專利名稱：一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字家庭人機(jī)信息交互技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種數(shù)字 家庭設(shè)備的自動(dòng)控制技術(shù)。
背景技術(shù)：
電視機(jī)作為現(xiàn)代家庭中最主要的娛樂方式之一，極大地豐富了人們 的家庭文化生活。特別是數(shù)字電視問世之后，其功能越來越強(qiáng)大，節(jié)目 內(nèi)容極大豐富，電視機(jī)已成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡囊徊糠?。目前?部分電視機(jī)都是固定在一個(gè)臺(tái)面，不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)用戶觀看電視節(jié)目 的時(shí)候，有時(shí)候?yàn)榱耸孢m自然，需要用戶手動(dòng)搬動(dòng)電視機(jī)調(diào)整其可視角 度以獲得較好的觀賞效果。這樣做既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，使用起來很不方便。
公開號(hào)為CN2731871的專利提出了一種遙控電動(dòng)旋轉(zhuǎn)電視機(jī)座的方 案，省去了用戶搬動(dòng)電視機(jī)的麻煩，但也有其不足之處。首先它沒有考 慮到當(dāng)用戶相對(duì)電視機(jī)所在方向與屏幕夾角很小的時(shí)候，紅外遙控器發(fā) 射出的紅外信號(hào)不易被遙控裝置接收，因此用戶很難用遙控器調(diào)節(jié)電視 機(jī)角度；其次，當(dāng)多個(gè)用戶同時(shí)觀看電視節(jié)目時(shí)，用遙控器難于將電視 機(jī)調(diào)節(jié)到每個(gè)用戶都滿意的角度。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)以上情況的不足，本發(fā)明提出了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝 置。使用該裝置用戶無須使用遙控器就能夠在任何方位都收到滿意的觀 看效果，而且電視還能夠隨著用戶的移動(dòng)自動(dòng)改變其角度，使得人與電 視機(jī)之間的交互更加人性化。
本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)
一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于該裝置包括紅外探測(cè) 裝置、攝像裝置、內(nèi)存單元、中央處理單元、控制模塊和計(jì)時(shí)器。該裝 置采用存儲(chǔ)-控制結(jié)構(gòu)。中央處理單元控制并協(xié)調(diào)紅外探測(cè)裝置、攝像裝
置、內(nèi)存單元和控制模塊工作；紅外探測(cè)裝置和攝像裝置先將獲取的數(shù)
據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存單元中，中央處理單元與內(nèi)存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，指揮控
制模塊工作；計(jì)時(shí)器則定時(shí)發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)要求中央處理單元控制相 應(yīng)模塊工作。
紅外探測(cè)裝置用于感應(yīng)電視機(jī)前一定范圍內(nèi)所有用戶的相對(duì)坐標(biāo)。
攝像裝置用于攝取電視機(jī)前一定范圍內(nèi)的圖像。
內(nèi)存單元用于存儲(chǔ)攝像裝置攝取的圖像數(shù)據(jù)、每個(gè)用戶的信息和對(duì) 圖像進(jìn)行預(yù)處理所需要的數(shù)據(jù)。
中央處理單元用于協(xié)調(diào)各模塊工作并處理各個(gè)模塊提供的信息，包 括提取所有用戶的臉部圖像塊，計(jì)算用戶的相對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)角度，確定 哪些用戶正在觀看電視節(jié)目以及確定電視機(jī)的最佳角度。
控制模塊根據(jù)中央處理單元計(jì)算的結(jié)果將電視機(jī)調(diào)節(jié)到最佳角度。
計(jì)時(shí)器用于計(jì)時(shí)，使得該裝置每隔一段時(shí)間^ G—般取5s-60s之間的值，由用戶設(shè)定)就攝取一張圖像進(jìn)行處理，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果重新調(diào) 節(jié)電視機(jī)角度。
所述攝像裝置的光軸在水平面上，并能夠根據(jù)紅外探測(cè)裝置感應(yīng)得 到的用戶相對(duì)坐標(biāo)作相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，使得所有用戶都位于攝像范圍內(nèi)。
所述相對(duì)坐標(biāo)是指用戶在以攝像裝置光心為原點(diǎn)，光軸為Z軸，水
平和豎直方向分別為X, Y軸的左手直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
所述相對(duì)角度是指用戶相對(duì)坐標(biāo)與攝像裝置光心的連線在水平面內(nèi)
的射影與光軸正向的夾角，用戶相對(duì)坐標(biāo)的X分量在X軸正半軸時(shí)相對(duì)
角度為正，在X軸負(fù)半軸時(shí)為負(fù)。
紅外探測(cè)裝置測(cè)得用戶的相對(duì)角度后，還需根據(jù)攝像裝置攝取的圖
像確定該用戶是否正在觀看電視節(jié)目。
所述自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置的控制過程為
1) 根據(jù)紅外探測(cè)裝置感應(yīng)得到的用戶相對(duì)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)攝像裝置，使得 所有用戶都位于攝像范圍內(nèi)，把攝取到的圖像和此時(shí)電視機(jī)屏幕中軸的 相對(duì)角度e記錄在內(nèi)存單元中；
2) 對(duì)所有用戶的相對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到用戶在攝取到的圖像 中的大致位置；
3) 利用膚色檢測(cè)方法獲得用戶臉部圖像塊并逐個(gè)寫入內(nèi)存單元中；
4) 對(duì)其中一個(gè)臉部圖像塊進(jìn)行一系列的預(yù)處理，包括灰度化，二值 化和去噪；
5) 對(duì)于預(yù)處理后的臉部圖像塊，用窮舉匹配法判斷該用戶是否正在 觀看電視節(jié)目，若是則將該用戶的相對(duì)角度",.記錄在內(nèi)存單元中，否則 不處理。然后檢查內(nèi)存單元中是否存在其它的臉部圖像塊，如果有則對(duì)下一個(gè)臉部圖像塊重復(fù)步驟4)，否則轉(zhuǎn)向步驟6);
6) 找出所有正在觀看電視節(jié)目的用戶的最大相對(duì)角度《_和最小相 對(duì)角度《mm ，計(jì)算它們的平均值S = ("max + "min)/2;
7) 控制裝置將電視機(jī)旋轉(zhuǎn)5-S角度；
8) 計(jì)時(shí)器經(jīng)過時(shí)間,后向中央處理單元發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，重新轉(zhuǎn) 向執(zhí)行步驟l)。
本發(fā)明具有如下幾個(gè)特點(diǎn)
1) 利用人機(jī)交互的思想，用戶可以在室內(nèi)自由移動(dòng)而無須手動(dòng)或使 用遙控器調(diào)節(jié)電視機(jī)角度以獲得最佳觀看效果，體現(xiàn)了數(shù)字家庭中家電 設(shè)備的人性化。
2) 在用紅外探測(cè)裝置感應(yīng)用戶方位的基礎(chǔ)上利用數(shù)字圖像處理技術(shù) 增加了對(duì)用戶是否正在觀看電視節(jié)目的判斷，排除在感應(yīng)范圍內(nèi)但并未 觀看電視節(jié)目的用戶的干擾，提高了電視機(jī)角度調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確率。


圖l為本發(fā)明裝置的示意圖2為針孔模型下相對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)角度的示意圖3為中央處理單元控制自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度裝置的流程圖4為本發(fā)明中判斷用戶是否正在觀看電視節(jié)目的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本裝置進(jìn)行進(jìn)一步介紹。
本發(fā)明的自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置如圖1所示，包括紅外探測(cè)置、攝像裝置、內(nèi)存單元、中央處理單元、控制模塊和計(jì)時(shí)器。該裝置 采用存儲(chǔ)-控制結(jié)構(gòu)。中央處理單元控制并協(xié)調(diào)紅外探測(cè)裝置、攝像裝置、
內(nèi)存單元和控制模塊工作；紅外探測(cè)裝置和攝像裝置先將獲取的數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)到內(nèi)存單元中，中央處理單元與內(nèi)存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，指揮控制模 塊工作；計(jì)時(shí)器則定時(shí)發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)要求中央處理單元控制相應(yīng)模 塊工作。
各模塊的功能描述如下-
1)紅外探測(cè)裝置
紅外探測(cè)裝置用于感應(yīng)電視機(jī)前一定范圍內(nèi)所有用戶的相對(duì)坐標(biāo)。 如圖2所示，相對(duì)坐標(biāo)是指用戶在以攝像裝置光心為原點(diǎn)，光軸為Z軸， 水平和豎直方向分別為X， Y軸的左手直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。 一般在室內(nèi) 安裝若干紅外線傳感器，當(dāng)用戶進(jìn)入感應(yīng)區(qū)域時(shí)，人體發(fā)出的紅外線被 這些傳感器所感應(yīng)，從而探測(cè)裝置將得到用戶的三維世界坐標(biāo)(&，尺,；)。 假設(shè)用戶的相對(duì)坐標(biāo)是P(;c，乂4，則有變換公式
=及*
z
其中i 為3x3旋轉(zhuǎn)矩陣，r為3xl平移矩陣。從而可算得用戶的相對(duì) 角度a:arctan(x/z)。
2)攝像裝置
攝像裝置用于攝取電視機(jī)前一定范圍內(nèi)的圖像。攝像裝置可固定在 電視機(jī)正上方，攝像范圍為角度大小120°的扇形區(qū)域，如果存在相對(duì)角 度大于60°的用戶，攝像裝置順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)；反之若存在相對(duì)角度小 于-60°的用戶則逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)所有用戶都位于攝像范圍內(nèi)時(shí)，把攝取到的圖像和電視屏幕中軸的相對(duì)角度^記錄在內(nèi)存單元中。
為了找到在三維空間中的用戶在圖像中對(duì)應(yīng)的大致位置，需要確定 三維的相對(duì)坐標(biāo)與圖像中的二維坐標(biāo)之間的映射。由于只需要確定大致
位置，可采用針孔模型進(jìn)行分析，如圖2所示。設(shè)用戶相對(duì)坐標(biāo)為戶"y,^ ， P'(々，jv)是對(duì)應(yīng)的圖像坐標(biāo)，以像素為單位，則兩者之間的映射關(guān)系為
^ …
其中/是圖像平面與光心的距離，0'(^c,)是圖像中心坐標(biāo)，(&, )為 圖像平面上單位距離的像素個(gè)數(shù)。
3) 內(nèi)存單元
內(nèi)存單元用于存儲(chǔ)攝像裝置攝取的圖像數(shù)據(jù)、每個(gè)用戶的信息和對(duì) 圖像進(jìn)行預(yù)處理所需要的數(shù)據(jù)。其中用戶的信息包括用戶的臉部圖像塊， 相對(duì)坐標(biāo)，相對(duì)角度和標(biāo)記變量(用于標(biāo)記用戶是否正在觀看電視節(jié)目)。
4) 中央處理單元
中央處理單元用于協(xié)調(diào)各模塊工作并處理各個(gè)模塊提供的信息，包 括提取所有用戶的臉部圖像塊，計(jì)算用戶的相對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)角度，確定 哪些用戶正在觀看電視節(jié)目以及確定電視機(jī)的最佳角度。圖3所示是中 央處理單元控制自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度裝置的流程圖。
在攝取到的圖像中提取用戶的臉部圖像塊，可采用膚色檢測(cè)方法。 由于已經(jīng)得到用戶在圖像中的大致位置，可以在以該坐標(biāo)為中心的一定 范圍的圖像區(qū)域內(nèi)進(jìn)行膚色檢測(cè)，獲取用戶的臉部圖像塊并寫入內(nèi)存中。
圖4所示是判斷用戶是否正在觀看電視節(jié)目的流程圖。得到用戶的臉部圖像塊后，為了確定用戶是否正在觀看電視節(jié)目，需要對(duì)臉部圖像 塊進(jìn)行一系列的預(yù)處理。預(yù)處理包括灰度化，二值化和去噪。其中灰度
化的目的是為了去除圖像塊中的下一步處理無關(guān)的色度信息；二值化把 圖像塊中的像素根據(jù)一定的標(biāo)準(zhǔn)分化成兩種顏色，其目的也是為了減少 要處理的數(shù)據(jù)量；由于圖像本身有噪聲，經(jīng)過上述步驟處理后圖像塊中 會(huì)呈現(xiàn)雜亂散布的黑點(diǎn)或白點(diǎn)，因此需要對(duì)圖像塊進(jìn)行去噪處理。
經(jīng)過預(yù)處理后，臉部圖像塊中僅顯示雙眼、鼻子和嘴四個(gè)顏色比較 暗淡的圖像區(qū)域。而正在觀看電視節(jié)目的用戶的臉部在圖像中通常都是 正面或者近似正面，根據(jù)人的左右眼睛對(duì)稱并且鼻子和嘴都在兩只眼睛 的中垂線上的特點(diǎn)，對(duì)這四個(gè)圖像區(qū)域的排列進(jìn)行窮舉匹配，如果有任 一排列符合上述特征，則認(rèn)為用戶正在觀看電視節(jié)目，如果所有排列都 不符合，則忽略該用戶進(jìn)而處理下一個(gè)臉部圖像塊。當(dāng)然如果上述圖像 區(qū)域數(shù)大于或小于四個(gè)，可能該用戶臉部并未面向電視機(jī)屏幕或者利用 膚色檢測(cè)方法檢測(cè)到的圖像塊并非人臉，這些情況下均應(yīng)忽略該圖像塊。
對(duì)這四個(gè)圖像區(qū)域的排列進(jìn)行窮舉匹配的目的是為了確保所有正在 觀看電視節(jié)目的用戶都能被檢測(cè)出。比如躺在沙發(fā)上觀看電視節(jié)目的用 戶，兩只眼睛并不在同一水平線上，因此不能確定哪一個(gè)圖像區(qū)域就是 某個(gè)器官。用窮舉匹配的方法可有效地解決這個(gè)問題。
5)控制模塊
控制模塊根據(jù)中央處理單元計(jì)算的結(jié)果將電視機(jī)調(diào)節(jié)到最佳角度。 中央處理單元找出所有正在觀看電視節(jié)目的用戶的最大相對(duì)角度"^和 最小相對(duì)角度"自，并計(jì)算它們的平均值^""^+"皿)/2，通過控制裝置
將電視機(jī)旋轉(zhuǎn)；--角度。6)計(jì)時(shí)器
計(jì)時(shí)器用于計(jì)時(shí)，每隔時(shí)間/就向中央處理單元發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)， 使得該裝置每隔一段時(shí)間"就攝取一張圖像進(jìn)行處理，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果重 新調(diào)節(jié)電視機(jī)角度。當(dāng)紅外探測(cè)裝置在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)都未發(fā)現(xiàn)有用戶在紅 外感應(yīng)區(qū)域內(nèi)，還可通過相關(guān)指令將電視機(jī)轉(zhuǎn)到待機(jī)狀態(tài)，達(dá)到省電的 目的。
權(quán)利要求
1、一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于該裝置包括紅外探測(cè)裝置、攝像裝置、內(nèi)存單元、中央處理單元、控制模塊和計(jì)時(shí)器紅外探測(cè)裝置用于感應(yīng)電視機(jī)前一定范圍內(nèi)所有用戶的相對(duì)坐標(biāo)；攝像裝置用于攝取電視機(jī)前一定范圍內(nèi)的圖像；內(nèi)存單元用于存儲(chǔ)攝像裝置攝取的圖像數(shù)據(jù)、每個(gè)用戶的信息和對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理所需要的數(shù)據(jù)；中央處理單元用于協(xié)調(diào)各模塊工作并處理各個(gè)模塊提供的信息，包括提取所有用戶的臉部圖像塊，計(jì)算用戶的相對(duì)坐標(biāo)和相對(duì)角度，確定哪些用戶正在觀看電視節(jié)目以及確定電視機(jī)的最佳角度；控制模塊根據(jù)中央處理單元計(jì)算的結(jié)果將電視機(jī)調(diào)節(jié)到最佳角度；計(jì)時(shí)器用于計(jì)時(shí)，使得該裝置每隔一段時(shí)間t就攝取一張圖像進(jìn)行處理，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果重新調(diào)節(jié)電視機(jī)角度，其中t的取值在5s-60s之間，由用戶設(shè)定；在本裝置中采用存儲(chǔ)-控制結(jié)構(gòu)；中央處理單元控制并協(xié)調(diào)紅外探測(cè)裝置、攝像裝置、內(nèi)存單元和控制模塊工作；紅外探測(cè)裝置和攝像裝置先將獲取的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到內(nèi)存單元中，中央處理單元與內(nèi)存單元進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，指揮控制模塊工作；計(jì)時(shí)器則定時(shí)發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)要求中央處理單元控制相應(yīng)模塊工作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于 所述攝像裝置的光軸在水平面上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于所述攝像裝置能夠根據(jù)紅外探測(cè)裝置感應(yīng)得到的用戶相對(duì)坐標(biāo)作相應(yīng)的 旋轉(zhuǎn)，使得所有用戶都位于攝像范圍內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于 所述相對(duì)坐標(biāo)是指用戶在以攝像裝置光心為原點(diǎn)，光軸為Z軸，水平和 豎直方向分別為X, Y軸的左手直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于 所述相對(duì)角度是指用戶相對(duì)坐標(biāo)與攝像裝置光心的連線在水平面內(nèi)的射 影與光軸正向的夾角，用戶相對(duì)坐標(biāo)的X分量在X軸正半軸時(shí)相對(duì)角度 為正，在X軸負(fù)半軸時(shí)為負(fù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于 紅外探測(cè)裝置測(cè)得用戶的相對(duì)角度后，還需根據(jù)攝像裝置攝取的圖像確 定該用戶是否正在觀看電視節(jié)目。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，其特征在于 所述自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置的控制過程為1) 根據(jù)紅外探測(cè)裝置感應(yīng)得到的用戶相對(duì)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)攝像裝置，使得 所有用戶都位于攝像范圍內(nèi)，把攝取到的圖像和此時(shí)電視機(jī)屏幕中軸的 相對(duì)角度^記錄在內(nèi)存單元中；2) 對(duì)所有用戶的相對(duì)坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，得到用戶在攝取到的圖像 中的大致位置；3) 利用膚色檢測(cè)方法獲得用戶臉部圖像塊并逐個(gè)寫入內(nèi)存單元中；4) 對(duì)其中一個(gè)臉部圖像塊進(jìn)行一系列的預(yù)處理，包括灰度化，二值 化和去噪；5) 對(duì)于預(yù)處理后的臉部圖像塊，用窮舉匹配法判斷該用戶是否正在觀看電視節(jié)目，若是則將該用戶的相對(duì)角度",記錄在內(nèi)存單元中，否則 不處理，然后檢查內(nèi)存單元中是否存在其它的臉部圖像塊，如果有則對(duì) 下一個(gè)臉部圖像塊重復(fù)步驟4)，否則轉(zhuǎn)向步驟6);6) 找出所有正在觀看電視節(jié)目的用戶的最大相對(duì)角度"_和最小相 對(duì)角度"，，計(jì)算它們的平均值"(^ +"min)/2;7) 控制裝置將電視機(jī)旋轉(zhuǎn)^-^角度；8) 計(jì)時(shí)器經(jīng)過時(shí)間,后向中央處理單元發(fā)送一個(gè)脈沖信號(hào)，重新轉(zhuǎn) 向執(zhí)行步驟l)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)電視機(jī)角度的裝置，該裝置通過攝取電視機(jī)前一定范圍內(nèi)的景物并根據(jù)攝取到的圖像識(shí)別出所有正在觀看電視節(jié)目的用戶，從而將電視機(jī)調(diào)節(jié)到所有用戶都滿意的觀看角度，屬于數(shù)字家庭人機(jī)信息交互技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括紅外探測(cè)裝置、攝像裝置、內(nèi)存單元、中央處理單元、控制模塊和計(jì)時(shí)器。利用此發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)電視機(jī)角度控制的自動(dòng)化，避免了手動(dòng)或遙控調(diào)節(jié)的麻煩，體現(xiàn)了數(shù)字家庭中家電設(shè)備的人性化。
文檔編號(hào)G05D3/10GK101615032SQ200910041138
公開日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月15日
發(fā)明者寧 劉, 羅笑南, 肖天明 申請(qǐng)人:中山大學(xué)