CN103353760A - 挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置和方法。本装置包括显示器、摄像头、显示界面方位自动调节装置、调节机构控制器和计算机，显示器和摄像机固定安装在显示界面方位自动调节装置的一个爪盘上;摄像头的输出联接到计算机，计算机的输出经调节机构控制器联接控制所述显示界面方位自动调节装置中的电机甲、电机乙和电机丙；所说显示器处于用户脸部前方，所述摄像头采集用户脸部图像信息，输入计算机，经计算机处理后输出控制信号给调节机构控制器，由该调节机构控制器控制所述三个电机，使显示器实时跟踪用户头部姿态变化和位置变化。本发明能实现显示器界面实时自动跟踪使用者头部和面部方向，而实时正向向对准使用者脸部。

Description

挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置及方法

技术领域

本发明涉及一种挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置及方法。 

背景技术

随着科学技术的不断发展和生活水平的不断提高，人们对于观看显示器或电视机等显示界面上信息的舒适性要求越来越高。传统的显示器或电视机等显示界面往往固定在墙面或放置在桌面上，用户需要在特定的位置观看显示界面上的内容。目前，也有一些显示器或电视机的调节支架，但在调节范围和使用方法方面具有一定的局限性，如只能在小范围内平行移动或升降调节，并且用户需要对支架进行手动调节，才能将显示器等界面调整到适合人眼观察的角度，这种手动调节方法和装置调节起来不够灵活，另外，一些传统落地式的支架占地空间会比较大，采用挂墙式可以合理利用空间，传统的支架的调节角度有限，比如说当用户头部在一个平面内转动，传统装置无法自动使显示器正对人的脸部，并且每次调节需要花费较多的时间。但用户在实际使用过程，头部经常运动，特别对于一些特殊的应用，如用于帮助老年人或残疾人的人机交互装置，用户脸部正对显示器界面可以得到较为准确和全面的信息，偏离角度会影响观看者的舒适性。因而，通过对用户头部姿态实时检测和跟踪，实现显示界面自动调节满足不同姿态和应用需求的调节装置是非常有意义的。本发明设计了一种基于头部姿态跟踪的适应任意脸部方位的显示界面调节装置,可以实时跟踪头部姿态，并自动调节显示器位置,特别当人头部在一个平面内转动时，该装置可以使显示在一个面内任意转动，使显示器的主画面实时的正对用户面部。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于，挂墙式提供一种适应任意脸部方位的显示界面调节装置及方法，主要解决了现有手动调节装置无法实时调节显示器的问题，一旦用户头部姿态发生改变，就会影响用户观看的舒适性。采用基于头部姿态跟踪技术能够有效的帮助用户将姿态信息传输给计算机分析处理，采用头部跟踪技术采集、处理和分析用户的头部特征，当用户头部偏离显示器的正对位置，将信号传输给上位机进行头部信息的分解，再将分解出的信号传输给支架上的控制模块，然后通过控制模块从而实现对电机的控制，从而实现跟踪使用者头部和面部方向，正向对准使用者脸部。 

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案： 

一种适应任意脸部方位的显示界面调节装置，包括显示器、摄像头、显示界面方位自动调节装置、调节机构控制器和计算机，其特征在于：所述显示器和摄像机固定安装在显示界面方位自动调节装置的一个爪盘上;摄像头的输出联接到计算机，计算机的输出经调节机构控制器联接控制所述显示界面方位自动调节装置中的电机甲、电机乙和电机丙；所说显示器处于用户脸部前方，所述摄像头采集用户脸部图像信息，输入计算机，经计算机处理后输出控制信号给调节机构控制器，由该调节机构控制器控制所述三个电机，使显示器实时跟踪用户头部姿态变化和位置变化。

所述显示界面方位自动调节装置包括使所述显示器进行左右动作的左右平移机构、使所述显示器进行俯仰动作的俯仰调节机构、使所述显示器在一个平面内任意转动的转动调节机构。所述左右平移机构、俯仰调节机构、转动调节机构依次连接或一体后固定在墙面上，通过逐个所述调节机构的动作而传递调整所述显示器适应用户的多种姿态； 

所述左右平移机构为丝杠螺母传动机构，包括：固定架、固定螺钉、固定侧支架、丝杠、直线导轨、直线导轨副、工字连接块、固定侧支架、连接横板、螺母和所述电机甲；所述固定架通过固定螺钉可固定在墙面上，所述固定侧支架分别固定在固定架两侧，所述电机甲与固定侧支架固定连接。所述电机甲固定连接丝杠转动而带动丝杠转动，所述螺母安装于连接横版中间并与丝杠旋配，所述丝杠可带动螺母向左或向右移动，从而可带动所述显示器左右平移运动；

所述俯仰调节机构包括：u型连接块、法兰柱和所述电机乙，所述u型连接块固定安装在所述连接横版上，所述电机乙安装在u型连接块一侧，法兰柱与u型连接块形成转动副，所述电机乙转动可带动法兰柱上下转动，从而实现所述显示器的俯仰调节；

   所述平面转动调节机构包括：所述法兰柱、电机法兰、所述电机丙和所述爪盘，所述电机丙输出轴与爪盘固定连接而通过电机法兰内安装于法兰柱内，所述电机丙可带动爪盘作平面转动，从而实现显示器对用户脸部任意平面内转动的调节。

所述爪盘上海固定安装两个辅助光源，分别位于摄像头的两侧耳对准用户脸部。 

一种适应挂墙式任意脸部方位的显示界面调节方法，采用上述装置进行操作，其特征在于： 左右移动调节:用户处于显示器界面前方，摄像头采集图像并提取脸部特征，计算机对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向左或向右变化，输出控制信号给调节机构控制器，控制驱动左右平移机构运动，具体调节步骤包括向由调节机构控制器发送控制指令使得电机甲转动，实现显示器对用户脸部左右变化的调节。 

上下俯仰调节：摄像头采集图像并提取脸部特征，计算机对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向上或向下变化，驱动俯仰调节机构进行调节，具体调节步骤包括由调节机构控制器发送控制指令使得电机乙转动，电机乙转动带动法兰柱上下俯仰，从而实现显示器对用户头部姿态向上或向下的跟踪调节。 

一个平面内任意角度调节：摄像头采集图像并提取脸部特征，计算机对特征进行处理后，计算出人头部姿态在一个平面内转过的角度，驱动平面转动机构进行调节；具体调节步骤包括由调节机构控制器发送控制指令使得电机丙转动，电机丙转动带动爪盘，使得显示器在一个面内转过相应的角度，使显示器实时跟踪用户头部姿态变化和位置变化。 

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见得突出实体性和显著技术进步：本发明采用基于头部姿态跟踪技术，有效地将用户脸部姿态信息传输给计算机进行处理，提取头部特征，发出控制信号控制显示界面方位自动调节装置，实现显示器对用户脸部姿态的实时跟踪。本发明的有益效果是：由于采取上述技术方案，有效的解决了用户需手动调节装置的问题，装置显示界面自适应跟踪用户头部姿态，综合调整显示界面自适应装置上下俯仰变化、左右偏转变化和一个面内任意转动的变化，以适应于不同姿态下的用户。 

附图说明

图1为适应任意脸部方位的显示界面调节装置。 

图2是显示界面方位自动调节装置结构示意图 

图3是适应任意脸部方位的显示界面调节方法的程序框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明： 

实施例一：

参见图1和图2，本挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置，包括显示器（26）、摄像头（20）、显示界面方位自动调节装置（25）、调节机构控制器（22）和计算机（21），其特征在于：所述显示器（26）（26）和摄像机（20）固定安装在显示界面方位自动调节装置（25）的一个爪盘（17）上;摄像头（20）的输出联接到计算机（21），计算机（21）的输出经调节机构控制器（22）联接控制所述显示界面方位自动调节装置（25）中的电机甲（10）、电机乙（13）和电机丙（16）；所说显示器（26）处于用户脸部（24）前方，所述摄像头（20）采集用户脸部（24）图像信息，输入计算机（21），经计算机（21）处理后输出控制信号给调节机构控制器（22），由该调节机构控制器（22）控制所述三个电机（10、13、16），使显示器（26）实时跟踪用户头部（24）姿态变化和位置变化。

  

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：

参见图2，所述显示界面方位自动调节装置包括使所述显示器（26）进行左右动作的左右平移机构、使所述显示器（26）进行俯仰动作的俯仰调节机构、使所述显示器（26）在一个平面内任意转动的转动调节机构。所述左右平移机构、俯仰调节机构、转动调节机构依次连接或一体后固定在墙面上，通过逐个所述调节机构的动作而传递调整所述显示器（26）适应用户的多种姿态；

所述左右平移机构为丝杠螺母传动机构，包括：固定架（1）、固定螺钉（2） 、固定侧支架（3）、丝杠（4）、直线导轨（5）、直线导轨副（6）、工字连接块（7）、固定侧支架（8）、连接横板（9）、螺母（11）和所述电机甲（10）；所述固定架（1）通过固定螺钉（2）可固定在墙面上，所述固定侧支架（3、8）分别固定在固定架（1）两侧，所述电机甲（10）与固定侧支架（3）固定连接。所述电机甲（10）固定连接丝杠（4）转动而带动丝杠（4）转动，所述螺母（11）安装于连接横版（9）中间并与丝杠（4）旋配，所述丝杠（4）可带动螺母向左或向右移动，从而可带动所述显示器（26）左右平移运动；

所述俯仰调节机构包括：u型连接块（12）、法兰柱（14）和所述电机乙（13），所述u型连接块（12）固定安装在所述连接横版（9）上，所述电机乙(13)安装在u型连接块（12）一侧，法兰柱（14）与u型连接块（12）形成转动副，所述电机乙（13）转动可带动法兰柱（14）上下转动，从而实现所述显示器（26）的俯仰调节；

   所述平面转动调节机构包括：所述法兰柱（14）、电机法兰（15）、所述电机丙（16）和所述爪盘（17），所述电机丙（16）输出轴与爪盘（17）固定连接而通过电机法兰（15）内安装于法兰柱（14）内，所述电机丙（16）可带动爪盘（17）作平面转动，从而实现显示器（26）对用户脸部任意平面内转动的调节。

所述爪盘（17）上还固定安装两个辅助光源（18、19），分别位于摄像头（20）的两侧耳对准用户脸部（24）。 

实施例三： 

    本挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节方法，采用根据权利要求1所述的适应任意脸部方位的显示界面调节装置进行操作，其特征在于操作步骤如下：

左右移动调节:用户处于显示器（26）界面前方，摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向左或向右变化，输出控制信号给调节机构控制器（22），控制驱动左右平移机构运动，具体调节步骤包括向由调节机构控制器（22）发送控制指令使得电机甲（10）转动，实现显示器（26）对用户脸部（24）左右变化的调节。

上下俯仰调节：摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向上或向下变化，驱动俯仰调节机构进行调节，具体调节步骤包括由调节机构控制器（22）发送控制指令使得电机乙（13）转动，电机乙（13）转动带动法兰柱（14）上下俯仰，从而实现显示器（26）对用户头（24）部姿态向上或向下的跟踪调节。 

一个平面内任意角度调节：摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，计算出人头部（24）姿态在一个平面内转过的角度，驱动平面转动机构进行调节；具体调节步骤包括由调节机构控制器（22）发送控制指令使得电机丙（16）转动，电机丙（16）转动带动爪盘（17），使得显示器（26）在一个面内转过相应的角度，使显示器（26）实时跟踪用户头部（24）姿态变化和位置变化。 

实施例四： 

本实施例如附图3,应用功能特点1, 当用户在显示器（26）前一定位置，辅助光源（18、19）照向用户头部，头部或脸部相对显示器（26）界面发生变化时，摄像头（20）采集图像，并提取脸部特征，计算机（21）根据提取得特征和图像库中预先存储的脸部模版进行比较，发现头部姿态向左变化时，将判断信息传送至调节机构控制器（22），控制器（22）发送控制指令使得驱动电机甲（10）转动，电机甲（10）转动可带动丝杠转动，使得螺母（11）带动连接横板（9）向左移动，可实现显示器对用户头部姿态向左变化的调节。据相同原理可实现对用户头部（24）姿态向右变化跟踪调节。

应用功能特点2，当用户在显示器前一定位置，辅助光源（18、19）照向用户头部，头部或脸部相对显示器界面发生变化时，摄像头（20）采集图像，并提取脸部特征，计算机（21）根据提取得特征和图像库中预先存储的脸部模版进行比较，发现头部姿态向上变化时，将判断信息传送至控制器（22），控制器发送控制指令使得驱动电机乙（13）转动可带动法兰柱（14）向上转过一定的角度，从而实现显示器对用户头部姿态向上抬的跟踪调节。根据相同原理可实现对用户头部（24）姿态向下跟踪调节。 

应用功能特点3，当用户在显示器（26）前一定位置，辅助光源（18、19）照向用户头部，头部或脸部相对显示器界面发生变化时，摄像头（20）采集图像，并提取脸部特征，计算机（21）根据提取得特征和图像库中预先存储的脸部模版进行比较，发现头部姿态在一个平面内发生转动时，将判断信息传送至模块器（22），控制器（22）发送控制指令使得驱动电机丙（16）转动，电机丙（16）带动爪盘（17）转动，使得显示器（26）可在一个面内任意转动。实现显示器对用户头部（24）姿态跟踪调节。 

图3是挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置操作程序框图，其具体操作步骤如下：当用户处于显示器界面前方，摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向左或向右变化，驱动左右平移机构运动，具体调节步骤包括向由调节机构控制器（22）发送控制指令使得驱动电机甲（10）转动，可实现显示器对用户脸部（24）左右变化的调节。 

当用户处于显示器界面前方，摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向上或向下变化，驱动俯仰调节机构进行调节，具体调节步骤包括由控制器（22）发送控制指令使得驱动电机乙（13）转动，电机乙（13）转动可带动法兰柱（14）上下俯仰，从而实现显示器（26）对用户头部（24）姿态向上或向下的跟踪调节。 

当用户处于显示器（26）界面前方，摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，计算出人头部姿态在一个平面内转过的角度，驱动平面转动机构进行调节。具体调节步骤包括由控制器（22）发送控制指令使得驱动电机丙（16）转动，电机丙（16）转动带动爪盘（17），使得显示器（26）在一个面内转过相应的角度，使显示器（26）实时跟踪用户头部（24）姿态变化和位置变化。 

Claims (4)

1.一种挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置，包括显示器（26）、摄像头（20）、显示界面方位自动调节装置（25）、调节机构控制器（22）和计算机（21），其特征在于：所述显示器（26）（26）和摄像机（20）固定安装在显示界面方位自动调节装置（25）的一个爪盘（17）上;摄像头（20）的输出联接到计算机（21），计算机（21）的输出经调节机构控制器（22）联接控制所述显示界面方位自动调节装置（25）中的电机甲（10）、电机乙（13）和电机丙（16）；所说显示器（26）处于用户脸部（24）前方，所述摄像头（20）采集用户脸部（24）图像信息，输入计算机（21），经计算机（21）处理后输出控制信号给调节机构控制器（22），由该调节机构控制器（22）控制所述三个电机（10、13、16），使显示器（26）实时跟踪用户头部（24）姿态变化和位置变化。

2.根据权利要求1所述的挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置，其特征在于：所述显示界面方位自动调节装置包括使所述显示器（26）进行左右动作的左右平移机构、使所述显示器（26）进行俯仰动作的俯仰调节机构、使所述显示器（26）在一个平面内任意转动的转动调节机构。所述左右平移机构、俯仰调节机构、转动调节机构依次连接或一体后固定在墙面上，通过逐个所述调节机构的动作而传递调整所述显示器（26）适应用户的多种姿态；

所述左右平移机构为丝杠螺母传动机构，包括：固定架（1）、固定螺钉（2） 、固定侧支架（3）、丝杠（4）、直线导轨（5）、直线导轨副（6）、工字连接块（7）、固定侧支架（8）、连接横板（9）、螺母（11）和所述电机甲（10）；所述固定架（1）通过固定螺钉（2）可固定在墙面上，所述固定侧支架（3、8）分别固定在固定架（1）两侧，所述电机甲（10）与固定侧支架（3）固定连接。所述电机甲（10）固定连接丝杠（4）转动而带动丝杠（4）转动，所述螺母（11）安装于连接横版（9）中间并与丝杠（4）旋配，所述丝杠（4）可带动螺母向左或向右移动，从而可带动所述显示器（26）左右平移运动；

所述俯仰调节机构包括：u型连接块（12）、法兰柱（14）和所述电机乙（13），所述u型连接块（12）固定安装在所述连接横版（9）上，所述电机乙(13)安装在u型连接块（12）一侧，法兰柱（14）与u型连接块（12）形成转动副，所述电机乙（13）转动可带动法兰柱（14）上下转动，从而实现所述显示器（26）的俯仰调节；

   所述平面转动调节机构包括：所述法兰柱（14）、电机法兰（15）、所述电机丙（16）和所述爪盘（17），所述电机丙（16）输出轴与爪盘（17）固定连接而通过电机法兰（15）内安装于法兰柱（14）内，所述电机丙（16）可带动爪盘（17）作平面转动，从而实现显示器（26）对用户脸部任意平面内转动的调节。

3.根据权利要求1所述的挂墙式适应任意脸部方位的显示界面调节装置，其特征在于：所述爪盘（17）上还固定安装两个辅助光源（18、19），分别位于摄像头（20）的两侧耳对准用户脸部（24）。

4.一种适应挂墙式任意脸部方位的显示界面调节方法，采用根据权利要求1所述的适应任意脸部方位的显示界面调节装置进行操作，其特征在于操作步骤如下：

A. 左右移动调节:用户处于显示器（26）界面前方，摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向左或向右变化，输出控制信号给调节机构控制器（22），控制驱动左右平移机构运动，具体调节步骤包括向由调节机构控制器（22）发送控制指令使得电机甲（10）转动，实现显示器（26）对用户脸部（24）左右变化的调节。

B. 上下俯仰调节：摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，判断出人头部姿态是否向上或向下变化，驱动俯仰调节机构进行调节，具体调节步骤包括由调节机构控制器（22）发送控制指令使得电机乙（13）转动，电机乙（13）转动带动法兰柱（14）上下俯仰，从而实现显示器（26）对用户头（24）部姿态向上或向下的跟踪调节。

C．一个平面内任意角度调节：摄像头（20）采集图像并提取脸部特征，计算机（21）对特征进行处理后，计算出人头部（24）姿态在一个平面内转过的角度，驱动平面转动机构进行调节；具体调节步骤包括由调节机构控制器（22）发送控制指令使得电机丙（16）转动，电机丙（16）转动带动爪盘（17），使得显示器（26）在一个面内转过相应的角度，使显示器（26）实时跟踪用户头部（24）姿态变化和位置变化。

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