專利名稱：基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅及其控制裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及家具及視線追蹤技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅及其控制裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
目前，讀者看書通常是使用雙手來翻書，由于讀者不的坐姿習(xí)慣，容易造成脊椎損傷、眼睛視力下降等不良的影響。而，借助傳統(tǒng)的人機(jī)交互方法，例如使用鼠標(biāo)、鍵盤、手寫板等，雖然可以對(duì)上述情況有所改進(jìn)。但，對(duì)于某些特殊情形來說，例如上肢體殘疾人士、嚴(yán)重的脊椎病患者，這些人機(jī)交互方法也無(wú)能為力。“所見即所得”說明視覺系統(tǒng)是人類獲取外界信息極為重要的一部分，因此利用視覺系統(tǒng)的視線追蹤來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互是非常高效的一種手段。目前，公知的眼動(dòng)儀器需要借助特定的頭盔設(shè)備來獲取視線的焦點(diǎn)，這種方式雖然可以提高眼動(dòng)儀器的精確性。這種設(shè)備不但成本較高，而且使用者佩戴起來比較麻煩且不夠舒適。對(duì)精確性要求不高的特定場(chǎng)合，例如翻書閱讀的時(shí)候，這些眼動(dòng)儀器有些大材小用。綜上所述，目前沒有合適的儀器與合適的方法用于讀者的翻書閱讀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利所要解決的技術(shù)問題是提供一種舒適耐用且可適當(dāng)協(xié)調(diào)的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅。進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置。更進(jìn)一步地，本發(fā)明提供一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅，包括座椅與設(shè)在座椅上的控制裝置；所述座椅上設(shè)有彎臂，所述彎臂的一端設(shè)在座椅上，其另一端與豎桿連接；所述豎桿上設(shè)有書架；所述書架頂端設(shè)有攝像頭，所述書架的兩側(cè)分別設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的左桿和右桿，所述書架的中部設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并可平移的尺子；所述控制裝置的信號(hào)輸入端與攝像頭相連接，其信號(hào)輸出端與左右桿相連接。優(yōu)選地，所述座椅設(shè)有靠背，所述彎臂設(shè)于靠背上，所述彎臂為彈性弧狀彎壁。優(yōu)選地，所述控制裝置設(shè)于座椅的底部。一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置，包括圖像采集模塊、眼動(dòng)檢測(cè)模塊、信號(hào)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊與脈沖控制模塊；上述模塊依次連接。優(yōu)選地，所述眼動(dòng)檢測(cè)模塊包括對(duì)圖像差值化、幾何變換、補(bǔ)償和修陽(yáng)，提取出眼球運(yùn)動(dòng)軌跡，提取軌跡線計(jì)算出視線的中點(diǎn)，并與初始位置進(jìn)行比較的采集卡。優(yōu)選地，所述信號(hào)處理模塊包括信號(hào)放大電路和接收放大信號(hào)的濾波器電路。優(yōu)選地，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括單片機(jī)控制電路、JTAG端口、基準(zhǔn)電壓電路、輸入電壓電路與電源電路，所述電源電路分別與輸入電壓電路、單片機(jī)控制電路相連接；所述JTAG端口、基準(zhǔn)電壓電路與輸入電壓電路一起連接至單片機(jī)控制電路。優(yōu)選地，所述脈沖控制模塊25包括功率開關(guān)管VT1-VT4、二極管VD1-VD4與電機(jī)； 所述功率開關(guān)管VT1、VT3發(fā)射極與電機(jī)電連接，所述功率開關(guān)管VT1、VT3的集電極分別與二極管VD1、VD3的陰極電連接；所述二極管VD1、VD3的陽(yáng)極與電機(jī)電連接；所述功率開關(guān)管VT2、VT4的集電極與電機(jī)電連接，所述功率開關(guān)管VT2、VT4的發(fā)射極分別與二極管VD2、 VD4的陽(yáng)極電連接，所述二極管VD2、VD4的陰極與電機(jī)電連接。一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制方法，包括如下步驟
1)采集用戶視線運(yùn)動(dòng)軌跡圖像；
2)對(duì)用戶視線運(yùn)動(dòng)軌跡圖像進(jìn)行識(shí)別，獲取眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)；
3)抽取和分析眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)中的信息；
4)將步驟3)中抽取和分析的信息轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；
5)步驟4)中的模擬信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)圖書的翻閱。具體地，包括如下步驟
1)通過攝像頭采集閱讀者眼球左右移動(dòng)軌跡的圖像；
2)圖像信號(hào)輸送到眼動(dòng)檢測(cè)模塊，眼動(dòng)檢測(cè)模塊獲取眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)；
3)通過信號(hào)處理模塊對(duì)眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取和分析；
4)步驟3)中經(jīng)過抽取和分析的眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊成模擬信號(hào)；
5)模擬信號(hào)進(jìn)入脈沖控制模塊，以脈沖信號(hào)的形式控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果本發(fā)明基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，該閱讀椅充分運(yùn)用了人體工程學(xué)知識(shí)，舒適耐用；另外，該彎架為圓弧形設(shè)計(jì)，其整體協(xié)調(diào)且可任意調(diào)整方位，從而滿足用戶在半躺的狀態(tài)下閱讀的需要，從而減輕頸椎、腰椎和肩部的壓力。該基于視線追蹤的翻頁(yè)技術(shù)的使用，可以將用戶的雙手解放，從而實(shí)現(xiàn)舒適閱讀的目的。


圖1是本發(fā)明基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅結(jié)構(gòu)圖； 圖2是附圖1的俯視結(jié)構(gòu)圖3是本發(fā)明基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的書架結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明的閱讀椅的工作原理圖； 圖5是瞳孔左移眼動(dòng)原理圖； 圖6是瞳孔右移眼動(dòng)原理圖7是本發(fā)明基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置的眼動(dòng)檢測(cè)模塊的處理流程圖8是本發(fā)明本發(fā)明基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置的A/D轉(zhuǎn)換模塊的電路組成框圖9是本發(fā)明本發(fā)明基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置的脈沖控制模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。如圖1和2所示，基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅，包括座椅1與設(shè)在座椅1上的控制裝置，控制裝置2設(shè)于座椅1的底部。座椅1設(shè)有靠背10，彎臂3設(shè)于靠背10上。彎臂3的一端設(shè)在座椅1上，其另一端與豎桿4連接。豎桿4上設(shè)有書架5。如圖3所示，書架5頂端設(shè)有攝像頭6，書架6的兩側(cè)分別設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的左桿 7和右桿8，書架6的中部設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并可平移的尺子9。控制裝置的信號(hào)輸入端與攝像頭6相連接，其信號(hào)輸出端分別與左右桿7、8相連接。在閱讀時(shí)，左右桿7、8都?jí)涸跁?yè)上。需要向左翻書時(shí)，右桿8連通靜電電路，同時(shí)向上轉(zhuǎn)動(dòng)把書頁(yè)吸起來，然后尺子9開始轉(zhuǎn)到翻起書頁(yè)的間隙中，右桿8斷開靜電電路； 當(dāng)尺子9轉(zhuǎn)到書的中間時(shí)，右桿8向下轉(zhuǎn)動(dòng)，直到壓在書頁(yè)上；當(dāng)尺子轉(zhuǎn)過書的中間時(shí)，左桿 7開始向上轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)書頁(yè)翻到左邊時(shí)，左桿7往下轉(zhuǎn)動(dòng)，直到壓在書頁(yè)上。向右翻書的流程和上述的順序相反。如圖4所示，一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置，包括圖像采集模塊21、眼動(dòng)檢測(cè)模塊22、信號(hào)處理模塊23、A/D轉(zhuǎn)換模塊M與脈沖控制模塊25 ；上述模塊依次連接。如圖7所示，所述眼動(dòng)檢測(cè)模塊22包括對(duì)圖像差值化、幾何變換、補(bǔ)償和修陽(yáng)，提取眼球運(yùn)動(dòng)軌跡，提取軌跡線并計(jì)算視線的中點(diǎn)，并與初始位置進(jìn)行比較的采集卡221。所述信號(hào)處理模塊23包括信號(hào)放大電路和接收放大信號(hào)的濾波器電路。。這樣設(shè)計(jì)可以有效地濾除干擾信號(hào)同時(shí)消除噪聲信號(hào)。如圖8所示，A/D轉(zhuǎn)換模塊M包括單片機(jī)控制電路241、JTAG端口 M2、基準(zhǔn)電壓電路243、輸入電壓電路244與電源電路245。電源電路245分別與輸入電壓電路M4、單片機(jī)控制電路241相連接JTAG端口 M2、基準(zhǔn)電壓電路243與輸入電壓電路244 —起連接至單片機(jī)控制電路Ml。如圖9所示，脈沖控制模塊25包括功率開關(guān)管VT1-VT4、二極管VD1-VD4與電機(jī)。 功率開關(guān)管VT1、VT3發(fā)射極與電機(jī)電連接，功率開關(guān)管VT1、VT3的集電極分別與二極管 VDU VD3的陰極電連接；二極管VD1、VD3的陽(yáng)極與電機(jī)電連接。功率開關(guān)管VT2、VT4的集電極與電機(jī)電連接，功率開關(guān)管VT2、VT4的發(fā)射極分別與二極管VD2、VD4的陽(yáng)極電連接， 二極管VD2、VD4的陰極與電機(jī)電連接。脈沖控制模塊25控制電機(jī)順時(shí)針或逆時(shí)針兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。VTl和VT2，VT3和VT4都不允許同時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使Ug3恒為陰， Ug4恒為陽(yáng)，則VT3截止而VT4常通。當(dāng)電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使Ug3恒為陽(yáng)而Ug4恒為陰，則 VT3常通而VT4截止。如圖5和6所示，人類的視覺系統(tǒng)可以看作是由一系列異常巧妙和精確的光學(xué)以及電學(xué)設(shè)備組成。譬如，在眼球運(yùn)動(dòng)的過程中，會(huì)產(chǎn)生可測(cè)量的位置變化。當(dāng)人的眼球移動(dòng)時(shí)，兩個(gè)眼球瞳孔軌跡連線H的中點(diǎn)M會(huì)產(chǎn)生位置偏移，通過與初始時(shí)所設(shè)定的M點(diǎn)位置進(jìn)行對(duì)比，可以得到左移或右移的控制信號(hào)。利用這一原理，就可以利用眼球的運(yùn)動(dòng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行交互操作，從而實(shí)現(xiàn)閱讀者的翻書功能。而在實(shí)際的閱讀過程中，人的眼球可能會(huì)有細(xì)微的移動(dòng)變化，而這種變化并不是閱讀者想翻書的意愿，因此在本設(shè)計(jì)中設(shè)置了一個(gè)誤差范圍N，只有眼球瞳孔軌跡連線的中點(diǎn)偏移距離大于N/2的時(shí)候才進(jìn)行翻書。如下，該基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制方法，包括如下步驟
1)采集用戶視線運(yùn)動(dòng)軌跡圖像；
2)對(duì)用戶視線運(yùn)動(dòng)軌跡圖像進(jìn)行識(shí)別，獲取眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)；
3)抽取和分析眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)中的信息；
4)將步驟3)中抽取和分析的信息轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；
5)步驟4)中的模擬信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)圖書的翻閱。具體地，攝像頭采集閱讀者眼球左右移動(dòng)軌跡的圖像；該圖像信號(hào)被輸送到眼動(dòng)檢測(cè)模塊22 ；眼動(dòng)檢測(cè)模塊22獲取眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)，信號(hào)處理模塊23對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)相關(guān)的眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取和分析；再輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊24，A/D轉(zhuǎn)換模塊M將其轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，模擬信號(hào)進(jìn)入脈沖控制模塊25 ；模擬信號(hào)經(jīng)脈沖控制模塊25以脈沖信號(hào)的形式控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅，其特征在于包括座椅(1)與設(shè)在座椅(1) 上的控制裝置；所述座椅(1)上設(shè)有彎臂(3)，所述彎臂(3)的一端設(shè)在座椅(1)上，其另一端與豎桿(4)連接；所述豎桿(4)上設(shè)有書架(5)；所述書架(5)頂端設(shè)有攝像頭(6)，所述書架(6)的兩側(cè)分別設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的左桿(7)和右桿(8)，所述書架(6)的中部設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并可平移的尺子(9);所述控制裝置的信號(hào)輸入端與攝像頭(6)相連接，其信號(hào)輸出端分別與左右桿(7、8)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅，其特征在于所述座椅(1) 設(shè)有靠背(10)，所述彎臂(3)設(shè)于靠背(10)上，所述彎臂(3)為彈性弧狀彎壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅，其特征在于所述控制裝置(2)設(shè)于座椅(1)的底部。
4.一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置，其特征在于包括圖像采集模塊 (21)、眼動(dòng)檢測(cè)模塊(22)、信號(hào)處理模塊(23)、A/D轉(zhuǎn)換模塊(24)與脈沖控制模塊(25)；上述模塊依次連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置，其特征在于 所述眼動(dòng)檢測(cè)模塊(22)包括對(duì)圖像差值化、幾何變換、補(bǔ)償和修陽(yáng)，提取眼球運(yùn)動(dòng)軌跡，提取軌跡線并計(jì)算視線的中點(diǎn)，并與初始位置進(jìn)行比較的采集卡(221)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置，其特征在于 所述信號(hào)處理模塊(23)包括信號(hào)放大電路和接收放大信號(hào)的濾波器電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換模塊(24)包括單片機(jī)控制電路(241)、JTAG端口(242)、基準(zhǔn)電壓電路(243)、輸入電壓電路(244)與電源電路(245)，所述電源電路(245)分別與輸入電壓電路(244)、單片機(jī)控制電路(241)相連接；所述JTAG端口(242)、、基準(zhǔn)電壓電路(243)與輸入電壓電路(244) —起連接至單片機(jī)控制電路(241)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制裝置，其特征在于 所述脈沖控制模塊25包括功率開關(guān)管VT1-VT4、二極管VD1-VD4與電機(jī)；所述功率開關(guān)管 VTU VT3發(fā)射極與電機(jī)電連接，所述功率開關(guān)管VT1、VT3的集電極分別與二極管VD1、VD3 的陰極電連接；所述二極管VD1、VD3的陽(yáng)極與電機(jī)電連接；所述功率開關(guān)管VT2、VT4的集電極與電機(jī)電連接，所述功率開關(guān)管VT2、VT4的發(fā)射極分別與二極管VD2、VD4的陽(yáng)極電連接，所述二極管VD2、VD4的陰極與電機(jī)電連接。
9.根據(jù)如權(quán)利要求1-8所述的基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅的控制方法，其特征在于其特征在于包括如下步驟1)采集用戶視線運(yùn)動(dòng)軌跡圖像；2)對(duì)用戶視線運(yùn)動(dòng)軌跡圖像進(jìn)行識(shí)別，獲取眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)；3)抽取和分析眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)中的信息；4)將步驟3)中抽取和分析的信息轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；5)步驟4)中的模擬信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)圖書的翻閱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動(dòng)翻頁(yè)的閱讀方法，其特征在于；進(jìn)一步包括如下步驟1)通過攝像頭采集閱讀者眼球左右移動(dòng)軌跡的圖像；2)圖像信號(hào)輸送到眼動(dòng)檢測(cè)模塊，眼動(dòng)檢測(cè)模塊獲取眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)；3)通過信號(hào)處理模塊對(duì)眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行抽取和分析；4)步驟3)中經(jīng)過抽取和分析的眼動(dòng)數(shù)字信號(hào)輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊成模擬信號(hào)；5)模擬信號(hào)進(jìn)入脈沖控制模塊，以脈沖信號(hào)的形式控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅及其控制裝置及控制方法。該閱讀椅包括座椅與設(shè)在座椅上的控制裝置；所述座椅上設(shè)有彎臂，所述彎臂的一端設(shè)在座椅上，其另一端與豎桿連接；所述豎桿上設(shè)有書架；所述書架頂端設(shè)有攝像頭，所述書架的兩側(cè)分別設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的左桿和右桿，所述書架的中部設(shè)有可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并可平移的尺子；所述控制裝置的信號(hào)輸入端與攝像頭相連接，其信號(hào)輸出端與左右桿相連接。本發(fā)明基于視線追蹤的自動(dòng)翻頁(yè)閱讀椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,該閱讀椅充分運(yùn)用了人體工程學(xué)知識(shí)，舒適耐用；另外，該彎架為圓弧形設(shè)計(jì)，其整體協(xié)調(diào)且可任意調(diào)整方位，以滿足用戶在半躺的狀態(tài)下閱讀的需要，從而減輕頸椎、腰椎和肩部的壓力。該基于視線追蹤的翻頁(yè)技術(shù)的使用，可以將用戶的雙手解放，從而實(shí)現(xiàn)舒適閱讀的目的。
文檔編號(hào)A47C3/00GK102551385SQ20111044971
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月29日
發(fā)明者宋俊華, 張超, 柯振中, 郭鐘寧, 韋宇煒 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)