[发明专利]一种自动跟踪头部姿态的智能显示器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能显示器系统，具体涉及一种自动跟踪头部姿态的智能显示器系统，属于智能识别技术领域。 

背景技术

显示器作为计算机不可或缺的人机交互终端，在我们工作生活中随处可见。现在的显示器姿态（即可视角度）仅能手动调节，不能根据使用者的头部姿态变化而自动调整。人眼横向清晰的视线区域为35°，纵向清晰视线区域为20°。头部姿态的改变，使清晰视线区域改变；此时若显示器姿态不变，则很难有清晰视觉且容易造成眼部疲劳。但频繁进行手动调节不仅麻烦，还不能保证显示器能够正好位于清晰视线区域内。 

要想实现显示器自动跟随头部姿态调整，必须保证头部姿态构建的精确度。在头部姿态构建过程中，人脸特征点定位是一个极其关键的步骤。人脸特征点定位为人脸图像的处理与分析提供了重要的几何信息，计算机在一幅人脸图像中自动地定位出人脸各个器官的准确位置以及人脸外轮廓等。特征点定位是人脸识别技术中的不可缺少的预处理环节，定位的准确与否直接关系到后续工作的可靠性。基于人脸图像特征的识别通常抽取人脸器官如眼睛、眉毛、鼻子和嘴巴等器官的位置、尺度以及彼此间的比率作为特征，进一步地可以用几何形状拟合人脸器官，从而以几何参数作为描述人脸的特征。 

目前依据检测的信息类型，人脸特征点定位方法大致可分为以下6类：(1)基于灰度信息的方法；(2)基于先验规则的方法；(3)基于统制的方法；(4)基于小波的方法；(5)3D方法；(6)基于几何形状的方法。 

总体来说，基于先验规则的方法准确率较低，对图像质量要求高，受表情姿态光照影响大，但有时也有运算量小的优势，适合与其他方法结合进行特征点定位。基于统计模型和小波的方法的共同优点是对图像质量要求低，受表情姿态光照影响小，而且准确率高，对样本的训练等方面也使得运算量大大提高，但该类方法是特征点定位方法的发展趋势和方向。3D方法是在处理视频序列中的人脸特征点定位方法，还不太成熟，有待进—步研究。基于几何形状的方法虽然也对图像质量要求高，受表情姿态光照影响大，但准确率较高，是目前为止该领域的主流算法。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种自动跟踪头部姿态的智能显示器系统，通过该系统能够依据头部姿态的变化自动改变显示器姿态，让其始终与头部保持最佳位置，可以有效缓解眼部疲劳与预防近视。 

所述自动跟踪头部姿态的智能显示器系统包括图像采集模块、视觉算法处理模块和显示器控制模块；所述图像采集模块包括单目摄像机，显示器控制模块包括显示器、舵机控制模块和侧倾舵机。 

所述单目摄像机位于显示器后上方的中间位置，单目摄像按照设定频率采集显示器前方使用者的头部图像，并将采集到的图像实时发送给视觉算法处理模块。所述视觉算法处理模块对接收到的头部图像数进行畸变校正，得到校正后的单目图像。所述视觉算法处理模块对校正后的单目图像进行人脸识别并提取脸部特征点，所述单目图像中的脸部特征点为左眼特征点和右眼特征点。 

所述视觉算法处理模块中建立有图像坐标系o′-x′y′；所述图像坐标系以单目摄像机成像平面左上角的像素为原点，水平方向为x轴，竖直方向为y轴；由此所述左眼特征点在图像坐标系o′-x′y′下的坐标为(x′_a,y′_a)，右眼特征点在图像坐标系o′-x′y′下的坐标为(x′_b,y′_b)；则当前头部侧倾角θ为：θ=arctanxa′-xb′ya′-yb′.]]>

所述视觉算法处理模块将计算得到的头部侧倾角发送给舵机控制模块。所述舵机控制模块获得头部侧倾角度后，向侧倾舵机发送控制信号，侧倾舵机带动显示器侧倾相应角度，使显示器平面平行于使用者面部。