CN104076510A - 适应性调整头戴式显示器的方法与头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适应性调整头戴式显示器的方法与头戴式显示器。此方法包括下列步骤：利用第一感测单元感测配戴头戴式显示器的使用者的眼睛状态参数，依据眼睛状态参数判断使用者的眼睛是否具有不适感；若是，利用第二感测单元感测使用者所在位置的环境参数；综合分析眼睛状态参数与环境参数，据以适应性调整头戴式显示器的投影显示设定值。

Description

适应性调整头戴式显示器的方法与头戴式显示器

技术领域

本发明是有关于一种头戴式显示器，且特别是有关于适应性调整头戴式显示器的方法与头戴式显示器。

背景技术

现有头戴式显示器(head-mounted display，HMD)的应用多仅将眨眼作为操控拍照的手段，或作为被摄物体是否符合完美图像的标准。随着头戴式显示器的体积愈来愈轻巧且显示视角愈来愈大，头戴式显示器还增加了许多衍生性的应用功能。如此一来，使用者会增加头戴式显示器的产品依赖性并且会逐渐拉长头戴式显示器的配戴时间，故导入合乎使用者眼睛健康的头戴式显示器的调整方法有其必要性。

发明内容

本发明提供一种适应性调整头戴式显示器的方法与头戴式显示器，可减少使用者眼睛需适应不同环境亮度的时间与次数，达到舒缓使用者眼睛疲劳的功效。

本发明的适应性调整头戴式显示器的方法，包括下列步骤：利用第一感测单元感测配戴头戴式显示器的使用者的眼睛状态参数，依据眼睛状态参数判断使用者的眼睛是否具有不适感；若是，利用第二感测单元感测使用者所在位置的环境参数；综合分析眼睛状态参数与环境参数，据以适应性调整头戴式显示器的投影显示设定值。

在本发明的一实施例中，上述的眼睛状态参数包括眨眼频率、眼球湿润程度以及眼球血丝比例。

在本发明的一实施例中，上述感测使用者的眼球血丝比例的步骤包括：获取使用者的脸部图像并进行眼部检测(eye detection)，以获得脸部图像中的眼部区域。并且，对此眼部区域进行色彩空间转换后，分析此眼部区域的色彩值域分布以计算眼球血丝比例。其中，当眼球血丝比例大于预设值，代表使用者的眼睛具有不适感。

在本发明的一实施例中，上述感测使用者的眼球湿润程度的步骤包括：获取使用者的脸部图像并进行眼部检测，以获得脸部图像中的眼部区域。并且，分析此眼部区域的眼部图像特征并与数据库的内容进行对比，据以判断使用者的眼球湿润程度。

在本发明的一实施例中，上述感测使用者所在位置的环境参数的步骤包括：通过自动曝光(Auto-exposure，AE)算法或自动白平衡(Auto WhiteBalance，AWB)算法来感测使用者所在位置的场景、环境亮度或环境色温。

在本发明的一实施例中，上述适应性调整头戴式显示器的投影显示设定的步骤包括依据环境亮度、环境色温及场景的变化来调整头戴式显示器的投影亮度、图示颜色、字体颜色或显示对比度。

在本发明的一实施例中，上述的第二感测单元包括第一与第二图像获取装置，则调整头戴式显示器的显示对比度的步骤还包括：先通过第一与第二图像获取装置分别拍摄第一图像与第二图像；合成第一图像与第二图像以产生适于使用者观看的高动态范围(High Dynamic Range)图像。

在本发明的一实施例中，上述的适应性调整头戴式显示器的方法，还包括下列步骤：判断使用者配戴头戴式显示器的连续使用时间是否大于预设使用时间；当连续使用时间大于预设使用时间时，则控制头戴式显示器产生提示信号。

在本发明的一实施例中，上述当连续使用时间大于预设使用时间时，还包括控制头戴式显示器自动进入睡眠模式(Sleeping mode)。

本发明的头戴式显示器，适于配戴于使用者的头部，其包括投影显示单元、第一感测单元、第二感测单元及处理器。其中，第一感测单元用以感测使用者的眼睛状态参数。第二感测单元用以感测使用者所在位置的环境参数。处理器耦接投影显示单元、第一与第二感测单元。处理器依据上述眼睛状态参数判断使用者的眼睛是否具有不适感，若是，则综合分析上述眼睛状态参数与上述环境参数，据以适应性调整投影显示单元的投影显示设定值。

基于上述，本发明所提供的适应性调整头戴式显示器的方法与头戴式显示器可通过综合分析使用者的眼睛状态、使用者所处的周围环境，适应性调整头戴式显示器的投影显示设定值，以改善或降低使用者因配戴头戴式显示器所造成的疲劳状况。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本发明一实施例所示出的一种头戴式显示器的方块图；

图1B是图1A所示出的头戴式显示器100的一种应用情境示意图；

图2是依照本发明一实施例所示出的适应性调整头戴式显示器的方法流程图；

图3是依照本发明一实施例所示出的一种根据环境亮度环境色温来调整图示颜色及字体颜色的应用情境示意图；

图4是依照本发明一实施例所示出的另一种根据环境亮度环境色温来调整图示颜色及字体颜色的应用情境示意图；

图5是图1A所示出的头戴式显示器的另一种应用情境示意图；

图6是依照本发明另一实施例所示出的适应性调整头戴式显示器的方法流程图。

附图标记说明：

100、500：头戴式显示器；

110：投影显示单元；

120：第一感测单元；

130：第二感测单元；

140：处理器；

190：无线传输单元；

300、400：所见视野；

302、303、402、403：字体；

301、401：图示；

51：第一图像获取装置；

52：第二图像获取装置；

S210-S240：适应性调整头戴式显示器的方法的各步骤；

S610-S660：适应性调整头戴式显示器的方法的各步骤。

具体实施方式

图1A是依照本发明一实施例所示出的一种头戴式显示器的方块图。本实施例的头戴式显示器100适于配戴在使用者的头部，而可让使用者的眼睛接收头戴式显示器100所提供的图像信息。请参照图1A，头戴式显示器100包括投影显示单元110、第一感测单元120、第二感测单元130、处理器140及无线传输单元190。其中，投影显示单元110可用以显示图像信号。在一实施例中，投影显示单元110还可包括透镜、反射元件、折射元件等，而可作为调整焦距之用。使用者通过配戴头戴式显示器100而可同时地观看周围环境的实境图像以及投影显示单元110所显示的虚拟图像。也就是说，在不影响使用者日常活动的情形之下，使用者能利用头戴式显示器100来接收以图像方式呈现的信息内容(例如交通信息、气象预报、提示行程、来电信息、地图导航以及时间提示等信息，不限于上述)，便利使用者的生活。

图1B是图1A所示出的头戴式显示器100的一种应用情境示意图。如图1B所示，第一感测单元120例如是朝向使用者眼部E，用以感测使用者的眼睛状态参数。第二感测单元130例如是朝向使用者所面对的场景，用以感测使用者所在位置的环境参数。在一实施例中，第一与第二感测单元120、130分别可为图像获取装置，而可用以拍摄图像。处理器140例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微处理器(Microprocessor)、特殊应用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，ASIC)等。处理器140可接收第一与第二感测单元120、130所感测的参数值，进而适应性调整投影显示单元110的投影显示设定值。

图2是依照本发明一实施例所示出的适应性调整头戴式显示器的方法流程图。本实施例的方法适用于图1A的头戴式显示器100，以下即搭配头戴式显示器100中的各构件说明本实施例适应性调整头戴式显示器方法的详细步骤：

首先，在步骤S210中，第一感测单元120感测配戴头戴式显示器100的使用者的眼睛状态参数。在此所述的眼睛状态参数例如包括使用者的眨眼频率、眼球湿润程度以及眼球血丝比例等，不限于上述，凡是可用以判断使用者眼睛是否疲劳的参考指标，皆可作为本实施例的眼睛状态参数。接着是步骤S220，处理器140依据眼睛状态参数来判断使用者的眼睛是否具有不适感。

举例来说，第一感测单元120感测使用者的眼球血丝比例的步骤包括先拍摄使用者的脸部图像并进行眼部检测(eye detection)，以获得脸部图像中的眼部区域。并且，对此眼部区域进行色彩空间转换，例如转换为YCbCr图像。接着，处理器140分析此眼部区域的色彩值域分布以计算眼球血丝比例。详细地说，处理器140可预先设定目标色彩临界值范围，当眼部区域的CbCr值落在目标色彩临界值范围之内，则处理器140判断使用者的眼部区域偏红色并可计算出眼球血丝比例。当眼球血丝比例大于预设值，代表使用者的眼睛可能具有疲劳不适感。其中，目标色彩临界值范围、预设值皆可由本领域具有通常知识者设定，在此不加以限制。

另举一例来说，第一感测单元120感测使用者的眼球湿润程度的步骤包括先获取使用者的脸部图像并进行眼部检测，以获得脸部图像中的眼部区域。并且，处理器140分析此眼部区域的眼部图像特征并与数据库(未示出于图1A)的内容进行对比，据以判断使用者的眼球湿润程度。详细地说，数据库可事先进行数据集合训练(dataset training)，即事先大量记录眼球湿润程度为正常的眼部区域图像，并且分析该些眼部区域图像的共同或类似眼部图像特征。如此一来，处理器140便可将第一感测单元120所获取的眼部图像特征与数据库进行对比，当使用者的眼球湿润度不足时，则会与数据库所储存的眼部图像特征产生差异，也就是说当处理器140的对比结果不符时，代表使用者的眼睛可能具有疲劳不适感。

再举一例来说，第一感测单元120例如可使用眨眼检测(blinking eyedetection)算法来计算使用者在一预定时间(例如10～30秒)内的眨眼次数，即眨眼频率。接着，处理器140判断眨眼频率是否大于预设频率值，若是，代表使用者过于频繁的眨眼，使用者的眼睛可能具有疲劳不适感。

回到图2，若步骤S220判断为否，则返回步骤S210，第一感测单元120持续感测配戴头戴式显示器100的使用者的眼睛状态参数。若步骤S220判断为是，则接续步骤S230，第二感测单元130感测使用者所在位置的环境参数。详细地说，第二感测单元130可利用自动曝光(Auto-exposure，AE)算法及/或自动白平衡(Auto White Balance，AWB)算法来连续拍摄使用者所在位置的周围环境图像，以使处理器140在接收多张周围环境图像后，可判断使用者目前所在位置为室内场景、室外场景、环境亮度或环境色温等环境参数。

步骤S240，处理器140综合分析眼睛状态参数与环境参数，据以适应性调整头戴式显示器100的投影显示设定值。详细地说，处理器140可依据环境亮度、环境色温及场景的变化来调整头戴式显示器的投影亮度、图示颜色、字体颜色或显示对比度。

一般而言，在较暗的环境下为了要维持可见度，人眼瞳孔必须放大，并且需要一段时间适应环境亮度后才能看清楚图像内容。反之，在较亮的环境下为了要维持可见度，人眼瞳孔必须缩小，且同样需要一段时间适应环境亮度后才能看清楚图像内容。因此，若处理器140判断使用者目前所在位置的环境亮度变暗或者位于室内场景时，则处理器140可控制投影显示单元110尽快将投影亮度提高至适宜人眼观看的程度。同理，若处理器140判断使用者目前所在位置的环境亮度变亮或者位于室外场景时，则处理器140可控制投影显示单元110尽快将投影亮度降低至适宜人眼观看的程度。如此一来，可以让使用者的眼睛不会过快疲劳。

此外，处理器140亦可根据环境亮度及环境色温来调整投影显示单元110所显示的图示颜色及字体颜色。图3是依照本发明一实施例所示出的一种根据环境亮度环境色温来调整图示颜色及字体颜色的应用情境示意图。如图3所示，当使用者位于高光源高色温的环境，使用者所见视野为300，则处理器140可控制投影显示单元110调整字体颜色302、303及图示颜色301为低色温低亮度的颜色，以避免使用者看不清楚而增加使用者眼睛的负担，进而达到舒缓眼睛的效果。图4是依照本发明一实施例所示出的另一种根据环境亮度环境色温来调整图示颜色及字体颜色的应用情境示意图。当使用者位于低光源低色温的环境，如图4所示，使用者所见视野为400，则处理器140可控制投影显示单元110调整字体颜色402、403及图示颜色401为高色温高亮度的颜色(如浅蓝色)，以减轻使用者眼睛的负担。

在另一实施例中，图5是图1A所示出的头戴式显示器的另一种应用情境示意图。如图5所示，当头戴式显示器500的第二感测单元130为第一与第二图像获取装置51、52时，则调整头戴式显示器500的显示对比度的步骤还包括先通过第一与第二图像获取装置51、52分别拍摄第一图像与第二图像。其中，第一图像例如是利用长曝光进行拍摄所得；第二图像例如是利用短曝光进行拍摄所得。如此一来，合成第一图像与第二图像便可产生适于使用者观看的高动态范围(High Dynamic Range)图像。据此，处理器140可控制投影显示单元110显示高动态范围图像，不但可提升图像内容的鉴别度，还可减少使用者眼睛须适应不同环境亮度的时间与次数，达到舒缓使用者眼睛疲劳的功效。

以下另举一实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。图6是依照本发明另一实施例所示出的适应性调整头戴式显示器的方法流程图。本实施例的方法也适用于图1A的头戴式显示器100。

请参照图6，首先，感测配戴头戴式显示器的使用者的眼睛状态参数(步骤S610)。接着，依据眼睛状态参数判断使用者的眼睛是否具有不适感(步骤S620)。若否，则返回步骤S610；若是，则接着感测使用者所在位置的环境参数(步骤S630)。并且，综合分析眼睛状态参数与环境参数，据以适应性调整头戴式显示器的投影显示设定值(步骤S640)。上述步骤S610～S640的详细内容与前述实施例中的步骤S210～S240相同或相似，在此不予赘述。

然而，当头戴式显示器的投影显示设定值已根据周围环境而更改至适宜使用者眼睛观看的设定值后，有可能使用者的眼睛疲劳问题仍未改善，其主要原因为使用者配戴头戴式显示器的时间过长，导致使用者眼睛过度使用所造成的疲劳，而非头戴式显示器的显示设定问题。为了克服此问题，如图6所示，本实施例还可判断使用者配戴头戴式显示器的连续使用时间是否大于预设使用时间(步骤S650)。举例来说，预设使用时间例如为2～3小时，预设使用时间可由头戴式显示器的制造商或由使用者依据实际使用情况做设定。当连续使用时间大于预设使用时间时，则可控制头戴式显示器产生用以提醒使用者休息的提示信号(步骤S660)。提示信号可为包括文字及/或图案的图像信号。若头戴式显示器具备播音器件，则提示信号例如可为一声音信号，藉此提醒使用者暂停使用头戴式显示器，以改善眼睛疲劳状况。若使用者为儿童或青少年，此提示信号亦可透过头戴式显示器100的无线传输单元190提示使用者的父母或监护人，以追踪其眼睛疲劳状况及使用时间。

在另一实施例中，本实施例的步骤S620除了判断使用者的眼睛是否具有疲劳不适感之外，还可将眼睛疲劳不适感分为多种等级，例如是轻微疲劳、中度疲劳或高度疲劳等。通过分析眼睛状态参数(眨眼频率、眼球湿润程度及眼球血丝比例)来判断使用者的眼睛疲劳程度。当连续使用时间大于预设使用时间且在产生提示信号之后，使用者仍未休息且眼睛疲劳程度为高度疲劳时，则还可控制头戴式显示器自动进入睡眠模式(Sleeping mode)。本发明的实现方式不限于上述说明，可以对于实际的需求而酌予变更上述实施例的内容。

综上所述，本发明适应性调整头戴式显示器的方法与头戴式显示器可通过综合分析使用者的眼睛状态、使用者所处的周围环境，适应性调整头戴式显示器的投影显示设定值，藉以改善或降低使用者因配戴头戴式显示器所造成的疲劳状况。此外，还可根据使用者的连续配戴时间及眼睛疲劳程度，产生提醒使用者休息的提示信息或者自动进入睡眠模式，达到保护使用者眼睛的功用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，包括：

利用一第一感测单元感测配戴一头戴式显示器的一使用者的至少一眼睛状态参数，依据该至少一眼睛状态参数判断该使用者的眼睛是否具有不适感；

若是，利用一第二感测单元感测该使用者所在位置的至少一环境参数；以及

综合分析该至少一眼睛状态参数与该至少一环境参数，据以适应性调整该头戴式显示器的投影显示设定值。

2.根据权利要求1所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，该使用者的该至少一眼睛状态参数包括一眨眼频率、一眼球湿润程度以及一眼球血丝比例。

3.根据权利要求2所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，感测该使用者的该眼球血丝比例的步骤包括：

获取该使用者的一脸部图像并进行一眼部检测，以获得该脸部图像中的一眼部区域；以及

对该眼部区域进行一色彩空间转换后，分析该眼部区域的色彩值域分布以计算该眼球血丝比例，其中当该眼球血丝比例大于一预设值，代表该使用者的眼睛具有不适感。

4.根据权利要求2所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，感测该使用者的该眼球湿润程度的步骤包括：

获取该使用者的一脸部图像并进行一眼部检测，以获得该脸部图像中的一眼部区域；以及

分析该眼部区域的至少一眼部图像特征并与一数据库的内容进行对比，据以判断使用者的眼球湿润程度。

5.根据权利要求1所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，感测该使用者所在位置的该至少一环境参数的步骤包括：

通过一自动曝光算法或一自动白平衡算法来感测该使用者所在位置的一场景、一环境亮度或一环境色温。

6.根据权利要求5所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，适应性调整该头戴式显示器的投影显示设定的步骤包括：

依据该环境亮度、该环境色温及该场景的变化来调整该头戴式显示器的一投影亮度、一图示颜色、一字体颜色或一显示对比度。

7.根据权利要求5所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，该第二感测单元包括一第一与一第二图像获取装置，调整该头戴式显示器的该显示对比度的步骤还包括：

通过该第一与该第二图像获取装置分别拍摄一第一图像与一第二图像，合成该第一图像与该第二图像以产生适于该使用者观看的一高动态范围图像。

8.根据权利要求1所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，还包括：

判断该使用者配戴该头戴式显示器的一连续使用时间；以及

当该连续使用时间大于一预设使用时间时，控制该头戴式显示器产生一提示信号。

9.根据权利要求8所述的适应性调整头戴式显示器的方法，其特征在于，当该连续使用时间大于该预设使用时间时，还包括：

控制该头戴式显示器自动进入一睡眠模式。

10.一种头戴式显示器，适于配戴于一使用者的头部，其特征在于，包括：

一投影显示单元；

一第一感测单元，用以感测该使用者的至少一眼睛状态参数；

一第二感测单元，用以感测该使用者所在位置的至少一环境参数；以及

一处理器，耦接该投影显示单元、该第一与该第二感测单元，该处理器依据该眼睛状态参数判断该使用者的眼睛是否具有不适感，若是，综合分析该至少一眼睛状态参数与该至少一环境参数，据以适应性调整该投影显示单元的投影显示设定值。