一种依据观测点调整液晶屏显示内容的方法与流程

本发明涉及液晶屏显示领域，具体来讲是一种根据人体长期观测点的位置，调整液晶屏显示内容，使得其在其真实观测点可以获得平面效果以及平衡亮度的方法及液晶屏。

背景技术：

液晶屏是一种非常重要的人机互动的设备，现有的电子产品中几乎无处不在，在现代社会中是不可或缺的物品。

液晶屏在观测时，理想的观测位置为双眼处于垂直于液晶屏中心点的直线上。但是在一些特定环境中，液晶屏为固定位置，而使用人员常常仅为一个人，且这个使用人员的观测角度永远偏在某个固定的角度、位置上，而不是正常的、在中心点的最佳观测位置和距离。这种情况下，观测者观测的一直是带有畸变的图像，影响了观测效果，长期观测也出现容易出现晕眩。除此之外，还会由于液晶屏的不同液晶的位置离观测者人眼的距离由近及远，其观测感受到的亮度也会由亮变暗，从而出现不平衡。

如果存在那么一种方法及液晶屏，能够在输入观测值的相对于液晶屏姿态(位置、角度)的前提下，能够对液晶屏的原有显示做出调整，使得其能够对观测者呈现一个双眼处于垂直于液晶屏中心点的直线上最佳效果上。那么就可以使得观测者不受畸变的影响，观测出正常的效果，长期观测也不容易出现晕眩感。另外，如果能够修正不同液晶点离人眼的观测距离不同导致的感受到的亮度不平衡问题，也会提高人眼的感受效果。

现有技术尚无法满足上述需求。

技术实现要素：

本发明的目的是在现有的电子技术、机器视觉技术的基础上，提出了一套根据人体长期观测点的位姿，调整液晶屏显示内容，使得其能够对观测者呈现一个双眼处于垂直于液晶屏中心点的直线上的最佳效果，即使观测者在其真实观测点可以获得平面效果以及平衡亮度的方法及液晶屏。

本发明所述依据观测点调整液晶屏显示内容的方法包括图像角度修正、亮度修正两部分，其中，图像角度修正在于根据得到位姿，调整图像的显示角度，使得其能够呈现一个双眼处于垂直于显示内容中心点的直线上的效果。亮度修正在于虽然图像角度修正的作用可以修正图像的角度等内容，但是由于液晶屏的不同液晶的位置离观测者人眼的距离由近及远，其观测感受到的亮度也会由亮变暗，从而出现不平衡，因此需要修正其亮度。修改方式是用屏幕的真实尺寸与像素个数的关系计算出与人眼的比例关系，并根据修正系数进行修正。

本发明所述方法具体步骤如下：

1、图像角度修正

步骤1.1、将从位姿感知设备中获得的使用者相对于液晶屏的角度变换，以液晶屏中心点为原点，以液晶屏x-y-z坐标为原始坐标系1，液晶屏坐标系的横向为x轴、向右为正向；液晶屏坐标系的竖向为y轴，向下为正向；液晶屏坐标系垂直向为z轴、向远方为正向。使用者双眼为偏移后的坐标系2，使用者坐标系的横向为x轴、向右为正向；使用者坐标系的竖向为y轴，向下为正向；使用者坐标系垂直片向为z轴、向远方为正向。

使用x-y-z固定角坐标系(机器人领域常见知识)表达出的偏移后的坐标系2相对于原始坐标系1的偏角设为α、β、γ，使用者双眼的空间位置相对于原始坐标系1的坐标设为(lx、ly、lz)，计算三个固定角各自翻转方程为rz(α)、ry(β)、rx(γ)：

计算三个固定角的合成的翻转方程为r：

本步骤所涉及的x-y-z固定角坐标系表达方法为机器视觉常见表达内容，申请人在此不再赘述。

步骤1.2、计算空间距离的变换矩阵为h：

计算空间距离的变换矩阵为h的逆hv，其中矩阵求逆为常见线性代数问题，在此不再赘述，inv符号代表求逆。

hv＝inv(h)

步骤1.3、将原有图像设为p1，那么初步优化过后的图像p2为：

p2＝hv·p1

2、亮度修正

2.1.、设液晶屏x轴有mx个液晶，y轴有my个液晶，与步骤1.1一致，此刻使用者双眼的空间位置相对于原始坐标系1的坐标设为(lx、ly、lz)。

计算人眼和液晶屏中心点的直线空间距离：

步骤2.2、每个液晶点的修正式为：

其中p2(i,j)是步骤1-3的结果，其中i代表的是x轴的第i个液晶点，从1～mx，其中j代表的是y轴的第j个液晶点，从1～my。

sgn()符号的意思是取其中参数的正负号，例如sgn(7)＝1，sgn(-0.1)＝-1，sgn(0)＝0；pa是修正系数。

步骤3.3、将步骤2.2得到的p3(i,j)作为输出，显示到液晶屏上。

本发明的优点在于一是可以使得观测者不受畸变的影响，观测出正常的效果，二是够修正不同液晶点离人眼的观测距离不同导致的感受到的亮度不平衡问题，三是长期观测也不容易出现晕眩感。

本发明在使用过程中配套使用的是液晶屏、位姿感知两个设备。其中，液晶屏的作用在于显示信息，实现人机交互，其作用还在于在得到位姿感知设备的位姿信息后，依照本发明所述方法对显示信息进行修正并显示。位姿感知的作用在于获得人体长期观测点的位姿，并传输给液晶屏自带的cpu进行显示信息的修正。

附图说明

图1本发明实施例的结构关系示意图；

图2本发明实施例的三个旋转角的关系示意图；

图3本发明实施例的一种关系坐标示意图；

图4本发明实施例的所采用的位姿感知输入设备的示意图。

具体实施方式

下面结合图1图4的对本发明作进一步解释。

如图1所示，液晶屏在本发明中的作用在于显示信息，实现人机交互。其作用还在于在得到位姿感知设备的位姿信息后，运行修正算法，从而实现显示信息的修正，实现本发明所提出的主要优点。本实施例中，液晶屏采用的是江苏奥斯汀光电科技股份有限公司股份有限公司的32寸lcd液晶屏，cpu开放，还富裕一定的计算资源。

图1，1表示液晶屏，2表示位姿感知设备，3和5表示的是有偏移的观测者角度，4表示的是比较合理的双眼处于垂直于液晶屏中心点的直线上最佳效果上位置。

本发明所涉及的位姿感知设备的作用在于获得人体长期观测点的位姿，并传输给液晶屏自带的cpu，进行进一步的修正算法。它既可以是常见的微软的kinect的人体感知设备，由kinect提供数据；也可以是基于旋转电阻，观测人员自行调整输入数据，如图4所示，这是本实施例所采用的位姿感知设备的最简的人工输入版本，即由人员使用旋钮开关自行感受调整，它有1组开关，6组ec11型20k旋转电阻，用stm32f401单片机读取6组旋转电阻的阻值，作为x方向旋转角γ、偏移lx，y方向旋转角β、偏移ly，z方向旋转角α、偏移lx，输出给液晶屏自带的cpu，1组开关的作用是打开和关闭输入参数的功能，即需要调整时，输出数据给液晶屏，平时关闭该功能。

如图2、图3所示，本发明所述依据观测点调整液晶屏显示内容的方法包括有图像角度修正、亮度修正两大部分，现分别说明如下：

图像角度修正的内容在于根据得到位姿，调整图像的显示角度，使得其能够呈现一个双眼处于垂直于显示内容中心点的直线上的效果，具体步骤是：

步骤1-1，将从位姿感知设备中获得的使用者相对于液晶屏的角度变换，以液晶屏中心点为原点，以液晶屏x-y-z坐标为原始坐标系1，液晶屏坐标系的横向为x轴、向右为正向；液晶屏坐标系的竖向为y轴，向下为正向；液晶屏坐标系垂直向为z轴、向远方为正向。使用者双眼为偏移后的坐标系2，使用者坐标系的横向为x轴、向右为正向；使用者坐标系的竖向为y轴，向下为正向；使用者坐标系垂直片向为z轴、向远方为正向。

使用x-y-z固定角坐标系(机器人领域常见知识)表达出的偏移后的坐标系2相对于原始坐标系1的偏角设为α、β、γ，使用者双眼的空间位置相对于原始坐标系1的坐标设为(lx、ly、lz)，计算三个固定角各自翻转方程为rz(α)、ry(β)、rx(γ)：

计算三个固定角的合成的翻转方程为r：

步骤1-2，计算空间距离的变换矩阵为h：

计算空间距离的变换矩阵为h的逆hv，其中矩阵求逆为常见线性代数问题，在此不再赘述，inv符号代表求逆。

hv＝inv(h)

例如：假设观测人员的双眼平行在液晶屏中心点的左边界，液晶屏x轴1米，y轴0.8米，人眼距离液晶屏0.5米。那么可知此时，人眼观测液晶屏中心点的时候是围绕y轴旋转45度。即此刻合成的翻转方程r因为别的xz轴没有动，所以仅与y相关：

此刻因为人眼平行在液晶屏的左边界，以毫米为单位，所以lx＝-500。因为是平行，所以ly＝0。因为人眼距离液晶屏0.5米，所以lz＝500；

因此

再求h的逆：

然后就可以依据p2＝hv*p1计算出修正后图像，其中p1为原来要显示的数字图像。

步骤1-3，假设原有图像为p1，那么初步优化过后的图像p2为：

p2＝hv·p1

亮度修正的内容在于，虽然图像角度修正的作用可以修正图像的角度等内容，但是由于液晶屏的不同液晶的位置离观测者人眼的距离由近及远，其观测感受到的亮度也会由亮变暗，从而出现不平衡，因此需要修正其亮度。

其步骤在于，使用屏幕的真实尺寸与像素个数的关系计算出与人眼的比例关系，并根据修正系数进行修正，具体如下：

步骤2-1，设液晶屏x轴有mx个液晶，y轴有my个液晶，与步骤1.1一致，此刻使用者双眼的空间位置相对于原始坐标系1的坐标设为(lx、ly、lz)。

计算人眼和液晶屏中心点的直线空间距离：

步骤2-2，每个液晶点的修正式为：

其中p2(i,j)是步骤1-3的结果，其中i代表的是x轴的第i个液晶点，从1～mx，其中j代表的是y轴的第j个液晶点，从1～my。

其中，sgn()符号的意思是取其中参数的正负号，例如sgn(7)＝1，sgn(-0.1)＝-1，sgn(0)＝0；pa是修正系数。

本发明实施例中，采用的1000*800的像素值，所以mx＝1000，my＝800。pa和pb两个参数都设置为10，这样的含义是，把靠人眼最近的像素值最多为255-10＝245的亮度，而最远的像素值保留原先最大255的亮度值。

步骤2-3，把步骤2-2得到的p3(i,j)作为输出，显示到液晶屏上。

例如：继续采用上面的此刻lx＝-500，ly＝0，,lz＝500，液晶屏有mx＝1000，my＝800；此刻

通过实现本发明，能够在输入观测值的相对于液晶屏姿态(位置、角度)的前提下，能够对液晶屏的原有显示做出调整，使得其能够对观测者呈现一个双眼处于垂直于液晶屏中心点的直线上最佳效果上。可以使得观测者不受畸变的影响，观测出正常的效果，长期观测也不容易出现晕眩感。另外，能够修正不同液晶点离人眼的观测距离不同导致的感受到的亮度不平衡问题，也会提高人眼的感受效果。