CN110890078B - 一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法 - Google Patents

一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法，包括以下步骤：步骤1：开启前置摄像头权限，采集眼部图像并计算瞳孔直径；步骤2:采集三种模式下用户瞳孔数据和自定义屏幕亮度；步骤:3:实时获取不同环境照度下用户瞳孔直径的数据变化；步骤4：将当前此时此刻的瞳孔直径与前一时刻瞳孔直径进行比较，调节当前环境下最合适的屏幕亮度。本发明可以实现自动调节显示屏的亮度，无需使用额外的光敏器件等以节约资源，并可以避免基于环境对比调节显示屏亮度所带来的误判等问题，提高用户的视觉体验。

Description

一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法
技术领域
本发明涉及一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法
背景技术
随着信息技术和高新产业的日益发展，人们在工作、学习和生活中使用显示终端的频率日益增加。为了提高人们在使用显示终端时的方便性和舒适性，对显示终端的亮度调节显得至关重要。对移动终端的屏幕进行亮度的调整，可以为用户提供更好的使用和观看体验。对于显示终端的屏幕亮度调节技术，一般分为手动调节和自动调节两种方式。通常手动调节的操作方式为：用户根据喜好调节亮度范围的进度条或亮度调节按键来完成屏幕调整。自动调节一般为采用光敏器件如光感受器等接收周围环境的照度或亮度，通过计算环境照度和屏幕亮度的对比等算法，根据周围环境的光亮强弱程度对屏幕进行亮度调节。手动调节亮度虽然可以直观反映出用户对屏幕亮度最真实的喜好但操作不便缺少智能化，从而对用户体验产生一定的影响。自动调节在检测周围环境的光亮强弱的时候可能会由于局部区域被遮挡等情况造成对环境的误判，从而使得屏幕亮度变化频繁甚至导致调节错误，且自动调节方法主要判断依据为环境情况，与用户的主观感受脱离较大，没有考虑适应人眼，有时并不能与用户的真实需求相匹配，所算出的屏幕亮度并不一定最适于人眼的舒适度。甚至对于不同的用户，每位用户在不同环境下对亮度的喜好也是不相同的。
所以，对于显示终端屏幕亮度自动调节的方法研究具有很大意义。既要找到与用户直观感受相近的自动亮度调节方法又要兼顾智能化。确保用户在不同场景下使用显示终端设备时，能实现特定的亮度调整需求，以获得更好的观看感受和用户体验。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于瞳孔大小自动调节屏幕亮度的方法，该方法可以实现自动调节显示屏的亮度，无需使用额外的光敏器件等以节约资源，并可以避免基于环境对比调节显示屏亮度所带来的误判等问题。本方法可保证优质的调节效果，更贴近用户真实的使用需求，提高用户的视觉体验。
一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法，包括以下步骤：
步骤1：开启前置摄像头权限，采集眼部图像并计算瞳孔直径；
步骤2:采集三种模式下用户瞳孔数据和自定义屏幕亮度；
步骤:3:实时获取不同环境照度下用户瞳孔直径的数据变化；
步骤4：将当前此时此刻的瞳孔直径与前一时刻瞳孔直径进行比较，调节当前环境下最合适的屏幕亮度。
本发明的进一步改进在于：所述步骤1中前置摄像头拍摄记录下用户头部图像后，应用图像识别和图像分割算法分离出瞳孔部位；所述图像识别算法可采用但不限于斑点检测、角点检测、局部特征点检测、Sift算法、Surf算法的其中的一种；所述图像分割算法可采用但不限于基于阈值分割方法、基于区域分割方法、基于边缘分割方法、基于小波变换分割方法、基于神经网络分割方法的其中的一种。
本发明的进一步改进在于：多次实验测量数据得到室外晴天无遮挡情况下照度为60000～70000lx，阴天无遮挡情况下照度为20000～30000lx。根据《中华人民共和国国家标准GB 50034-2013建筑照明设计标准》规定，室内照度一般在几百lx水平，比如起居室(主要用于一般活动和书写、阅读等)、普通办公室和一般阅览室的照度标准值为300lx。标准暗室的照度水平一般小于0.5lx。此三种情况包含了人们日常所处的最常见的三种环境条件。在本项方法具体实施中，将环境照度<0.5lx定义为暗室模式，环境照度>5000lx定义为室外模式，环境照度处于0.5lx和5000lx之间定义为室内模式。
本发明的进一步改进在于：所述步骤2中利用相似三角形计算物体大小的方法来计算瞳孔直径，首先用户需要数据，将内眼角间的距离记为A，眼睛与屏幕间的距离记为d，当摄像头拍摄的图像中内眼角间的像素距离记为p，首先用户需要数据，将内眼角间的距离记为A，眼睛与屏幕间的距离记为d，当摄像头拍摄的图像中内眼角间的像素距离记为p，则可以得到相机的焦距公式为：F＝(p*d)/A，d和A为用户输入数据，p为拍摄图像中内眼角的像素距离；根据三者关系，可以求得此时相机的焦距F；而此时瞳孔直径D＝(p’*d)/F，p’为拍摄图像中单侧瞳孔直径的像素距离；当眼睛和屏幕的距离改变时，已知内眼角的实际距离A是固定的，可以通过d＝F*A/p，求出眼睛和屏幕间变化后的距离，进一步计算出新时刻的瞳孔直径D；
如果采用智能算法完成此步骤，则无需用户输入初始数据；所述智能算法可采用但不限于基于深度卷积神经网络图像测距算法，其他可获取图像距离及长度属性的智能算法皆可用于此步骤中。本方法简述了一种
本发明的进一步改进在于：所述步骤3中设计一款App用于用户自定义数据采集，当用户进入一种模式时先适应30min当前环境，适应环境后打开App观看手机屏幕根据提示进行操作；此步骤记录下三种常用模式下用户自定义的屏幕亮度，与此同时前置摄像头也多次测量并记录了不同模式下用户的瞳孔直径大小；将用户处于室外模式时瞳孔直径记为Dout，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Lout；用户处于暗室模式时瞳孔直径记为Ddark，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Ldark；用户处于室内模式时瞳孔直径记为Din，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Lin。
本发明的进一步改进在于：所述步骤4中将当前时刻记录的瞳孔直径大小记为Dt，将前一次记录的瞳孔直径大小记为Dt-1。当Dt>Ddark时，系统将屏幕亮度自动调节为暗室模式时用户自定义的屏幕亮度Ldark；当Dt<Dout时，系统将屏幕亮度自动调节为室外模式时用户自定义的屏幕亮度Lout；当Ddark>Dt>Din且Dt>Dt-1时，系统将自动调低屏幕亮度，若Dt<Ddark，则继续调低屏幕亮度，若Dt>Ddark，则调高屏幕亮度，直至Dt＝Ddark；当Ddark>Dt>Din且Dt<Dt-1时，系统将自动调高屏幕亮度，若Dt>Din，则继续调高屏幕亮度，若Dt<Din，则调低屏幕亮度，直至Dt＝Din。当Din>Dt>Dout且Dt>Dt-1时，系统将自动调低屏幕亮度，若Dt<Din，则继续调低屏幕亮度，若Dt>Din，则调高屏幕亮度，直至Dt＝Din；当Din>Dt>Dout且Dt<Dt-1时，系统将自动调高屏幕亮度，若Dt>Dout，则继续调高屏幕亮度，若Dt<Dout，则调低屏幕亮度，直至Dt＝Dout。
本发明的进一步改进在于：前置摄像头每隔5秒采集一次瞳孔直径的数据，屏幕亮度调整步长可精确至0.1cd/m2，考虑到人眼对亮度改变的适应，此方法可根据步长缓慢改变屏幕亮度，避免屏幕亮度突变给用户带来不适。
本发明的进一步改进在于：本方法不仅可以用于手机显示屏，也包含一切带有前置摄像头能够捕获瞳孔图像的显示终端设备的显示屏亮度调节
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明提供的一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法，相较于以往的基于光感受器探测周围环境照度的显示屏亮度自动调节方法，本方法无需使用额外的光敏器件等以节约资源，并可以避免对环境误判所带来的调节错误等问题。本方法基于用户变化的瞳孔直径和自定义数据，可根据不同用户习惯得到不同的亮度调整方案，能更加真实地符合用户需求，给用户更好地观看体验。本方法可保证优质的调节效果，更贴近用户真实的使用需求，提高用户的视觉体验。
附图说明
图1为本发明所述的基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度方法的流程图。
图2为采集用户自定义亮度时的GUI操作界面。
图3为不同环境照度下被试者瞳孔直径变化的实验数据。
图4为三种环境模式下对应的瞳孔直径变化趋势图。
图5为根据瞳孔大小的变化实现自动调节显示屏亮度的完整过程。
具体实施方式
显示终端设备的屏幕亮度调整对显示效果和用户观看体验的影响很大，为了保证能给用户呈现出优质的显示效果和提高用户的视觉体验，本发明提供了下述基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示为该方法的完整流程图，一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法，包括以下步骤：
步骤1：开启前置摄像头权限，采集眼部图像并计算瞳孔直径；
步骤2:采集三种模式下用户瞳孔数据和自定义屏幕亮度；
步骤:3:实时获取不同环境照度下用户瞳孔直径的数据变化；
步骤4：将当前此时此刻的瞳孔直径与前一时刻瞳孔直径进行比较，调节当前环境下最合适的屏幕亮度。
用户根据不同环境模式自定义屏幕亮度，系统记录瞳孔直径数据，摄像头每间隔5秒采集一次瞳孔数据。
首先根据实验测量数据得到室外晴天无遮挡情况下照度为60000～70000lx，阴天无遮挡情况下照度为20000～30000lx。根据《中华人民共和国国家标准GB50034-2013建筑照明设计标准》规定，室内照度一般在几百lx水平，比如起居室(主要用于一般活动和书写、阅读等)、普通办公室和一般阅览室的照度标准值为300lx。标准暗室的照度水平一般小于0.5lx。此三种情况包含了人们日常所处的最常见的三种环境条件。三种条件下，室外晴天无遮挡照度远大于室内灯照条件下的照度，而暗室环境照度最小。从人眼视觉规律和日常经验来看，当环境照度越大时，为避免环境亮度和屏幕亮度对比过于悬殊，理论上显示屏的亮度应随着环境照度的减小而减小，目前一些显示屏亮度自动调节方法是基于此理论设计的。根据现有显示屏自动调光技术而言，一般环境照度大小和屏幕亮度成正相关关系，其可以为线性或者非线性正相关。在本项方法具体实施中，将环境照度<0.5lx定义为暗室模式，环境照度>5000lx定义为室外模式，环境照度处于0.5lx和5000lx之间定义为室内模式。
在用户使用显示终端过程中，系统可以获取摄像头开启权限，并在用户使用设备全程监测其瞳孔大小的变化，采集数据时间间隔为5秒。其获取瞳孔大小的具体步骤如下：第一，前置摄像头拍摄记录下用户头部图像。应用图像识别和图像分割算法分离出后续计算所需的部位，如瞳孔部位和内眼角间部位等。图像识别算法可采用但不限于斑点检测、角点检测、局部特征点检测、Sift算法、Surf算法等主流算法。图像分割算法可采用但不限于基于阈值分割方法、基于区域分割方法、基于边缘分割方法、基于小波变换分割方法、基于神经网络分割方法等主流算法。第二，对摄像头获取的瞳孔部位进行直径计算，此步骤可采用但不限于基于深度卷积神经网络的图像测距等智能算法。
本实施例利用相似三角形计算物体大小的方法计算瞳孔直径。首先用户需要输入一些数据，将内眼角间的距离记为A，眼睛与屏幕间的距离记为d，当摄像头拍摄的图像中内眼角间的像素距离记为p。
则可以得到相机的焦距公式为：F＝(p*d)/A，d和A为用户输入数据，p为拍摄图像中内眼角的像素距离。根据三者关系，可以求得此时相机的焦距F。而此时瞳孔直径D＝(p’*d)/F，p’为拍摄图像中单侧瞳孔直径的像素距离。当眼睛和屏幕的距离改变时，已知内眼角的实际距离A是固定的，可以通过d＝F*A/p，求出眼睛和屏幕间变化后的距离，进一步计算出新时刻的瞳孔直径D。
求瞳孔直径的方法不仅限于此种方法，其他图像测距等智能算法也可应用于本方法中，如果采用智能算法完成此步骤，则无需用户输入初始数据。
用户自定义屏幕亮度数据采集过程如下：设计一款App，设置三种环境模式：室外模式、室内模式、和暗室模式。一般情况下，室外模式为晴天或者阴天无遮挡环境、室内模式为日常活动频率最高的室内灯光照明场所，暗室模式为无环境光照明情况。不同用户的三种日常环境不同。当用户进行自定义屏幕亮度数据采集时，应分别进入到三种环境模式下进行数据采集。
当用户进入一种模式时先适应30min当前环境，适应环境后打开App观看手机屏幕，根据界面提示进行操作，操作界面如图2所示。此步骤将记录下三种常用模式下用户自定义的屏幕亮度，与此同时，前置摄像头也多次测量并记录了不同模式下用户的瞳孔直径大小。将用户处于室外模式时瞳孔直径记为Dout，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Lout。用户处于暗室模式时瞳孔直径记为Ddark，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Ldark。用户处于室内模式时瞳孔直径记为Din，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Lin。
根据人眼视觉特性及相关实验结论可知，当进入人眼的光通量越大瞳孔直径越小。
图3为不同环境照度下被试者瞳孔直径变化的实验数据，以此结论为依据可实现自动调节屏幕亮度的计算。当环境照度增大时，瞳孔直径变小，当环境照度减小时，瞳孔直径变大。且瞳孔直径的大小有上限和下限，根据个体差异有所不同。由于三种不同环境模式下环境照度差别较大，所对应的瞳孔直径的差别也较大，其变化趋势如图4所示。当用户处于某种环境模式时，环境照度在此照度区间内变化时，用户的瞳孔大小会发生相应的变化。当用户从一种环境模式切换到其他环境模式时，用户的瞳孔大小也会发生相应的变化。
根据瞳孔大小的变化实现自动调节显示屏亮度的完整过程如图5所示；
前置摄像头每隔5秒采集一次瞳孔直径的数据，屏幕亮度调整步长可精确至0.1cd/m2，考虑到人眼对亮度改变的适应，此方法可根据步长缓慢改变屏幕亮度，避免屏幕亮度突变给用户带来不适。将当前时刻记录的瞳孔直径大小记为Dt，将前一次记录的瞳孔直径大小记为Dt-1。当Dt>Ddark时，系统将屏幕亮度自动调节为暗室模式时用户自定义的屏幕亮度Ldark；当Dt<Dout时，系统将屏幕亮度自动调节为室外模式时用户自定义的屏幕亮度Lout。当Ddark>Dt>Din且Dt>Dt-1时，系统将自动调低屏幕亮度，若Dt<Ddark，则继续调低屏幕亮度，若Dt>Ddark，则调高屏幕亮度，直至Dt＝Ddark；当Ddark>Dt>Din且Dt<Dt-1时，系统将自动调高屏幕亮度，若Dt>Din，则继续调高屏幕亮度，若Dt<Din，则调低屏幕亮度，直至Dt＝Din。当Din>Dt>Dout且Dt>Dt-1时，系统将自动调低屏幕亮度，若Dt<Din，则继续调低屏幕亮度，若Dt>Din，则调高屏幕亮度，直至Dt＝Din；当Din>Dt>Dout且Dt<Dt-1时，系统将自动调高屏幕亮度，若Dt>Dout，则继续调高屏幕亮度，若Dt<Dout，则调低屏幕亮度，直至Dt＝Dout。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明。

Claims (2)

1.一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法，其特征在于:包括以下步骤：
步骤1：开启前置摄像头权限，采集眼部图像并计算瞳孔直径；所述步骤1中前置摄像头拍摄记录下用户头部图像后，应用图像识别和图像分割算法分离出瞳孔部位；所述图像识别算法采用斑点检测、角点检测、局部特征点检测、Sift算法、Surf算法的其中的一种；所述图像分割算法采用基于阈值分割方法、基于区域分割方法、基于边缘分割方法、基于小波变换分割方法、基于神经网络分割方法的其中的一种；
步骤2:采集三种模式下用户瞳孔数据和自定义屏幕亮度；所述步骤2中：环境照度<0.5lx定义为暗室模式，环境照度>5000lx定义为室外模式，环境照度处于0.5lx和5000lx之间定义为室内模式；
其中所述步骤2中利用相似三角形计算物体大小的方法来计算瞳孔直径，首先用户需要数据，将内眼角间的距离记为A，眼睛与屏幕间的距离记为d，当摄像头拍摄的图像中内眼角间的像素距离记为p，则得到相机的焦距公式为：F＝(p*d)/A，d和A为用户输入数据，p为拍摄图像中内眼角的像素距离；根据三者关系，求得此时相机的焦距F；而此时瞳孔直径D＝(p’*d)/F，p’为拍摄图像中单侧瞳孔直径的像素距离；当眼睛和屏幕的距离改变时，已知内眼角的实际距离A是固定的，通过d＝F*A/p，求出眼睛和屏幕间变化后的距离，进一步计算出新时刻的瞳孔直径D；如果采用智能算法完成此步骤，则无需用户输入初始数据；
步骤3:实时获取不同环境照度下用户瞳孔直径的数据变化；其中所述步骤3中设计一款App用于用户自定义数据采集，当用户进入一种模式时先适应30min当前环境，适应环境后打开App观看手机屏幕根据提示进行操作；此步骤记录下三种常用模式下用户自定义的屏幕亮度，与此同时前置摄像头也多次测量并记录了不同模式下用户的瞳孔直径大小；将用户处于室外模式时瞳孔直径记为Dout，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Lout；用户处于暗室模式时瞳孔直径记为Ddark，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Ldark；用户处于室内模式时瞳孔直径记为Din，此时对应的用户自定义屏幕亮度为Lin；
步骤4：将当前此时此刻的瞳孔直径与前一时刻瞳孔直径进行比较，调节当前环境下最合适的屏幕亮度；所述步骤4中将当前时刻记录的瞳孔直径大小记为Dt，将前一次记录的瞳孔直径大小记为Dt-1；当Dt>Ddark时，系统将屏幕亮度自动调节为暗室模式时用户自定义的屏幕亮度Ldark；当Dt<Dout时，系统将屏幕亮度自动调节为室外模式时用户自定义的屏幕亮度Lout；当Ddark>Dt>Din且Dt>Dt-1时，系统将自动调低屏幕亮度，若Dt<Ddark，则继续调低屏幕亮度，若Dt>Ddark，则调高屏幕亮度，直至Dt＝Ddark；当Ddark>Dt>Din且Dt<Dt-1时，系统将自动调高屏幕亮度，若Dt>Din，则继续调高屏幕亮度，若Dt<Din，则调低屏幕亮度，直至Dt＝Din；当Din>Dt>Dout且Dt>Dt-1时，系统将自动调低屏幕亮度，若Dt<Din，则继续调低屏幕亮度，若Dt>Din，则调高屏幕亮度，直至Dt＝Din；当Din>Dt>Dout且Dt<Dt-1时，系统将自动调高屏幕亮度，若Dt>Dout，则继续调高屏幕亮度，若Dt<Dout，则调低屏幕亮度，直至Dt＝Dout。
2.基于权利要求1所述的一种基于瞳孔大小自动调节显示屏亮度的方法，其特征在于：前置摄像头每隔5秒采集一次瞳孔直径的数据，屏幕亮度调整步长精确至0.1cd/m2，考虑到人眼对亮度改变的适应，此方法根据步长缓慢改变屏幕亮度，避免屏幕亮度突变给用户带来不适。
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