CN110572917A - 一种微环境光线亮度调节方法及系统 - Google Patents

一种微环境光线亮度调节方法及系统 Download PDF

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Abstract

一种微环境光线亮度调节方法及系统属于图像处理、数据采集等技术领域；该系统通过摄像头采集人眼图像信号并传入计算机进行处理，然后判断人眼是否注视于屏幕以及人眼的疲劳程度，并通过编程对屏幕亮度进行调节；将微型光照传感器、红外距离传感器、控制单元与摄像头集成为一个整体，将其夹持于显示器上方屏幕中央处，利用照度传感器、红外距离传感器计算人与显示器的距离，得到人所在位置的工作平面的照度，通过控制单元对外部照明设备进行亮度调节，并控制当前工作平面的照度在小范围内波动；当红外距离传感器检测到人距离显示器超过85CM时将关闭系统，反之则启动该系统，从而达到节约电能的目的。

Description

一种微环境光线亮度调节方法及系统
技术领域
本发明涉及一种微环境光线亮度调节方法及系统属于图像信号处理、数据采集等技术领域。
背景技术
随着生活水平的提高，人们越来越重视生活质量，如今学生的个人笔记本电脑以及办公室电脑的普及率也越来越高。然而，这些电子产品给我们的精神生活带来富足与工作带来便捷的同时也给我们的健康带来了隐患，随着电脑在工作，生活中的普及，人们经常长时间使用电脑，从而感觉眼睛干涩不舒服，甚至会出现干燥，怕光，视力模糊等症状，这些症状不是病理引起的，而是由于用眼不当所致。长期眼睛疲劳会导致神经高度紧张，会使眼睛发胀以及视神经功能慢性减退等症状。眨眼动作的减少，使眼球表面的泪液蒸发过多，且来不及得到及时的补充，久而久之则会引起眼球表面的炎症。尽管用眼不当的危害这么多，但是在日常工作学习生活中，人们还是会经常长时间使用电脑，而忘记电脑辐射给眼睛带来的伤害，忽视对眼睛的保护致使眼睛没有得到充分的休息，导致眼部问题逐年发生。因此对眼睛的保护与提醒就显得尤为重要。
发明内容
本发明涉及一种微环境光线亮度调节方法及系统，尽可能的解决在上述背景技术中所提到的相关问题，从而达到该发明的系统设计能够帮助人们保护眼睛，并且通过控制系统的智能开关在一定程度上达到节约电能的效果。
本发明的目的是这样实现的：
一种微环境光线亮度调节方法及系统，其特征在于包括：计算机、摄像头、控制单元、微型光照传感器(QYCG-11)、红外距离传感器，USB数据线，外部照明设备；
将摄像头、微型光照传感器(QYCG-11)、红外距离传感器、集成为一个信号采集模块，并将该模块夹持于计算机的显示器上方位于屏幕中央处；在该模块中，微型光照传感器(QYCG-11)置于距摄像头左侧水平距离5CM处，红外距离传感器置于距摄像头右侧水平距离为2CM，整个模块由计算机通过USB数据线为其供电；控制单元与外部照明设备连接，对照明设备进行亮度控制。
所述的一种微环境光线亮度调节方法及系统，其包括以下步骤：
步骤一、将摄像头、微型光照传感器(QYCG-11)、红外距离传感器组成的信号采集模块夹持于显示器上方，位于屏幕中央处，信号采集模块整体封装在一个盒子里，其长为10cm，宽5cm，高为3cm；
步骤二、摄像头将采集到的图像信号通过计算机利用色彩度比例模型定位、检测人脸图像信号，并将提取到的人脸图像信号传入计算机处理，其中所用色彩度比例模型的公式如下：
Y＝0.3R+0.588G+0.115B+128
Cb＝0.1688R-0.3314G+0.4998B+12
Cr＝0.4998R-0.4187G-0.813B+128
其中R、G、B为颜色空间中红绿蓝3个颜色通道的颜色值。
步骤三、计算机处理获取图像顶点矩阵，通过以下公式，提取图像的边界坐标点：
其中A为封闭曲线在平面上围成的面积，P(x,y),Q(x,y)为曲线的在平面上的投影函数，通过计算该曲线积分，从而简化计算提高定位人眼的速度。
步骤四、计算机通过对人眼图像的处理分析，并重复步骤二和步骤三检测人眼是否注视于屏幕并判断人眼的疲劳程度，发出预处理指令C；
步骤五、电脑程序中定义照度控制函数并将步骤四的预处理指令C计算成相应的数值M传入照度控制函数完成屏幕亮度调节具体为：
S501、定义SetBrightness(HDC hdc，int FacVal)为亮度调节函数，控制量intMednum，循环条件变量int Btrol，定义亮度有效值数组WORD Arr[3][256]；
S502、hdc＝NULL，FacVal＝M，Btrol＝0；
S503、判断是否Btrol小于256，如果：
否，进入步骤S508，
是，进入步骤S504，
S504、Mednum＝(FacVal％256+128)*Btrol；
S505、判断是否Mednum大于65535，如果：
否，进入步骤S506；
是，Mednum＝65535，
S506、Arr[0][Btrol]＝Arr[1][Btrol]＝Arr[2][Btrol]＝Mednum；
S507、进入步骤S503；
S508、SetDeviceGammaRamp(HGammaDC，Arr[3][256])；
所述的一种微环境光线亮度调节方法及系统，其包括以下步骤：
步骤一、若摄像头在一段时间内检测到人的视线不在计算机屏幕上时，微型光照传感器(QYCG-11)将采集的数据进行照度计算以及通过红外距离传感器计算出人与显示器的距离；
步骤二、根据步骤一所得的两方面数据计算出人所在位置的工作平面的照度，将信号传给控制单元(3)处理后再对外部照明设备(7)进行亮度调节；
步骤三、实时检测工作区照度值，控制所在工作平面的照度在一定范围内，从而达到在不用电脑的情况下读书写字等情况的亮度需求，具体控制算法为：
S301、设e为系统预设值与实际值的差值，u为系统的输出控制信号；KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，采样周期为T；
S302、根据计算△un＝un-un-1；
S303、并设 得到KP(en-en-1)+KIen+KD(en-2en-1+en-2)；
S304、设KP＝10，TI＝60秒，TD＝5秒，T＝5秒，计算：un＝un-1+△un；
1.所述的，一种微环境光线亮度调节方法及系统，其利用了红外距离传感器进行探测，当红外距离传感器(5)检测到人距离显示器超过85CM时将关闭系统，反之则启动系统，从而达到智能开关系统和节约电能的目的。
本发明的有益效果是：
(1)本发明一种微环境光线亮度调节方法及系统将摄像头提取的人眼图像信号反馈给电脑处理，使电脑自调节屏幕亮度，二者构成了一个自我控制屏幕亮度的系统，替代了传统手动调节屏幕亮度的方式。
(2)本发明一种微环境光线亮度调节方法及系统，考虑到以曲线积分代替曲面积分的原理，提取图像的边界坐标并形成曲线，计算目标曲线积分，从而提高定位人眼的速度。
(3)结合上述添加的设备构成的一个综合系统，在一定程度上能够智能地自我调节，并且由于系统是实时检测，在无人的情况下，该系统会降低所用设备功耗并且可以自动开关系统，在一定程度上达到节约电能源的目的。
附图说明
图1.一种微环境光线亮度调节方法及系统的设计原理框图
图2.一种微环境光线亮度调节方法及系统的信号采集模块
图3.一种微环境光线亮度调节方法及系统的空间结构布放图
具体实施例
现在结合附图对本发明作进一步的详细说明。该附图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
具体实施例一
本实施例的一种微环境光线亮度调节方法及系统，设计原理框图如图1所示，将微型光照传感器(QYCG-11)、红外距离传感器、控制单元与摄像头集成为一个整体，在组成的模块中，将微型光照传感器(QYCG-11)置于距摄像头左侧且水平距离为5CM处，将红外距离传感器置于摄像头置于右侧的，且距摄像头的水平距离为2CM处，信号采集模块如图2所示；将其整体夹持于计算机的显示器上方，并位于屏幕中央处，空间结构布放图如图3所示，其中摄像头通过USB数据线接入计算机机箱USB口，由微型光照传感器、红外距离传感器、控制单元组成的信号采集模块由USB数据线接入计算机机箱USB口，由计算机为该系统供电，控制单元与外部照明设备连接，对照明设备进行亮度控制。
所述的，一种微环境光线亮度调节方法及系统，包括以下步骤：
步骤一、将由摄像头及其他传感器组成系统夹持于显示器上方屏幕中央处；
步骤二、摄像头将采集到的图像信号通过计算机利用色彩度比例模型定位、检测人脸图像信号，并将提取到的人脸图像信号传入计算机处理，其中所用色彩度比例模型的公式如下：
Y＝0.3R+0.588G+0.115B+128
Cb＝0.1688R-0.3314G+0.4998B+12
Cr＝0.4998R-0.4187G-0.813B+128
其中R、G、B为颜色空间中红绿蓝3个颜色通道的颜色值。
步骤三、计算机处理获取图像顶点矩阵，基于曲线积分代替曲面积分的原理提取图像的若干个边界坐标点，通过公式：
其中A为封闭曲线在平面上围成的面积，P(x,y),Q(x,y)为曲线的在平面上的投影函数，通过计算该曲线积分，从而简化计算提高定位人眼的速度。步骤四、计算机过对人眼图像信号处理分析，并重复步骤b，c检测人眼是否注视于屏幕，判断人眼的疲劳程度；
步骤五、电脑程序中定义照度控制函数并将步骤四的预处理指令C计算成相应的数值M传入照度控制函数完成屏幕亮度调节具体为：
S501、定义SetBrightness(HDC hdc，int FacVal)亮度调节函数，控制量intMednum，循环条件变量int Btrol，定义亮度有效值数组WORD Arr[3][256]；
S502、hdc＝NULL，FacVal＝M，Btrol＝0；
S503、判断是否Btrol小于256，如果：
否，进入步骤S508，
是，进入步骤S504，
S504、Mednum＝(FacVal％256+128)*Btrol；
S505、判断是否Mednum大于65535，如果：
否，进入步骤S506；
是，Mednum＝65535，
S506、Arr[0][Btrol]＝Arr[1][Btrol]＝Arr[2][Btrol]＝Mednum；
S507、进入步骤S503；
S508、SetDeviceGammaRamp(HGammaDC，Arr[3][256])；
具体实施例二
本实施例的一种微环境光线亮度调节方法及系统，在具体实施例一的基础上，包括以下步骤：
步骤一、若摄像头在一段时间内检测到人的视线不在计算机屏幕上时，微型光照传感器(QYCG-11)将采集的数据进行照度计算以及通过红外距离传感器计算出人与显示器的距离；
步骤二、由步骤一得到两方面数据计算出所在位置的工作平面的照度，将信号传给控制单元处理后再对外部照明设备进行亮度调节；
步骤三、实时检测工作区照度值，控制所在工作平面的照度在一定范围内，从而达到在不用电脑的情况下读书写字等情况的亮度需求，具体控制算法：
S301、设e为系统预设值与实际值的差值，u为系统的输出控制信号；KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，采样周期为T；
S302、根据计算△un＝un-un-1；
S303、并设 得到KP(en-en-1)+KIen+KD(en-2en-1+en-2)；
S304、设KP＝10，TI＝60秒，TD＝5秒，T＝5秒，通过计算当前控制输出量：un＝un-1+△un，从而控制照度值在一定范围内。
具体实施例三
本实施例的一种微环境光线亮度调节方法及系统，在具体实施例二的基础上，利用了红外距离传感器进行探测，当红外距离传感器检测到人距离显示器超过85CM时将关闭系统，反之则启动系统，从而达到智能开关系统和节约电能的目的。
一种微环境光线亮度调节方法及系统。在本发明的描述中，仅是为了便于简单描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作以及设计，因此不能理解为对本发明的限制。此外，需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此，本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

Claims (4)

1.一种微环境光线亮度调节方法及系统，其特征在于包括：计算机(1)、摄像头(2)、控制单元(3)、微型光照传感器(QYCG-11)(4)、红外距离传感器(5)，USB数据线(6)，外部照明设备(7)；将摄像头(2)、微型光照传感器(QYCG-11)(4)、红外距离传感器(5)、集成为一个信号采集模块，并将该模块夹持于计算机(1)的显示器上方位于屏幕中央处；在该模块中，微型光照传感器(QYCG-11)(4)置于距摄像头(2)左侧水平距离5CM处，红外距离传感器(5)置于距摄像头(2)右侧水平距离为2CM，整个模块由计算机(1)通过USB数据线(6)为其供电；控制单元(3)与外部照明设备(7)连接，对照明设备进行亮度控制。
2.根据权利要求书1所述的，一种微环境光线亮度调节方法及系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、将摄像头(2)、微型光照传感器(QYCG-11)(4)、红外距离传感器(5)组成的信号采集模块夹持于显示器上方，位于屏幕中央处，信号采集模块整体封装在一个盒子里，其长为10cm，宽5cm，高为3cm；
步骤二、摄像头(2)将采集到的图像信号通过计算机利用色彩度比例模型定位、检测人脸图像信号，并将提取到的人脸图像信号传入计算机(1)处理，其中所用色彩度比例模型的公式如下：
Y＝0.3R+0.588G+0.115B+128
Cb＝0.1688R-0.3314G+0.4998B+12
Cr＝0.4998R-0.4187G-0.813B+128
其中R、G、B为颜色空间中红绿蓝3个颜色通道的颜色值；
步骤三、计算机(1)处理获取图像顶点矩阵，通过以下公式，提取图像的边界坐标点：
其中A为封闭曲线在平面上围成的面积，P(x,y),Q(x,y)为曲线的在平面上的投影函数，通过计算该曲线积分，从而简化计算提高定位人眼的速度；
步骤四、计算机(1)通过对人眼图像的处理分析，并重复步骤二和步骤三检测人眼是否注视于屏幕并判断人眼的疲劳程度，发出预处理指令C；
步骤五、电脑程序中定义照度控制函数并将步骤四的预处理指令C计算成相应的数值M传入照度控制函数完成屏幕亮度调节具体为：
S501、定义SetBrightness(HDC hdc，int FacVal)为亮度调节函数，控制量intMednum，循环条件变量int Btrol，定义亮度有效值数组WORD Arr[3][256]；
S502、hdc＝NULL，FacVal＝M，Btrol＝0；
S503、判断是否Btrol小于256，如果：
否，进入步骤S508；
是，进入步骤S504；
S504、Mednum＝(FacVal％256+128)*Btrol；
S505、判断是否Mednum大于65535，如果：
否，进入步骤S506；
是，Mednum＝65535；
S506、Arr[0][Btrol]＝Arr[1][Btrol]＝Arr[2][Btrol]＝Mednum；
S507、进入步骤S503；
S508、SetDeviceGammaRamp(HGammaDC，Arr[3][256])。
3.根据权利要求书1所述的，一种微环境光线亮度调节方法及系统，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、若摄像头(2)在一段时间内检测到人的视线不在计算机(1)屏幕上时，微型光照传感器(QYCG-11)(4)将采集的数据进行照度计算以及通过红外距离传感器(5)计算出人与显示器的距离；
步骤二、根据步骤一所得的两方面数据计算出人所在位置的工作平面的照度，将信号传给控制单元(3)处理后再对外部照明设备(7)进行亮度调节；
步骤三、实时检测工作区照度值，控制所在工作平面的照度在一定范围内，从而达到在不用电脑的情况下读书写字等情况的亮度需求，具体控制算法：
S301、设e为系统预设值与实际值的差值，u为系统的输出控制信号；KP为比例系数，TI为积分时间常数，TD为微分时间常数，采样周期为T；
S302、根据计算△un＝un-un-1；
S303、并设 得到KP(en-en-1)+KIen+KD(en-2en-1+en-2)；
S304、设KP＝10，TI＝60秒，TD＝5秒，T＝5秒，计算：un＝un-1+△un。
4.根据权利要求书1所述的，一种微环境光线亮度调节方法及系统，其特征在于：当红外距离传感器(5)检测到人距离显示器超过85CM时将关闭系统，反之则启动系统，从而达到智能开关系统和节约电能的目的。
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