CN104869353A - 显示系统、健康器械和显示控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供可适用于广泛用途的显示系统、健康器械和显示控制方法。显示系统(1)具有：头戴式显示器(10)；镜像生成单元，根据由输入影像信号表示的影像中的部分区域的影像生成镜像；以及控制单元，使所述头戴式显示器显示由所述镜像生成单元所生成的镜像。

Description

显示系统、健康器械和显示控制方法
技术领域
本发明涉及显示系统、健康器械和显示控制方法。
背景技术
为了帮助肢体不方便的患者复健，正在探讨研究电子显示系统的活用。例如，在专利文献1中公开了用于幻肢痛患者复健的疼痛治疗支持装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-298430号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1中记载的技术仅限于幻肢痛患者的复健用途。对此，本发明提供可适用于更广泛用途的显示系统。
用于解决技术问题的方案
本发明提供一种显示系统，其具有：头戴式显示器；镜像生成单元，根据由输入影像信号表示的影像中的部分区域的影像生成镜像；以及控制单元，使所述头戴式显示器显示由所述镜像生成单元所生成的镜像。
根据该显示系统，可以应用于利用镜像的用途。
所述头戴式显示器也可以具有透过型显示部。
根据该显示系统，可以应用于将镜像和背景一并显示的用途。
所述控制单元也可以使所述头戴式显示器显示将由所述输入影像信号表示的影像中的所述部分区域的影像删除后的影像。
根据该显示系统，可以提供更具逼真感的镜像。
所述输入影像信号也可以表示由相机拍摄到的实时影像。
根据该显示系统，可以提供更具逼真感的镜像。
由所述输入影像信号表示的影像也可以示出身体部位的影像。
根据该显示系统，可以得到身体部分的影像的镜像。
所述控制单元也可以删除由所述输入影像信号表示的影像中人体以外的部分。
根据该显示系统，可以利用人体部分的镜像。
所述输入影像信号也可以是根据RGB表色系统的信号，所述显示系统也可以具有：转换单元，将所述RGB表色系统的信号转换为HSV表色系统的信号；以及提取单元，从由所述转换单元转换后的信号所表示的影像中提取人体的部分，所述控制单元也可以删除由所述提取单元提取后的部分以外的部分。
根据该显示系统，可以利用人体部分的镜像。
所述头戴式显示器也可以显示立体影像。
根据该显示系统，可以提供更具逼真感的镜像。
另外，本发明提供一种健康器械，其具有：头戴式显示器；镜像生成单元，根据由输入影像信号表示的影像中的部分区域的影像生成镜像；以及控制单元，使所述头戴式显示器显示由所述镜像生成单元所生成的镜像。
根据该健康器械，可以进行利用镜像的复健。
进而，本发明提供一种显示控制方法，其具有：根据由输入影像信号表示的影像中的部分区域的影像生成镜像的步骤；以及使头戴式显示器显示生成的所述镜像的步骤。
根据该显示控制方法，可以应用于利用镜像的用途。
附图说明
图1是示出一实施方式所涉及的显示系统1的概要的图。
图2是示出HMD10的概要的图。
图3是示出显示系统1的功能构成的图。
图4是示出控制装置30的硬件构成的图。
图5是示出一实施方式所涉及的显示系统1的动作的流程图。
图6是例示用相机20拍摄的影像的图。
图7是例示步骤S104的状态的图。
图8是例示步骤S105的状态的图。
图9是例示步骤S106的状态的图。
图10是例示用户视觉上确认的图像的图。
图11是示出变形例7所涉及的相机20的配置的图。
符号说明
1…显示系统、10…HMD、11…影像取得单元、12…信号转换单元、13…人体提取单元、14…背景去除单元、15…镜像生成单元、16…显示控制单元、20…相机、30…控制装置、101…佩戴部、102…显示部、103…显示部、104…显示装置、301…CPU、302…RAM、303…ROM、304…输入输出接口、305…影像输出部、306…存储装置
具体实施方式
1.构成
图1是示出一实施方式所涉及的显示系统1的概要的图。在本例中，显示系统1是用于四肢瘫痪患者的复健支持的健康器械。具体而言，显示系统1提供一种复健方法：例如，对于左手瘫痪但右手能动的患者，拍摄右手的图像，并使该患者看到所拍摄的图像的镜像(看上去象左手)，从而给予其左手在动这样的错觉来尝试左手功能的恢复。这种方法被称为镜像疗法。
显示系统1具有HMD(Head Mount Display:头戴式显示器)10、相机20、以及控制装置30。
图2是示出HMD10的概要的图。HMD10是在佩戴于用户头部的状态下使用的显示装置。HMD10具有佩戴部101、显示部102、显示部103、以及显示装置104。佩戴部101是用于佩戴于用户头部的部件，例如为眼镜架、头带。显示部102和显示部103显示图像。佩戴部101、显示部102、及显示部103的相对位置关系被设计为：在正确佩戴了佩戴部101的状态下，显示部102处在相当于用户右眼的位置，而显示部103处在相当于用户左眼的位置。显示装置104将影像显示于显示部102和显示部103。显示装置104例如具有输入部、信号处理部、光源、光调制部和投影部(均省略了图示)。输入部接受来自外部的影像信号的输入。信号处理部对影像信号进行规定的处理。光源输出光。光调制部根据影像信号调制来自光源的光。光调制部例如包括液晶面板。投影部将通过光调制部调制后的光投射至显示部102和显示部103。投影部包括透镜、棱镜和反射镜等光学系统。在本例中，HMD10是一种所谓的透视型HMD。即，显示部102和显示部103是对显示装置104所投影的影像进行反射并透过背景的透过型显示部。
相机20输出表示拍摄到的影像(动态影像或静态影像)的影像信号。控制装置30根据相机20输出的影像信号，对要显示于HMD10的影像进行控制。
图3是示出显示系统1的功能构成的图。显示系统1具有影像取得单元11、信号转换单元12、人体提取单元13、背景去除单元14、镜像生成单元15、和显示控制单元16。影像取得单元11从影像源取得影像信号。在本例中，影像信号表示由相机20拍摄到的实时影像。影像信号通过规定的表色系统(例如RGB系统)表现彩色影像。信号转换单元12将影像信号所表示的影像的表色系统从该表色系统转换为其它的表色系统(例如HSV系统)。人体提取单元13使用转换后的影像信号指定(即提取)影像中表示人体的区域。背景去除单元14去除影像中的背景部分(即人体以外的部分)。镜像生成单元15针对去除背景后的影像，生成镜像。显示控制单元16控制HMD10，以显示所生成的镜像。
图4是示出控制装置30的硬件构成的图。控制装置30是具有CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)301、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)302、ROM(Read Only Memory：只读存储器)303、输入输出接口304、影像输出部305以及存储装置306的计算机装置。CPU301是按照程序进行各种处理的处理装置。RAM302是作为CPU301执行程序时的工作区发挥作用的存储装置。ROM303是存储有用于控制装置30的启动等的程序和数据的非易失性存储装置。输入输出接口304是接收从相机20输出的影像信号的接口，其按照规定的标准(例如USB(Universal Serial Bus：通用串行总线))中继信号。影像输出部305向HMD10输出影像信号。HMD10与控制装置30既可以有线连接，也可以无线连接。存储装置306是存储程序和数据的非易失性存储装置(所谓的存储器(storage))，例如包括HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)或闪存。
在本例中，存储装置306存储用于使显示系统1作为复健支持装置而发挥作用的程序(下称“支持程序”)。通过CPU301执行支持程序，以图2所描述的功能被装入控制装置30。在此，输入输出接口304是影像取得单元11的一例。执行支持程序的CPU301是信号转换单元12、人体提取单元13、背景去除单元14、镜像生成单元15以及显示控制单元16的一例。
2.动作
图5是示出一实施方式所涉及的显示系统1的动作的流程图。图5的流程例如是以指示了执行支持程序为触发而开始的。在以下的说明中，有时会将支持程序描述为处理的主体，这意味着执行支持程序的CPU301与其它硬件配合执行该处理。另外，在图5的流程的开始时间点，用户(患者)将HMD10佩戴于头部，采用支持程序所指定的姿势。
显示系统1的使用状态如图1所示。在本例中，用户是双手中的一只手瘫痪的患者。该用户坐在椅子上，双手置于桌上。用户看着自己双手的周围。
图6是例示相机20所拍摄的影像的图。如图所示，相机20以占满画面的方式拍摄用户的双手的影像。当从中央将画面一分为二时，画面的右半部分映出右手，左半部分映出左手。
再次参照图5。在步骤S101中，支持程序确定影像获取侧。影像获取侧是生成镜像的源区域。例如，对于左手瘫痪但右手能动的用户，将影像的右半部分作为影像获取侧。相反，对于右手瘫痪但左手能动的用户，将影像的左半部分作为影像获取侧。影像获取侧由用户或其护理人输入。
在步骤S102中，支持程序按一帧的量获取由从相机20输入的影像信号表示的影像。具体而言，支持程序将一帧量的影像数据存储在RAM302中。
在步骤S103中，支持程序将存储在RAM302中的影像数据的表色系统由RGB系统转换为HSV系统。从RGB系统向HSV系统的转换例如按以下所述这样进行。另外，本例中，在影像数据中RGB分量分别为8位的数据。并且，变量MAX表示RGB中最大灰度的灰度值，变量MIN表示RGB中最小灰度的灰度值。另外，本例中，在HSV表色系统中，H分量取0～360的值，S分量和V分量分别取0～255的值。此外，对于作为处理对象的帧，支持程序将RGB系统的影像数据和HSV系统的影像数据两者存储于RAM302中。
关于H分量，
(1)当MAX＝MIN时：
H＝0
(2)当R为最大时：
[数学式1]
H = ( 60 × G - B MAX - MIN + 360 ) mod 360
(3)当G为最大时：
[数学式2]
H = 60 × B - R MAX - MIN + 120
(4)当B为最大时：
[数学式3]
H = 60 × R - G MAX - MIN + 240
关于S分量，
(1)当MAX＝0时：
S＝0
(2)当MAX≠0时：
[数学式4]
S = 255 × MAX - MIN MAX
关于V分量，
V＝MAX
在步骤S104中，支持程序从RGB系统的影像数据中去除背景。例如，按如下所述去除背景。支持程序对于HSV系统的影像获取侧的影像数据中表示肤色以外的像素(具体而言，H分量满足特定条件(例如H＜48或H＞340)的像素)，在RGB系统的影像数据中将对应于该像素的像素的灰度(颜色)校正为黑色。另外，该处理只对影像获取侧进行即可。
图7是例示步骤S104的状态的图。在此，肤色(手臂)以外的部分被去除，被变更为黑色。并且，在此，非影像获取侧的区域的像素的灰度均被校正为黑色。
再次参照图5。在步骤S105中，支持程序从被去除背景的RGB系统的影像数据生成表示左右翻转的镜像的数据(以下称作“镜像数据”)。支持程序将镜像数据写入RAM302的RGB系统的影像数据的存储区域中对应于非影像获取侧的区域的存储区域。例如，当影像获取侧为右侧时，支持程序从影像的右半部分生成镜像，并将生成的镜像写入左半部分。
图8是例示步骤S105的状态的图。右手的镜像被写入非影像获取侧的区域。
再次参照图5。在步骤S106中，支持程序删除影像获取侧的影像。即，将影像获取侧的像素的灰度(颜色)全部更改为黑色。
图9是例示步骤S106的状态的图。右手的镜像被写入非影像获取侧的区域，影像获取侧被全部校正为黑色。
再次参照图5。在步骤S107中，支持程序对HMD10进行控制，以显示由经过上述处理的RGB系统的影像数据表示的影像。即，支持程序将使用存储于RAM302中的RGB系统的影像数据生成的影像信号输出至HMD10。HMD10根据该影像信号显示影像。
图10是例示用户视觉上确认的图像的图。在影像的左半部分可看到从右手的影像生成的镜像。在显示部102和显示部103中显示黑色的部分，背景被透过。在影像的右半部分透过背景、即显示部可看到实际的右手。若用户移动右手，则看上去像作为镜像的左手在移动。
再次参照图5。在步骤S108中，支持程序判断是否满足结束条件。结束条件例如是用户输入了结束的指示这样的条件。当未满足结束条件时(S108：否)，支持程序将处理转至步骤S102。当满足结束条件时(S108：是)，支持程序结束图5的流程。
一直以来，镜像疗法都是将双手伸进倾斜地设置有镜子的箱子中来进行的。在这样的方法中，患者需边看箱子边进行复健，缺乏逼真感。但是，根据本实施方式，可以通过透视的HMD10在周围的场景中进行复健，复健效果可望进一步提高。
3.变形例
本发明不限于上述实施方式，可以有各种变形实施。以下，对几个变形例进行说明。也可以组合使用以下变形例中的二个以上。
3-1.变形例1
HMD10也可以不是透视型HMD，而是不透过背景的封闭(クローズド)的HMD。这种情况下，支持程序也可以将手臂以外的部分与别的影像(由相机拍摄到的影像或预先准备的背景影像)合成。
3-2.变形例2
也可以不删除影像获取侧的影像而保持原样地显示。使用封闭的HMD时，双臂的影像这样地显示。使用透视的HMD时，影像的手臂与透视看见的实际的手臂重叠，但根据使用情况的不同，有时并不成问题。
3-3.变形例3
影像源并不限于来自相机20的实时影像。例如，也可以预先拍摄患者移动右手的影像，复健时反复播放该影像，将其作为影像源。
3-4.变形例4
也可以省略去除手臂以外的背景的处理(步骤S104)。即，也可以包含背景在内地从获取侧的影像直接生成镜像。使用封闭的HMD时，这种方式是有效的。
3-5.变形例5
提取人体(肤色)的方法不限于实施方式中说明的方法。也可以不将影像数据转换为HSV系统而是保持RGB系统，根据RGB各分量的灰度值的关系来判断其像素是否是肤色。
3-6.变形例6
显示于HMD10的影像也可以是立体影像。由于在HMD10中可以分别独立地显示右眼用影像和左眼用影像，因此，显示立体影像是容易的。通过这种方式，可以进行更有逼真感的复健。
3-7.变形例7
图11是示出变形例7所涉及的相机20的配置的图。相机20也可以安装于HMD10。根据该配置，由相机20拍摄的影像会更接近用户的视野，可以进行更有逼真感的复健。
3-8.其它变形例
显示系统1的用途不限于复健。显示系统1除了复健以外的用途，例如还可以用于游戏。
实施方式中，以控制装置30是计算机装置并按照支持程序进行处理为例进行了说明。但是，实施方式中说明的功能也可以利用FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、专用IC(IntegratedCircuit：集成电路)而作为硬件实现。并且，HMD10也可以具有实施方式中所说明的控制装置30的部分或全部功能。

Claims (10)

1.一种显示系统，其特征在于，具有：
头戴式显示器；
镜像生成单元，根据由输入影像信号表示的影像中的部分区域的影像生成镜像；以及
控制单元，使所述头戴式显示器显示由所述镜像生成单元所生成的镜像。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其特征在于，
所述头戴式显示器具有透过型显示部。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其特征在于，
所述控制单元使所述头戴式显示器显示将由所述输入影像信号表示的影像中的所述部分区域的影像删除后的影像。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述输入影像信号表示由相机拍摄到的实时影像。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的显示系统，其特征在于，
由所述输入影像信号表示的影像示出身体部位的影像。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述控制单元删除由所述输入影像信号表示的影像中人体以外的部分。
7.根据权利要求6所述的显示系统，其特征在于，
所述输入影像信号是根据RGB表色系统的信号，
所述显示系统具有：
转换单元，将所述RGB表色系统的信号转换为HSV表色系统的信号；以及
提取单元，从由所述转换单元转换后的信号所表示的影像中提取人体的部分，
所述控制单元删除由所述提取单元提取后的部分以外的部分。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的显示系统，其特征在于，
所述头戴式显示器显示立体影像。
9.一种健康器械，其特征在于，具有：
头戴式显示器；
镜像生成单元，根据由输入影像信号表示的影像中的部分区域的影像生成镜像；以及
控制单元，使所述头戴式显示器显示由所述镜像生成单元所生成的镜像。
10.一种显示控制方法，其特征在于，具有：
根据由输入影像信号表示的影像中的部分区域的影像生成镜像的步骤；以及
使头戴式显示器显示生成的所述镜像的步骤。
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