專利名稱：基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅及其控制裝置及控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及家具及視線追蹤技術(shù)領域，特別涉及一種基于視線追蹤的自動翻頁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)的人機交互方法，例如使用鼠標、鍵盤、手寫板等，雖然可以對上述情況有所改進。但，對于某些特殊情形來說，例如上肢體殘疾人士、嚴重的脊椎病患者，這些人機交互方法也無能為力?！八娂此谩闭f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)的視線追蹤來實現(xiàn)人機交互是非常高效的一種手段。目前，公知的眼動儀器需要借助特定的頭盔設備來獲取視線的焦點，這種方式雖然可以提高眼動儀器的精確性。這種設備不但成本較高，而且使用者佩戴起來比較麻煩且不夠舒適。對精確性要求不高的特定場合，例如翻書閱讀的時候，這些眼動儀器有些大材小用。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協(xié)調(diào)的基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅。進一步地，本發(fā)明提供一種基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制裝置。更進一步地，本發(fā)明提供一種基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制方法。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翻頁閱讀椅，包括座椅與設在座椅上的控制裝置；所述座椅上設有彎臂，所述彎臂的一端設在座椅上，其另一端與豎桿連接；所述豎桿上設有書架；所述書架頂端設有攝像頭，所述書架的兩側(cè)分別設有可樞軸轉(zhuǎn)動的左桿和右桿，所述書架的中部設有可樞軸轉(zhuǎn)動并可平移的尺子；所述控制裝置的信號輸入端與攝像頭相連接，其信號輸出端與左右桿相連接。優(yōu)選地，所述座椅設有靠背，所述彎臂設于靠背上，所述彎臂為彈性弧狀彎壁。優(yōu)選地，所述控制裝置設于座椅的底部。一種基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制裝置，包括圖像采集模塊、眼動檢測模塊、信號處理模塊、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，所述眼動檢測模塊包括對圖像差值化、幾何變換、補償和修陽，提取出眼球運動軌跡，提取軌跡線計算出視線的中點，并與初始位置進行比較的采集卡。優(yōu)選地，所述信號處理模塊包括信號放大電路和接收放大信號的濾波器電路。優(yōu)選地，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊包括單片機控制電路、JTAG端口、基準電壓電路、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、單片機控制電路相連接；所述JTAG端口、基準電壓電路與輸入電壓電路一起連接至單片機控制電路。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； 所述功率開關(guān)管VT1、VT3發(fā)射極與電機電連接，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的陽極與電機電連接；所述功率開關(guān)管VT2、VT4的集電極與電機電連接，所述功率開關(guān)管VT2、VT4的發(fā)射極分別與二極管VD2、 VD4的陽極電連接，所述二極管VD2、VD4的陰極與電機電連接。一種基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制方法，包括如下步驟
1)采集用戶視線運動軌跡圖像；
2)對用戶視線運動軌跡圖像進行識別，獲取眼動數(shù)字信號；
3)抽取和分析眼動數(shù)字信號中的信息；
4)將步驟3)中抽取和分析的信息轉(zhuǎn)換成模擬信號；
5)步驟4)中的模擬信號控制電機轉(zhuǎn)動，從而實現(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軌跡的圖像；
2)圖像信號輸送到眼動檢測模塊，眼動檢測模塊獲取眼動數(shù)字信號；
3)通過信號處理模塊對眼動數(shù)字信號進行抽取和分析；
4)步驟3)中經(jīng)過抽取和分析的眼動數(shù)字信號輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊成模擬信號；
5)模擬信號進入脈沖控制模塊，以脈沖信號的形式控制電機轉(zhuǎn)動。本發(fā)明相對于現(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翻頁閱讀椅結(jié)構(gòu)設計合理，該閱讀椅充分運用了人體工程學知識，舒適耐用；另外，該彎架為圓弧形設計，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技術(shù)的使用，可以將用戶的雙手解放，從而實現(xiàn)舒適閱讀的目的。


圖1是本發(fā)明基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅結(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翻頁閱讀椅的書架結(jié)構(gòu)圖； 圖4是本發(fā)明的閱讀椅的工作原理圖； 圖5是瞳孔左移眼動原理圖； 圖6是瞳孔右移眼動原理圖7是本發(fā)明基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制裝置的眼動檢測模塊的處理流程圖8是本發(fā)明本發(fā)明基于視線追蹤的自動翻頁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翻頁閱讀椅的控制裝置的脈沖控制模塊結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但發(fā)明的實施方式不限于此。如圖1和2所示，基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅，包括座椅1與設在座椅1上的控制裝置，控制裝置2設于座椅1的底部。座椅1設有靠背10，彎臂3設于靠背10上。彎臂3的一端設在座椅1上，其另一端與豎桿4連接。豎桿4上設有書架5。如圖3所示，書架5頂端設有攝像頭6，書架6的兩側(cè)分別設有可樞軸轉(zhuǎn)動的左桿 7和右桿8，書架6的中部設有可樞軸轉(zhuǎn)動并可平移的尺子9?？刂蒲b置的信號輸入端與攝像頭6相連接，其信號輸出端分別與左右桿7、8相連接。在閱讀時，左右桿7、8都壓在書頁上。需要向左翻書時，右桿8連通靜電電路，同時向上轉(zhuǎn)動把書頁吸起來，然后尺子9開始轉(zhuǎn)到翻起書頁的間隙中，右桿8斷開靜電電路； 當尺子9轉(zhuǎn)到書的中間時，右桿8向下轉(zhuǎn)動，直到壓在書頁上；當尺子轉(zhuǎn)過書的中間時，左桿 7開始向上轉(zhuǎn)動；當書頁翻到左邊時，左桿7往下轉(zhuǎn)動，直到壓在書頁上。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翻頁閱讀椅的控制裝置，包括圖像采集模塊21、眼動檢測模塊22、信號處理模塊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，所述眼動檢測模塊22包括對圖像差值化、幾何變換、補償和修陽，提取眼球運動軌跡，提取軌跡線并計算視線的中點，并與初始位置進行比較的采集卡221。所述信號處理模塊23包括信號放大電路和接收放大信號的濾波器電路。。這樣設計可以有效地濾除干擾信號同時消除噪聲信號。如圖8所示，A/D轉(zhuǎn)換模塊M包括單片機控制電路241、JTAG端口 M2、基準電壓電路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、單片機控制電路241相連接JTAG端口 M2、基準電壓電路243與輸入電壓電路244 —起連接至單片機控制電路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。 功率開關(guān)管VT1、VT3發(fā)射極與電機電連接，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的陽極與電機電連接。功率開關(guān)管VT2、VT4的集電極與電機電連接，功率開關(guān)管VT2、VT4的發(fā)射極分別與二極管VD2、VD4的陽極電連接， 二極管VD2、VD4的陰極與電機電連接。脈沖控制模塊25控制電機順時針或逆時針兩個方向轉(zhuǎn)動。VTl和VT2，VT3和VT4都不允許同時導通。當電機順時針轉(zhuǎn)動時，使Ug3恒為陰， Ug4恒為陽，則VT3截止而VT4常通。當電機逆時針轉(zhuǎn)動時，使Ug3恒為陽而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以及電學設備組成。譬如，在眼球運動的過程中，會產(chǎn)生可測量的位置變化。當人的眼球移動時，兩個眼球瞳孔軌跡連線H的中點M會產(chǎn)生位置偏移，通過與初始時所設定的M點位置進行對比，可以得到左移或右移的控制信號。利用這一原理，就可以利用眼球的運動和計算機系統(tǒng)進行交互操作，從而實現(xiàn)閱讀者的翻書功能。而在實際的閱讀過程中，人的眼球可能會有細微的移動變化，而這種變化并不是閱讀者想翻書的意愿，因此在本設計中設置了一個誤差范圍N，只有眼球瞳孔軌跡連線的中點偏移距離大于N/2的時候才進行翻書。如下，該基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制方法，包括如下步驟
1)采集用戶視線運動軌跡圖像；
2)對用戶視線運動軌跡圖像進行識別，獲取眼動數(shù)字信號；
3)抽取和分析眼動數(shù)字信號中的信息；
4)將步驟3)中抽取和分析的信息轉(zhuǎn)換成模擬信號；
5)步驟4)中的模擬信號控制電機轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)圖書的翻閱。具體地，攝像頭采集閱讀者眼球左右移動軌跡的圖像；該圖像信號被輸送到眼動檢測模塊22 ；眼動檢測模塊22獲取眼動數(shù)字信號，信號處理模塊23對眼球運動相關(guān)的眼動數(shù)字信號進行抽取和分析；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，模擬信號進入脈沖控制模塊25 ；模擬信號經(jīng)脈沖控制模塊25以脈沖信號的形式控制電機轉(zhuǎn)動。上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。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)利要求所要求保護的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅，其特征在于包括座椅(1)與設在座椅(1) 上的控制裝置；所述座椅(1)上設有彎臂(3)，所述彎臂(3)的一端設在座椅(1)上，其另一端與豎桿(4)連接；所述豎桿(4)上設有書架(5)；所述書架(5)頂端設有攝像頭(6)，所述書架(6)的兩側(cè)分別設有可樞軸轉(zhuǎn)動的左桿(7)和右桿(8)，所述書架(6)的中部設有可樞軸轉(zhuǎn)動并可平移的尺子(9);所述控制裝置的信號輸入端與攝像頭(6)相連接，其信號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翻頁閱讀椅，其特征在于所述座椅(1) 設有靠背(10)，所述彎臂(3)設于靠背(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翻頁閱讀椅，其特征在于所述控制裝置(2)設于座椅(1)的底部。
4.一種基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制裝置，其特征在于包括圖像采集模塊 (21)、眼動檢測模塊(22)、信號處理模塊(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翻頁閱讀椅的控制裝置，其特征在于 所述眼動檢測模塊(22)包括對圖像差值化、幾何變換、補償和修陽，提取眼球運動軌跡，提取軌跡線并計算視線的中點，并與初始位置進行比較的采集卡(221)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制裝置，其特征在于 所述信號處理模塊(23)包括信號放大電路和接收放大信號的濾波器電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制裝置，其特征在于所述A/D轉(zhuǎn)換模塊(24)包括單片機控制電路(241)、JTAG端口(242)、基準電壓電路(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)、單片機控制電路(241)相連接；所述JTAG端口(242)、、基準電壓電路(243)與輸入電壓電路(244) —起連接至單片機控制電路(241)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制裝置，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；所述功率開關(guān)管 VTU VT3發(fā)射極與電機電連接，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的陽極與電機電連接；所述功率開關(guān)管VT2、VT4的集電極與電機電連接，所述功率開關(guān)管VT2、VT4的發(fā)射極分別與二極管VD2、VD4的陽極電連接，所述二極管VD2、VD4的陰極與電機電連接。
9.根據(jù)如權(quán)利要求1-8所述的基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅的控制方法，其特征在于其特征在于包括如下步驟1)采集用戶視線運動軌跡圖像；2)對用戶視線運動軌跡圖像進行識別，獲取眼動數(shù)字信號；3)抽取和分析眼動數(shù)字信號中的信息；4)將步驟3)中抽取和分析的信息轉(zhuǎn)換成模擬信號；5)步驟4)中的模擬信號控制電機轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)圖書的翻閱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動翻頁的閱讀方法，其特征在于；進一步包括如下步驟1)通過攝像頭采集閱讀者眼球左右移動軌跡的圖像；2)圖像信號輸送到眼動檢測模塊，眼動檢測模塊獲取眼動數(shù)字信號；3)通過信號處理模塊對眼動數(shù)字信號進行抽取和分析；4)步驟3)中經(jīng)過抽取和分析的眼動數(shù)字信號輸出到A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過A/D轉(zhuǎn)換模塊成模擬信號；5)模擬信號進入脈沖控制模塊，以脈沖信號的形式控制電機轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅及其控制裝置及控制方法。該閱讀椅包括座椅與設在座椅上的控制裝置；所述座椅上設有彎臂，所述彎臂的一端設在座椅上，其另一端與豎桿連接；所述豎桿上設有書架；所述書架頂端設有攝像頭，所述書架的兩側(cè)分別設有可樞軸轉(zhuǎn)動的左桿和右桿，所述書架的中部設有可樞軸轉(zhuǎn)動并可平移的尺子；所述控制裝置的信號輸入端與攝像頭相連接，其信號輸出端與左右桿相連接。本發(fā)明基于視線追蹤的自動翻頁閱讀椅結(jié)構(gòu)設計合理,該閱讀椅充分運用了人體工程學知識，舒適耐用；另外，該彎架為圓弧形設計，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技術(shù)的使用，可以將用戶的雙手解放，從而實現(xiàn)舒適閱讀的目的。
文檔編號A47C3/00GK102551385SQ20111044971
公開日2012年7月11日 申請日期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 申請人:廣東工業(yè)大學