神瞳——智能視覺增強保護系統(tǒng)

張鵬飛+肖桐+劉維洲+田瑜+胡玥

摘 要：文中設計了一款智能視覺增強保護系統(tǒng)——神瞳。針對市場上同類產(chǎn)品存在的不足做出了極大地改進，使得該系統(tǒng)可根據(jù)光線強弱自主選擇濾鏡以屏蔽、過濾有害光線，并通過圖像增強突出目標場景，為用戶呈現(xiàn)一個清晰、自然、穩(wěn)定的畫面，既可幫助用戶精準了解目標場景情況，又能全方位保護用戶的眼睛。同時還能夠適用于戰(zhàn)場環(huán)境、火災救援、焊接冶煉、夜間行車、雪域沙漠等極端特殊場景，具有廣闊的發(fā)展前景。

關鍵詞：視覺增強保護；智能

1 作品簡介

“神瞳”智能視覺增強保護系統(tǒng)能夠自動識別視野場景，根據(jù)光線強弱自主選擇濾鏡以屏蔽、過濾有害光線，并通過圖像增強突出目標場景，為用戶呈現(xiàn)一個清晰、自然、穩(wěn)定的場景畫面，既可幫助用戶精準了解目標場景情況，又能全方位保護用戶的眼睛。

本作品擁有自動快速切換濾鏡的功能與快速圖像增強處理的能力，為用戶提供了極大的方便，也極大地拓廣了其使用范圍，使其可應用到強光、昏暗、煙霧、雪地、沙漠等各種惡劣環(huán)境中，為用戶提供一個清晰、自然、舒適的視野；當場景光照發(fā)生劇烈變化時，能夠保持視野狀態(tài)處于穩(wěn)定。

本作品擁有質量小、性價比高、安全便攜、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，既可用于戰(zhàn)場、消防救援等特殊的惡劣環(huán)境，也可以用于輔助駕駛、焊接冶煉等民用領域的推廣使用，還可應用于科教娛樂活動，具有良好的市場前景。

2 工作原理

“神瞳”智能視覺增強保護系統(tǒng)能夠自動識別場景，并根據(jù)目標場景的光線強弱自主選擇合適的濾鏡以消除光線強弱對場景識別的影響，如遇到強光，則將切換到深色濾鏡以過濾掉多余的光線，而對于弱光，則將選擇高透濾鏡以讓盡可能多的光線通過。然后對攝像頭拍攝的實時畫面進行信息增強（消除煙、霧等的影響）后將得到的穩(wěn)定、清晰的場景圖像呈現(xiàn)給用戶。為達到近似實時的效果，每幀圖像的處理過程不超過100 ms。此外，通過對眼球運動的追蹤，可以對場景中的指定點聚焦并進行放大或縮小，方便用戶全方位了解目標場景環(huán)境。而位置感應模塊和無線通信模塊使每個用戶可以感知同組其他成員的狀態(tài)并進行通信，為多用戶協(xié)同工作提供可能。通過無線通信模塊還可以將目標場景穩(wěn)定清晰的圖像回傳到中央服務器，用于情報搜集等。

系統(tǒng)包括以下主要組成部件：

（1）光線傳感器，用以感知光線強弱以選取合適的濾鏡；

（2）攝像頭，用于實時采集場景圖像；

（3）液晶顯示器，為用戶呈現(xiàn)出經(jīng)過增強處理的實時場景畫面；

（4）眼球追蹤器，可根據(jù)眼球的運動對場景進行放大、縮小、聚焦等；

（5）無線通信模塊，將信息傳輸?shù)街醒敕掌骱蛡€體之間，用于通信支持；

（6）位置感應模塊，感知自己和同組其余人員的位置狀態(tài)；

（7）中央處理模塊，作為信息處理核心模塊，控制協(xié)調各部件之間的工作；

（8）濾鏡切換機構，可根據(jù)光線強弱快速切換合適的濾鏡。

3 創(chuàng)新點

（1）一體式、自動化的產(chǎn)品設計，實現(xiàn)了濾鏡隨視野場景的自動快速切換，極大地方便了用戶的使用，也極大地拓廣了其使用范圍。

（2）主動式光學濾波與圖像處理相結合，有目的地增強圖像畫質，為用戶呈現(xiàn)清晰、自然、穩(wěn)定的畫面。

（3）應用場景多樣，既可用于危險作業(yè)、野營探險等，也可用于游戲娛樂、科學教育等，尤其適用于戰(zhàn)場環(huán)境、火災救援、焊接冶煉、夜間行車、雪域沙漠等極端特殊場景。

（4）體積輕巧，性價比高，安全便攜，性能穩(wěn)定。

4 發(fā)展前景

（1）相比于傳統(tǒng)的軍用護目鏡，“神瞳”智能視覺增強保護系統(tǒng)避免了在不同光照場景下手動進行濾鏡切換的操作，便于實時觀察戰(zhàn)場動態(tài)。

（2）近年來研制成功的智能可變太陽鏡，仍然面臨著觀察遠方目標與查看近景目標時明暗無法切換的問題，“神瞳”可以根據(jù)應用場景更加智能的進行顯示。

（3）美國軍方開始研制的現(xiàn)實增強眼鏡單價高達2萬美元，但從明亮地區(qū)向昏暗地區(qū)移動時，畫面變得難以分辨，無法適應戰(zhàn)爭中惡劣的環(huán)境?！吧裢敝悄芤曈X增強保護系統(tǒng)成本不足3千元，具備更高的性價比，且能更好地適應復雜的環(huán)境，收集情報。

（4）“神瞳”智能視覺增強保護系統(tǒng)能夠根據(jù)場景智能的濾除多余的光線或增強畫面亮度，為用戶呈現(xiàn)出清晰、自然、穩(wěn)定的畫面，全方位保護用戶的眼睛。

（5）“神瞳”智能視覺增強保護系統(tǒng)具有體積輕巧，性價比高，安全便攜，性能穩(wěn)定等優(yōu)點，是國內外首次提出該概念的作品。

5 潛在市場

該產(chǎn)品在戰(zhàn)場環(huán)境、消防救援、焊接冶煉、夜間行車、雪域沙漠等場景下都可以得到廣泛應用。也可以應用于游戲娛樂、野營探險、科學教育等領域，前景廣闊。endprint