CN102551385B

CN102551385B - 基于视线追踪的自动翻页阅读椅及其控制装置及控制方法

Info

Publication number: CN102551385B
Application number: CN201110449715.1A
Authority: CN
Inventors: 韦宇炜; 张超; 郭钟宁; 柯振中; 宋俊华
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102551385A

Abstract

本发明公开了一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅及其控制装置及控制方法。该阅读椅包括座椅与设在座椅上的控制装置；所述座椅上设有弯臂，所述弯臂的一端设在座椅上，其另一端与竖杆连接；所述竖杆上设有书架；所述书架顶端设有摄像头，所述书架的两侧分别设有可枢轴转动的左杆和右杆，所述书架的中部设有可枢轴转动并可平移的尺子；所述控制装置的信号输入端与摄像头相连接，其信号输出端与左右杆相连接。本发明基于视线追踪的自动翻页阅读椅结构设计合理,该阅读椅充分运用了人体工程学知识，舒适耐用；另外，该弯架为圆弧形设计，其整体协调且可任意调整方位，以满足用户在半躺的状态下阅读的需要，从而减轻颈椎、腰椎和肩部的压力。该基于视线追踪的翻页技术的使用，可以将用户的双手解放，从而实现舒适阅读的目的。

Description

基于视线追踪的自动翻页阅读椅及其控制装置及控制方法

技术领域

本发明涉及家具及视线追踪技术领域，特别涉及一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅及其控制装置及控制方法。

背景技术

目前，读者看书通常是使用双手来翻书，由于读者不的坐姿习惯，容易造成脊椎损伤、眼睛视力下降等不良的影响。而，借助传统的人机交互方法，例如使用鼠标、键盘、手写板等，虽然可以对上述情况有所改进。但，对于某些特殊情形来说，例如上肢体残疾人士、严重的脊椎病患者，这些人机交互方法也无能为力。

“所见即所得”说明视觉系统是人类获取外界信息极为重要的一部分，因此利用视觉系统的视线追踪来实现人机交互是非常高效的一种手段。

目前，公知的眼动仪器需要借助特定的头盔设备来获取视线的焦点，这种方式虽然可以提高眼动仪器的精确性。这种设备不但成本较高，而且使用者佩戴起来比较麻烦且不够舒适。对精确性要求不高的特定场合，例如翻书阅读的时候，这些眼动仪器有些大材小用。

综上所述，目前没有合适的仪器与合适的方法用于读者的翻书阅读。

发明内容

本发明专利所要解决的技术问题是提供一种舒适耐用且可适当协调的基于视线追踪的自动翻页阅读椅。

进一步地，本发明提供一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制装置。

更进一步地，本发明提供一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅，包括座椅与设在座椅上的控制装置；所述座椅上设有弯臂，所述弯臂的一端设在座椅上，其另一端与竖杆连接；所述竖杆上设有书架；所述书架顶端设有摄像头，所述书架的两侧分别设有可枢轴转动的左杆和右杆，所述书架的中部设有可枢轴转动并可平移的尺子；所述控制装置的信号输入端与摄像头相连接，其信号输出端与左右杆相连接。

优选地，所述座椅设有靠背，所述弯臂设于靠背上，所述弯臂为弹性弧状弯壁。

优选地，所述控制装置设于座椅的底部。

一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制装置，包括图像采集模块、眼动检测模块、信号处理模块、A/D转换模块与脉冲控制模块；上述模块依次连接。

优选地，所述眼动检测模块包括对图像差值化、几何变换、补偿和修阳，提取出眼球运动轨迹，提取轨迹线计算出视线的中点，并与初始位置进行比较的采集卡。

优选地，所述信号处理模块包括信号放大电路和接收放大信号的滤波器电路。

优选地，所述A/D转换模块包括单片机控制电路、JTAG端口、基准电压电路、输入电压电路与电源电路,所述电源电路分别与输入电压电路、单片机控制电路相连接；所述JTAG端口、基准电压电路与输入电压电路一起连接至单片机控制电路。

优选地，所述脉冲控制模块25包括功率开关管VT1-VT4、二极管VD1-VD4与电机；所述功率开关管VT1、VT3发射极与电机电连接，所述功率开关管VT1、VT3的集电极分别与二极管VD1、VD3的阴极电连接；所述二极管VD1、VD3的阳极与电机电连接；所述功率开关管VT2、VT4的集电极与电机电连接，所述功率开关管VT2、VT4的发射极分别与二极管VD2、VD4的阳极电连接，所述二极管VD2、VD4的阴极与电机电连接。

一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制方法，包括如下步骤：

1）采集用户视线运动轨迹图像；

2）对用户视线运动轨迹图像进行识别，获取眼动数字信号；

3）抽取和分析眼动数字信号中的信息；

4）将步骤3）中抽取和分析的信息转换成模拟信号；

5）步骤4）中的模拟信号控制电机转动，从而实现图书的翻阅。

具体地，包括如下步骤：

1）通过摄像头采集阅读者眼球左右移动轨迹的图像；

2）图像信号输送到眼动检测模块，眼动检测模块获取眼动数字信号；

3）通过信号处理模块对眼动数字信号进行抽取和分析；

4）步骤3）中经过抽取和分析的眼动数字信号输出到A/D转换模块，通过A/D转换模块成模拟信号；

5）模拟信号进入脉冲控制模块，以脉冲信号的形式控制电机转动。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：本发明基于视线追踪的自动翻页阅读椅结构设计合理, 该阅读椅充分运用了人体工程学知识，舒适耐用；另外，该弯架为圆弧形设计，其整体协调且可任意调整方位，从而满足用户在半躺的状态下阅读的需要，从而减轻颈椎、腰椎和肩部的压力。该基于视线追踪的翻页技术的使用，可以将用户的双手解放，从而实现舒适阅读的目的。

附图说明

图1是本发明基于视线追踪的自动翻页阅读椅结构图；

图2是附图1的俯视结构图；

图3是本发明基于视线追踪的自动翻页阅读椅的书架结构图；

图4是本发明的阅读椅的工作原理图；

图5是瞳孔左移眼动原理图；

图6是瞳孔右移眼动原理图；

图7是本发明基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制装置的眼动检测模块的处理流程图；

图8是本发明本发明基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制装置的A/D转换模块的电路组成框图；

图9是本发明本发明基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制装置的脉冲控制模块结构框图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

如图1和2所示，基于视线追踪的自动翻页阅读椅，包括座椅1与设在座椅1上的控制装置，控制装置2设于座椅1的底部。座椅1设有靠背10，弯臂3设于靠背10上。弯臂3的一端设在座椅1上，其另一端与竖杆4连接。竖杆4上设有书架5。

如图3所示，书架5顶端设有摄像头6，书架6的两侧分别设有可枢轴转动的左杆7和右杆8，书架6的中部设有可枢轴转动并可平移的尺子9。控制装置的信号输入端与摄像头6相连接，其信号输出端分别与左右杆7、8相连接。

在阅读时，左右杆7、8都压在书页上。需要向左翻书时，右杆8连通静电电路，同时向上转动把书页吸起来，然后尺子9开始转到翻起书页的间隙中，右杆8断开静电电路；当尺子9转到书的中间时，右杆8向下转动，直到压在书页上；当尺子转过书的中间时，左杆7开始向上转动；当书页翻到左边时，左杆7往下转动，直到压在书页上。向右翻书的流程和上述的顺序相反。

如图4所示，一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制装置，包括图像采集模块21、眼动检测模块22、信号处理模块23、A/D转换模块24与脉冲控制模块25；上述模块依次连接。

如图7所示，所述眼动检测模块22包括对图像差值化、几何变换、补偿和修阳，提取眼球运动轨迹，提取轨迹线并计算视线的中点，并与初始位置进行比较的采集卡221。所述信号处理模块23包括信号放大电路和接收放大信号的滤波器电路。。这样设计可以有效地滤除干扰信号同时消除噪声信号。

如图8所示，A/D转换模块24包括单片机控制电路241、JTAG端口242、基准电压电路243、输入电压电路244与电源电路245。电源电路245分别与输入电压电路244、单片机控制电路241相连接；JTAG端口242、基准电压电路243与输入电压电路244一起连接至单片机控制电路241。

如图9所示，脉冲控制模块25包括功率开关管VT1-VT4、二极管VD1-VD4与电机。功率开关管VT1、VT3发射极与电机电连接，功率开关管VT1、VT3的集电极分别与二极管VD1、VD3的阴极电连接；二极管VD1、VD3的阳极与电机电连接。功率开关管VT2、VT4的集电极与电机电连接，功率开关管VT2、VT4的发射极分别与二极管VD2、VD4的阳极电连接，二极管VD2、VD4的阴极与电机电连接。脉冲控制模块25控制电机顺时针或逆时针两个方向转动。VT1和VT2，VT3和VT4都不允许同时导通。当电机顺时针转动时，使Ug3恒为阴，Ug4恒为阳，则VT3截止而VT4常通。当电机逆时针转动时，使Ug3恒为阳而Ug4恒为阴，则VT3常通而VT4截止。

如图5和6所示，人类的视觉系统可以看作是由一系列异常巧妙和精确的光学以及电学设备组成。譬如，在眼球运动的过程中，会产生可测量的位置变化。当人的眼球移动时，两个眼球瞳孔轨迹连线H的中点M会产生位置偏移，通过与初始时所设定的M点位置进行对比，可以得到左移或右移的控制信号。利用这一原理，就可以利用眼球的运动和计算机系统进行交互操作，从而实现阅读者的翻书功能。而在实际的阅读过程中，人的眼球可能会有细微的移动变化，而这种变化并不是阅读者想翻书的意愿，因此在本设计中设置了一个误差范围N，只有眼球瞳孔轨迹连线的中点偏移距离大于N/2的时候才进行翻书。

如下，该基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制方法，包括如下步骤：

1）采集用户视线运动轨迹图像；

2）对用户视线运动轨迹图像进行识别，获取眼动数字信号；

3）抽取和分析眼动数字信号中的信息；

4）将步骤3）中抽取和分析的信息转换成模拟信号；

具体地，摄像头采集阅读者眼球左右移动轨迹的图像；该图像信号被输送到眼动检测模块22；眼动检测模块22获取眼动数字信号，信号处理模块23对眼球运动相关的眼动数字信号进行抽取和分析；再输出到A/D转换模块24，A/D转换模块24将其转换成模拟信号，模拟信号进入脉冲控制模块25；模拟信号经脉冲控制模块25以脉冲信号的形式控制电机转动。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims

1.一种基于视线追踪的自动翻页阅读椅，其特征在于: 包括座椅（1）与设在座椅（1）上的控制装置；所述座椅（1）上设有弯臂（3），所述弯臂（3）的一端设在座椅（1）上，其另一端与竖杆（4）连接；所述竖杆（4）上设有书架（5）；所述书架（5）顶端设有摄像头（6），所述书架（5）的两侧分别设有可枢轴转动的左杆（7）和右杆（8），所述书架（5）的中部设有可枢轴转动并可平移的尺子（9）；所述控制装置的信号输入端与摄像头（6）相连接，其信号输出端分别与左右杆(7、8) 相连接；

所述控制装置包括图像采集模块（21）、眼动检测模块（22）、信号处理模块（23）、A/D 转换模块（24）与脉冲控制模块（25）；上述模块依次连接；

所述眼动检测模块（22）包括对图像差值化、几何变换、补偿和修阳，提取眼球运动轨迹，提取轨迹线并计算视线的中点，并与初始位置进行比较的采集卡（221）。

2.根据权利要求1 所述的基于视线追踪的自动翻页阅读椅，其特征在于：所述座椅（1）设有靠背（10），所述弯臂（3）设于靠背（10）上，所述弯臂（3）为弹性弧状弯壁。

3.根据权利要求1 所述的基于视线追踪的自动翻页阅读椅，其特征在于：所述控制装置（2）设于座椅（1）的底部。

4.根据权利要求1所述的基于视线追踪的自动翻页阅读椅，其特征在于：

所述信号处理模块（23）包括信号放大电路和接收放大信号的滤波器电路。

5.根据权利要求1 所述的基于视线追踪的自动翻页阅读椅，其特征在于：所述A/D 转换模块（24）包括单片机控制电路（241）、JTAG 端口（242）、基准电压电路（243）、输入电压电路（244）与电源电路（245）, 所述电源电路（245）分别与输入电压电路（244）、单片机控制电路（241）相连接；所述JTAG 端口（242）、基准电压电路（243）与输入电压电路（244）一起连接至单片机控制电路（241）。

6.根据权利要求1 所述的基于视线追踪的自动翻页阅读椅，其特征在于：所述脉冲控制模块25 包括功率开关管VT1-VT4、二极管VD1-VD4 与电机；所述功率开关管VT1、VT3 发射极与电机电连接，所述功率开关管VT1、VT3 的集电极分别与二极管VD1、VD3的阴极电连接；所述二极管VD1、VD3 的阳极与电机电连接；所述功率开关管VT2、VT4 的集电极与电机电连接，所述功率开关管VT2、VT4 的发射极分别与二极管VD2、VD4 的阳极电连接，所述二极管VD2、VD4 的阴极与电机电连接。

7.根据如权利要求1-6 任一所述的基于视线追踪的自动翻页阅读椅的控制方法，其特征在于：其特征在于包括如下步骤：

1）采集用户视线运动轨迹图像；

2）对用户视线运动轨迹图像进行识别，获取眼动数字信号；

3）抽取和分析眼动数字信号中的信息；

4）将步骤3）中抽取和分析的信息转换成模拟信号；

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于；进一步包括如下步骤：

a）通过摄像头采集阅读者眼球左右移动轨迹的图像；

b）图像信号输送到眼动检测模块，眼动检测模块获取眼动数字信号；

c）通过信号处理模块对眼动数字信号进行抽取和分析；

d）步骤c）中经过抽取和分析的眼动数字信号输出到A/D 转换模块，通过A/D 转换模块成模拟信号；

e）模拟信号进入脉冲控制模块，以脉冲信号的形式控制电机转动。