ES2579777B1 - Gafas activas anti-deslumbramiento - Google Patents

Abstract

Las "gafas activas anti-deslumbramiento" son unas gafas de sol mejoradas mediante un dispositivo electrónico "inteligente". Cada cristal de las gafas está compuesto por una matriz de celdas, en las que se regula la opacidad de cada celda de modo dinámico, para obstruir el camino desde las fuentes luminosas deslumbrantes hasta los ojos del usuario, evitando el deslumbramiento. Estas gafas necesitan una o más pequeñas cámaras que miran hacia el frente y uno o más microprocesadores, que procesando las imágenes de las cámaras en tiempo real, calculen el nivel de opacidad que se debe aplicar a cada celda, de modo que el usuario pueda ver la imagen lo más clara posible y sin que sea deslumbrado.

Description

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D E S C R I P C I O N

GAFAS ACTIVAS ANTI-DESLUMBRAMIENTO

SECTOR DE LA TECNICA

El invento es un producto electronico que podria usarse de modo bastante generalizado, consiste basicamente en unas gafas de sol mejoradas mediante un dispositivo electronico “inteligente”, donde se combinan las siguientes tecno^as:

• Pantalla de cristal liquido (LCD = Liquid Crystal Display) de matriz activa. En estas gafas los cristales son sustituidos por este tipo pantalla.

• Proceso de imagenes.

• Optica.

Opcionalmente tambien se puede utilizar:

• Generation de modelos 3D por estereoscopia.

• Realidad virtual.

Tambien se podria interpretar que se usan tecnicas de realidad aumentada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

No existen antecedentes concretos de esta invention, ya que se combinan varias tecnologias existentes con un nuevo objetivo.

Algunos de los antecedentes de las tecnologias que se combinan en este invento son:

Pantalla de cristal liquido (LCD = Liquid Crystal Display) de matriz activa. Este dispositivo se aplica actualmente en pantallas de televisiones, ordenadores, etc. Para las gafas, la tecnologia necesaria es mas simple que la utilizada en las pantallas habituales, debido a que no se necesita gestionar colores, ni iluminar la pantalla. Solo se necesita una matriz de celdas en las que se controla dinamicamente la opacidad de cada celda.

Proceso de imagenes. Esta tecnologia existe desde hace mucho tiempo y con un buen microprocesador se pueden analizar y procesar en tiempo real las imagenes de las camaras.

Estereoscopia. Esta tecnica permite, localizando un punto en dos imagenes procedentes de

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camaras separadas, estimar su posicion en el espacio, si es un punto lejano se detecta solo la direccion y si esta cerca la direccion y una aproximacion de la distancia. Se utiliza en una de las variantes del invento.

Realidad virtual. Esta tecnologia permite manejar modelos 3D y generar vistas del modelo desde cualquier punto de vista. Se utiliza en una de las variantes del invento.

Realidad aumentada. Esta tecnica mezcla imagenes reales con imagenes o dibujos generados por ordenador haciendo uso de modelos 3D. La realidad aumentada ha servido de inspiration al invento pero no se utiliza del modo habitual.

Miniaturization. La tecnologia desarrollada para los telefonos inteligentes (smart-phones) permite que tanto las camaras como el procesador puedan tener un tamano razonablemente pequeno y asi el producto final pueda ser comodo de usar y estetico.

EXPUCACION DE LA INVENCION

Las “gafas activas anti-deslumbramiento” son unas gafas de sol mejoradas mediante un dispositivo electronico “inteligente”. Cada cristal de las gafas esta compuesto por una matriz de celdas, en las que se regula la opacidad de cada celda de modo dinamico, para obstruir el camino desde las fuentes luminosas deslumbrantes hasta los ojos del usuario, evitando el deslumbramiento. Estas gafas necesitan una o mas pequenas camaras que miran hacia el frente y uno o mas microprocesadores, que procesando las imagenes de las camaras en tiempo real, calculen el nivel de opacidad que se debe aplicar a cada celda, de modo que el usuario pueda ver la imagen lo mas clara posible y sin que sea deslumbrado.

Utilidad y ventajas

Estas gafas podrian ser utilizadas por conductores de vehiculos para evitar deslumbramientos. Durante el dia protegeria del sol, tanto directo como reflejado, y durante la noche protegeria de los faros de otros vehiculos. Esto haria mas comoda y segura la conduction. Tambien seria util para pilotos de aeronaves, evitando el deslumbramiento del sol directo o reflejado.

Otra ventaja adicional puede ser evitar deslumbramientos en casos excepcionales que afectan a todo el campo visual, como una explosion cercana o el uso de un puntero laser utilizado maliciosamente apuntando desde lejos a la ventana de un piloto o conductor.

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La sensacion de usar estas gafas sera la misma que la de usar unas gafas de sol convencionales, con la gran ventaja de que oscurecerian mas las zonas por las que llega mas luz, lo que permitira mirar al sol y a otras fuentes luminosas deslumbrantes.

El usuario no percibe las zonas oscurecidas en los cristales de sus gafas porque los ojos enfocan a los objetos lejanos.

Otra solucion alternativa y mucho mas facil de implementar para evitar el deslumbramiento es presentar al usuario en pantallas convencionales la misma imagen que vena pero oscureciendo las zonas deslumbrantes. Sin embargo, esta solucion sencilla hace perder agudeza visual y ademas la experiencia nos indica que este tipo de gafas cuando se usan prolongadamente producen fatiga a la vista y mareos. Esto se debe a que el usuario enfoca su vista a una pantalla que tiene muy cerca pero esta viendo objetos que estan lejos. En cualquier caso, ver la imagen real da mas seguridad y naturalidad en la sensacion visual.

Funcionamiento

Hay dos posibles metodos para conseguir el funcionamiento del invento:

• Usando solo proceso de imagenes.

• Usando conjuntamente proceso de imagenes, estereoscopia y realidad virtual.

Description general del funcionamiento usando solo proceso de imagenes

• En este caso, se puede utilizar una sola camara que mira hacia al frente para la generation de las dos mascaras necesarias (una para cada ojo). Tambien se pueden utilizar dos camaras y generar con cada una de ellas una mascara.

• Las imagenes procedentes de las camaras, se procesan, dejandose solo los puntos con el valor maximo de luz o un valor cercano a este.

• Estas imagenes se procesan mediante un recorte y un reescalado. Para que puestas sobre los cristales de las gafas coincidan con lo que ve el usuario.

• En las dos imagenes generadas se ajustan los niveles de gris para servir de mascaras anti-deslumbramiento.

• Las imagenes resultantes se colocan en las respectivas pantallas LCD que forman los cristales de las gafas.

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Description general del funcionamiento usando conjuntamente proceso de imagenes. estereoscopia y realidad virtual

• Para usar estereoscopia es necesario utilizar dos o mas camaras que miran hacia el frente.

• Las imagenes procedentes de las camaras. se procesan. dejandose solo los puntos con el valor maximo de luz o un valor cercano a este.

• Con estas imagenes. haciendo uso de la estereoscopia, se genera un modelo 3D que contiene las fuentes luminosas deslumbrantes. las propias gafas y los ojos del usuario.

• Con el modelo 3D. utilizando tecnicas de realidad virtual. se hace una proyeccion de las fuentes deslumbrantes sobre los ojos del usuario. atravesando los cristales de las gafas y se generan las dos imagenes que atraviesan cada uno de los cristales. Esta imagenes seran utilizadas como mascaras para evitar el deslumbramiento.

• En las dos imagenes generadas se ajustan los niveles de gris para servir de mascaras anti-deslumbramiento.

• Las imagenes resultantes se colocan en las respectivas pantallas LCD que forman los cristales de las gafas.

El proceso debe hacerse con gran rapidez (en tiempo real) para que el usuario este siempre protegido del deslumbramiento. Cuanto mas imagenes se procesen por segundo. mejor sera la protection (seguramente es suficiente con procesar 50 imagenes por segundo).

El primer metodo de funcionamiento es mas simple. por lo que puede abaratar el producto y disminuir el consumo de energia. Esta reduction del gasto de energia puede ser muy util si se usan baterias (pilas) ya que se aumenta el tiempo de autonomia.

Este segundo metodo es mas preciso y sirve para proteger de deslumbramientos de fuentes luminosas cercanas. lo cual no hace el metodo anterior.

Ambos metodos pueden mejorarse utilizando camaras adicionales que miran a los ojos del usuario. de modo que si el usuario no mira al frente. se corrijan la mascaras segun la position de la pupila de usuario.

Aclaraciones y detalles tecnicos

Uso de tecnicas de realidad aumentada

La mezcla de imagenes reales con imagenes o dibujos generados por ordenador haciendo uso de

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modelos 3D, se suele llamar realidad aumentada. Sin embargo, las aplicaciones habituales de realidad aumentada presentan imagenes en las que se mezcla la imagen procedente de una camara con dibujos generados por ordenador. Por lo que el tipo de mezcla que se hace con estas gafas es un poco especial, ya que la imagen real llega al usuario directamente y delante se interpone una imagen que enmascara las zonas deslumbrantes.

Uso de pantallas LCD de matriz activa

El cristal liquido en reposo deja pasar un 50% de la luz por someter a la luz a una polarizacion y con un campo magnetico aplicado a cada celda, se cambia el angulo de una segunda polarizacion, con lo cual se controla la opacidad de cada celda, desde el 50% (reposo) al 100%. Se utilizara una pantalla LCD para cada ojo, y la resolucion (numero de celdas de la matriz activa) no tiene que ser demasiado grande, dado que el usuario a penas va a distinguir las celdas de la pantalla, por enfocar su vista a objetos lejanos. Dos posibles resoluciones validas para las pantallas pueden ser 1024x768 y 800x600.

Colocacion de los cristales

Los cristales de las gafas construidos con pantallas LCD pueden colocarse perpendiculares a los ejes opticos de los ojos del usuario cuando mira al frente. Tambien pueden colocarse los cristales de modo que no esten en el mismo plano, con un angulo para adaptarse mejor a la forma de la cabeza o incluso los cristales podrian arquearse. En caso de arquearse los cristales, es necesario hacer un proceso adicional de deformacion de la mascara.

Tipo de camaras

Aunque las mascaras que se generan para oscurecer los cristales de las gafas, equivalen a imagenes en niveles de grises (sin color), las camaras que se deben usar son camaras en color, por ser estas muy baratas debido a que son componentes de uso muy extendido en telefonos inteligentes (smart-phones), tabletas, ordenadores portatiles, etc.

Ademas el uso de camaras de color permite proteger al usuario de deslumbramientos producidos por punteros laser de color.

Las imagenes que deben captar bien las camaras son las que tienen niveles de iluminacion altos; y dentro de estos niveles altos hay que distinguir un rango amplio de intensidades, por lo que la respuesta de las camaras debe ser logaritmica.

Colocacion de las camaras

Las camaras deben estar lo mas cerca posible de los ojos pero sin obstaculizar la vision. Si se utiliza estereoscopia (para proteger de fuentes luminosas cercanas) las camaras deben separarse

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al menos la distancia de separacion que tenemos entre nuestros ojos.

Detalle para la generation de las mascaras

Para evitar, que los cambios bruscos de la imagen dejen sin protection al usuario (por ejemplo con un giro rapido de la cabeza), es conveniente que cuando se detecten estos cambios bruscos se anada un margen alrededor de las zonas que se oscurecen.

Ajustes

Para un correcto funcionamiento de las gafas, cada usuario debe hacer un ajuste personalizado de sus gafas.

El ajuste depende de:

• La distancia a la que queden los cristales de los ojos

• La separacion entre sus ojos.

• El angulo del eje optico de los ojos (mirando al frente) respecto a los cristales.

Para el ajuste, lo mas sencillo es dotar al producto de un modo especial de funcionamiento llamado ajuste, en el que el usuario puede regular estas variables. En este modo de trabajo, las gafas intentarian localizar y tapar un objeto accesorio que se suministraria con estas. Si la gafas no utilizan estereoscopia el objeto habria que colocarlo relativamente lejos (podria ser una cartulina roja, que se desplegaria y se pegaria a una pared).

De este modo, el usuario modificaria las variables de ajuste, hasta comprobar que las gafas son capaces de tapar bien el objeto, despues de lo cual indicaria a las gafas que el ajuste ha terminado.

Restricciones

Para que las gafas protejan bien de los deslumbramientos, el usuario debe mirar de frente. Esto en principio no es un problema ya que las luces que mas molestan son las que llegan frontalmente, ademas los pilotos y conductores dirigen hacia el frente su mirada la mayor parte del tiempo.

Se puede implementar una variante del invento, anadiendo camaras dirigidas a los ojos del usuario, para que el aparato sepa hacia donde mira este, de modo que la proteccion anti- deslumbramiento no se pierda cuando el usuario no mira al frente.

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Posibles limitaciones para el uso nocturno de las gafas

El uso de pantallas LCD, que en reposo reducen el paso de luz un 50%, podria ser un problema para la aplicacion nocturna de las gafas cuando la iluminacion es escasa.

De todas formas, si un conductor circula por la noche cruzandose con muchos veWculos que vienen de frente, como las gafas reducen el brillo de los faros que tiene delante y este brillo no le llegarfa a molestar, la pupila del ojo del conductor puede abrirse mas y compensar la perdida de iluminacion producida por las gafas.

Si el uso nocturno de las gafas llegara a ser un problema, una posible solucion es un dispositivo mecanico para mover los cristales (pantallas LCD), apartandolos del campo visual en el caso de que las camaras detecten un ambiente muy oscuro y volviendolos a colocar en su sitio cuando aumenta la cantidad de luz ambiente. En este caso, lo mejor seria un giro de los cristales por el eje horizontal situado en la parte superior de estos. En cualquier caso, esta posibilidad se descarta en una primera fase del desarrollo del producto ya que incorporar un sistema mecanico en las gafas complica el diseno y la fabrication.

La solucion ideal para el uso nocturno de estas gafas seria conseguir otro tipo de dispositivo con una matriz activa de celdas, en las que se pudiera regular la opacidad de cada celda desde el 0% al 100%, sin embargo, de momento no existe este tipo de dispositivo.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La explication de este invento no necesita dibujos.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

Las "gafas activas anti-deslumbramiento” se pueden construir con los siguientes elementos:

• 2 pantallas LCD de matriz activa, semitransparentes en donde la opacidad de cada celda puede ser regulada de modo dinamico. Cada una de estas dos pantallas actua como un cristal de las gafas.

• 2 camaras de color que se montan en las gafas mirando al frente.

• Microprocesador que permita, en tiempo real, realizar el proceso de las imagenes de las camaras, generando las dos imagenes mascaras, las cuales se colocan en las pantallas

LCD.

• El software necesario para realizar el proceso indicado en el parrafo anterior, que permite el funcionamiento normal de las gafas. Este software podra utilizar solo proceso de imagenes o combinar proceso de imagenes, estereoscopia y realidad virtual (modelo 3D).

5 • Software adicional para realizar los procesos necesarios en el ajuste de las gafas.

• Botones e indicadores luminosos (led). Los botones serviran para el encendido y apagado de las gafas, asi como para realizar los ajustes necesarios antes de su uso.

Aplicacion

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Este invento se puede considerar mas un articulo de uso general, que de uso industrial. Puede ser muy util para conductores de vehiculos y pilotos de aeronaves.

Claims (2)

1. ES 2 579 777 A1

   REIVINDICACIONES

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   1. Gafas activas anti-deslumbramiento: Gafas en las que cada cristal esta compuesto por una matriz de celdas, en las que se regula la opacidad de cada celda de modo dinamico, para obstruir el camino desde las fuentes luminosas deslumbrantes hasta los ojos del usuario, evitando el deslumbramiento. Estas gafas necesitan una o mas pequenas camaras que miran hacia el frente y uno o mas microprocesadores, que procesando las imagenes de las camaras en tiempo real, calculen el nivel de opacidad que se debe aplicar a cada celda, de modo que el usuario pueda ver la imagen lo mas clara posible y sin que sea deslumbrado.
2. 2. Gafas activas anti-deslumbramiento descritas en la reivindicacion anterior, anadiendo camaras dirigidas a los ojos del usuario, para que el aparato sepa hacia donde mira este, de modo que la proteccion anti-deslumbramiento no se pierda cuando el usuario no mira al frente.