CN113125127A

CN113125127A - 基于人眼视觉的光学场景模拟方法及装置

Info

Publication number: CN113125127A
Application number: CN202110464593.7A
Authority: CN
Inventors: 张冬冬; 徐盈; 韩杨; 李颖之
Original assignee: Dongfeng Motor Corp
Current assignee: Dongfeng Motor Corp
Priority date: 2021-04-26
Filing date: 2021-04-26
Publication date: 2021-07-16

Abstract

本发明属于汽车测试领域，公开一种基于人眼视觉的光学场景模拟方法及装置，建立半径为R的半球模型，获取以圆心为基点的半球面中的光照数据；将待测物置于半球光学场景内，调整待测物的位置，使得人眼与球心重合；根据S1中的光照数据，通过半球型光学场景模拟不同角度、时间下的光照，并对待测物进行评价。本发明基于人眼视觉，来模拟和构建真实太阳或阴天工况光学场景，摆脱季节和天气的限制。

Description

基于人眼视觉的光学场景模拟方法及装置

技术领域

本发明属于汽车测试领域，具体地说是基于人眼视觉的光学场景模拟方法及装置。

背景技术

当今汽车内饰发展有两个趋势，一个是车载显示屏越来越大、越来越多，另一个是装饰件、浅色件越来越丰富，所以车辆的科技感、品质感越来强，越来越受到用户的喜欢。但是，一个不容忽视的问题是，显示屏或高亮件在强光下带来的反光炫目的影响，对驾驶员的行车安全造成极大隐患，还有一些浅色件在前风挡或者侧风窗上的虚像炫目也对驾驶员视野造成了困扰。

中国专利“评估车载显示屏反光炫目的装置及方法”，公开号CN105843714A，公开日2016.08.10，提供了评估车载显示屏反光炫目的装置及方法，其中评估装置包括适于固定至车辆的内部空间的底座；适于固定各种尺寸的显示屏的安装座；以及连接在所述底座与所述安装座之间的多自由度调节机构，所述多自由度调节机构能调节并锁定所述安装座相对于所述底座的相对位置。根据本发明的装置和方法有效协助车载显示屏的设计和改装，最大化地减小由于车载显示屏的反光炫目对驾驶员的影响。评估车载显示屏反光炫目的方法，包括以下步骤：a.提供上述评估车载显示屏反光炫目的装置；b.将显示屏固定至安装座，将所述底座固定至汽车的内部空间，通过所述多自由度调节机构将所述显示屏调节至第一工况；c.从固定的视点位置采集所述显示屏上的反光区域并计算所述反光区域所占的面积比；d.记录所述第一工况的位置坐标和所述面积比。

中国专利“场发射光源”，公开号CN111524786A，公开日2020.08.11，涉及一种小型场发射光源，其可以使用晶圆级水平制造的概念以低成本大量制造。

总而言之，不同光学场景下，汽车的反光炫目和虚像炫目是一个亟需解决的问题，但是，在汽车的开发周期中，在实车初期验证阶段，有可能刚好不在夏季(最大太阳的工况)，无法进行实车初期阶段的有效验证；一旦进入实车中后期阶段，又错过了最佳的夏季验证工况，给项目投放市场带来了极大的设计风险。

发明内容

针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种摆脱时间节点的限制，在任意时间可对开发车型进行大太阳工况下反光炫目\虚像炫目的验证的基于人眼视觉的光学场景模拟方法及装置。

为了达到上述目的，本发明设计的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，包括以下步骤：

S1，建立半径为R的半球模型，获取以圆心为基点的半球面中的光照数据；

S2，将待测物置于半球光学场景内，调整待测物的位置，使得人眼与球心重合；

S3，根据S1中的光照数据，通过半球型光学场景模拟不同角度、时间下的光照，并对待测物进行评价。

优选的，S1中，建立半球模型的步骤为：

A)设置模拟眼点，构建以模拟眼点为球心、半径为R的半球；

B)将太阳光和\或环境光对人眼产生的视觉特征映射到上述半球上；

优选的，S1中，所述光照数据包括环境光强数据和太阳光强数据。

进一步优选的，获取环境光强数据的方法为：

1)将半球面等分n个模拟光源面；每个模拟光源面的中心与球心的连线与XY面的夹角为α，与XZ面的夹角为β，得到n组(α，β)；

2)在光源面中心设置光强测量仪；

3)移动光强测试仪的位置，按照时间顺序记录同一时间点下不同(α，β)的光强。

进一步优选的，获取太阳光强数据的方法为：

2)在光源面的中心设置光强测量仪；

3)移动光强测试仪的位置，

a)按照时间顺序，记录同一时间点下，下球心、光强测量仪、太阳在一条直线上的太阳光强；

b)按照时间顺序，记录同一时间点下不同(α，β)的光强。

更进一步优选的，在记录太阳光强的同时，设置一个参照记录太阳的视觉大小。

再更进一步优选的，所述参照为设在模拟光源面上与太阳同心的圆环。

优选的，S2中，人眼位置通过摄像头捕捉人眼位置。

优选的，S3中，通过一个或多个曲面模拟光源组合模拟光照。

基于人眼视觉的光学场景模拟装置，其特征在于：包括平台、球形光学场景、控制器；

所述平台位于半球形光学场景的大圆上；所述平台中心设有承载待测物的承载台，所述承载台能在X\Y\Z方向移动；

所述球形光学场景内壁上设有模拟光照的光源模拟区；所述光源模拟区设有一个或多个光源模拟装置；

所述控制器控制承载平台在X\Y\Z轴上的移动方向和距离，以及控制光源模装置的光强。

优选的，还包括识别人眼的位置的摄像机，所述控制器根据识别的位置控制承载平台在X\Y\Z轴上的移动方向和距离使得人眼与球形光学场景的球心重合。

本发明的有益效果是：本发明建立了可模拟真实太阳或阴天工况的半球形光学场景，摆脱时间节点的限制，在任意时间可对开发车型进行大太阳工况下反光炫目\虚像炫目的验证，基于前述人眼视觉的光学参数，可自动调节和模拟不同时间、不同方向的大太阳工况，达到精准模拟的效果，并可进一步进行开发车型反光\虚像炫目的风险评估和及时改进。

本发明基于人眼视觉，来模拟和构建真实太阳或阴天工况光学场景，摆脱季节和天气的限制。

附图说明

图1是本发明的半球形光学场景原理图。

图2是基于图1半球形光学场景，采集人眼视觉相关光学参数的装置示意图。

图3是基于图2采集装置拍摄的环形物与太阳的大小关系图。

图4是本发明构建出的光学场景模拟装置示意图。

图5是本发明生成太阳或阴天光学场景的调节程序。

图中；1、模拟眼点；2、太阳；3、半球；4、模拟光源面；5、模拟光源面中心点；6、伸缩杆；7、摄像机；8、圆环；9、光强测量仪；10、驾驶员眼点；11、球形光学场景；12、模拟光源装置；13、车辆承载平台；14、控制器。

具体实施方式

下面通过图1～图5以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，基于人眼视觉，模拟真实太阳或阴天工况的半球形光学场景原理图。模拟眼点1感受到的光，分别来自于太阳2和环境光，其中，太阳光较强且呈特定的方向性，而环境光相对较弱且光线无特定方向。太阳工况下，环境光和太阳光二者同时存在；而阴天工况下，仅有环境光存在。该半球形光学场景原理为：构建以模拟眼点为球心，半径为R的半球3，将太阳光和环境光对人眼产生的视觉特征映射到该半球3上。也就是说，在该半球3上建立等效于太阳光和环境光的多个密集光源面，包括视觉感知到的光强、光线方向以及太阳大小等，从而可以模拟和取代真实环境的太阳光和环境光。其中，模拟光源面4是半球3上的其中一个模拟光源，模拟光源面越多，模拟精度越高。

如图2所示，基于图1所述半球形光学场景，提出一套采集人眼视觉相关光学参数的装置。以上述模拟光源面4的构建过程为例来进行说明：模拟眼点1为球心与模拟光源面中心点5的距离为半径R；相应地，伸缩杆6的长度即为R，可利用伸缩杆6来实现半径R的长度可调节。此外，模拟光源面中心点5相对坐标系的位置由三要素确定，分别是半径R、伸缩杆6与XY平面的夹角α、以及伸缩杆6与XZ平面的夹角β，即(R，α，β)可确定半球3上的任意一点。进一步地，采集太阳工况下的人眼视觉光学参数，首先，将伸缩杆6通过(R，α，β)的调整，调至正朝向太阳，其判断依据为伸缩杆在地面上呈无影状态；其次，在模拟眼点1的位置设置摄像机7，来模拟人眼的视角，其镜头方向沿着伸缩杆6朝向太阳2；然后，在点5的位置设置光强测量仪9来采集点5处的光线强度；同时在点5的位置设置圆环8，圆环8的法线方向沿着伸缩杆朝向太阳2，通过摄像机7来拍摄圆环8和太阳2在同一画面上。

如图3所示，为上述摄像机7模拟人眼视觉，拍摄到的圆环8与太阳2的大小关系图。因为圆环8的大小已知，假定其面积为S_圆环，通过画面的比例关系，进而可得到太阳2的人眼视觉的大小，假定为S_太阳。为基于上述装置采集到的，各个时刻点的光学参数集：首先，选择阴天工况，通过等分半球面，得到n个模拟光源面，将每个模拟光源面的中心与模拟眼点相连，得到n组(α，β)，根据n组(α，β)的大小来调节伸缩杆6的位置，进一步可获得阴天工况下的、各个时刻点的、各个模拟光源面的光强参数值。其次，选择太阳工况，先在早7点时，根据图2所述将伸缩杆6调整至正对太阳直至伸缩杆在水平面上呈无影状态，于是得到了太阳位置处的模拟光源面的光强X_太阳，同时通过拍照比较，可得到太阳的视觉大小S_太阳；移动光强测量仪9的位置，可以获得太阳工况下的、各个时刻点的、各个模拟光源面的光强参数值。接下来，在早8点至晚19点依次重复上述步骤，于是就得到了所有的包括太阳在内的模拟光源面的光强以及太阳大小、太阳不在内的模拟光源的光强。将光照数据整理成下表一。

表一

如图4所示，为基于采集装置而采集到的相关光学参数，进而构建的光学场景模拟装置示意图。该装置主要由球形光学场景11、平台、承载待测车辆的评价车辆承载平台13、控制器14、以及捕捉眼点位置的摄像装置等构成，评价车辆承载平台13位于平台中心。其中，球形光学场景11由多个类似于曲面模拟光源装置12拼接而成，每个曲面均有多个光源点组成，每个光源的光强均能由控制器14进行光照强度的调节，且每个光源点选择覆盖人眼可见光380～780nm的波段。其中，评价车辆承载平台13可实现X\Y\Z平移及绕Z轴旋转，也由控制器14进行控制。其中，捕捉眼点的摄像装置放置于车内，可将捕捉到的人眼三坐标位置传输给控制器14。其中，控制器14中，已录入表一中的的阴天、太阳所采集到的光学参数表。

如图5所示，为使用图4的光学场景模拟装置的流程方法示意图。首先，由评价人员进入待评车辆，调至其驾驶位置。其次，利用摄像装置对驾驶员眼点10进行位置捕捉，并输出给控制器14，控制器14计算出其相对于球形圆心的三坐标差值；进一步地，控制器14基于差值对车辆承载平台12进行X\Y\Z三坐标的调整，直至驾驶员眼点10与球心重合。

可选择进行阴天工况评价：第一步，控制器14根据表一所采集到的某一时刻点的光强参数X1、X2…Xn，进而调节各个模拟光源装置至相应的光照强度；第二步，在该时刻的阴天光强下，可根据需要旋转车辆承载平台13，进而实现不同光照角度的模拟；第三步，选择下一个时刻点的光强参数X1、X2…Xn，重复第一、第二步骤，进而可完成阴天工况的调节及车辆评价。

可选择进行太阳工况评价：第一步，控制器14根据表一所采集到的某一时刻的太阳大小S_太阳及太阳光强参数X_太阳，进而调节相对应的光源模拟装置区域——可以是一个光源模拟装置中的圆形区域、也可以是多个光源模拟装置组合而成的圆形区域——的光照强度调整至目标值X_太阳。第二步，控制器14根据图4所采集的除太阳之外的各个模拟光源参数X1’、X2’…Xn’，进而调节各个光源模拟装置至相应的光照强度，以上两个步骤就模拟出了该时刻下真实的太阳光照效果。第三步，在该时刻的太阳光强下，可根据需要旋转车辆承载平台13，进而实现不同光照角度的模拟；第四步，选择下一个时刻点的光强参数太阳大小S太阳、太阳光强参数X太阳以及非太阳区域的光强参数X1’、X2’…Xn’，重复第一、第二、第三步骤，进而可完成太阳工况的调节及车辆评价。

本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于人眼视觉的光学场景模拟方法，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，其特征在于：S1中，建立半球模型的步骤为：

A)设置模拟眼点，构建以模拟眼点为球心、半径为R的半球；

B)将太阳光和\或环境光对人眼产生的视觉特征映射到上述半球上。

3.根据权利要求1或2所述的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，其特征在于：S1中，所述光照数据包括环境光强数据和太阳光强数据。

4.根据权利要求3所述的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，其特征在于：获取环境光强数据的方法为：

2)在光源面中心设置光强测量仪；

5.根据权利要求3所述的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，其特征在于：获取太阳光强数据的方法为：

2)在光源面的中心设置光强测量仪；

3)移动光强测试仪的位置，

b)按照时间顺序，记录同一时间点下不同(α，β)的光强。

6.根据权利要求5所述的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，其特征在于：在记录太阳光强的同时，设置一个参照记录太阳的视觉大小。

7.根据权利要求1所述的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，其特征在于：S2中，人眼位置通过摄像头捕捉人眼位置。

8.根据权利要求1所述的基于人眼视觉的光学场景模拟方法，其特征在于：S3中，通过一个或多个曲面模拟光源组合模拟光照。

9.基于人眼视觉的光学场景模拟装置，其特征在于：包括平台、球形光学场景、控制器；

10.根据权利要求9所述的基于人眼视觉的光学场景模拟装置，其特征在于：还包括识别人眼的位置的摄像机，所述控制器根据识别的位置控制承载平台在X\Y\Z轴上的移动方向和距离使得人眼与球形光学场景的球心重合。