CN113727156B - 基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法和装置，针对光线对驾驶人员观察影音系统显示器的影响以及人机交互的不便利性，通过检测光线与视线角度关系，对显示器进行包括上下旋转、左右旋转和左右移动的自动调整，提高了现有产品尤其是副驾驶位置与显示屏的人机交互便利性。本发明解决了光线对驾驶人员视线的影响，防止因光线导致的视物不清，给驾驶人员提供了一个更清楚的界面内容。本发明结构简单、成本低廉。

Description

基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法和装置
技术领域
本发明属于车载影音技术领域，具体涉及基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法和装置。
背景技术
随着智能座舱概念的提出，车载影音娱乐系统不再局限于收音机等简单的功能，其作用越加丰富，人机交互也越加频繁，就对车载影音系统和设备提出了更高的要求。现有的车载影音娱乐系统显示器均固定在汽车主驾与副驾之间，位置或高或低，这样布置简单，但是没有考虑到不同角度视线和光线对使用的影响，同时也没有兼顾到副驾驶对显示屏的操作便利性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法和装置，用于提高现有车内人员尤其是副驾驶位置与显示屏的人机交互便利性。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法，包括以下步骤：
S0：搭建基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整装置，包括显示组件、上下旋转组件、左右旋转组件、左右移动组件、控制模块；显示组件包括显示屏、摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器，摄像模块、光传感器、拾音器分别固定在显示屏的显示面的边缘，角度传感器设置在显示屏的质心处，且角度传感器的敏感轴与显示屏的显示面的法向平行或垂直；上下旋转组件包括连接装置和上下旋转电机；连接装置固定在显示屏的非显示面；连接装置以水平方向为轴线设有与上下旋转电机的外径配合的孔；左右旋转组件包括左右旋转连接件、左右旋转电机、旋转基座；左右旋转连接件分别设有与上下旋转电机的外径配合的水平孔和与左右旋转电机的外径配合的竖直孔，水平孔以水平方向为轴线，竖直孔以竖直方向为轴线；上下旋转电机沿水平方向分别穿过连接装置的孔与左右旋转连接件的水平孔；左右旋转电机的上部沿竖直方向穿过左右旋转连接件的竖直孔；左右移动组件包括传送带、移动电机；左右旋转电机的下部固定安装在旋转基座上，旋转基座固定安装在传送带上；移动电机设置在传送带的两端，通过带动传送带顺时针转动或逆时针转动使左右旋转组件左右移动；控制模块的信号输入端分别连接摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器的信号输出端；控制模块的信号输出端连接显示屏的信号输入端；控制模块的控制端分别连接上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机的受控端；
S1：摄像模块、光传感器、拾音器分别采集包括视线角度、光线角度和语音命令的环境变量u并发送给控制模块；角度传感器和摄像模块分别采集显示屏的包括上下旋转角度、左右旋转角度和水平位置的姿态位置变量v并发送给控制模块；
S2：控制模块采用函数fcn(u，v)处理输入的环境变量u，输出显示器的理想的姿态位置变量v；
S3：控制模块比较显示器的当前的姿态位置变量v是否满足步骤S2的计算结果；若是则显示屏处于使用者的可视角度和位置，不动作；若否则显示屏不处于使用者的可视角度和位置，控制模块通过函数fcn(u，v)计算包括的上下旋转角度差、左右旋转角度差、水平位置差的差值y并分别发送给上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机；
S4：上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机分别执行动作调整显示屏的姿态和位置，并将显示屏的更新的姿态位置变量v作为输出反馈给控制模块的函数fcn(u，v)，执行步骤S3直至显示屏的姿态和位置满足要求。
按上述方案，所述的步骤S1中，具体步骤为：设环境变量u包括输入的视线角度u(1)、光线角度u(2)和语音命令u(3)；设姿态位置变量v包括上下旋转角度v(1)、左右旋转角度v(2)、水平位置v(3)；摄像模块采集驾乘人员注视显示屏的眼睛位置，并发送给控制模块计算视线角度u(1)；光传感器采集照射到显示屏的光线，并发送给控制模块计算光线角度u(2)；拾音器采集到驾乘人员发出语音控制命令时，向控制模块发送语音命令u(3)。
进一步的，所述的步骤S3中，具体步骤为：
S31：若u(1)+v(1)<85||u(1)+v(1)>95成立，则上下旋转角度差y1＝90-u(1)-v(1)；
若u(1)+v(1)<85||u(1)+v(1)>95不成立，则y1＝0；
S32：若abs(u(1)-u(2))>20成立，则左右旋转角度差y2＝0；
若abs(u(1)-u(2))>20不成立，且u(1)>u(2)成立，则y2＝20-abs(u(1)-u(2))；
若abs(u(1)-u(2))>20不成立，且u(1)>u(2)不成立，则y2＝abs(u(1)-u(2))-20；
S33：若y2+v(2)>40成立，则y2＝40-v(2)；
若y2+v(2)>40不成立，且y2+v(2)<-40成立，则y2＝-40+v(2)；
S34：若u(3)≥0成立，且u(3)+v(3)>100成立，则水平位置差y3＝100-v(3)；
若u(3)≥0成立，且u(3)+v(3)>100不成立，则y3＝u(3)；
若u(3)≥0不成立，且u(3)+v(3)<0成立，则y3＝0-v(3)；
若u(3)≥0不成立，且u(3)+v(3)<0不成立，则y3＝u(3)。
基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整装置，包括显示组件、上下旋转组件、左右旋转组件、左右移动组件、控制模块；显示组件包括显示屏、摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器，摄像模块、光传感器、拾音器分别固定在显示屏的显示面的边缘，角度传感器设置在显示屏的质心处，且角度传感器的敏感轴与显示屏的显示面的法向平行或垂直；摄像模块用于采集驾乘人员的眼睛位置；光传感器用于采集照射在显示屏上的光线信息；拾音器用于采集驾乘人员的语音命令；角度传感器用于采集显示屏的姿态角；上下旋转组件包括连接装置和上下旋转电机；连接装置固定在显示屏的非显示面；连接装置以水平方向为轴线设有与上下旋转电机的外径配合的孔；左右旋转组件包括左右旋转连接件、左右旋转电机、旋转基座；左右旋转连接件分别设有与上下旋转电机的外径配合的水平孔和与左右旋转电机的外径配合的竖直孔，水平孔以水平方向为轴线，竖直孔以竖直方向为轴线；上下旋转电机沿水平方向分别穿过连接装置的孔与左右旋转连接件的水平孔，用于使显示组件与左右旋转组件旋转连接，并使显示组件相对左右旋转组件上下旋转；左右旋转电机的上部沿竖直方向穿过左右旋转连接件的竖直孔，用于使左右旋转组件左右旋转；左右移动组件包括传送带、移动电机；左右旋转电机的下部固定安装在旋转基座上，旋转基座固定安装在传送带上；移动电机设置在传送带的两端，通过带动传送带顺时针转动或逆时针转动使左右旋转组件左右移动；控制模块的信号输入端分别连接摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器的信号输出端，用于接收眼睛位置信息、光线信息、语音命令和姿态角；控制模块的信号输出端连接显示屏的信号输入端，用于发送显示信号；控制模块的控制端分别连接上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机，用于发送电机控制信号。
进一步的，还包括销；销穿过连接装置的孔用于紧固上下旋转电机，防止无效转动。
进一步的，左右旋转电机、旋转基座、传送带、移动电机安装在汽车前部的中控台内部，对使用者不可见。
一种计算机存储介质，其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法。
本发明的有益效果为：
1.本发明的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法和装置，针对光线对驾驶人员观察影音系统显示器的影响以及人机交互的不便利性，通过检测光线与视线角度关系，对显示器进行包括上下旋转、左右旋转和左右移动的自动调整，提高了现有产品尤其是副驾驶位置与显示屏的人机交互便利性。
2.本发明解决了光线对驾驶人员视线的影响，防止因光线导致的视物不清，给驾驶人员提供了一个更清楚的界面内容。
3.本发明结构简单、成本低廉。
附图说明
图1是本发明实施例的三维结构图。
图2是本发明实施例在光线影响下自动调整的流程图。
图3是本发明实施例在语音控制下自动调整的流程图。
图4是本发明实施例的simulink仿真设计图。
图中：1.摄像头；2.感光元件；3.显示屏；4.连接装置；5.销；6.上下旋转电机；7.左右旋转连接件；8.左右旋转电机；9.旋转基座；10.传送带；11.移动电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参见图1，本发明实施例的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整装置包括摄像头1、感光元件2、显示屏3、连接装置4、销5、上下旋转电机6、左右旋转连接件7、左右旋转电机8、旋转基座9、传送带10、移动电机11和控制单元。使用时，左右旋转电机8、旋转基座9、传送带10、移动电机11等安装在汽车前部的中控台内部，对使用者不可见。
当光线照进车内影响驾乘人员观察显示屏幕中内容或者驾乘人员语音控制显示装置移动位置后显示装置不处于使用者最理想的观察角度时，摄像头1和感光元件2采集数据并由控制单元计算装置的最佳位置，然后移动机构和旋转机构调整显示屏3的位置，让使用者处于最佳观察状态。
摄像头1和感光元件2安装在显示屏总成中，摄像头1用于采集驾乘人员的眼睛位置，感光元件2用于采集照射在显示屏3上的光线信息。连接装置4固结在显示屏3的后部，同时通过销5与上下旋转电机6相连，上下旋转电机6穿过连接装置4的孔与左右旋转连接件7的孔将两者连接在一起。左右旋转电机8安装在旋转基座9上，左右旋转电机8上部的旋转部分安装在左右旋转连接件7底部的孔内。旋转基座9固结在传送带10上，传送带10两端安装有移动电机11，用于带动传送带10运动。控制单元为影音娱乐控制器的一部分。
参见图4，本发明的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法，包括以下步骤：
S1：设输入变量u和v，其中光线、视线和语音输入为u，当前显示屏3水平位置、左右旋转角度和上下旋转角度为v；
S2：经过函数fcn(u，v)处理后输出上下旋转电机6旋转角度、左右旋转电机8旋转角度、移动电机11移动距离；
S3：输出经过control模块后作为电机的输入分别下发给对应的电机。电机运动后将当前显示屏3位置信息作为输出反馈给函数fcn(u，v)。
实施例1
当车外光线比较强烈并且照射到显示装置时，一种基于光线和视线的多自由度车载影音娱乐自动调整系统工作过程如图2所示，包括以下步骤：
S1：感光元件2采集照射到显示屏3光线的信息，根据光反射学计算得出反射光线角度，形成图4的光线输入；
S2：摄像头1采集目标人物眼睛位置，传递给控制单元计算视线角度，形成图4的视线输入；
S3：通过函数fcn计算显示屏3理论最佳位置，判断显示屏3是否处于最佳位置，输出0表示当前位置处于最佳范围内，不许移动。
S4：如果第3步计算结果为否，控制单元给出运动参数，左右旋转电机8、上下旋转电机6和移动电机11相互配合，调整至最佳，重复第1步；如果第3步计算结果为是，电机不动作，重复第1步。
实施例2
当驾乘人员觉得操作不便利，需要远离或者拉近显示装置时，一种基于光线和视线的多自由度车载影音娱乐自动调整系统工作过程如图3所示，包括以下步骤：
S1：副驾驶人员发出语音指令，命令显示装置向副驾驶侧移动，形成图4的语音输入；
S2：通过函数fcn(u,v)计算移动距离，经control模块后下发给移动电机11。如果移动距离达到命令要求或者收到副驾驶侧人员停止指令，停止移动，执行第3步，否则继续移动，直到最右侧后执行第3步；
S3：摄像头1采集副驾驶人员观察显示屏3的视线角度，作为图4的视线输入，感光元件2采集光线信息，作为图4的光线输入；
S4：计算显示屏3是否处在最佳角度，是则停止运动，否则执行第5步；
S5：控制单元给出运动参数，左右旋转电机8、上下旋转电机6相互配合调整显示屏3角度，直到处于最佳角度。
部分代码为：
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以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法，其特征在于：包括以下步骤：
S0：搭建基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整装置，包括显示组件、上下旋转组件、左右旋转组件、左右移动组件、控制模块；显示组件包括显示屏、摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器，摄像模块、光传感器、拾音器分别固定在显示屏的显示面的边缘，角度传感器设置在显示屏的质心处，且角度传感器的敏感轴与显示屏的显示面的法向平行或垂直；摄像模块用于采集驾乘人员的眼睛位置；光传感器用于采集照射在显示屏上的光线信息；拾音器用于采集驾乘人员的语音命令；角度传感器用于采集显示屏的姿态角；上下旋转组件包括连接装置和上下旋转电机；连接装置固定在显示屏的非显示面；连接装置以水平方向为轴线设有与上下旋转电机的外径配合的孔；左右旋转组件包括左右旋转连接件、左右旋转电机、旋转基座；左右旋转连接件分别设有与上下旋转电机的外径配合的水平孔和与左右旋转电机的外径配合的竖直孔，水平孔以水平方向为轴线，竖直孔以竖直方向为轴线；上下旋转电机沿水平方向分别穿过连接装置的孔与左右旋转连接件的水平孔；左右旋转电机的上部沿竖直方向穿过左右旋转连接件的竖直孔；左右移动组件包括传送带、移动电机；左右旋转电机的下部固定安装在旋转基座上，旋转基座固定安装在传送带上；移动电机设置在传送带的两端，通过带动传送带顺时针转动或逆时针转动使左右旋转组件左右移动；控制模块的信号输入端分别连接摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器的信号输出端；控制模块的信号输出端连接显示屏的信号输入端；控制模块的控制端分别连接上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机的受控端；
S1：摄像模块、光传感器、拾音器分别采集包括视线角度、光线角度和语音命令的环境变量u并发送给控制模块；角度传感器采集显示屏的包括上下旋转角度、左右旋转角度和水平位置的姿态位置变量v并发送给控制模块；
S2：控制模块采用函数fcn(u，v)处理输入的环境变量u，输出显示器的理想的姿态位置变量v；
S3：控制模块比较显示器的当前的姿态位置变量v是否满足步骤S2的计算结果；若是则显示屏处于使用者的可视角度和位置，不动作；若否则显示屏不处于使用者的可视角度和位置，控制模块通过函数fcn(u，v)计算包括的上下旋转角度差、左右旋转角度差、水平位置差的差值y并分别发送给上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机；
S4：上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机分别执行动作调整显示屏的姿态和位置，并将显示屏的更新的姿态位置变量v作为输出反馈给控制模块的函数fcn(u，v)，执行步骤S3直至显示屏的姿态和位置满足要求。
2.根据权利要求1所述的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法，其特征在于：所述的步骤S1中，具体步骤为：
设环境变量u包括输入的视线角度u(1)、光线角度u(2)和语音命令u(3)；设姿态位置变量v包括上下旋转角度v(1)、左右旋转角度v(2)、水平位置v(3)；
摄像模块采集驾乘人员注视显示屏的眼睛位置，并发送给控制模块计算视线角度u(1)；
光传感器采集照射到显示屏的光线，并发送给控制模块计算光线角度u(2)；
拾音器采集到驾乘人员发出语音控制命令时，向控制模块发送语音命令u(3)。
3.根据权利要求2所述的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法，其特征在于：所述的步骤S3中，具体步骤为：
S31：若u(1)+v(1)<85 || u(1)+v(1)>95成立，则上下旋转角度差y1=90-u(1)-v(1)；
若u(1)+v(1)<85 || u(1)+v(1)>95不成立，则y1=0；
S32：若abs(u(1)-u(2))>20成立，则左右旋转角度差y2=0；
若abs(u(1)-u(2))>20不成立，且u(1)>u(2)成立，则y2=20-abs(u(1)-u(2))；
若abs(u(1)-u(2))>20不成立，且u(1)>u(2)不成立，则y2=abs(u(1)-u(2))-20；
S33：若y2+v(2)>40成立，则y2=40-v(2)；
若y2+v(2)>40不成立，且y2+v(2)<-40成立，则y2=-40+v(2)；
S34：若u(3)≥0成立，且u(3)+v(3)>100成立，则水平位置差y3 = 100 - v(3)；
若u(3)≥0成立，且u(3)+v(3)>100不成立，则y3 = u(3)；
若u(3)≥0不成立，且u(3)+v(3)<0成立，则y3=0-v(3)；
若u(3)≥0不成立，且u(3)+v(3)<0不成立，则y3=u(3)。
4.用于权利要求1至3中任意一项所述的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法的装置，其特征在于：包括显示组件、上下旋转组件、左右旋转组件、左右移动组件、控制模块；
显示组件包括显示屏、摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器，摄像模块、光传感器、拾音器分别固定在显示屏的显示面的边缘，角度传感器设置在显示屏的质心处，且角度传感器的敏感轴与显示屏的显示面的法向平行或垂直；摄像模块用于采集驾乘人员的眼睛位置；光传感器用于采集照射在显示屏上的光线信息；拾音器用于采集驾乘人员的语音命令；角度传感器用于采集显示屏的姿态角；
上下旋转组件包括连接装置和上下旋转电机；连接装置固定在显示屏的非显示面；连接装置以水平方向为轴线设有与上下旋转电机的外径配合的孔；
左右旋转组件包括左右旋转连接件、左右旋转电机、旋转基座；左右旋转连接件分别设有与上下旋转电机的外径配合的水平孔和与左右旋转电机的外径配合的竖直孔，水平孔以水平方向为轴线，竖直孔以竖直方向为轴线；
上下旋转电机沿水平方向分别穿过连接装置的孔与左右旋转连接件的水平孔，用于使显示组件与左右旋转组件旋转连接，并使显示组件相对左右旋转组件上下旋转；左右旋转电机的上部沿竖直方向穿过左右旋转连接件的竖直孔，用于使左右旋转组件左右旋转；
左右移动组件包括传送带、移动电机；左右旋转电机的下部固定安装在旋转基座上，旋转基座固定安装在传送带上；移动电机设置在传送带的两端，通过带动传送带顺时针转动或逆时针转动使左右旋转组件左右移动；
控制模块的信号输入端分别连接摄像模块、光传感器、拾音器、角度传感器的信号输出端，用于接收眼睛位置信息、光线信息、语音命令和姿态角；控制模块的信号输出端连接显示屏的信号输入端，用于发送显示信号；控制模块的控制端分别连接上下旋转电机、左右旋转电机、移动电机，用于发送电机控制信号。
5.根据权利要求4所述的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整装置，其特征在于：还包括销；销穿过连接装置的孔用于紧固上下旋转电机，防止无效转动。
6.根据权利要求4所述的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整装置，其特征在于：左右旋转电机、旋转基座、传送带、移动电机安装在汽车前部的中控台内部，对使用者不可见。
7.一种计算机存储介质，其特征在于：其内存储有可被计算机处理器执行的计算机程序，该计算机程序执行如权利要求1至权利要求3中任意一项所述的基于光线和视线的多自由度车载影音系统调整方法。
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