設(shè)計(jì)一個(gè)封閉環(huán)境內(nèi)的眼刺激系統(tǒng)

設(shè)計(jì)一個(gè)封閉環(huán)境內(nèi)的眼刺激系統(tǒng)：

一個(gè)人完整的視角

人在水平面的視野，單眼視野界限為標(biāo)準(zhǔn)視線每側(cè)94°~104°。雙眼視區(qū)大約在每側(cè)62°以內(nèi)的區(qū)域，在這個(gè)區(qū)域里還包括辨別字的視線角度為10°~20°，辨別字母的視線角度為5°~30°，在各自的視線范圍以外，字和字母趨于消失。對(duì)于特定的顏色的辨別，視線角度為30°~60°。

垂直平面的視野是：假定標(biāo)準(zhǔn)視線是水平的，定為0°，則最大視區(qū)為視平線以上50°和視平線以下70°。顏色辨別界限為視平線以上30°，視平線以下40°，實(shí)際上人的自然視線是低于標(biāo)準(zhǔn)視線的，在一般狀態(tài)下，站立時(shí)自然視線低于水平線10°，坐著時(shí)自然視線低于水平視線15°。

眼垂直視野可以看到標(biāo)準(zhǔn)視線上約50°、下約70°的范圍，水平視野可以左右104°的范圍。人在眼睛不轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下視野是十分有限的，能夠集中注意力水平視野是40°，垂直視野15°。

我再補(bǔ)充一個(gè)縱深視野：

1、0.2-11m之間，我們能獲得一個(gè)“真實(shí)”3D的視野，這也是我們的舒適景深；

2、11-20m間，我們依然能夠通過(guò)雙眼在視網(wǎng)膜上成像的差別，獲得一個(gè)“邊緣”的3D視野；

3、而20米之外的事物，我們只能得到一個(gè)“扁平”的2D視野，因?yàn)榫跋笸ㄟ^(guò)雙眼的成像差別太小，無(wú)法分辨。

其實(shí)這說(shuō)的更沒(méi)說(shuō)一樣

主要刺激光源（3000-3500K）：

將主要刺激光源安置在眼罩內(nèi)部，以確保照明均勻且集中在用戶的視野中。

盡量避免直接光照用戶的眼睛，可以考慮使用漫射器材或?qū)⒐庠措[藏在眼罩的設(shè)計(jì)中，以防止強(qiáng)烈光線對(duì)用戶眼睛的刺激。

背景光源（850納米）：

背景光源可以被用來(lái)模擬夜視或者在VR場(chǎng)景中提供某種環(huán)境信息。

與主光源相比，背景光源的亮度可以相對(duì)較低，以確保不會(huì)對(duì)用戶體驗(yàn)造成干擾。

考慮采用柔和的背景照明，以避免過(guò)于刺眼或不自然的效果。

燈光布局和均勻性：

確保燈光布局均勻，以避免在眼罩內(nèi)產(chǎn)生不均勻的亮度或陰影。

考慮使用多個(gè)光源來(lái)增加照明的均勻性，特別是在眼罩內(nèi)覆蓋范圍較大的情況下。

對(duì)背景光源和刺激光源進(jìn)行不同的光學(xué)評(píng)價(jià)可能是基于實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用或觀察需求而定的。以下是一些常見(jiàn)的因素，這些因素可能導(dǎo)致對(duì)它們的光學(xué)評(píng)價(jià)存在差異：

感知效果：

刺激光源通常是實(shí)驗(yàn)中要引起注意的主要光源，其顏色、強(qiáng)度和變化可能對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生直接影響。因此，對(duì)刺激光源的評(píng)價(jià)可能更關(guān)注其在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的感知效果。

背景光源可能更側(cè)重于提供一種環(huán)境、背景或輔助信息，其顏色和亮度可能被調(diào)整以創(chuàng)造某種氛圍，而不是成為實(shí)驗(yàn)的主要焦點(diǎn)。

顏色溫度：

刺激光源的顏色溫度可能會(huì)更直接地影響觀察者的認(rèn)知和情緒。在許多實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用中，顏色的選擇對(duì)于調(diào)查不同條件下的感知和行為反應(yīng)非常重要。

背景光源的顏色溫度則可能更多地取決于設(shè)計(jì)的整體氛圍和實(shí)驗(yàn)的目的。它通常被設(shè)計(jì)成輔助刺激光源，以創(chuàng)造更逼真的環(huán)境。

亮度和對(duì)比度：

刺激光源可能需要更高的亮度和對(duì)比度，以確保在實(shí)驗(yàn)中引起足夠的關(guān)注和反應(yīng)。

背景光源通常會(huì)以相對(duì)較低的亮度出現(xiàn)，以避免干擾實(shí)驗(yàn)者或觀察者對(duì)刺激光源的關(guān)注。

3000-3500K，表示這個(gè) LED 燈泡的光的色溫在3000到3500開爾文之間。這對(duì)應(yīng)于暖白色光，適合用于舒適的環(huán)境照明。 850納米（NM），表示這個(gè)光源的波長(zhǎng)為850納米。這是紅外光譜中的近紅外范圍。

刺激光源和背景光源對(duì)瞳孔測(cè)量有一定的影響，這取決于它們的亮度、顏色和變化。

刺激光源的影響：

亮度：刺激光源的高亮度可能導(dǎo)致瞳孔收縮，尤其是在較暗的環(huán)境中。這可能會(huì)對(duì)瞳孔測(cè)量的基線產(chǎn)生影響。

顏色：不同顏色的光源可能會(huì)導(dǎo)致瞳孔有不同的反應(yīng)。一些顏色可能引起更強(qiáng)烈或更迅速的瞳孔反應(yīng)。

背景光源的影響：

亮度：背景光源的高亮度可能導(dǎo)致瞳孔收縮，尤其是在相對(duì)較暗的環(huán)境中。背景光源的亮度水平與刺激光源的亮度之間的對(duì)比可能影響瞳孔測(cè)量的靈敏性。

顏色：背景光源的顏色可能影響瞳孔的基礎(chǔ)大小和對(duì)刺激光源顏色變化的響應(yīng)。一些顏色可能導(dǎo)致瞳孔對(duì)刺激光源的反應(yīng)更為顯著。

光源變化的影響：

變化頻率：如果刺激光源或背景光源有頻繁的變化（例如閃爍），這可能導(dǎo)致瞳孔的相應(yīng)變化。這在進(jìn)行某些類型的瞳孔反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)需要特別注意。

持續(xù)性變化：長(zhǎng)時(shí)間的光源變化可能導(dǎo)致瞳孔適應(yīng)，使其在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生動(dòng)態(tài)的響應(yīng)。

里面控制的參數(shù)就是亮度和閃爍了，接下來(lái)就是寫一些代碼：

const int warmWhiteLED = 9;  // 連接暖白LED的引腳
const int infraredLED = 10;  // 連接紅外LED的引腳


void setup() {
  pinMode(warmWhiteLED, OUTPUT);
  pinMode(infraredLED, OUTPUT);
}


void loop() {
  // 控制暖白LED
  analogWrite(warmWhiteLED, 128);  // 設(shè)置PWM值來(lái)調(diào)整亮度
  delay(1000);  // 延時(shí)1秒


  // 控制紅外LED
  digitalWrite(infraredLED, HIGH);  // 開啟LED
  delay(500);  // 延時(shí)0.5秒
  digitalWrite(infraredLED, LOW);  // 關(guān)閉LED
  delay(500);  // 延時(shí)0.5秒
}

最簡(jiǎn)單的Arduino

const int warmWhiteLED = 9;  // 連接暖白LED的引腳
const int infraredLED = 10;  // 連接紅外LED的引腳


void setup() {
  pinMode(warmWhiteLED, OUTPUT);
  pinMode(infraredLED, OUTPUT);
}


void loop() {
  // 控制暖白LED的亮度
  for (int brightness = 0; brightness <= 255; brightness++) {
    analogWrite(warmWhiteLED, brightness);  // 設(shè)置PWM值來(lái)調(diào)整亮度
    delay(10);  // 延時(shí)10毫秒，可調(diào)整過(guò)渡的速度
  }


  delay(1000);  // 延時(shí)1秒


  // 控制紅外LED的亮度和閃爍
  for (int brightness = 0; brightness <= 255; brightness++) {
    analogWrite(infraredLED, brightness);  // 設(shè)置PWM值來(lái)調(diào)整亮度
    delay(10);  // 延時(shí)10毫秒，可調(diào)整過(guò)渡的速度
  }


  delay(1000);  // 延時(shí)1秒


  for (int brightness = 255; brightness >= 0; brightness--) {
    analogWrite(infraredLED, brightness);  // 設(shè)置PWM值來(lái)調(diào)整亮度
    delay(10);  // 延時(shí)10毫秒，可調(diào)整過(guò)渡的速度
  }


  delay(1000);  // 延時(shí)1秒
}

使用for循環(huán)變得更絲滑一些。

這里就是想著也可以提前預(yù)設(shè)一些刺激的規(guī)則，在樹莓派上面可以這樣寫：

import RPi.GPIO as GPIO
import time


# 定義LED引腳
warm_white_led_pin = 17  # 適應(yīng)您的硬件設(shè)置
infrared_led_pin = 18  # 適應(yīng)您的硬件設(shè)置


# 初始化GPIO設(shè)置
GPIO.setmode(GPIO.BCM)
GPIO.setup(warm_white_led_pin, GPIO.OUT)
GPIO.setup(infrared_led_pin, GPIO.OUT)


# 定義LED控制函數(shù)
def set_led_brightness(pin, brightness):
    # 控制LED亮度，brightness范圍0-100
    pwm = GPIO.PWM(pin, 100)  # 頻率設(shè)置為100Hz
    pwm.start(brightness)


def blink_led(pin, frequency, duration):
    # 控制LED閃爍，frequency為頻率，duration為持續(xù)時(shí)間
    pwm = GPIO.PWM(pin, frequency)
    pwm.start(50)  # 亮度設(shè)置為50%
    time.sleep(duration)
    pwm.stop()


# 定義預(yù)先設(shè)計(jì)好的刺激規(guī)則
def apply_stimulus_rule(rule):
    if rule == "rule1":
        set_led_brightness(warm_white_led_pin, 50)
        blink_led(infrared_led_pin, 2, 5)
    elif rule == "rule2":
        set_led_brightness(warm_white_led_pin, 75)
        blink_led(infrared_led_pin, 5, 7)
    # 添加其他規(guī)則...


# 測(cè)試
apply_stimulus_rule("rule1")


# 清理GPIO設(shè)置
GPIO.cleanup()

可能對(duì)于所以樹莓派控制這樣簡(jiǎn)單的功能性價(jià)比不高，可以在MCU上面實(shí)現(xiàn)：

import machine
import time


# 定義LED引腳
warm_white_led_pin = 19  # 適應(yīng)您的硬件設(shè)置
infrared_led_pin = 18  # 適應(yīng)您的硬件設(shè)置


# 初始化LED引腳
warm_white_led = machine.PWM(machine.Pin(warm_white_led_pin), freq=1000, duty=0)
infrared_led = machine.PWM(machine.Pin(infrared_led_pin), freq=1000, duty=0)


# 定義LED控制函數(shù)
def set_led_brightness(led, brightness):
    # 控制LED亮度，brightness范圍0-1023
    led.duty(brightness)


def blink_led(led, frequency, duration):
    # 控制LED閃爍，frequency為頻率，duration為持續(xù)時(shí)間
    led.freq(frequency)
    time.sleep(duration)
    led.freq(0)


# 定義預(yù)先設(shè)計(jì)好的刺激規(guī)則
def apply_stimulus_rule(rule):
    if rule == "rule1":
        set_led_brightness(warm_white_led, 512)
        blink_led(infrared_led, 2, 5)
    elif rule == "rule2":
        set_led_brightness(warm_white_led, 768)
        blink_led(infrared_led, 5, 7)
    # 添加其他規(guī)則...


# 測(cè)試
apply_stimulus_rule("rule1")


# 清理
warm_white_led.deinit()
infrared_led.deinit()

那么也可以加入一些遠(yuǎn)程控制的功能，使用串口：

import machine
import time
import ustruct


# 定義LED引腳
warm_white_led_pin = 19  # 適應(yīng)您的硬件設(shè)置
infrared_led_pin = 18  # 適應(yīng)您的硬件設(shè)置


# 初始化LED引腳
warm_white_led = machine.PWM(machine.Pin(warm_white_led_pin), freq=1000, duty=0)
infrared_led = machine.PWM(machine.Pin(infrared_led_pin), freq=1000, duty=0)


# 初始化串口
uart = machine.UART(0, baudrate=115200, tx=17, rx=16)  # 適應(yīng)您的硬件設(shè)置


# 定義LED控制函數(shù)
def set_led_brightness(led, brightness):
    # 控制LED亮度，brightness范圍0-1023
    led.duty(brightness)


def blink_led(led, frequency, duration):
    # 控制LED閃爍，frequency為頻率，duration為持續(xù)時(shí)間
    led.freq(frequency)
    time.sleep(duration)
    led.freq(0)


# 定義通過(guò)串口控制LED的函數(shù)
def control_led_via_serial():
    while True:
        if uart.any():
            data = uart.read(4)  # 期望接收4字節(jié)數(shù)據(jù)
            if data:
                brightness, frequency = ustruct.unpack('hh', data)
                set_led_brightness(warm_white_led, brightness)
                blink_led(infrared_led, frequency, 1)  # 1秒的閃爍示例


# 啟動(dòng)串口控制
control_led_via_serial()

過(guò)串口接收兩個(gè)16位整數(shù)，分別代表LED的亮度和頻率。

這兩個(gè)值使用ustruct.unpack解包?？梢酝ㄟ^(guò)串口發(fā)送相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來(lái)控制LED。

import struct


brightness = 512
frequency = 2


data = struct.pack('hh', brightness, frequency)
uart.write(data)

上位機(jī)這里可以這樣寫，這篇文章寫的很倉(cāng)促，很多功能沒(méi)有考慮到，如果有需要的或者更加專業(yè)的建議可以告訴我。

審核編輯：湯梓紅