CN109613634B - 一种模拟人眼光瞳调节系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟人眼光瞳调节系统及其控制方法，在现有技术瞳孔直径的计算中增加了发光区域视角大小以及亮度区域在视野中的位置这些因素，并因此引入了有效角膜通量密度的概念，利用高斯函数影响因子来对角膜通量密度计算进行校正，提高了瞳孔直径计算的精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟人眼光瞳调节系统及其控制方法，属于显示器件测量领域。
背景技术
随着显示技术的高速发展，光环境的组成也越来越多样化，研究人眼对光环境的感知是非常有意义的工作。人眼对于光环境的感知包括亮度、照度、光谱以及动态响应等等，其中对于亮度的感知也是最重要的。人眼对显示亮度的实际感知，会受环境光的影响，而环境光对人眼的直接影响是会引起瞳孔大小的变化，而现有设备中没有能够匹配人眼瞳孔变化规律的光阑。
发明内容
发明目的：本发明提出一种模拟人眼光瞳调节系统。
技术方案：本发明采用的技术方案为一种光瞳调节系统控制方法，包括以下步骤：
1)计算有效角膜通量密度；
2)根据上一步得到的有效角膜通量密度计算光瞳的瞳孔直径；
3)瞳孔直径调节至步骤2)计算所得的瞳孔直径。
所述步骤1)中有效角膜通量密度F计算公式如下：
其中F为有效角膜通量密度，单位为cd/m2*deg2，L为亮度，单位为cd/m2，x为水平方向坐标，y为垂直方向坐标。
所述步骤2)中按照下式计算光瞳的瞳孔直径D：
式中D为瞳孔直径，单位为mm，F为有效角膜通量密度，单位为cd/m2*deg2。
一种模拟人眼光瞳调节系统，括主机，以及分别与主机连接的亮度测量模块和光瞳模块，所述主机调整光瞳模块的机械光阑直径。
所述亮度测量模块的水平方向视角为120°，垂直方向视角为90°。
所述光瞳模块的变化范围为2～8mm。
有益效果：本发明在现有技术瞳孔直径的计算中增加了发光区域视角大小以及亮度区域在视野中的位置这些因素，并因此引入了有效角膜通量密度的概念，利用高斯函数影响因子来对角膜通量密度计算进行校正，提高了瞳孔直径计算的精度。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为基于人眼视场角范围示意图；
图3为本发明中瞳孔直径与有效角膜通量密度关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等同形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示，本实施例模拟人眼的光瞳调节系统包括亮度测量模块1，光瞳模块3以及与两模块连接的主机2。亮度测量模块1获得环境的亮度分布数据，其在测量时按照人眼的视野范围进行数据记录，水平方向视角120°，垂直方向视角90°。亮度测量模块1得到的环境亮度分布数据发送至主机2，主机2利用以下所述的算法首先计算有效角膜通量密度F。
随着亮度增大，瞳孔直径自然减小，并且随着亮度增大瞳孔直径减小的趋势也逐渐变平缓。而在亮度相同的情况下，发光面占据的视角越大，对应的瞳孔直径越小，并且随着视角增大瞳孔直径的减小趋势也逐渐变平缓。角膜通量密度是亮度与发光面面积的乘积，这里的面积是指视野面积，即发光区域在视场中的面积。现有技术中计算角膜通量密度与瞳孔直径之间关系的方法并不适用于视野外围存在的亮度区域，因此本实施例对角膜通量密度进行了处理，引入有效角膜通量密度的概念，将视野外围的角膜通量密度附加一个衰减因子做等效处理后与中心角膜通量密度叠加。高斯函数
的形式作为衰减因子，其中σ值为调整系数，最优取值为12.4，具体计算如下：
其中F为有效角膜通量密度，单位为cd/m2*deg2，L为亮度，单位为cd/m2，x为水平方向坐标，y为垂直方向坐标。
光瞳模块3的瞳孔直径随有效角膜通量密度F的大小而变化，具体的变化规律根据实验结果拟合得到。首先平面亮度计对电视机显示的亮度进行校正，保证图像的亮度满足测试亮度档位。然后被试者位于放置有电视机、平面亮度计以及红外眼动仪的暗室中，面对电视机观察电视机上显示的不同亮度的测试图像。被试者在观察测试图像时红外眼动仪记录下被试者瞳孔的变化。实验得到亮度分布和瞳孔直径的数据，再按照前述有效角膜通量密度F的计算公式计算得到有效角膜通量密度F，具体如图3中的数据点所示，拟合即可得到图3中的曲线，该曲线拟合关系为：
式中D为瞳孔直径，单位为mm，F为有效角膜通量密度，单位为cd/m2*deg2。
计算出对应亮度分布下的瞳孔直径后，主机2将数据传送给光瞳模块3，光瞳模块3根据从主机2接收到的数据，将机械光阑调整到相应的大小。所述光瞳模块3为机械可调节光瞳，其大小变化范围为2～8mm。
Claims (4)
1.一种光瞳调节系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）计算有效角膜通量密度；
2）根据上一步得到的有效角膜通量密度计算光瞳的瞳孔直径；
3）瞳孔直径调节至步骤2）计算所得的瞳孔直径；
所述步骤1）中有效角膜通量密度F计算公式如下：
其中F为有效角膜通量密度，单位为cd/m2*deg2，L为亮度，单位为cd/m2，x为水平方向坐标，y为垂直方向坐标；
所述步骤2）中按照下式计算光瞳的瞳孔直径D：
式中D为瞳孔直径，单位为mm，F为有效角膜通量密度，单位为cd/m2*deg2。
2.一种使用权利要求1所述光瞳调节系统控制方法的模拟人眼光瞳调节系统，其特征在于，包括主机（2），以及分别与主机（2）连接的亮度测量模块（1）和光瞳模块（3），所述主机（2）按照权利要求1所述控制方法调整光瞳模块（3）的机械光阑直径。
3.根据权利要求2所述的模拟人眼光瞳调节系统，其特征在于，所述亮度测量模块（1）的水平方向视角为120°，垂直方向视角为90°。
4.根据权利要求2所述的模拟人眼光瞳调节系统，其特征在于，所述光瞳模块（3）的变化范围为2~8mm。
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