TW201437682A - 適應性調整頭戴式顯示器的方法與頭戴式顯示器 - Google Patents

Abstract

一種適應性調整頭戴式顯示器的方法與頭戴式顯示器。此方法包括下列步驟。利用第一感測單元感測配戴頭戴式顯示器的使用者的眼睛狀態參數，依據眼睛狀態參數判斷使用者的眼睛是否具不適感。若是，利用第二感測單元感測使用者所在位置的環境參數。綜合分析眼睛狀態參數與環境參數，據以適應性調整頭戴式顯示器的投影顯示設定值。

Description

適應性調整頭戴式顯示器的方法與頭戴式顯示器

本發明是有關於一種頭戴式顯示器，且特別是有關於適應性調整頭戴式顯示器的方法。

現有頭戴式顯示器(head-mounted display，HMD)的應用多僅將眨眼作為操控拍照的手段，或作為被攝物體是否符合完美影像的標準。隨著頭戴式顯示器的體積愈來愈輕巧且顯示視角愈來愈大，頭戴式顯示器更增加了許多衍生性的應用功能。如此一來，使用者會增加頭戴式顯示器的產品依賴性並且會逐漸拉長頭戴式顯示器的配戴時間，故導入合乎使用者眼睛健康的頭戴式顯示器的調整方法有其必要性。

本發明提供一種適應性調整頭戴式顯示器的方法及其頭戴式顯示器，可減少使用者眼睛須適應不同環境亮度的時間與次數，達到紓緩使用者眼睛疲勞的功效。

本發明的適應性調整頭戴式顯示器的方法，包括下列步驟。利用第一感測單元感測配戴頭戴式顯示器的使用者的眼睛狀態參數，依據眼睛狀態參數判斷使用者的眼睛是否具不適感。若是，利用第二感測單元感測使用者所在位置的環境參數。綜合分析眼睛狀態參數與環境參數，據以適應性調整頭戴式顯示器的投影顯示設定值。

在本發明的一實施例中，上述的眼睛狀態參數包括眨眼頻率、眼球濕潤程度以及眼球血絲比例。

在本發明的一實施例中，上述感測使用者的眼球血絲比例的步驟包括：擷取使用者的臉部影像並進行眼部偵測(eye detection)，以獲得臉部影像中的眼部區域。並且，對此眼部區域進行色彩空間轉換後，分析此眼部區域的色彩值域分布以計算眼球血絲比例。其中，當眼球血絲比例大於預設值，代表使用者的眼睛具不適感。

在本發明的一實施例中，上述感測使用者的眼球濕潤程度的步驟包括：擷取使用者的臉部影像並進行眼部偵測，以獲得臉部影像中的眼部區域。並且，分析此眼部區域的眼部影像特徵並與資料庫的內容進行比對，據以判斷使用者的眼球濕潤程度。

在本發明的一實施例中，上述感測使用者所在位置的環境參數的步驟包括：藉由自動曝光(Auto-exposure，AE)演算法或自動白平衡(Auto White Balance，AWB)演算法來感測使用者所在位置的場景、環境亮度或環境色溫。

在本發明的一實施例中，上述適應性調整頭戴式顯示器的投影顯示設定的步驟包括依據環境亮度、環境色溫及場景的變化來調整頭戴式顯示器的投影亮度、圖示顏色、字體顏色或顯示對比度。

在本發明的一實施例中，上述的第二感測單元包括第一與第二影像獲取裝置，則調整頭戴式顯示器的顯示對比度的步驟更包括：先藉由第一與第二影像獲取裝置分別拍攝第一影像與第二影像；合成第一影像與第二影像以產生適於使用者觀看的高動態範圍(High Dynamic Range)影像。

在本發明的一實施例中，上述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，更包括下列步驟。判斷使用者配戴頭戴式顯示器的連續使用時間是否大於預設使用時間。當連續使用時間大於預設使用時間時，則控制頭戴式顯示器產生提示訊號。

在本發明的一實施例中，上述當連續使用時間大於預設使用時間時，更包括控制頭戴式顯示器自動進入睡眠模式(Sleeping mode)。

本發明的頭戴式顯示器，適於配戴於使用者的頭部，其包括投影顯示單元、第一感測單元、第二感測單元及處理器。其中，第一感測單元用以感測使用者的眼睛狀態參數。第二感測單元用以感測使用者所在位置的環境參數。處理器耦接投影顯示單元、第一與第二感測單元。處理器依據上述眼睛狀態參數判斷使用者的眼睛是否具不適感。若是，則綜合分析上述眼睛狀態參數 與上述環境參數，據以適應性調整投影顯示單元的投影顯示設定值。

基於上述，本發明所提供的適應性調整頭戴式顯示器的方法及其頭戴式顯示器可藉由綜合分析使用者的眼睛狀態、使用者所處的周圍環境，適應性調整頭戴式顯示器的投影顯示設定值，藉以改善或降低使用者因配戴頭戴式顯示器所造成的疲勞狀況。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧頭戴式顯示器

110‧‧‧投影顯示單元

120‧‧‧第一感測單元

130‧‧‧第二感測單元

140‧‧‧處理器

190‧‧‧無線傳輸單元

300、400‧‧‧所見視野

302、303、402、403‧‧‧字體

301、401‧‧‧圖示

51‧‧‧第一影像獲取裝置

52‧‧‧第二影像獲取裝置

S210~S240‧‧‧適應性調整頭戴式顯示器的方法的各步驟

S610~S660‧‧‧適應性調整頭戴式顯示器的方法的各步驟

圖1A是依照本發明一實施例所繪示的一種頭戴式顯示器的方塊圖。

圖1B是圖1A所繪示的頭戴式顯示器100的一種應用情境示意圖。

圖2是依照本發明一實施例所繪示的適應性調整頭戴式顯示器的方法流程圖。

圖3是依照本發明一實施例所繪示的一種根據環境亮度環境色溫來調整圖示顏色及字體顏色的應用情境示意圖。

圖4是依照本發明一實施例所繪示的另一種根據環境亮度環境色溫來調整圖示顏色及字體顏色的應用情境示意圖。

圖5是圖1A所繪示的頭戴式顯示器的另一種應用情境示意圖。

圖6是依照本發明另一實施例所繪示的適應性調整頭戴式顯示器的方法流程圖。

圖1A是依照本發明一實施例所繪示的一種頭戴式顯示器的方塊圖。本實施例的頭戴式顯示器100適於配戴在使用者的頭部，而可讓使用者的眼睛接收頭戴式顯示器100所提供的影像資訊。請參照圖1A，頭戴式顯示器100包括投影顯示單元110、第一感測單元120、第二感測單元130、處理器140及無線傳輸單元190。其中，投影顯示單元110可用以顯示影像訊號。在一實施例中，投影顯示單元110還可包括透鏡、反射元件、折射元件等，而可作為調整焦距之用。使用者藉由配戴頭戴式顯示器100而可同時地觀看周圍環境的實境影像以及投影顯示單元110所顯示的虛擬影像。也就是說，在不影響使用者日常活動的情形之下，使用者能利用頭戴式顯示器100來接收以影像方式呈現的資訊內容(例如交通資訊、氣象預報、提示行程、來電訊息、地圖導航以及時間提示等資訊，不限於上述)，便利使用者的生活。

圖1B是圖1A所繪示的頭戴式顯示器100的一種應用情境示意圖。如圖1B所示，第一感測單元120例如是朝向使用者眼部E，用以感測使用者的眼睛狀態參數。第二感測單元130例如 是朝向使用者所面對之場景，用以感測使用者所在位置的環境參數。在一實施例中，第一與第二感測單元120、130分別可為影像獲取裝置，而可用以拍攝影像。處理器140例如是中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程式化的一般用途或特殊用途的微處理器(Microprocessor)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)等。處理器140可接收第一與第二感測單元120、130所感測的參數值，進而適應性調整投影顯示單元110的投影顯示設定值。

圖2是依照本發明一實施例所繪示的適應性調整頭戴式顯示器的方法流程圖。本實施例的方法適用於圖1A的頭戴式顯示器100，以下即搭配頭戴式顯示器100中的各構件說明本實施例適應性調整頭戴式顯示器方法的詳細步驟：首先，於步驟S210，第一感測單元120感測配戴頭戴式顯示器100的使用者的眼睛狀態參數。在此所述的眼睛狀態參數例如包括使用者的眨眼頻率、眼球濕潤程度以及眼球血絲比例等，不限於上述，凡是可用以判斷使用者眼睛是否疲勞的參考指標，皆可作為本實施例的眼睛狀態參數。接續步驟S220，處理器140依據眼睛狀態參數來判斷使用者的眼睛是否具不適感。

舉例來說，第一感測單元120感測使用者的眼球血絲比例的步驟包括先拍攝使用者的臉部影像並進行眼部偵測(eye detection)，以獲得臉部影像中的眼部區域。並且，對此眼部區域進行色彩空間轉換，例如轉換為YCbCr影像。接著，處理器140 分析此眼部區域的色彩值域分布以計算眼球血絲比例。詳細地說，處理器140可預先設定目標色彩臨界值範圍，當眼部區域的CbCr值落在目標色彩臨界值範圍之內，則處理器140判斷使用者的眼部區域偏紅色並可計算出眼球血絲比例。當眼球血絲比例大於預設值，代表使用者的眼睛可能具有疲勞不適感。其中，目標色彩臨界值範圍、預設值皆可由本領域具通常知識者設定之，在此不加以限制。

另舉一例來說，第一感測單元120感測使用者的眼球濕潤程度的步驟包括先擷取使用者的臉部影像並進行眼部偵測，以獲得臉部影像中的眼部區域。並且，處理器140分析此眼部區域的眼部影像特徵並與資料庫(未繪示於圖1A)的內容進行比對，據以判斷使用者的眼球濕潤程度。詳細地說，資料庫可事先進行資料集合訓練(dataset training)，亦即事先大量記錄眼球濕潤程度為正常的眼部區域影像，並且分析該些眼部區域影像的共同或類似眼部影像特徵。如此一來，處理器140便可將第一感測單元120所擷取的眼部影像特徵與資料庫進行比對，當使用者的眼球溼潤度不足時，則會與資料庫所儲存的眼部影像特徵產生差異，也就是說當處理器140比對結果不符時，代表使用者的眼睛可能具有疲勞不適感。

再舉一例來說，第一感測單元120例如可使用眨眼偵測(blinking eye detection)演算法來計算使用者在一預定時間(例如10~30秒)內的眨眼次數，即眨眼頻率。接著，處理器140判 斷眨眼頻率是否大於預設頻率值，若是，代表使用者過於頻繁的眨眼，使用者的眼睛可能具有疲勞不適感。

回到圖2，若步驟S220判斷為否，則返回步驟S210，第一感測單元120持續感測配戴頭戴式顯示器100的使用者的眼睛狀態參數。若步驟S220判斷為是，則接續步驟S230，第二感測單元120感測使用者所在位置的環境參數。詳細地說，第二感測單元120可利用自動曝光(Auto-exposure，AE)演算法及/或自動白平衡(Auto White Balance，AWB)演算法來連續拍攝使用者所在位置的周圍環境影像，以使處理器140在接收多張周圍環境影像後，可判斷使用者目前所在位置為室內場景、室外場景、環境亮度或環境色溫等環境參數。

步驟S240，處理器140綜合分析眼睛狀態參數與環境參數，據以適應性調整頭戴式顯示器100的投影顯示設定值。詳細地說，處理器140可依據環境亮度、環境色溫及場景的變化來調整頭戴式顯示器的投影亮度、圖示顏色、字體顏色或顯示對比度。

一般而言，在較暗的環境下為了要維持可見度，人眼瞳孔必須放大，並且需要一段時間適應環境亮度後才能看清楚影像內容。反之，在較亮的環境下為了要維持可見度，人眼瞳孔必須縮小，且同樣需要一段時間適應環境亮度後才能看清楚影像內容。因此，若處理器140判斷使用者目前所在位置的環境亮度變暗或者位於室內場景時，則處理器140可控制投影顯示單元110盡快將投影亮度提高至適宜人眼觀看的程度。同理，若處理器140 判斷使用者目前所在位置的環境亮度變亮或者位於室外場景時，則處理器140可控制投影顯示單元110盡快將投影亮度降低至適宜人眼觀看的程度。如此一來，可以讓使用者的眼睛不會過快疲勞。

此外，處理器140亦可根據環境亮度及環境色溫來調整投影顯示單元110所顯示的圖示顏色及字體顏色。圖3是依照本發明一實施例所繪示的一種根據環境亮度環境色溫來調整圖示顏色及字體顏色的應用情境示意圖。如圖3所示，當使用者位於高光源高色溫之環境，使用者所見視野為300，則處理器140可控制投影顯示單元110調整字體顏色302、303及圖示顏色301為低色溫低亮度的顏色，以避免使用者看不清楚而增加使用者眼睛之負擔，進而達到舒緩眼睛的效果。圖4是依照本發明一實施例所繪示的另一種根據環境亮度環境色溫來調整圖示顏色及字體顏色的應用情境示意圖。當使用者位於低光源低色溫之環境，如圖4所示，使用者所見視野為400，則處理器140可控制投影顯示單元110調整字體顏色402、403及圖示顏色401為高色溫高亮度之顏色(如淺藍色)，以減輕使用者眼睛之負擔。

在另一實施例中，圖5是圖1A所繪示的頭戴式顯示器的另一種應用情境示意圖。如圖5所示，當頭戴式顯示器100的第二感測單元130為第一與第二影像獲取裝置51、52時，則調整頭戴式顯示器100的顯示對比度的步驟更包括先藉由第一與第二影像獲取裝置51、52分別拍攝第一影像與第二影像。其中，第一影 像例如是利用長曝光進行拍攝所得；第二影像例如是利用短曝光進行拍攝所得。如此一來，合成第一影像與第二影像便可產生適於使用者觀看的高動態範圍(High Dynamic Range)影像。據此，處理器140可控制投影顯示單元110顯示高動態範圍影像，不但可提升影像內容的鑑別度，還可減少使用者眼睛須適應不同環境亮度的時間與次數，達到紓緩使用者眼睛疲勞的功效。

以下另舉一實施例作為本發明確實能夠據以實施的範例。圖6是依照本發明另一實施例所繪示的適應性調整頭戴式顯示器的方法流程圖。本實施例的方法亦適用於圖1A的頭戴式顯示器100。

請參照圖6，首先，感測配戴頭戴式顯示器的使用者的眼睛狀態參數(步驟S610)。接著，依據眼睛狀態參數判斷使用者的眼睛是否具不適感(步驟S620)。若否，則返回步驟S610；若是，則接著感測使用者所在位置的環境參數(步驟S630)。並且，綜合分析眼睛狀態參數與環境參數，據以適應性調整頭戴式顯示器的投影顯示設定值(步驟S640)。上述步驟S610~S640的詳細內容與前述實施例中的步驟S210~S240相同或相似，在此不予贅述。

然而，當頭戴式顯示器的投影顯示設定值已根據周圍環境而更改至適宜使用者眼睛觀看的設定值後，有可能使用者的眼睛疲勞問題仍未改善，其主要原因為使用者配戴頭戴式顯示器的時間過長，導致使用者眼睛過度使用所造成的疲勞，而非頭戴式顯示器的顯示設定問題。為了克服此問題，如圖6所示，本實施 例更可判斷使用者配戴頭戴式顯示器的連續使用時間是否大於預設使用時間(步驟S650)。舉例來說，預設使用時間例如為2~3小時，預設使用時間可由頭戴式顯示器的製造商或由使用者依據實際使用情況做設定。當連續使用時間大於預設使用時間時，則可控制頭戴式顯示器產生用以提醒使用者休息的提示訊號(步驟S660)。提示訊號可為包括文字及/或圖案的影像訊號。若頭戴式顯示器具備播音元件，則提示訊號例如可為一聲音訊號，藉此提醒使用者暫停使用頭戴式顯示器，以改善眼睛疲勞狀況。若使用者為兒童或青少年，此提示訊號亦可透過頭戴式顯示器100的無線傳輸單元190提示使用者的父母或監護人，以追蹤其眼睛疲勞狀況及使用時間。

在另一實施例中，本實施例之步驟S620除了判斷使用者的眼睛是否具疲勞不適感之外，還可將眼睛疲勞不適感分為多種等級，例如是輕微疲勞、中度疲勞或高度疲勞等。藉由分析眼睛狀態參數(眨眼頻率、眼球濕潤程度及眼球血絲比例)來判斷使用者的眼睛疲勞程度。當連續使用時間大於預設使用時間且在產生提示訊號之後，使用者仍未休息且眼睛疲勞程度為高度疲勞時，則更可控制頭戴式顯示器自動進入睡眠模式(Sleeping mode)。本發明的實現方式不限於上述說明，可以對於實際的需求而酌予變更上述實施例的內容。

綜上所述，本發明適應性調整頭戴式顯示器的方法及其頭戴式顯示器可藉由綜合分析使用者的眼睛狀態、使用者所處的 周圍環境，適應性調整頭戴式顯示器的投影顯示設定值，藉以改善或降低使用者因配戴頭戴式顯示器所造成的疲勞狀況。此外，還可根據使用者的連續配戴時間及眼睛疲勞程度，產生提醒使用者休息的提示訊息或者自動進入睡眠模式，達到保護使用者眼睛的功用。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

S210~S240‧‧‧適應性調整頭戴式顯示器的方法的各步驟

Claims (10)

1. 一種適應性調整頭戴式顯示器的方法，包括：利用一第一感測單元感測配戴一頭戴式顯示器的一使用者的至少一眼睛狀態參數，依據該至少一眼睛狀態參數判斷該使用者的眼睛是否具不適感；若是，利用一第二感測單元感測該使用者所在位置的至少一環境參數；以及綜合分析該至少一眼睛狀態參數與該至少一環境參數，據以適應性調整該頭戴式顯示器的投影顯示設定值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，其中該使用者的該至少一眼睛狀態參數包括一眨眼頻率、一眼球濕潤程度以及一眼球血絲比例。
3. 如申請專利範圍第2項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，其中感測該使用者的該眼球血絲比例的步驟包括：擷取該使用者的一臉部影像並進行一眼部偵測，以獲得該臉部影像中的一眼部區域；以及對該眼部區域進行一色彩空間轉換後，分析該眼部區域的色彩值域分布以計算該眼球血絲比例，其中當該眼球血絲比例大於一預設值，代表該使用者的眼睛具不適感。
4. 如申請專利範圍第2項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，其中感測該使用者的該眼球濕潤程度的步驟包括：擷取該使用者的一臉部影像並進行一眼部偵測，以獲得該臉 部影像中的一眼部區域；以及分析該眼部區域的至少一眼部影像特徵並與一資料庫的內容進行比對，據以判斷使用者的眼球濕潤程度。
5. 如申請專利範圍第1項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，其中感測該使用者所在位置的該至少一環境參數的步驟包括：藉由一自動曝光演算法或一自動白平衡演算法來感測該使用者所在位置的一場景、一環境亮度或一環境色溫。
6. 如申請專利範圍第5項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，其中適應性調整該頭戴式顯示器的投影顯示設定的步驟包括：依據該環境亮度、該環境色溫及該場景的變化來調整該頭戴式顯示器的一投影亮度、一圖示顏色、一字體顏色或一顯示對比度。
7. 如申請專利範圍第5項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，其中該第二感測單元包括一第一與一第二影像獲取裝置，調整該頭戴式顯示器的該顯示對比度的步驟更包括：藉由該第一與該第二影像獲取裝置分別拍攝一第一影像與一第二影像，合成該第一影像與該第二影像以產生適於該使用者觀看的一高動態範圍影像。
8. 如申請專利範圍第1項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，更包括： 判斷該使用者配戴該頭戴式顯示器的一連續使用時間；以及當該連續使用時間大於一預設使用時間時，控制該頭戴式顯示器產生一提示訊號。
9. 如申請專利範圍第8項所述的適應性調整頭戴式顯示器的方法，當該連續使用時間大於該預設使用時間時，更包括：控制該頭戴式顯示器自動進入一睡眠模式。
10. 一種頭戴式顯示器，適於配戴於一使用者的頭部，包括：一投影顯示單元；一第一感測單元，用以感測該使用者的至少一眼睛狀態參數；一第二感測單元，用以感測該使用者所在位置的至少一環境參數；一處理器，耦接該投影顯示單元、該第一與該第二感測單元，該處理器依據該眼睛狀態參數判斷該使用者的眼睛是否具不適感，若是，綜合分析該至少一眼睛狀態參數與該至少一環境參數，據以適應性調整該投影顯示單元的投影顯示設定值。