感应模块检测用户是否位于显示屏系统的显示区域中，若用户位于显示屏系统的显示区域中，则显示屏系统计时；

S3、根据用户对显示屏系统的实际使用时长，对应所述亮度控制曲线以确定显示屏系统所欲输出的理想亮度值；

S4、采集外界环境的亮度值，根据理想亮度值与外界环境的亮度值间的差值确定所要实际输出的亮度值。

其中，S1具体包括：

S11、确定视觉疲劳程度的表达式：

S111、确定视觉作业过程中被试的最小视标对比度的变化值；

以被试的VICO值表示视觉舒适度，以F表示被试的视觉疲劳程度，以V表示被试进行视觉作业前后视力的平均值(本实施例为在标准小数视力表上能看到的最小的视标所在行的小数值平均值)，以C表示被试能够分辨的最小视标对比度(即视标的灰度)，以Ci表示被试进行视觉作业前能够分辨的最小视标对比度，以Cf表示被试进行视觉作业后能够分辨的最小视标对比度，则视觉作业过程中被试的最小视标对比度的变化值为

用于检测最小视标视力的视力表为小数视力表或对数视力表等，本实施例中，视力表的视标对比度是按照100％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％间隔取值的。

S112、确定视觉疲劳程度的表达式：

根据VICO值与视标对比度变化值的相关性，拟合测试者在视力表上测得的视力V与视标对比度变化值之间的函数关系，

则有，

以此形式为视觉疲劳程度F的定义式，K、α及β均为常数，为简化公式，分别以常数X、Y、Z代替1/K、1/α和α/β，可得

S12、确定亮度与时间t的关系曲线：

人眼视力V及视标对比度C随时间变化关系为

其中，θ1与θ2为常数，L为显示屏亮度，L0为人眼最适宜亮度，V0及C0是t＝0时V与C的值；则有

故，

始终保持F最小，则需

则可确定保持F最小的亮度与时间t的关系曲线为

式中，θ1、θ2、θ01、θ02为常数；

S13、组织若干名观察者，测试各观察者在相同亮度环境下阅读或观看显示屏时的V、C、Ci、Cf的值，拟合出常数X、Y、Z、θ1、θ2、θ01、θ02的值。

步骤将步骤S13中的观察者根据不同的屈光度分为若干组，即可拟合出多组常数X、Y、Z、θ1、θ2、θ01、θ02的值，从而获得多组内置于显示屏系统中的亮度控制曲线，不同的亮度控制曲线对应于不同屈光度的人群。

步骤S1与步骤S2之间还包括选择亮度控制曲线的步骤，显示屏系统的显示屏输出视力表供用户测试，用户根据测试结果选择适合自身的亮度控制曲线。

步骤S2中，当用户离开显示屏系统显示区域，显示屏系统停止计时；当用户离开显示屏系统显示区域超过设定时间，显示屏系统控制其显示屏熄屏，计时时间清零。

步骤S4中，考虑到最终进入人眼的光线亮度为显示屏亮度与外界照明环境亮度的叠加，因此有

L＝L1+L2

其中L为适宜人眼的亮度，L1为显示屏亮度，L2为外界照明环境亮度(由亮度采集模块采集得到)。因此显示屏输出亮度与时间t的关系曲线为

其中Lm为保证人眼看清显示屏的最小亮度值，L1为显示屏输出亮度，L2为外界照明环境亮度(由亮度采集模块采集得到)，θ1、θ2、θ01、θ02为常数。

实验验证：

实验1

对某年龄处于20-30岁的被试个体(个体数n＝40，被试个体屈光分布为：+1.00m^-1～-1.00m^-1，测量其视觉作业前后视标视力与对比度，拟合出常数代入上述公式，绘制出其最适宜亮度控制曲线，将此曲线内置于本发明的显示系统内。

使被试个体分别在装配本发明系统的显示器下及未装配本发明系统的显示器下作业90min，基于《ISA 9008-2014 LED产品 视觉健康舒适度检测方法第二部分：基于人眼生理功能的检测方法和技术要求》，由具有“视觉健康舒适度”项目CMA检测资质的北京阳明智道光电科技有限公司实验中心对被试个体进行第三方检测，经测试，配装本系统的显示器的视觉健康舒适度值(VICO)为1.78，而未配装本系统的显示器的视觉健康舒适度值(VICO)为2.11，即配装本系统的显示器较普通显示器可有效降低人眼视觉疲劳近19％。

实验2

对某年龄处于15-25岁的被试个体(个体数n＝40，被试个体屈光分布为：-1.00m^-1～-3.00m^-1，测量其视觉作业前后视标视力与对比度，拟合出常数代入上述公式，绘制出其最适宜亮度控制曲线，将此曲线内置于本发明的显示系统内。

使被试个体分别在装配本发明系统的显示器下及未装配本发明系统的显示器下作业90min，基于《ISA 9008-2014 LED产品 视觉健康舒适度检测方法第二部分：基于人眼生理功能的检测方法和技术要求》，由具有“视觉健康舒适度”项目CMA检测资质的北京阳明智道光电科技有限公司实验中心对被试个体进行第三方检测测试，配装本系统的显示器的视觉健康舒适度值(VICO)为1.84，而未配装本系统的显示器的视觉健康舒适度值(VICO)为2.21，即配装本系统的显示器较普通显示器可有效降低人眼视觉疲劳20％。

实验3

对某年龄处于19-29岁的被试个体(个体数n＝40，被试个体屈光分布为：-3.00m^-1～-5.00m^-1)，测量其视觉作业前后视标视力与对比度，拟合出常数代入上述公式，绘制出其最适宜亮度控制曲线，将此曲线内置于本发明的显示系统内。

使被试个体分别在装配本发明系统的显示器下及未装配本发明系统的显示器下作业90min，基于《ISA 9008-2014 LED产品 视觉健康舒适度检测方法第二部分：基于人眼生理功能的检测方法和技术要求》，由具有“视觉健康舒适度”项目CMA检测资质的北京阳明智道光电科技有限公司实验中心对被试个体进行第三方检测测试。经测试，配装本系统的显示器的视觉健康舒适度值(VICO)为1.91，而未配装本系统的显示器的视觉健康舒适度值(VICO)为2.36，即配装本系统的显示器较普通显示器可有效降低人眼视觉疲劳近23％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种亮度实时调节方法，其特征在于，所述方法基于一种亮度实时调节显示屏系统，所述系统包括：包括显示屏、单片机模块、人体感应模块、亮度采集模块及亮度调节模块，所述单片机模块包括处理器模块、存储模块及计时模块；所述人体感应模块、亮度采集模块及亮度调节模块分别与所述处理器模块相连，所述亮度调节模块与显示屏相连；所述存储模块用于存储亮度控制曲线，所述人体感应模块用于检测用户是否位于显示屏的显示区域中，所述计时模块用于获取用户对显示屏的实际使用时长，所述亮度采集模块采集外界环境的亮度值，所述亮度调节模块在处理器模块控制下调节显示屏的输出亮度；

所述方法包括以下步骤：

S1、获得显示屏系统内置的亮度控制曲线；

获得的显示屏系统内置的亮度控制曲线为多组，不同的亮度控制曲线对应于不同屈光度的人群；

S2、确定用户对显示屏系统的实际使用时长：采用人体感应模块检测用户是否位于显示屏系统的显示区域中，若用户位于显示屏系统的显示区域中，则显示屏系统计时；

S3、根据用户对显示屏系统的实际使用时长，对应所述亮度控制曲线以确定显示屏系统所欲输出的理想亮度值；

S4、采集外界环境的亮度值，根据理想亮度值与外界环境的亮度值间的差值确定所要实际输出的亮度值；

步骤S4具体为：考虑最终进入人眼的光线亮度为显示屏亮度与外界照明环境亮度的叠加，因此有

L=L1+L2;

其中L为适宜人眼的亮度，L1为显示屏亮度，L2为外界照明环境亮度，因此显示屏输出亮度与时间t的关系曲线为

,L1＞Lm；

其中Lm为保证人眼看清显示屏的最小亮度值，θ1、θ2、θ01、θ02为常数。

2.如权利要求1所述的一种亮度实时调节方法，其特征在于：步骤S1与步骤S2之间还包括选择亮度控制曲线的步骤，显示屏系统的显示屏输出视力表供用户测试，用户根据测试结果选择适合自身的亮度控制曲线。

3.如权利要求1所述的一种亮度实时调节方法，其特征在于，步骤S2中，当用户离开显示屏系统显示区域，显示屏系统停止计时；当用户离开显示屏系统显示区域超过设定时间，显示屏系统控制其显示屏熄屏，计时时间清零。

4.如权利要求1所述的一种亮度实时调节方法，其特征在于：所述系统还包括与所述处理器模块相连的按键模块，所述存储模块中存储的亮度控制曲线为多组，所述按键模块用于选择所需的亮度控制曲线对应的档位。

5.如权利要求4所述的一种亮度实时调节方法，其特征在于：所述系统还包括与所述处理器模块相连的指示灯，所述指示灯用于指示当前所选择的亮度控制曲线对应的档位。

6.如权利要求1-5任一项所述的亮度实时调节方法，其特征在于：所述系统还包括与所述处理器模块相连的蓝牙模块，所述蓝牙模块与通讯终端的APP相连接，将处理器模块接收到的数据传送到通讯终端中的APP进行显示，并将APP中的设置传送给处理器模块。

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