智能型背带及定义人体姿势的方法与流程

本发明涉及一种智能型背带及定义人体姿势的方法，尤其涉及一种基于inside-out跟踪技术的智能型背带及定义人体姿势的方法。

背景技术：

随着虚拟实境(virtualreality，vr)技术的成熟，消费者的需求不再仅是视觉上的冲击，而期望能更进一步与vr内容(content)互动。因此，3d感测、人脸识别等相关技术也跟着成为热门的讨论主题。目前市面上已可见许多输入装置，但多半体现为手套或是枪/武器等等的型态，且较难看到关于姿势判定的实际应用，例如判定手臂挥动姿势等。虽然早期曾有相关业者提出用于检测使用者肢体运动以及移动状态的检测配件(例如，kinect)，但由于此类产品需要较大的净空区域及距离才能识别，在使用上并不便利，因此目前已无进一步的研发计划。

在vr服务中，目前较常使用phasespace以及lighthouse这两种光学定位技术来实现对于3d移动目标的位置感测。上述两种技术在实务上均是在环境中的定点以及头戴式显示器(headmounteddisplay，hmd)上设置定位光源以及接收器，差别在于phasespace的定位光源是设置于hmd上，而lighthouse则是将接收器设置在hmd上。然而，上述两种方式均属于outside-in跟踪类型，也即需在外部环境架设摄影机或是红外光发射源，进而用以与目标(hmd/人体)做沟通。

然而，outside-in跟踪普遍具有以下缺点：(1)价格较高━需额外设置轨道、摄影机或红外光源等硬件；(2)环境需求高━环境需大且净空，使得人们较难腾出一块净空区域专门用于进行vr活动；(3)架设困难━可能需在周遭环境中进行打洞或上钉等；(4)便利性低━只能限定在已架设好的环境使用，且安装校正考验技术能力。

相较之下，inside-out跟踪技术则是仅通过人体佩戴的穿戴式装置即可判断外界状况，故不会产生上述提到的问题。因此，对于本领域技术人员而言，如何研发更佳的inside-out跟踪技术实为一项重要议题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提出一种智能型背带及定义人体姿势的方法，其可基于inside-out跟踪技术来提升使用者使用vr的体验。

本发明提供一种智能型背带，包括第一肩背带、第二肩背带、胸绑带、至少一镜头及微控制器。胸绑带具有第一端及第二端，其中胸绑带的第一端连接于第一肩背带，胸绑带的第二端连接于第二肩背带，且胸绑带包括刚性区段。至少一镜头，设置于刚性区段的表面并面向第一方向，拍摄位于第一方向上的目标的多个目标图像。微控制器耦接于至少一镜头，从至少一镜头接收前述目标图像，基于前述目标图像检测目标与至少一镜头之间的距离，并依据距离调整提供于智能型背带的穿戴者的画面。

本发明提供一种智能型背带，包括第一肩背带、第二肩背带、胸绑带、多个姿势检测模块及微控制器。胸绑带具有第一端及第二端，其中胸绑带的第一端连接于第一肩背带，胸绑带的第二端连接于第二肩背带。多个姿势检测模块，对称地设置于第一肩背带及第二肩背带上，或是对称地设置于胸绑带上，其中各姿势检测模块用于检测在特定方向上的距离变化。微控制器耦接于前述姿势检测模块，并依据各姿势检测模块检测到的距离变化定义智能型背带的穿戴者的人体姿势。

本发明提供一种定义人体姿势的方法，适于包括第一肩背带、第二肩背带、胸绑带、多个姿势检测模块及微控制器的智能型背带。所述方法包括：由各姿势检测模块检测在特定方向上的距离变化，其中前述姿势检测模块对称地设置于第一肩背带及第二肩背带上，或是对称地设置于胸绑带上；以及依据各姿势检测模块检测到的距离变化定义智能型背带的穿戴者的人体姿势。

基于上述，本发明实施例提出的智能型背带及定义人体姿势的方法可基于inside-out跟踪技术来实现前方目标的距离检测、穿戴者人体姿势(例如，腿部姿势)及检测穿戴者手臂的挥动状态及开合状态等功能，藉以免除outside-in跟踪技术中可能产生的缺点。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1a是依据本发明第一实施例示出的系统架构图，图1b是依据图1a示出的穿戴情境图。

图2a是依据本发明第二实施例示出的系统架构图。

图2b是依据本发明第二实施例示出的智能型背带前视图。

图2c是依据图2b示出的设置于第一肩背带或第二肩背带上的姿势检测模块侧视图。

图2d是依据图2c示出的智能型背带的穿戴情境侧视图。

图2e是依据图2b示出的设置于刚性区段上的姿势检测模块侧视图。

图3是依据本发明第二实施例示出的指定动作示意图。

图4是依据本发明第二实施例示出的检测人体姿势示意图。

图5是依据本发明第二实施例示出的调整画面视角的示意图。

图6是依据本发明第二实施例示出的在画面中显示视觉辅助格线的示意图。

图7a是依据本发明第三实施例示出的系统架构图。

图7b是依据本发明第三实施例示出的智能型背带的穿戴情境图。

图8是依据本发明第三实施例示出的检测手臂动状态示意图。

图9是依据本发明第三实施例示出的检测手臂开合状态示意图。

图10是依据本发明的一实施例示出的定义人体姿势方法的流程图。

附图标记说明：

10：系统；

100、100a、100b：智能型背带；

102a：第一肩背带；

120b：第二肩背带；

104：胸绑带；

104a：刚性区段；

104b、104c：弹性区段；

106a、106b：镜头；

108：微控制器；

110：主机；

112：hmd；

199、400、900：穿戴者；

210、220、230、240：姿势检测模块；

250a：基座；

250b：旋钮；

250c：距离传感器；

610、620：视觉辅助格线；

711a、712a、713a、714a、715a：第一距离传感器；

711b、712b、713b、714b、715b：第二距离传感器；

d1：第一方向；

d2：第二方向；

d3：第三方向；

d4：第四方向；

s1010、s1020：步骤；

x1、x2、x3、x4、x5、dd：距离；

θ1、θ2、θ3、θ4、θ5：角度。

具体实施方式

请参照图1a及图1b，其中图1a是依据本发明第一实施例示出的系统架构图，图1b是依据图1a示出的穿戴情境图。在第一实施例中，系统10包括智能型背带100、主机110及hmd112。智能型背带100可如图1b所示地穿戴于穿戴者199身上，并可通过智能型背带100上的各式感测元件进行检测，并将所检测到的信号和/或数据反馈至主机110，并相应地控制hmd112提供于穿戴者199观看的画面(例如是vr内容)。在不同的实施例中，主机110可以是个人电脑、背包式电脑或其他可用于在智能型背带100及hmd112之间传递信号及控制hmd112所显示画面的装置，但本发明可不限于此。

如图1a及图1b所示，智能型背带100包括第一肩背带102a、第二肩背带120b、胸绑带104、镜头106a、106b及微控制器108。为便于说明，以下假设第一肩背带102a是穿戴于穿戴者199的右肩，第二肩背带是穿戴于穿戴者199的左肩，但其并非用以限定本发明可能的实施方式。

胸绑带104具有第一端及第二端，其中胸绑带104的第一端连接于第一肩背带102a，胸绑带104的第二端连接于第二肩背带102b。在第一实施例中，胸绑带104包括刚性区段104a，其可理解为不具弹性且不会因外力而产生形变的区段。此外，为使智能型背带100可适于穿戴在具各种身材的穿戴者199身上，胸绑带104可还具有弹性区段104b及104c，其中弹性区段104b可连接于刚性区段104a及第一肩背带102a之间，而弹性区段104c可连接于刚性区段104a及第二肩背带102b之间，用以随着穿戴者199的身材而伸缩。

镜头106a及106b设置于刚性区段104a的表面并面向第一方向d1(例如是穿戴者199的前方)。相应地，镜头106a及106b可拍摄位于第一方向d1上的目标(例如是位于穿戴者199前方的物体)的多个目标图像。

微控制器108耦接于镜头106a及106b，从镜头106a及106b接收前述目标图像，基于前述目标图像检测目标与镜头106a及106b之间的距离，并依据距离调整提供于智能型背带100的穿戴者199的画面。

在第一实施例中，微控制器108基于镜头106a及106b所拍摄的目标图像检测上述距离的机制可参照台湾地区专利申请号第10712182号，其全文以引用方式并入本文中。并且，由于镜头106a及106b是设置于不具弹性且不会产生形变的刚性区域104a上，因而使得镜头106a及106b之间的相对距离可维持不变。在此情况下，可令微控制器108基于前述目标图像所检测到的距离更为准确。由于微控制器108可将所检测到的距离传输至主机110及hmd112以调整提供于穿戴者199的画面，因此也可相应地令前述画面呈现更佳的效果，从而提升使用者体验。

从另一观点而言，由于智能型背带100可进行距离的检测以协助调整提供于穿戴者199的画面，因此形同可通过inside-out跟踪技术来提供将vr体验升级为扩增实境(augmentedreality，ar)或混合实境(mixedreality，mr)的效果。

在其他实施例中，智能型背带100也可通过例如飞时测距(timeofflight，tof)、结构光(structurelight)或立体摄影机(stereocamera)来实现上述的距离检测机制，但本发明可不限于此。

请参照图2a及图2b，其中图2a是依据本发明第二实施例示出的系统架构图，图2b是依据本发明第二实施例示出的智能型背带前视图。相较于第一实施例，第二实施例的智能型背带100a还包括耦接于微控制器108的姿势检测模块210、220、230及240。如图2b所示，姿势检测模块210及220可对称地设置于第一肩背带102a及第二肩背带102b上彼此对应的两个位置，用以检测智能型背带100a的穿戴者的人体姿势。相似地，姿势检测模块230及240可对称地设置于刚性区段104a上彼此对应的两个位置，用以检测智能型背带100a的穿戴者的人体姿势。在第二实施例中，姿势检测模块210、220、230及240的架构及运作原理相似，以下即搭配图2c来进行详细说明。

请参照图2c，其是依据图2b示出的设置于第一肩背带或第二肩背带上的姿势检测模块侧视图。如图2c所示，各姿势检测模块210及220可包括基座250a、旋钮250b及距离传感器250c。基座205a包括底面、侧面及顶面，其中基座250a的底面连接于第一肩背带102a或第二肩背带102b表面上，基座250a的顶面朝向第一方向d1。旋钮250b包括底面、侧面及顶面，其中旋钮250a的底面可旋转地连接于基座250a的侧面，旋钮250b的顶面朝向第二方向d2，其中第二方向d2垂直于第一方向d1。距离传感器250c设置于旋钮250b的侧面，并因应于旋钮250b的旋转而在不同的方向进行距离检测。

在一实施例中，若穿戴者属于中等身材，则当其将智能型背带100a穿戴于身上时，距离传感器250c应能依图2c所示方式朝第三方向d3(例如，垂直往下)进行距离检测。

然而，在其他实施例中，若穿戴者的身材较为宽大，则可能相应地令距离传感器250c改变为朝其他方向进行检测。在此情况下，穿戴者例如可依vr内容中的指示而通过旋转旋钮250b的方式来调整距离传感器250c的进行距离检测的第三方向d3，但本发明可不限于此。

请参照图2d，其是依据图2c示出的智能型背带的穿戴情境侧视图。在本实施例中，由于第一肩背带102a是穿戴于穿戴者199的右肩及左肩上，且姿势检测模块210的距离传感器(未示出)系垂直往下进行距离检测，因此当穿戴者抬起右膝时，姿势检测模块210的距离传感器将相应地检测到距离变化。同理，当使用者抬起左膝时，位于第二肩背带102b上的距离传感器也可相应地检测到距离变化。

在一实施例中，姿势检测模块210及220的距离传感器可分别将所检测到的第一特定距离及第二特定距离传送至微控制器108，以令微控制器108可基于第一特定距离及第二特定距离的变化来得知穿戴者199的膝盖是否已抬起，但可不限于此。

请参照图2e，其是依据图2b示出的设置于刚性区段上的姿势检测模块侧视图。在本实施例中，姿势检测模块230及240除了所设置的位置不同于图2c的姿势检测模块210及220之外，结构与运作方式皆相同于姿势检测模块210及220，故相关细节于此不再赘述。

请参照图3，其是依据本发明第二实施例示出的指定动作示意图。在本实施例中，图3所示的连续动作可作为vr内容而提供于第二实施例的智能型背带100a的穿戴者199观看，以要求穿戴者199做出相同于图3的指定动作(例如是蹲下再起立的动作)。在穿戴者199依图3执行指定动作的过程中，姿势检测模块210及220(或是姿势检测模块230及240)即可于所测得的距离变化而获得专属于穿戴者199的校正基准值。举例而言，在穿戴者199蹲下时，姿势检测模块210及220所测得的距离(例如，50公分)即对应于穿戴者199的蹲踞姿势，并可相应地将此距离设定为校正基准值。因此，当姿势检测模块210及220日后再次测得等于校正基准值的距离时，微控制器108即可得知穿戴者199目前正呈现蹲踞姿势。举另一例而言，在穿戴者199起立后，姿势检测模块210及220所测得的距离(例如，150公分)即对应于穿戴者199的站立姿势，并可相应地将此距离设定为校正基准值。因此，当姿势检测模块210及220日后再次测得等于校正基准值的距离时，微控制器108即可得知穿戴者199目前正呈现站立姿势。

请参照图4，其是依据本发明第二实施例示出的检测人体姿势示意图。在本实施例中，假设穿戴者400的身上穿戴有图2b所示的智能型背带100a(未示出)，且智能型背带100a已通过图3所示的机制取得穿戴者400处于站立姿势的校正基准值(例如，150公分)。因此，当分别位于穿戴者400右侧及左侧的姿势检测模块210及220皆检测到150公分时，微控制器108即可得知穿戴者400目前呈现为站立姿势。

此外，若姿势检测模块210检测到的第一特定距离(例如50公分)小于姿势检测模块220检测到的第二特定距离(例如，150公分)，微控制器108即可得知穿戴者400的右膝已抬起。相反地，若姿势检测模块210检测到的第一特定距离(例如150公分)大于姿势检测模块220检测到的第二特定距离(例如，50公分)，微控制器108即可得知穿戴者400的左膝已抬起，但本发明可不限于此。

请参照图5，其是依据本发明第二实施例示出的调整画面视角的示意图。在本实施例中，当穿戴者穿戴图2b所示的智能型背带100a时，微控制器108可依据姿势检测模块210及220(或姿势检测模块230及240)分别测得的第一特定距离及第二特定距离改变提供于穿戴者的画面的视角高度。举例而言，微控制器108可依据穿戴者在站立姿势时所测得的第一特定距离及第二特定距离推得穿戴者的身高，并相应地调高或调低vr内容的画面视角。若穿戴者的身高较矮，则微控制器108可相应地将vr内容的画面视角调整为图5左方所示的低视角。相反地，若穿戴者的身高较高，则微控制器108可相应地将vr内容的画面视角调整为图5右方所示的高视角，但本发明可不限于此。

由上可知，通过设置多个姿势检测模块的方式，本发明的智能型背带可还具备检测穿戴者人体姿势的功能，从而达到通过inside-out跟踪技术来提供将vr体验升级为ar或mr的效果。并且，还可基于姿势检测模块测得的距离来相应改变提供于穿戴者的画面视角，进而让穿戴者在vr内容中看到的画面能够更贴现实生活中所见的景象，改善使用者体验。

此外，现有技术中存在一种投影技术，其可通过在地面上摆放特定的发光球体作为虚像投影的基准点。藉此，可让投影出来的虚拟人物呈现在适当的高度及位置。然而，本发明不需通过上述发光球体即可实现相同的效果，从而降低了相关的实现成本及复杂度。

请参照图6，其是依据本发明第二实施例示出的在画面中显示视觉辅助格线的示意图。在本实施例中，在姿势检测模块210及220(或姿势检测模块230及240)分别测得的第一特定距离及第二特定距离(以下以距离dd代称)之后，微控制器108可依据预设的角度θ1、θ2、θ3、θ4、θ5而计算出距离x1、x2、x3、x4、x5实际对应的距离，并据以调整在vr内容中呈现于穿戴者参考的视觉辅助格线610及620。

举例而言，假设距离dd为140公分，则其对应的视觉辅助格线610可如图6左上方所示。在本实施例中，视觉辅助格线610可包括多条格线，而其中由近至远的格线可分别对应于基于距离dd(即，140公分)所计算而得的距离x1～x5。藉此，可令穿戴者更易于通过视觉辅助格线610判断vr内容中的相对距离。

举另一例而言，假设距离dd为160公分，则其对应的视觉辅助格线620可如图6右上方所示。在本实施例中，视觉辅助格线620可包括多条格线，而其中由近至远的格线可分别对应于基于距离dd(即，160公分)所计算而得的距离x1～x5。藉此，可令穿戴者更易于通过视觉辅助格线620判断vr内容中的相对距离。

请参照图7a及图7b，其中图7a是依据本发明第三实施例示出的系统架构图，图7b是依据本发明第三实施例示出的智能型背带的穿戴情境图。相较于第一实施例，第三实施例的智能型背带100b还包括耦接于微控制器108的第一距离传感器711a、712a、713a、714a、715a及耦接于微控制器108的第二距离传感器711b、712b、713b、714b及715b。第一距离传感器711a～715a纵向排列于第一肩背带102a的外侧面上，并用以朝第二方向d2(例如是穿戴者199的右边)检测多个第一距离。相似地，第二距离传感器711b～715b纵向排列于第二肩背带102b的外侧面上，并用以朝第四方向d4(例如是穿戴者199的左边)检测多个第二距离。

在第三实施例中，微控制器108可依据前述第一距离定义穿戴者右臂的挥动状态，以下将辅以图8进行说明。

请参照图8，其是依据本发明第三实施例示出的检测手臂动状态示意图。在图8中，假设穿戴者身上穿戴有图7b所示的智能型背带100b(未示出)，并依序由左至右做出图8所示的抬起右臂的动作。在此情况下，第一距离传感器711a～715a将依序检测到第一距离，因此微控制器108可据以判定穿戴者已抬起右臂。

相似地，微控制器108也可依据前述第二距离定义穿戴者199左臂的挥动状态，而其细节与图8所示内容相似，故于此不再赘述。

在第三实施例中，微控制器108还可依据前述第一距离及第二距离定义穿戴者双臂的开合状态，以下将辅以图9进行说明。

请参照图9，其是依据本发明第三实施例示出的检测手臂开合状态示意图。在图9中，假设穿戴者900身上穿戴有图7b所示的智能型背带100b(未示出)，并依序由左至右做出图9所示的扩胸动作。由于第一距离传感器713a及第二距离传感器713b的位置略对应穿戴者900的双臂在图9中的初始位置，且较靠近第一肩背带102a(未示出)及第二肩背带102b(未示出)，因此第一距离传感器713a及第二距离传感器713b可分别检测到较短的第一距离及第二距离。

接着，在穿戴者900将双臂下放的过程中，由于穿戴者900的双臂将会逐渐远离第一肩背带102a及第二肩背带102b，第一距离传感器713a及第二距离传感器713b分别测得的第一距离及第二距离将逐渐地增加，如图9所示。相应地，微控制器108即可依据上述第一距离及第二距离的变化而得知穿戴者900的双臂目前呈现打开的状态。

同理，当穿戴者900逐渐合上双臂时，第一距离传感器713a及第二距离传感器713b分别测得的第一距离及第二距离将逐渐地减少。据此，微控制器108即可依据上述第一距离及第二距离的变化而得知穿戴者900正逐渐收回双臂。

由上可知，通过设置于肩背带外侧面的一排距离传感器，本发明提出的智能型背带还可检测穿戴者手臂的挥动状态及开合状态，从而达到通过inside-out跟踪技术来提供将vr体验升级为ar或mr的效果。

在其他实施例中，还可将第一、第二及第三实施例于以结合，进而让智能型背带同时具有检测前方目标距离、检测穿戴者人体姿势(例如，腿部姿势)及检测穿戴者手臂的挥动状态及开合状态的功能，其细节可参照以上实施例的相关说明，于此不再赘述。

请参照图10，其是依据本发明的一实施例示出的定义人体姿势方法的流程图。首先，在步骤s1010中，可由各姿势检测模块检测在特定方向上的距离变化。之后，在步骤s1020中，可依据各姿势检测模块检测到的距离变化定义智能型背带的穿戴者的人体姿势。图10各步骤的细节可参照以上实施例中的说明，于此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提出的智能型背带可基于inside-out跟踪技术来实现前方目标的距离检测、穿戴者人体姿势(例如，腿部姿势)及检测穿戴者手臂的挥动状态及开合状态等功能，从而可在较低成本、低环境需求、低架设困难度及高便利性的情况下，达到将vr体验升级为ar或mr的效果。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。