CN103902713B - 智能移动终端的浏览器配色方案自动调节方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种图像处理技术领域的浏览器配色方案自动调节方法及系统，通过光传感器采集当前用户的使用环境，并自动调用对应的自动配色方案调整显示屏的显示方式，包括分别应用于强光和弱光环境下的配色方案自动调节方法。本发明通过对在强光和弱光下影响屏幕的清晰度和用户的舒适度因素的分析和建模，使得浏览器配色方案在不同外界环境光强下改变以达到提高屏幕的清晰度和用户的舒适度为目的。本发明易于实现，在提高屏幕的清晰度和用户的舒适度的同时并不显著增加系统的功耗。

Description

智能移动终端的浏览器配色方案自动调节方法及系统

技术领域

本发明涉及的是一种图像处理技术领域的方法及系统，具体是一种浏览器配色方案自动调节方法及系统，可以用于智能移动终端等电子设备。

背景技术

智能移动终端凭借着强大的功能、丰富的应用和极高的便携性在全世界范围内得到了广泛的应用。它的出现，使得更多的应用(如网页浏览、电子书阅读、社交网络等)能够流畅地运行在各种移动终端上，极大地丰富了用户的体验。

然而，智能终端浏览网页的过程中有着独特的问题，在阳光下，屏幕上的色彩会被阳光冲淡，从而导致用户很难看清屏幕上的文字，另一方面，在黑暗的环境下，用户会对屏幕上发出的刺眼的光线感到不适应。

目前，针对智能终端的这一问题，解决的方法主要是主流智能终端操作系统(Android和iOS)中内置的自动亮度调节系统。然而，自动亮度调节系统只能改变手机背光的亮度，并不能对屏幕上的颜色做出改变，其作用是有限的。有时，即使用智能移动终端屏幕的最高亮度，我们仍然不能看清屏幕上的文字，即自动亮度调节系统不能调节配色方案。

另外，一些流行的手机应用内置了夜间模式，通过一个固定的夜间配色方案提高弱光环境下的用户看屏幕的舒适度，但其配色方案是固定的，并不能随外界环境光线的强度变化做出更改。另外，用户需要手动切换夜间模式，其变色方式缺乏自动性。

通过研究，我们将屏幕清晰度，即RVP(Relative Visual Performance，相关视觉性能)，和舒适度，即UGR(统一眩光指数，Unified Glare Rating)作为评判配色方案的标准。其中RVP可以通过以下公式计算：RVP＝RT0/RT。RT代表的是在一定环境下人类完成某视觉任务需要的反应时间，而RT0代表的是在最佳的外界环境下完成某视觉任务需要的反应时间。RVP越高代表清晰度越好。UGR可以通过以下公式计算：其中：L_n ²代表n个光源各自的亮度，而ω_n是光源与用户之间的方位角，P_n ²为各个光源的Guth位置指数。UGR越低代表着不舒适炫光越弱，即舒适度越高。

通过对流行网站配色方案的研究和分析，我们发现许多流行网站的配色方案并不适合在移动终端上进行阅读，其主要原因是配色方案中对于背景和文字采用了过多的明亮色彩，这些明亮色彩在外界光照较强时导致对比度下降，降低了清晰度，即RVP较低，在外界光照较弱时，由于其自身亮度较高，也降低了舒适度，即UGR较高。明亮色彩在网页中所占比例及其分析如图1。因此，流行网站的明亮配色方案是不适合智能终端阅读的。我们可以通过改变其配色方案提高在强光和弱光下的屏幕的清晰度和用户的舒适度。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103488646A，公开(公告)日2014.01.01，公开了一种移动终端浏览器弱光源下浏览网页的方法及装置，该方法包括：接收用户输入的网页网址，根据所述网址下载所述网页的代码；在所述网页的代码中注入预设代码，所述预设代码具有修改所述网页的页面元素的颜色的功能；通过执行所述预设代码修改所述网页的页面元素的颜色，使所述网页的页面元素的颜色的对比度达到预设的对比度以适合弱光源下浏览。但该技术只处理了弱光情况下的色彩自动调节，而没有考虑强光下的变色方案。此外，该技术以颜色之间的对比度作为衡量标准，这个标准无法全面体现出在弱光下人眼阅读屏幕的舒适度。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种浏览器配色方案自动调节方法及系统，通过对在强光和弱光下影响屏幕的清晰度和用户的舒适度因素的分析和建模，使得浏览器配色方案在在不同外界环境光强下改变以达到提高屏幕的清晰度和用户的舒适度为目的。本发明易于实现，在提高屏幕的清晰度和用户的舒适度的同时并不显著增加系统的功耗。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种浏览器在强光和弱光下的配色方案自动调节方法，通过光传感器采集当前用户的使用环境，并自动调用对应的自动配色方案调整显示屏的显示方式，包括分别应用于强光和弱光环境下的配色方案自动调节方法，其中：

所述应用于强光环境下的配色方案自动调节方法，包括以下步骤：

1)首先确定前景色，根据各种颜色在网页中所占的比重(w₁,w₂,…,w_n)对网页上的文字颜色(x₁,x₂,…,x_n)进行排序操作。占比重越大的颜色越先处理，这样保证比重越大的颜色越接近网页原色，和原网页色调统一。

所述的比重是指：某种颜色的文字占该网页上所有文字的字数比例。

2)遍历网页上所有文字颜色，当任一文字颜色x_i已经存在于可行域A_i的下半区时，则直接求该颜色的冲突域C_i，并将该冲突域并入总冲突域C中。

所述的可行域是指：在DKL颜色空间(DerringtonKrauskopf Lennie视锥激活空间)中，满足以下两个要求的颜色对所在区域：

i)文字颜色x_i与其背景色y_i的连线为该DKL色彩空间的直径，即文字颜色与背景色之间的色彩差为180度并且x_i与y_i均位于球面上(r＝1)，此时文字和背景色的RVP值最高。

ii)文字颜色x_i与其背景色y_i的对比度大于图2中所示的θ，其中θ是指：当RVP＝80％时所对应的对比度大小。由图2所示，当对比度大于θ时RVP值较高，代表着较高的清晰度。

由于DKL空间上半球的颜色具有较大的亮度，而下半球的颜色亮度较小。在下半球中选择文字颜色x_i，即前景色，在上半球中选择背景颜色y_i。满足以上两个条件的颜色对<x_i,y_i>构成了可行域A_i。如图5灰色区域。

所述的冲突域是指：对于任何两种文字颜色x_i’和x_j’，需要满足distance(x_i’,x_j’)>β才能保证两种颜色不会发生冲突，即对于每一种颜色x_i，将与其距离小于等于β的其他颜色点标记为冲突域C_i。

3)根据步骤1)得到的排序再次遍历网页上所有文字颜色，占比重越大(即w_i)的颜色越先处理。对于没有位于可行域中的颜色x_i，首先更新可行域A_i，从中减去总冲突域C，即A_i’＝A_i-C；再利用单色变色算法从新的可行域A_i’中选取一个最佳颜色作为x_i’，并计算出x_i’的冲突域C_i，将其并入总冲突域C中。

所述的单色变色算法是指：对于任一颜色x₁(a,h,r)，首先沿线L将其移动至圆周x₁ ^*(a,h,1)处，再沿球面曲线L^’将其移动至可行域内，为x₁ ^’(a’,h,1)，其中：(a,h,r)对应DKL空间中的球面坐标，a是该点与球心连线和赤道面所形成的仰角，h是该点在球面上的经度，同时也与颜色的色调相关，r是该点与球心连线距离与半径之间的比例；例如r＝1意味着某一点位于球面上，L’是DKL色彩空间球中对应h角度的经线。

通过步骤3)为每一种文字颜色找到一个提高RVP值为前提的最佳变换颜色，使得智能移动终端屏幕上显示的内容在强光下更加清晰。

4)最后确定背景色，为每一个文字颜色x_i匹配一个与之对应的背景颜色y_i，使得强光环境下的RVP值显著提高，从而使用户阅读的清晰度提升。

所述的匹配是指：对于任一颜色x_i，其最佳背景色y_i是其与球心连线交球面的另外一点；当所述背景颜色用于同一个网页时，通过文字颜色的比重，即min(∑wi×distance(y′,y′i))方式获得一个最优的背景颜色，其中：wi为各种颜色在网页中所占的比重,i＝1～n，distance(y′,y′i)表示背景颜色y′与y′i在DKL色彩空间中的球面距离。

所述应用于弱光环境下的配色方案自动调节方法，包括以下步骤：

1)采用黑色作为背景颜色；

2)对于任一文字颜色x₁(a,h,r)，首先将其延直线L移至球表面x₁ ^’(a,h,1)，即半径为1的DKL色彩空间；然后将其延弧线L’移动，直到和黑色之间的对比度能够满足对阅读清晰度(RVP值)的要求，即图2中所示的θ，最后至x₁”(a’,h,1)处。其中L’是DKL色彩空间球中对应h角度的经线。

上述方法不仅能够将屏幕的UGR值降低，从而提升了阅读的舒适度，也保证了RVP值，即阅读的舒适度，不至于使得用户难以分辨背景和文字的颜色。

所述的强光环境和弱光环境一般认为但不限于大于等于10000cd/m²的条件以及小于等于10cd/m²的条件。

本发明涉及一种实现上述方法的系统，包括：动态监测模块、变色模块，其中：动态监测模块通过智能移动终端上的光线传感器获取环境光照强度信息并输出至变色模块；变色模块根据环境光照强度信息、显示文字颜色和字体大小信息，计算出最优配色方案并输出至智能移动终端，通过智能终端对显示装置进行显示方案的调整，从而实现自动调节。

技术效果

与现有技术相比，本发明的技术效果包括：本发明主要应用于触屏智能移动终端节能，优势在于能够在保证能耗并不显著增长的前提下，显著的提高不同光照条件下的屏幕显示的清晰度。本发明通过分析屏幕显示的清晰度和各个影响因素之间的关系，建立屏幕显示的清晰度模型。利用实时获取的环境光照强度，通过调用颜色变换算法动态地计算最佳配色方案，从而显著地提高了屏幕显示的清晰度。

附图说明

图1为明亮色彩在网页中所占平均比重及其RVP和UGR值示意图。

图2为RVP值和对比度之间的关系示意图。

图3为RVP值和色调差之间的关系示意图。

图4为RVP值和字号大小之间的关系示意图。

图5为强光条件下的颜色变色算法示意图。

图6为弱光条件下的颜色变色算法示意图。

图7为用户体验度的评估示意图。

图8为不同机型运行速度的评估示意图。

图9为系统耗能示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

本实施例应用场景为：选取Motorola XT928(屏幕大小4.5’,主频1.2GHZ),Samsung Galaxy Note(屏幕大小5.3’,主频1.4GHZ),Nexus 7(屏幕大小7’,主频1.3GHZ),Galaxy Note 10.1(屏幕大小10.1’,主频1.4GHZ)作为实现色彩方案自动调节系统的原型机。采集的数据量为206名志愿者。

本实施例具体包括以下步骤：

步骤一、使用4种加载了色彩方案自动调节系统的设备作为原型系统，以及同样4种原装系统的设备作为对比系统。

步骤二、本系统主要是通过修改智能移动终端浏览器内核代码来实现的。在浏览器工作的生成Render Tree和绘制两个步骤之间插入的模块，从而将即将绘制到屏幕上的颜色替换为本系统计算得到的最优配色方案，从而实现成本较小的配色方案调节。

步骤三、将原型设备与对比设备发放给用户，分别使用相关公式计算强光与弱光条件下的RVP值和UGR值，并让用户对原型设备和对比设备的用户体验度进行评分。具体来说，当每个用户拿到原型设备和对比设备后，并不对用户告知哪一个设备上装备了此系统。之后，让其中的128名志愿者在约为20000cd/m²的强光下浏览10个选定的热门网页(Google,Sina,Sohu等)，并让其对两个设备分别进行评分。对于剩下的志愿者，让他们在约为2cd/m²的弱光下浏览相同的热门网页，并对两个设备进行分别评分，不同设备的RVP，UGR值和用户评分如图所示。

本优化方法的其它评估指标主要有三点：屏幕显示的清晰度和用户的舒适度，系统运行速度及对能耗的影响。

对于屏幕的清晰度和用户的可读性的评估如图7所示，其中RVP为在强光下的观测值(因为弱光条件下RVP并不是影响屏幕显示的清晰度的主要因素)和UGR在弱光下的观测值(因为强光条件下UGR并不是影响屏幕显示的清晰度的主要因素)。从图中能够得到，本系统可以在强光下显著提升RVP值，在弱光下显著降低UGR值，而从用户评分的角度来看，在强光和弱光的环境下也均比原始配色方案有较大提升。因此本系统可以在不同光照强度下显著提升人们看屏幕的清晰度。

对于本系统的运行速度评估如图8所示，分别在上述的四种设备上安装好本系统，并利用软件将它们的CPU频率限制在0.9–1.2GHz不等。然后随机选择100个网页，为了避免网络连接对运行速度的影响，先将网页下载并储存在本地，之后分别记录安装本系统和不安装本系统设备打开网页时间的差异，运行多次取平均值作为本系统打开某网页的运行耗时。可以从图中观察得到，在Motorola XT928智能移动终端上，当其CPU频率为1GHz的条件下，大约有90％

以上的网页本系统耗时小于25ms。在其它设备上的运行结果均与此相似。这只是一段很短的时间，并不会对人眼看屏幕的清晰度造成太大的影响。另外，从图中还能够看出CPU的频率对本系统的运行时间并没有太大的影响。

对于本系统能耗的评估如图9所示，同样分别在上述的四种设备上安装好本系统。由于不同颜色对智能移动终端屏幕的能耗有着不同的影响(白色最耗能，黑色最节能)，随机选择100个网页。分别用安装本系统和不安装本系统的设备打开这些网页并静置一段时间，使用能耗测量板记录两种设备分别的耗能情况。之后，将不安装本系统的设备的能耗正规化为1，将安装本系统设备的能耗用于前者的比例代表。从图中可以观察得出，对于强光环境下的最佳配色方案，其耗能并不比原始的配色方案高。而对于弱光环境下的最佳配色方案，其耗能比原始的配色方案要显著降低。

Claims (5)

1.一种浏览器在强光下的配色方案自动调节方法，通过光传感器采集当前用户的使用环境，并自动调用对应的自动配色方案调整显示屏的显示方式，具体包括以下步骤：

1)根据各种颜色在网页中所占的比重(w₁,w₂,…,w_n)对网页上的文字颜色(x₁,x₂,…,x_n)进行排序操作；

2)遍历网页上所有文字颜色：当任一文字颜色x_i已经存在于可行域A_i的下半区时，则直接求该颜色的冲突域C_i，并将该冲突域并入总冲突域C中；

3)根据步骤1)得到的排序再次遍历网页上所有文字颜色：对于没有位于可行域中的颜色x_i，首先更新可行域A_i，从中减去总冲突域C，即A_i’＝A_i‐C；然后利用单色变色算法从新的可行域A_i’中选取一个最佳颜色作为x_i’，并计算出x_i’的冲突域C_i，将其并入总冲突域C中；

4)确定背景色：为每一个文字颜色x_i匹配一个与之对应的背景颜色y_i，使得强光环境下的RVP值显著提高，从而使用户阅读的清晰度提升；

所述的可行域是指：在DKL颜色空间中，满足以下两个要求的颜色对所在区域：

i)文字颜色x_i与其背景色y_i的连线为该DKL色彩空间的直径，即文字颜色与背景色之间的色彩差为180度并且x_i与y_i均位于r＝1的球面上；

ii)文字颜色x_i与其背景色y_i的对比度大于θ，其中θ是指：当RVP＝80％时所对应的对比度大小；

所述的冲突域是指：对于任何两种文字颜色x_i’和x_j’，需要满足distance(x_i’,x_j’)>β才能保证两种颜色不会发生冲突，即对于每一种颜色x_i，将与其距离小于等于β的其他颜色点标记为冲突域C_i；

所述的单色变色算法是指：对于任一颜色x₁(a,h,r)，首先沿线L将其移动至圆周x₁ ^*(a,h,1)处，再沿球面曲线L’将其移动至可行域内，为x₁’(a’,h,1)，其中：(a,h,r)对应DKL空间中的球面坐标，a是该点与球心连线和赤道面所形成的仰角，h是该点在球面上的经度，同时也与颜色的色调相关，r是该点与球心连线距离与半径之间的比例。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的匹配是指：对于任一颜色x_i，其最佳背景色y_i是其与球心连线交球面的另外一点。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，当所述背景颜色用于同一个网页时，通过文字颜色的比重，即min(∑wi×distance(y′,y′i))方式获得一个最优的背景颜色，其中：wi为 各种颜色在网页中所占的比重,i＝1～n，distance(y′,y′i)表示任何两种背景颜色y′与y′i在DKL色彩空间中的球面距离。

4.一种应用于弱光环境下的配色方案自动调节方法，其特征在于，通过光传感器采集当前用户的使用环境，并自动调用对应的自动配色方案调整显示屏的显示方式，具体包括以下步骤：

1)采用黑色作为背景颜色；

2)对于任一文字颜色x₁(a,h,r)，首先将其延直线L移至球表面x₁’(a,h,1)，即半径为1的DKL色彩空间；然后将其延弧线L’移动，直到和黑色之间的对比度能够满足θ，最后至x₁”(a’,h,1)处；其中a是该点与球心连线和赤道面所形成的仰角，h是该点在球面上的经度，同时也与颜色的色调相关，r是该点与球心连线距离与半径之间的比例，L’是DKL色彩空间球中对应h角度的经线，θ是当RVP＝80％时所对应的对比度大小。

5.一种实现上述任一权利要求所述方法的系统，其特征在于，包括：动态监测模块和变色模块，其中：动态监测模块通过智能移动终端上的光线传感器获取环境光照强度信息并输出至变色模块；变色模块根据环境光照强度信息、显示文字颜色和字体大小信息，计算出最优配色方案并输出至智能移动终端，通过智能终端对显示装置进行显示方案的调整，从而实现自动调节。