CN104581127B - 一种自动调节屏幕亮度的方法、系统和头戴显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动调节屏幕亮度的方法、系统和头戴显示设备。所述方法包括按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔的图像；统计每一次采集到的人眼瞳孔的图像的每个像素点的亮度值，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点；计算所述低亮度像素点所在区域的面积与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；根据所述差值，自动调节所述屏幕亮度。本发明的技术方案计算复杂度较低，实现方法简单，通过自动调节屏幕亮度，增加设备的性能，提高用户体验效果。

Description

一种自动调节屏幕亮度的方法、系统和头戴显示设备

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别涉及一种自动调节屏幕亮度的方法、系统和头戴显示设备。

背景技术

头戴显示设备逐渐进入大众视野，首先在娱乐领域得到很好的发展，头戴显示技术将二维平面的画面以更加立体的形象呈现给玩家，使玩家产生身临其境的真实感；而后相继在军事、文娱等多方面技术领域得到广泛的应用。

随着技术的发展，对头戴显示设备提出了越来越高的要求，如何自动改变头戴显示设备亮度，取代传统的手动调节，提高头戴显示设备的性能和用户体验，将会对产品在视场中的竞争力产生极大的影响。

发明内容

本发明提供了一种自动调节屏幕亮度的方法、系统和头戴显示设备，以实现自动调节屏幕亮度，提高用户的体验效果。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种自动调节屏幕亮度的方法，所述方法包括：

按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像；

统计每一次采集到的人眼瞳孔图像的每个像素点的亮度值，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点；

计算所述低亮度像素点所在区域的面积与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

根据所述差值，自动调节所述屏幕亮度。

优选地，所述根据所述差值，自动调节所述屏幕亮度包括：

若所述差值为正值且大于预先设定的正差值阈值，则增加所述屏幕亮度；对增加屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为正值且大于所述预先设定的正差值阈值，则继续增加所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值小于所述预先设定的正差值阈值；

若所述差值为负值且小于预先设定的负差值阈值，则减小所述屏幕亮度；对减小屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为负值且小于所述预先设定的负差值阈值，则继续减小所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值大于所述预先设定的负差值阈值；

若所述差值大于所述预先设定的负差值阈值且小于所述预先设定的正差值阈值，则维持所述屏幕亮度。

优选地，所述计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值包括：

统计所述低亮度像素点的个数，以及统计正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数；

根据所述低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值。

进一步优选地，所述根据所述低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值具体包括：

根据公式ΔS＝m×N/P计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

其中，ΔS为低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值，m为低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数的差值，P为所述人眼瞳孔图像的总像素个数，N为CCD图像传感器的尺寸。

基于外部光线较弱时，人眼瞳孔会相应扩大，外部光线较强时，人眼瞳孔会相应缩小的规律，本发明实施例的方法通过按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像，统计人眼瞳孔图像的每一像素点的亮度，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点，根据低亮度像素点所在区域的面积与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值，自动调节屏幕亮度，从而达到屏幕亮度自动调节的目的。

在优选方案中，根据低亮度像素点的个数和正常亮度时低于亮度阈值的像素点的个数计算低亮度区域与正常亮度时瞳孔面积的差值，不同于计算复杂度较高的数学几何求取面积差值的方法，该优选方案能够有效减小运算复杂度，节省运行空间。

另一方面，本发明提供了一种自动调节屏幕亮度的系统，所述系统包括：

探测器，用于按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像；

亮度处理单元，用于统计每一次采集到的人眼瞳孔图像的每个像素点的亮度值，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点；以及计算所述低亮度像素点所在区域的面积与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

亮度调节单元，用于根据所述亮度处理单元获得的所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度时人眼瞳孔的面积阈值的差值，自动调节所述屏幕亮度。

优选地，所述亮度调节单元包括：

增加亮度模块，用于若所述差值为正值且大于预先设定的正差值阈值，则增加所述屏幕亮度；对增加屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为正值且大于所述预先设定的正差值阈值，则继续增加所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值小于所述预先设定的正差值阈值；

减小亮度模块，用于若所述差值为负值且小于预先设定的负差值阈值，则减小所述屏幕亮度；对减小屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为负值且小于所述预先设定的负差值阈值，则继续减小所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值大于所述预先设定的负差值阈值；

维持亮度模块，用于若所述差值大于所述预先设定的负差值阈值且小于所述预先设定的正差值阈值，则维持所述屏幕亮度。

优选地，所述亮度处理单元包括：

个数统计模块，用于统计所述低亮度像素点的个数，以及统计正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数；

差值计算模块，用于根据所述低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值。

进一步优选地，所述差值计算模块，具体用于根据公式ΔS＝m×N/P计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

其中，ΔS为低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值，m为低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数的差值，P为所述人眼瞳孔图像的总像素个数，N为CCD图像传感器的尺寸。

基于外部光线较弱时，人眼瞳孔会相应扩大，外部光线较强时，人眼瞳孔会相应缩小的规律，本技术方案的探测器按照预先设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像，亮度处理单元计算探测器每一次采集到人眼瞳孔图像的低亮度像素点所在区域的面积与正常亮度时人眼瞳孔的面积阈值的差值，亮度调节单元根据亮度处理单元获得的差值自动调节屏幕亮度。

在优选方案中，亮度处理单元根据低亮度像素点的个数和正常亮度时低于亮度阈值的像素点的个数计算低亮度区域与正常亮度时瞳孔面积的差值，不同于计算复杂度较高的几何求取上述面积差值的方法，该优选方案能够有效减小运算复杂度，节省运行空间。

又一方面，本发明提供了一种头戴显示设备，包括显示器、目镜以及上述技术方案提供的自动调节屏幕亮度的系统。

优选地，所述自动调节屏幕亮度的系统的探测器安装在头戴显示设备的目镜上。

本技术方案的头戴显示设备能够自动调节显示屏幕的亮度，不同于手动调节显示屏幕的亮度方案，从而增加了头戴显示设备的性能，提高用户体验效果。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种自动调节屏幕亮度的方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的一种自动调节屏幕亮度的系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的自动调节屏幕亮度的系统的工作流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种头戴显示设备结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明的设计思想是：按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像，读取该人眼瞳孔图像的每一个像素点的亮度，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点，根据低亮度像素点的个数和正常亮度时低于亮度阈值的亮度像素点的个数计算人眼瞳孔面积相对于正常亮度时的人眼瞳孔面积的差值，如果该差值过大则表明人眼瞳孔相应扩大，即外部的光强较弱，这时通过亮度调节单元自动增加屏幕亮度，如果该差值过小则表明人眼瞳孔相应缩小，即外部的光强较强，这时通过亮度调节单元自动减小屏幕亮度，从而达到自动调节屏幕亮度的目的。

图1为本发明实施例提供的一种自动调节屏幕亮度的方法的流程图。

所述方法包括：

S101，按照预先设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像。

S102，统计每一次采集到的人眼瞳孔图像的每个像素点的亮度值L_i，将低于预先设定的亮度阈值L_T的像素点标记为低亮度像素点。

S103，计算低亮度像素点所在区域的面积S与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值ΔS。

优选地，统计低亮度像素点的个数，以及统计正常亮度时低于亮度阈值L_T的像素点的个数；

根据低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算低亮度像素值所在区域的面积S与正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值。

具体的，根据公式ΔS＝m×N/P计算低亮度像素值所在区域的面积S与正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值；

其中，ΔS为低亮度像素值所在区域的面积S与正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值，m为低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数的差值，P为人眼瞳孔图像的总像素个数，N为CCD图像传感器的尺寸。

S104，根据所述差值ΔS，自动调节屏幕亮度。

具体的，若所述差值ΔS为正值且大于预先设定的正差值阈值D₁，则增加屏幕亮度；对增加屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像按照上述方法重新计算出所述差值，若所述差值仍为正值且大于所述预先设定的正差值阈值，则继续增加屏幕亮度直至重新计算出的所述差值小于预先设定的正差值阈值D₁；

若所述差值ΔS为负值且小于预先设定的负差值阈值-D₂，则减小屏幕亮度；对减小屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像按照上述方法重新计算出所述差值，若所述差值仍为负值且小于所述预先设定的负差值阈值，则继续减小屏幕亮度直至重新计算出的所述差值大于所述预先设定的负差值阈值-D₂；

若所述差值ΔS大于预先设定的负差值阈值-D₂小于预先设定的正差值阈值D₁，则对屏幕亮度不做调节，维持当前屏幕亮度。其中负差值阈值-D₂和正差值阈值D₁可以通过对不同人眼瞳孔多次统计获得，也可以根据经验设定，本发明实施例并不对获得该正、负差值阈值的方法做特别限定。

本发明实施例的计算复杂度较低，实现方法简单。

本技术方案的方法通过统计人眼瞳孔图像的每个像素点的亮度，根据低于预先设定的亮度阈值的像素点个数获得低亮度像素点所在区域的面积与正常亮度时人眼瞳孔的面积阈值的差值，自动调节屏幕亮度，代替传统的手动调节的方法，从而提高了用户体验。

图2为本发明实施例提供的一种自动调节屏幕亮度的系统的结构示意图。

所述系统包括探测器21、亮度处理单元22和亮度调节单元23。其中：

探测器21，用于按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像。

亮度处理单元22，用于统计探测器21每一次采集到的人眼瞳孔图像的每个像素点的亮度值L_i，将低于预先设定的亮度阈值L_T的像素点标记为低亮度像素点；以及计算低亮度像素点所在区域的面积S与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值ΔS。

亮度调节单元23，用于根据亮度处理单元22获得的低亮度像素值所在区域的面积S与正常亮度时人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值ΔS，自动调节屏幕亮度。

本发明的一实施例中，亮度调节单元23包括：

增加亮度模块，用于若差值ΔS为正值且大于预先设定的正差值阈值D₁，则增加屏幕亮度；对增加屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像按照上述方法重新计算出所述差值，若所述差值仍为正值且大于所述预先设定的正差值阈值，则继续增加屏幕亮度直至重新计算出的所述差值小于预先设定的正差值阈值D₁；

减小亮度模块，用于若所述差值ΔS为负值且小于预先设定的负差值阈值-D₂，则减小屏幕亮度；对减小屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像按照上述方法重新计算出所述差值，若所述差值仍为负值且小于所述预先设定的负差值阈值，则继续减小屏幕亮度直至重新计算出的所述差值大于所述预先设定的负差值阈值-D₂；

维持亮度模块，用于若所述差值ΔS大于预先设定的负差值阈值-D₂小于预先设定的正差值阈值D₁，则对屏幕亮度不做调节，维持当前屏幕亮度。其中负差值阈值-D₂和正差值阈值D₁可以通过对不同人眼瞳孔多次统计获得，也可以根据经验设定，本发明实施例并不对获得该正、负差值阈值的方法做特别限定。

本实施例优选地，亮度调节单元23根据差值ΔS均匀地增加或减小屏幕亮度。

由于正常亮度时，每个人的瞳孔面积并不完全相同，并且每个人对光的敏感度不同，因此本技术方案通过逐步自动调节屏幕亮度，使使用者能够获得最舒适的屏幕亮度。

本发明的另一实施例中，亮度处理单元22包括：

个数统计模块，用于统计低亮度像素点的个数，以及统计正常亮度时低于亮度阈值L_T的像素点的个数；

差值计算模块，用于根据低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算低亮度像素值所在区域的面积S与正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值。

具体的，所述差值计算模块，用于根据公式ΔS＝m×N/P计算低亮度像素值所在区域的面积S与正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值；

其中，ΔS为低亮度像素值所在区域的面积S与正常亮度人眼瞳孔的面积阈值S_T的差值，m为低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数的差值，P为人眼瞳孔图像的总像素个数，N为CCD图像传感器的尺寸。

本实施例通过根据低亮度区域和正常亮度时低于亮度阈值的像素点的个数计算低亮度区域面积和正常亮度时人眼瞳孔面积，计算两者的差值。相比于几何求取瞳孔面积的方法，本技术方案计算复杂度较低，能够有效节约运行空间。

图3为本发明实施例提供的自动调节屏幕亮度的系统的工作流程示意图。

所述自动调节屏幕亮度的系统的探测器按照预先设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像，然后分析处理采集到的人眼瞳孔图像，根据分析处理结果自动调节系统的屏幕亮度，具体的：

S301，设定探测器的图像采集频率，假设探测器每隔1秒采集一次人眼瞳孔的图像，以该图像采集频率开始采集人眼瞳孔图像。

S302，分析探测器采集到的人眼瞳孔图像的亮度，即亮度处理单元读取该人眼瞳孔图像的每一个像素点的亮度，将所述每一个像素点的亮度与预先设定的亮度阈值进行比较，将低于亮度阈值的像素点标记为低亮度点。

S303，计算低亮度区域的面积S，即所述低亮度像素点所在区域的面积。

具体的，统计亮度处理单元标记的低亮度像素点的个数，根据公式S＝m_l×N/P计算低亮度区域的面积，其中m_l为低亮度像素点的个数，P为所述人眼瞳孔图像的总像素个数，N为CCD图像传感器的尺寸。

S304，计算低亮度区域的面积S与正常亮度时低于亮度阈值的面积S_T差值ΔS。

S305，判断所述差值ΔS是否属于正负差值阈值区间(-D₂，D₁)，如果该差值ΔS大于正差值阈值D₁，则跳转到步骤S306，如果该差值ΔS小于负差值阈值-D₂，则跳转到步骤S307，如果该差值ΔS属于正负差值阈值区间(-D₂，D₁)则跳转到步骤S308。

S306，增大屏幕亮度，然后跳转到步骤S301，按照设定的图像采集频率继续采集人眼瞳孔图像。

S307，减小屏幕亮度，然后跳转到步骤S301，按照设定的图像采集频率继续采集人眼瞳孔图像。

S308，维持当前屏幕亮度。

图4为本发明实施例提供的一种头戴显示设备结构示意图，所述头戴显示设备包括:显示器41、目镜42以及上述技术方案提供的自动调节屏幕亮度的系统43，其中自动调节屏幕亮度的系统43的探测器安装在头戴显示设备的目镜42上。

综上所述，基于外部光线较弱时，人眼瞳孔会相应扩大，外部光线较强时，人眼瞳孔会相应缩小的规律，本发明实施例提供了一种自动调节屏幕亮度的方法、系统和头戴显示设备，所述方法通过按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像，统计人眼瞳孔图像的每一像素点的亮度，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点，根据低亮度像素点所在区域的面积与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值，自动调节所述屏幕亮度。在优选方案中，根据低亮度像素点的个数和正常亮度时低于亮度阈值的像素点的个数计算低亮度区域与正常亮度时瞳孔面积的差值，不同于计算复杂度较高的几何求取上述面积差值的方法，本技术方案能够有效节省运行空间。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自动调节屏幕亮度的方法，其特征在于，所述方法包括：

按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像；

统计每一次采集到的人眼瞳孔图像的每个像素点的亮度值，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点；

计算所述低亮度像素点所在区域的面积与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

根据所述差值，自动调节所述屏幕亮度；

所述根据所述差值，自动调节所述屏幕亮度包括：

若所述差值为正值且大于预先设定的正差值阈值，则增加所述屏幕亮度；对增加屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为正值且大于所述预先设定的正差值阈值，则继续增加所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值小于所述预先设定的正差值阈值；

若所述差值为负值且小于预先设定的负差值阈值，则减小所述屏幕亮度；对减小屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为负值且小于所述预先设定的负差值阈值，则继续减小所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值大于所述预先设定的负差值阈值；

若所述差值大于所述预先设定的负差值阈值且小于所述预先设定的正差值阈值，则维持所述屏幕亮度。

2.根据权利要求1所述的自动调节屏幕亮度的方法，其特征在于，所述计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值包括：

统计所述低亮度像素点的个数，以及统计正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数；

根据所述低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值。

3.根据权利要求2所述的自动调节屏幕亮度的方法，其特征在于，所述根据所述低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值具体包括：

根据公式ΔS＝m×N/P计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

其中，ΔS为低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值，m为低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数的差值，P为所述人眼瞳孔图像的总像素个数，N为CCD图像传感器的尺寸。

4.一种自动调节屏幕亮度的系统，其特征在于，包括：

探测器，用于按照设定的图像采集频率采集人眼瞳孔图像；

亮度处理单元，用于统计每一次采集到的人眼瞳孔图像的每个像素点的亮度值，将低于预先设定的亮度阈值的像素点标记为低亮度像素点；以及计算所述低亮度像素点所在区域的面积与预先设定的正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

亮度调节单元，用于根据所述亮度处理单元获得的所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度时人眼瞳孔的面积阈值的差值，自动调节所述屏幕亮度；

所述亮度调节单元包括：

增加亮度模块，用于若所述差值为正值且大于预先设定的正差值阈值，则增加所述屏幕亮度；对增加屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为正值且大于所述预先设定的正差值阈值，则继续增加所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值小于所述预先设定的正差值阈值；

减小亮度模块，用于若所述差值为负值且小于预先设定的负差值阈值，则减小所述屏幕亮度；对减小屏幕亮度后再次采集的人眼瞳孔图像重新计算出所述差值，若所述差值仍为负值且小于所述预先设定的负差值阈值，则继续减小所述屏幕亮度直至重新计算出的所述差值大于所述预先设定的负差值阈值；

维持亮度模块，用于若所述差值大于所述预先设定的负差值阈值且小于所述预先设定的正差值阈值，则维持所述屏幕亮度。

5.根据权利要求4所述的自动调节屏幕亮度的系统，其特征在于，所述亮度处理单元包括：

个数统计模块，用于统计所述低亮度像素点的个数，以及统计正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数；

差值计算模块，用于根据所述低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值。

6.根据权利要求5所述的自动调节屏幕亮度的系统，其特征在于，

所述差值计算模块，具体用于根据公式ΔS＝m×N/P计算所述低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值；

其中，ΔS为低亮度像素值所在区域的面积与所述正常亮度人眼瞳孔的面积阈值的差值，m为低亮度像素点的个数与正常亮度时低于所述亮度阈值的像素点的个数的差值，P为所述人眼瞳孔图像的总像素个数，N为CCD图像传感器的尺寸。

7.一种头戴显示设备，其特征在于，包括显示器、目镜以及权利要求4-6任一项所述的自动调节屏幕亮度的系统。

8.根据权利要求7所述的头戴显示设备，其特征在于，所述自动调节屏幕亮度的系统的探测器安装在头戴显示设备的目镜上。