CN102397691B - 显示画面可对应运动者身体状态移动之装置及其执行方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示画面可对应运动者身体状态移动之装置及其执行方法。该显示画面可对应运动者身体状态移动之装置包括一显示单元、至少一摄影单元以及一控制单元。该显示单元用以显示多媒体画面。该摄影单元用以摄录该运动者之影像。该控制单元电性连接至该显示单元以及该摄影单元，该控制单元会接收该运动者之影像并根据该运动者之影像来调整该显示单元，以使得该显示单元显示之多媒体画面与该运动者作相对应之移动。

Description

显示画面可对应运动者身体状态移动之装置及其执行方法

【技术领域】

本发明涉及一种控制装置，特别是与一种显示画面可对应运动者身体状态移动之装置及其执行方法有关。

【背景技术】

现代人生活忙碌，普遍缺乏时间到户外运动。即使有时间到户外运动时，若碰到下雨天或天气太冷也不适合进行。而在碰到晴天时，也常有另外有过度曝晒的困恼。

因此，基于很多原因，许多人喜欢在室内使用运动器材来进行运动以保持身体健康，而一般最常被用于往复式移动之运动器材则譬如有跑步机(treadmill)。请参阅附图1，为一运动者70于跑步机100上之示意图。只是光在跑步机100上跑步有些人往往会觉得过于无趣，因此有些跑步机100前方会设有一液晶显示装置110，以供运动者70边跑步边观赏多媒体画面。

然而，当运动者70在跑步机100上跑步时，其头部是呈上下晃动而左右些微移动的状态，又因为液晶显示装置110处于静止不动的状态，因此运动者70所看到的将为是呈现相对上下左右晃动的影像，导致视觉感官效果不佳，容易造成眼睛的不适。此外，可供运动者70作往复式移动之运动器材，还包括如附图2所示之斜坡机120(incline trainer)以及附图3所示之椭圆机130(elliptical)。在斜坡机120和椭圆机130上运动的人在观赏前方的显示器110时，往往也会面临相同的视觉感官效果不佳之技术问题。

因此，目前需要对上述现有技术中可供作往复式移动之运动器材上之多媒体视听设备的缺点提出解决方法。

【发明内容】

有鉴于上述现有技术之问题，本发明之目的就是在提供一种显示画面可对应运动者身体状态移动之装置及其执行方法，其能让运动者于运动时观看到相对静止的画面。

根据本发明之显示画面可对应运动者身体状态移动之装置，包括一显示单元、至少一摄影单元以及一控制单元。该显示单元用以显示多媒体画面。该摄影单元用以摄录该运动者之影像。该控制单元电性连接至该显示单元以及该摄影单元。该控制单元会接收该运动者之影像、根据该运动者之影像来计算该运动者移动的频率及幅度、并让该显示单元移动的频率及幅度与该运动者移动的频率及幅度相同，以使该显示单元相对于该运动者呈现静止不动。

根据本发明之显示画面可对应运动者身体状态移动之装置的执行方法，该装置包括一显示单元、至少一摄影单元以及一电性连接至该显示单元以及该摄影单元之控制单元，该执行方法包括：

该摄影单元会摄录该运动者之影像；

该控制单元会接收该运动者之影像；以及

该控制单元会根据该运动者之影像来计算该运动者移动的频率及幅度、并让该显示单元移动的频率及幅度与该运动者移动的频率及幅度相同，以使得该显示单元相对于该运动者呈现静止不动。

本发明之显示画面可对应运动者身体状态移动之装置及其执行方法能使运动者观看相对静止不动的画面，使得运动者之双眼具有更佳的视觉效果。

实施本发明时主要使用的技术为视觉伺服控制(Visual Servoing)或称作以视觉为基础之机器人控制技术(Vision-based Robot Contr0l)[1-3]，该技术可以让视觉讯号成为某一系统之运动控制的输入信息。视觉伺服控制已经被成功地应用在智能机器人和其它领域上(可以参见：[1]S.A.Hutchinson，G.D.Hager，andP.I.Corke，A tutorial on visual servo control，IEEE Transactions on Robotics andAutomation，12(5)：651--670，Oct.1996.；[2]F.Chaumette and S.Hutchinson，Visual Servo Control，Part I：Basic Approaches，IEEE Robotics and AutomationMagazine，13(4)：82-90，December2006.；[3]F.Chaumette and S.Hutchinson，Visual Servo Control，Part II：Advanced Approaches，IEEE Robotics andAutomation Magazine，14(1)：109-118，March2007.)。

【附图说明】

附图1为一运动者于跑步机上之示意图；

附图2为一斜坡机之示意图；

附图3为一椭圆机之示意图；

附图4以及附图5为根据本发明第一实施例之显示画面可对应运动者身体状态移动之装置的示意图；

附图6为根据本发明第二实施例之显示画面可对应运动者身体状态移动之装置的示意图；以及

附图7为根据本发明之显示画面可对应运动者身体状态移动之装置的执行方法流程图。

【具体实施方式】

请参阅附图4以及附图5，为根据本发明第一实施例之显示画面可对应运动者70身体状态移动之装置1的示意图。显示画面可对应运动者70身体状态移动之装置1是应用于一可供该运动者70作往复式移动之运动器材上。于本实施例中，该运动器材为一跑步机60。显示画面可对应运动者70身体状态移动之装置1包括一显示单元10、一摄影单元20以及一控制单元30。

显示单元10用以显示多媒体画面以供运动者70观看，其所显示的多媒体画面可以例如为电视节目或是光盘片播放之影片。于本实施例中，显示单元10是设置于跑步机60上且位于运动者70前方。

摄影单元20可以例如为一电荷耦合组件(charge coupled device，CCD)或一互补金氧半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)感应器，其用以摄录该运动者70之影像，故其需设置于能摄录运动者70之影像的位置上，较佳而言，其设置于能摄录运动者70头部的位置。于本实施例中，摄影单元20整合于显示单元10中并位于显示单元10上方。于其它实施例中，摄影单元20当然也可以设置在显示单元10以外的其它地方上。

控制单元30电性连接至显示单元10以及摄影单元20。控制单元30会接收运动者70之影像，并根据运动者70之影像来调整显示单元10，以使该显示单元10所显示之多媒体画面与该运动者70作相对应之移动。也就是说，控制单元30会根据运动者70之影像来计算运动者70移动的频率及幅度，并使得显示单元10显示之多媒体画面移动的频率及幅度与运动者70移动的频率及幅度相同，因此能使运动者70观看的多媒体画面呈现相对静止不动的效果。较佳而言，摄影单元20主要摄录运动者70的头部，而控制单元30则根据运动者70头部之影像计算头部移动的频率及幅度，并根据计算出的频率及幅度来调整与移动显示单元10。

本发明主要使用视觉伺服控制(Visual Servoing)技术或称为以视觉为基础之机器人控制(Vision-based Robot Control)技术，该技术可以让视觉讯号成为一系统之输入信息，以对该系统作运动控制，目前多用于智能机器人的控制。于本发明中，摄影单元20即为视觉讯号的来源，其会摄录该运动者70之影像以作为输入信息，并对显示单元10作运动控制。

上述控制单元30是根据运动者70之影像来调整显示单元10所显示之多媒体画面的方法有二种，第一种为调整显示单元10移动的频率及幅度，即间接调整显示单元10显示之多媒体画面。第二种则不调整显示单元10移动的频率及幅度，而直接调整显示单元10显示之多媒体画面的位置。

有关于第一种间接调整显示单元10显示之多媒体画面的方法，请参阅附图6，为根据本发明第二实施例之显示画面可对应运动者70身体状态移动之装置1’的示意图。显示画面可对应运动者70身体状态移动之装置1’还包括一运动基座40以及至少一马达50。运动基座40用以承载显示单元10。马达50连接至控制单元30以及运动基座40。控制单元30会控制马达50以带动运动基座40所承载的显示单元10，以使得显示单元10之移动频率及幅度，与运动者70移动的频率及幅度相同，亦即显示单元10所显示之多媒体画面相对于运动者70而呈现相对静止不动的状态。

要进一步说明的是，当摄影单元20之数量为一个时，控制单元30可以计算运动者70之头部移动的频率，惟计算头部上下左右移动的幅度，需要假设运动者70与摄影单元20之间的距离。或者，显示画面可对应运动者70身体状态移动之装置1’还可进一步包括一电性连接至该控制单元30之距离侦测单元25，其设置于例如附图4所示之跑步机60上，并可以测量运动者70与摄影单元20之间的距离，如此就可以精确地计算出头部上下左右移动的幅度。距离侦测单元25可以例如为一超音波距离感应器。要说明的是，距离侦测单元25与摄影单元20可整合为一模块或是分开设置，该二者可设置于跑步机60上或跑步机60以外的位置。要注意的是，由于距离侦测单元25是用以测量运动者70与摄影单元20之间的距离，故距离侦测单元25与运动者70之间的距离应尽量与运动者70与摄影单元20之间的距离相同，才能藉此精确地计算出头部上下左右移动的幅度。

当摄影单元20之数量为两个或以上时，控制单元30可以根据立体视觉计算出运动者70头部移动的频率外，并能精确计算出运动者头部上下左右移动的幅度。

控制单元30可对运动基座40仅作单一自由度的控制，例如使得显示单元10呈现上下直线的移动，或是以连杆机构(未图示)来呈现如符号”∞”型式轨迹的移动。因为运动者70的头部运动并不一定会呈现左右或上下对称，若使用单一自由度的控制虽可以大致让显示单元10与运动者70同步移动，但仍然会有一些误差存在。为了让显示单元10与运动者70之同步移动更为精确，控制单元30也可对运动基座40作多个自由度的控制，而使得显示单元10呈现上下及左右的移动，甚至可变动仰角，以使得运动者70看到显示单元10显示之多媒体画面更精确地呈现相对静止的状态。

第二种方法是直接调整显示单元10所显示之多媒体画面，如附图5所示，控制单元30在计算出运动者70头部移动的频率及幅度之后，便直接调整显示单元10内显示多媒体画面的位置，以使得显示单元10显示之多媒体画面移动的频率及幅度，与运动者70头部移动的频率及幅度相同，亦即显示单元10显示之多媒体画面，将会相对于运动者70而呈现相对静止不动。如果要让运动者70全程看到完整的多媒体画面，则显示单元30播放的多媒体画面必须适当地缩小，如此在多媒体画面上下左右移动时，还可以全部容纳在显示单元30的可显示范围内。

要说明的是，在如附图4-5所示之第一实施例中，显示单元10、摄影单元20以及控制单元30均设置于跑步机60上。于其它实施例中，显示单元10、摄影单元20以及控制单元30可整合于一模块并设置于运动者70前方，而不设置于跑步机60上。

如附图6所示之第二实施例中，显示单元10、摄影单元20、控制单元30、运动基座40、马达50以及距离侦测单元25也可直接设置于跑步机60上，或是整合于一模块中并设置于运动者70前方而不设置于跑步机60上。

又，根据本发明之可对应运动者身体状态移动之装置1及1’，并不仅限于应用至跑步机60上，其亦可以应用至其它供该运动者70之双脚作往复式移动之运动器材上，例如斜坡机或椭圆机。

请参阅附图7，为根据本发明之显示画面可对应运动者身体状态移动之装置的执行方法流程图，该装置包括一显示单元、至少一摄影单元，以及一电性连接至该显示单元以及该控制单元控制单元，该执行方法包括：

在步骤S700中，该摄影单元会摄录该运动者之影像；

在步骤S710中，该控制单元会接收该运动者之影像；以及

在步骤S720中，该控制单元会根据该运动者之影像来调整该显示单元，以使该显示单元显示之多媒体画面与该运动者作相对应之移动。较佳而言，该摄影单元主要会摄录该运动者的头部。

上述使该显示单元所显示之多媒体画面与该运动者作相对应之移动的方法有二种，第一种为调整该显示单元移动的频率及幅度，即间接调整该显示单元显示之多媒体画面。第二种则不调整该显示单元移动的频率及幅度，而直接调整该显示单元显示之多媒体画面的位置。

在第一种方法间接调整该显示单元显示之多媒体画面中，该显示画面可对应运动者身体状态移动之装置还包括一运动基座以及至少一马达。该运动基座用以承载该显示单元。该至少一马达连接至该控制单元以及该运动基座。在该控制单元根据该运动者之影像来调整该显示单元的步骤中，该控制单元会控制该至少一马达以带动该运动基座所承载之该显示单元，进而使得该显示单元移动的频率及幅度，与该运动者移动的频率及幅度相同。

要说明的是，当该摄影单元之数量为一个时，该控制单元可以计算该运动者头部移动的频率，惟计算头部上下左右移动的幅度则需要假设该运动者与该摄影单元之间的距离。或者，可与运动者身体状态移动之装置，还可进一步包括一电性连接至该控制单元之距离侦测单元，其设置于例如附图4所示之跑步机60上并测量运动者与摄影单元之间的距离，如此就可以精确地计算出头部上下左右移动的幅度。距离侦测单元25例如为一超音波距离感应器。

当该摄影单元之数量为两个或以上时，该控制单元除了可以根据立体视觉来计算出该运动者头部移动的频率外，并能精确计算出该运动者头部上下左右移动的幅度。

该控制单元可对该运动基座仅作单一自由度的控制，例如使得该显示单元呈现上下直线的移动，或是以连杆机构(未图示)呈现如符号”∞”型式轨迹的移动。因为该运动者的头部运动并不一定是左右或上下对称，所以使用单一自由度的控制虽可以大致让该显示单元与该运动者同步移动，但仍然会有一些误差存在。为了让该显示单元与该运动者之同步移动更精确，该控制单元也可对该运动基座作多个自由度的控制，使得该显示单元同时作上下及左右的移动，甚至可变动仰角，使得该运动看到该显示单元显示之多媒体画面，得以更精确地呈现相对静止的状态。

第二种方法是直接调整该显示单元显示之多媒体画面，在该控制单元根据该运动者之影像来调整该显示单元的步骤中，该控制单元会直接调整该显示单元显示之多媒体画面的位置，而使得该显示单元显示之多媒体画面移动的频率及幅度与该运动者头部移动的频率及幅度相同，即该显示单元所显示之多媒体画面相对该运动者而呈现相对静止不动。如果要让该运动者全程看到完整的影像，该显示单元播放的多媒体画面必须适当地缩小，如此当多媒体画面上下左右移动时还可以全部容纳在该显示单元的可显示范围内。

又，根据本发明之可与运动者身体状态移动之装置的执行方法，是被应用至一供该运动者之双脚作往复式移动之运动器材上，该运动器材是选自跑步机、斜坡机以及椭圆机所构成群组中之一者。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种显示画面可对应运动者身体状态移动之装置，其特征在于：该装置包括：

一显示单元，用以显示多媒体画面；

至少一摄影单元，用以摄录该运动者之影像；以及

一控制单元，电性连接至该显示单元以及该摄影单元，该控制单元会接收该运动者之影像、根据该运动者之影像来计算该运动者移动的频率及幅度、并让该显示单元移动的频率及幅度与该运动者移动的频率及幅度相同，以使得该显示单元相对于该运动者呈现静止不动。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：当该摄影单元之数量为一个时，该装置还包括一电性连接至该控制单元之距离侦测单元，以测量该运动者与该摄影单元之距离。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：进一步包括：

一运动基座，用以承载该显示单元；以及

至少一连接至该控制单元以及该运动基座之马达，其中该控制单元会控制该至少一马达，以带动该运动基座所承载之该显示单元，而使得该显示单元移动的频率及幅度与该运动者移动的频率及幅度相同。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该摄影单元主要摄录该运动者的头部。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置是应用至一供该运动者作往复式移动之运动器材。

6.一种显示画面可对应运动者身体状态移动之装置的执行方法，该装置包括一显示单元、至少一摄影单元以及一控制单元电性连接至该显示单元以及该摄影单元，其特征在于：该执行方法包括：

该摄影单元会摄录该运动者之影像；

该控制单元会接收该运动者之影像；以及

该控制单元会根据该运动者之影像来计算该运动者移动的频率及幅度、并让该显示单元移动的频率及幅度与该运动者移动的频率及幅度相同，以使该显示单元相对于该运动者呈现静止不动。

7.根据权利要求6所述的执行方法，该装置进一步包括一运动基座用以承载该显示单元，以及至少一连接至该控制单元以及该运动基座之马达，其特征在于：在该控制单元根据该运动者之影像来调整该显示单元的步骤中，该控制单元会控制该至少一马达，以带动该运动基座所承载之该显示单元，进而使得该显示单元移动的频率及幅度与该运动者移动的频率及幅度相同。

8.根据权利要求6所述的执行方法，其特征在于：该摄影单元主要摄录该运动者的头部。

Images