專利名稱：方位跟隨顯示設(shè)備、方位跟隨顯示方法和程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及方位跟隨顯示設(shè)備、方位跟隨顯示方法和方位跟隨
顯示程序，并且尤其涉及用于電子羅盤、個(gè)人導(dǎo)航裝置(PND)或類 似裝置的方位跟隨顯示技術(shù)。
背景技術(shù)：
已提出一種方位跟隨顯示技術(shù)，其中根據(jù)電子羅盤、PND、移 動(dòng)電話或其他類似設(shè)備的顯示屏的姿態(tài)旋轉(zhuǎn)圖像(如地圖)，以使由 圖像表示的方位(或方向)跟隨現(xiàn)實(shí)空間的方位。如果顯示諸如地圖 之類的信息使其跟隨方位，則結(jié)合現(xiàn)實(shí)空間容易確認(rèn)由圖像表示的信 息。在也稱作"向上顯示"的方位跟隨顯示中，例如，當(dāng)顯示屏為水 平姿態(tài)時(shí)，根據(jù)人結(jié)合現(xiàn)實(shí)空間中的前后方位確認(rèn)由圖像表示的顯示 屏前后方位的傾向，來旋轉(zhuǎn)顯示在顯示屏之上的圖像。專利參考1 和2描述一種方位跟隨顯示方法，其中使得與正在走路的人的行進(jìn)方 向相對(duì)應(yīng)的地圖上的方位符合顯示屏的由底端到頂端或由前端到后 端的方位。在通常的方位跟隨顯示方法中，根據(jù)現(xiàn)實(shí)空間的北向與相 對(duì)于顯示屏固定的坐標(biāo)軸在現(xiàn)實(shí)空間的水平面上的投影之間的角度 大小來旋轉(zhuǎn)顯示屏上顯示的圖像。日本專利申請(qǐng)公開No.2001-289646 [專利參考2]日本專利申請(qǐng)公開No.2005-242283 但是，在通常的方位跟隨顯示方法中，當(dāng)顯示屏在特定姿態(tài)時(shí)， 對(duì)應(yīng)于行進(jìn)方向的地圖上的方位不跟隨現(xiàn)實(shí)中的行進(jìn)方向，因?yàn)檫@種 方法中，根據(jù)顯示屏的姿態(tài)選擇固定在顯示屏上的三條垂直坐標(biāo)軸之 一，且根據(jù)所選軸的投影與現(xiàn)實(shí)空間的北向之間的角度旋轉(zhuǎn)顯示屏上 的顯示的圖像。如下參考圖9詳細(xì)描述從一種狀態(tài)到另一種狀態(tài)的轉(zhuǎn) 換示例，其中一種狀態(tài)中，羅盤針圖像根據(jù)北向與y軸在水平面上的投影之間的角度旋轉(zhuǎn)，y軸在與顯示屏的長(zhǎng)邊平行的方向上延伸；另 一種狀態(tài)中，根據(jù)北向與z軸在水平面上的投影之間的角度旋轉(zhuǎn)羅盤 針圖像，z軸在垂直于顯示屏的方向上延伸。此處，當(dāng)圍繞z軸旋轉(zhuǎn) 顯示屏F而同時(shí)保持z軸在水平狀態(tài)時(shí)，假設(shè)在y軸相對(duì)于水平面成 45度傾斜的yi位置處執(zhí)行從y軸到z軸的轉(zhuǎn)換。在從y。到y(tǒng)i旋轉(zhuǎn)y 軸的間隔，不旋轉(zhuǎn)顯示在顯示屏F上的羅盤針，因?yàn)楸?N)向與y 軸在水平面上的投影之間的角度是恒定的。因此，由羅盤針D表示 的北向與現(xiàn)實(shí)空間中的北向之間的不一致在從yo到y(tǒng)!旋轉(zhuǎn)y軸的間 隔中從0度到45度逐漸增加。當(dāng)圍繞平行于顯示屏F的橫向的軸旋 轉(zhuǎn)顯示屏F，直到顯示屏F平行于前后方向時(shí)，這種不一致會(huì)由用戶 主觀地確認(rèn)，且對(duì)應(yīng)于現(xiàn)實(shí)空間的北向與羅盤針D所表示的作為顯 示目標(biāo)的北向之間的不一致。在從yt到y(tǒng)2旋轉(zhuǎn)y軸的間隔中，由羅 盤針D表示的北向與現(xiàn)實(shí)空間中的北向之間的不一致從45度到0度 逐漸減小。盡管已經(jīng)將羅盤針D的圖像描述為顯示目標(biāo)，當(dāng)顯示目 標(biāo)是地圖時(shí)，這種不一致也發(fā)生。在由顯示屏上顯示的圖像所表示的 方位不跟隨現(xiàn)實(shí)空間中的方位的情況下，用戶感覺不舒服，以使用戶 對(duì)顯示信息的信任降低，或者使用戶困惑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已克服以上問題，且本發(fā)明的目的是減小通過顯示屏上 顯示的圖像確認(rèn)的顯示屏中的方位與現(xiàn)實(shí)空間中的方位之間的不一 致。
(1)用于實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的方位跟隨顯示設(shè)備包括具有顯示屏 的顯示裝置，可將顯示屏以任意姿態(tài)放置，任意姿態(tài)包括與具有參考 水平方位的空間相關(guān)的參考姿態(tài)，顯示屏具有固定于顯示屏的xyz 正交坐標(biāo)系統(tǒng)，當(dāng)顯示屏置于參考姿態(tài)時(shí)，將xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的x 軸設(shè)置為平行于空間中的橫向，且xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z軸垂直于顯 示屏，空間中顯示屏的姿態(tài)由xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z-x-z歐拉(Euler) 角《、々和y定義，其中顯示屏顯示圖像使能進(jìn)行空間的參考水平方 位的確認(rèn)，以使圖像被顯示在參考姿態(tài)的顯示屏上時(shí)，顯示屏中確認(rèn)的參考水平方位符合空間的參考水平方位；和控制裝置，獲得圖像旋
轉(zhuǎn)角度的《+7，以使圖像被顯示在任意姿態(tài)的顯示屏上時(shí)，從圖像 確認(rèn)的參考水平方位跟隨空間的參考水平方位。
參考水平方位是相對(duì)于與現(xiàn)實(shí)空間的水平面平行的特定方向人 為地定義的。根據(jù)本發(fā)明，獲得特定參數(shù)"+y作為旋轉(zhuǎn)圖像的角度， 且因此從圖像確認(rèn)的顯示屏中的參考水平方位跟隨現(xiàn)實(shí)空間中的參 考水平方位。即，因?yàn)槌伺c圍繞用戶橫向軸旋轉(zhuǎn)的分量對(duì)應(yīng)的角度
々之外，獲得z-x-z歐拉角a和y之和作為表示了顯示在參考姿態(tài)的顯 示屏上的圖像應(yīng)被旋轉(zhuǎn)的范圍的角度，以使該圖像變?yōu)樵陲@示屏的姿 態(tài)改變時(shí)將顯示在顯示屏上的圖像，所以可以減小通過顯示在顯示屏 上的圖像確認(rèn)的顯示屏中的方位與現(xiàn)實(shí)空間中的方位之間的不一致。 (2)在用于以上目的的方位跟隨顯示設(shè)備中，優(yōu)選地，當(dāng)作為 在現(xiàn)實(shí)空間中表示xyz正交坐標(biāo)空間姿態(tài)的正交矩陣的姿態(tài)矩陣A 表示如下時(shí) A=[x y z]，
o12a13
其中x =，y =，Z =
<332a33
控制裝置獲得作為滿足以下表達(dá)式的值的"+T
cos(a+"= sin(or+y)=
V(ail +a22)2+("12 - a21)2 fl12 _ fl21
如u +a22)2 +(a12 -fl21)2 根據(jù)本發(fā)明，可在不單獨(dú)獲得a、"和y的情況下，通過簡(jiǎn)單計(jì) 算獲得"+ y。因此，可減小由于計(jì)算的時(shí)延，且因此可減小通過顯 示在顯示屏上的圖像確認(rèn)的顯示屏中的方位與現(xiàn)實(shí)空間中的方位之 間的不一致。
(3)在用于實(shí)現(xiàn)以上目的的方位跟隨顯示設(shè)備中，通過使用a33 作為可靠性的指示，控制裝置可確定所獲得的作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的參
數(shù)"+ y的可靠性。
當(dāng)z-x-z歐拉角的值/ 為;r時(shí)，顯示屏為參考姿態(tài)的反轉(zhuǎn)。此時(shí)， "+ y的值是不確定的。因?yàn)樽藨B(tài)矩陣A的a33元素等于cos/ ，當(dāng)a33為-1時(shí)"+ y的值不確定。當(dāng)顯示屏在7/2<"《"的范圍的姿態(tài)，用戶 到顯示屏的視線呈現(xiàn)在水平的之上。但是當(dāng)々在7/2<々^范圍中時(shí)， 由于沒有在該范圍旋轉(zhuǎn)圖像，即使在顯示屏圍繞橫向軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，
用戶也會(huì)感覺到不舒服。由于姿態(tài)檢測(cè)差錯(cuò)，當(dāng)々的值接近;r時(shí)，即 使々不等于"，顯示屏也像是參考姿態(tài)的反轉(zhuǎn)。因此，可根據(jù)姿態(tài)矩 陣A的a33元素確定作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的參數(shù)a + y的可靠性。
(4) 用于實(shí)現(xiàn)以上目的的方位跟隨顯示設(shè)備還可包括加速度 感測(cè)器，其輸出表示3個(gè)軸的加速度分量的加速度數(shù)據(jù)；和地磁感測(cè)
器，其輸出表示3個(gè)軸的地磁分量的地磁數(shù)據(jù)，且控制裝置可基于加
速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)獲得現(xiàn)實(shí)空間中顯示屏的姿態(tài)，且可根據(jù)顯示屏 的姿態(tài)以"+y的角度旋轉(zhuǎn)圖像。
(5) 用于實(shí)現(xiàn)以上目的的方位跟隨顯示方法在具有顯示屏的顯 示裝置中執(zhí)行，顯示屏置于任意姿態(tài)，任意姿態(tài)包括與具有參考水平 方位的空間相關(guān)的參考姿態(tài)，該方法包括為顯示屏設(shè)置xyz正交坐 標(biāo)系統(tǒng)，以使當(dāng)顯示屏置于參考姿態(tài)時(shí)，設(shè)置xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的x 軸為平行于空間中的橫向，且xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏； 由xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z-x-z歐拉角a、々和y定義空間中顯示屏的姿 態(tài)；在顯示屏顯示圖像，使能進(jìn)行空間的參考水平方位的確認(rèn)，以使 當(dāng)在參考姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時(shí)，顯示屏中確認(rèn)的參考水平方位 符合空間的參考水平方位；和獲得作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的"+ y，以使 當(dāng)在任意姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時(shí)，從圖像確認(rèn)的參考水平方位跟 隨空間的參考水平方位。
根據(jù)本發(fā)明，可減小通過顯示在顯示屏上的圖像確認(rèn)的顯示屏 中的方位與現(xiàn)實(shí)空間中的方位之間的不一致。
(6) 用于實(shí)現(xiàn)以上目的的方位跟隨顯示程序由計(jì)算機(jī)執(zhí)行，以 通過使用具有顯示屏的顯示裝置完成方位跟隨顯示的過程，顯示屏以 任意姿態(tài)放置，包括與具有參考水平方位的空間相關(guān)的參考姿態(tài)，該 過程包括為顯示屏設(shè)置xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)，以使當(dāng)顯示屏以參考姿 態(tài)放置時(shí)，設(shè)置xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的x軸為平行于空間的橫向，且 xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏；通過xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z-x-z歐拉角a、々和y確定顯示屏在空間中的姿態(tài)；在顯示屏中顯示
圖像，使能進(jìn)行空間的參考水平方位的確認(rèn)，以使當(dāng)圖像被顯示在參 考姿態(tài)的顯示屏上時(shí)，顯示屏中確認(rèn)的參考水平方位符合空間的參考
水平方位；和獲得作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的"+ y，以使當(dāng)圖像被顯示在 任意姿態(tài)的顯示屏上時(shí)，從圖像確認(rèn)的參考水平方位跟隨空間的參考 水平方位。
根據(jù)本發(fā)明，可減小通過顯示在顯示屏上的圖像確認(rèn)的顯示屏 中的方位與現(xiàn)實(shí)空間中的方位之間的不一致。
權(quán)利要求中所描述的每個(gè)元素的功能是通過功能由自身配置指 定的硬件資源、功能由程序指定的硬件資源、或者二者的結(jié)合來執(zhí)行 的。每個(gè)元素的功能不限于通過物理上獨(dú)立的硬件資源實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明 也提供一種包含方位跟隨顯示程序的計(jì)算機(jī)可讀的記錄介質(zhì)。當(dāng)然， 包含方位跟隨顯示程序的該記錄介質(zhì)可以是磁記錄介質(zhì)或磁光記錄 介質(zhì)，且可以是未來開發(fā)的任意其他記錄介質(zhì)。


圖1是與本發(fā)明的實(shí)施例相關(guān)的透視圖。
圖2A至圖2D是與本發(fā)明的實(shí)施例相關(guān)的說明顯示屏改變的透 視圖。
圖3A和圖3B是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的透視圖。
圖4是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的透視圖。
圖5是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的透視圖。
圖6是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的方框圖。
圖7是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的透視圖。
圖8是與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的流程圖。
圖9是說明相關(guān)技術(shù)的透視圖。
具體實(shí)施方式
1.原理
1.1方位的確認(rèn)本發(fā)明將集中研究其自身指示方位的圖像(如羅盤針)，或者 集中研究通過方位確認(rèn)伴隨了圖像信息確認(rèn)的圖像(如地圖、圖表、 建筑設(shè)計(jì)圖、天文圖表或從上捕獲地球表面圖像所需的照片(例如航 空照片或衛(wèi)星照片))。為了允許用戶確認(rèn)用戶通過觀察這種圖像而 確認(rèn)的顯示屏中的方位符合現(xiàn)實(shí)空間中的方位，并且為了允許通過顯 示屏上顯示的圖像而將被確認(rèn)的顯示屏中的方位符合現(xiàn)實(shí)空間中的
方位，如圖3B所示，當(dāng)圍繞平行于用戶確認(rèn)的橫向的軸旋轉(zhuǎn)顯示屏 F直到顯示屏F平行于圖3A中由虛線所示的前后方向?yàn)橹箷r(shí)，現(xiàn)實(shí) 空間的北向(如N軸的正向)必須平行于用戶將從圖像確認(rèn)的顯示 屏F中的北向(由箭頭D指示的方向)。用戶確認(rèn)包含在垂直于視 線方向的平面中的水平線延伸的方向是橫向的。此處，如圖4所示， 還假設(shè)包括用戶向顯示屏F的視線和垂直軸(如G軸)的平面P總 是與包括顯示屏F的平面Q以直角相交。
顯示屏F從參考姿態(tài)到任意姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可由分別圍繞固定 于顯示屏F的三個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合表示。將正交坐標(biāo)軸固 定到顯示屏F，以使從參考姿態(tài)到任意姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可由圍繞平行 于用戶確認(rèn)的橫向的軸作的一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與圍繞垂直于如下1.2部分 定義的顯示屏F的軸作的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的組合表示。
1.2坐標(biāo)系統(tǒng)的定義
圖1表示現(xiàn)實(shí)空間的正交坐標(biāo)軸N、 E和G，固定于在現(xiàn)實(shí)空間 中移動(dòng)的顯示屏F的正交坐標(biāo)軸x， y禾Bz，以及z-x-z歐拉角(a、 々、y)之間的關(guān)系?，F(xiàn)實(shí)空間中的方位通過定義一個(gè)參考方位來確 定。因此，定義了N軸、G軸和E軸，N軸的正向符合在地球表面 的一點(diǎn)開始且指向北極的矢量的水平分量，G軸的正向符合地球表面 該點(diǎn)處垂直向上的方向，且通過圍繞G軸將N軸旋轉(zhuǎn)90度來獲得E 軸，且N軸(此后稱作"北向")的正向被定義為參考水平方位。
相對(duì)于顯示屏F固定的xyz正交坐標(biāo)空間定義如下。首先，將 平行于顯示屏F的長(zhǎng)邊并且具有從顯示屏F的底端指向頂端的正向 的軸定義為y軸。定義顯示屏F的底端和頂端，以使其根據(jù)與通常 不顧重力方向在顯示屏F的邊緣位置處理的轉(zhuǎn)換等之間的關(guān)系相對(duì)于顯示屏F固定。此處，當(dāng)顯示屏F處于垂直位置以使不旋轉(zhuǎn)而顯 示文本信息的情況下文本信息被確認(rèn)為直立的時(shí)，假設(shè)位于顯示屏F 上端的邊是頂端，并且面對(duì)頂端的邊為底端。接著，將平行于顯示屏 F的短邊并且其正向?yàn)閺娘@示屏F的左端指向右端的軸定義為x軸。 此處，當(dāng)用戶從處在豎直位置的顯示屏F的前端觀察顯示屏F以使 用戶觀察顯示屏F時(shí)顯示屏F的頂端位于上端并且用戶觀察顯示屏F 時(shí)顯示屏F的底端位于下端之時(shí)，假設(shè)位于左和右的顯示屏F的兩 端分別為顯示屏F的左端和右端。接著，將正向垂直于x軸和y軸 并且從顯示屏F的后端指向前端的軸定義為z軸。在圖1和2中，x、 y和z軸用于說明顯示屏F的每個(gè)姿態(tài)，并且坐標(biāo)軸和對(duì)應(yīng)于相同姿 態(tài)的顯示屏F由相同的標(biāo)記表示。 1.3參考姿態(tài)
顯示屏F的任意姿態(tài)可通過定義現(xiàn)實(shí)空間中顯示屏F的參考姿 態(tài)從數(shù)學(xué)上唯一地表示。在相對(duì)于如1.2部分的顯示屏F定義xyz正 交坐標(biāo)空間的情況下，可通過如下定義參考姿態(tài)的簡(jiǎn)單計(jì)算來獲得為 了跟隨參考水平方位而旋轉(zhuǎn)圖像的角度。S卩，將x軸的正向符合E 軸的正向、y軸的正向符合作為參考水平方位的北向、并且z軸的正 向符合G軸的正向的顯示屏F的姿態(tài)定義為參考姿態(tài)。如果用于定 義z-x-z歐拉角的x軸平行于用戶確認(rèn)的橫向并且用于定義z-x-z歐 拉角的z軸垂直于顯示屏F，可任意定義現(xiàn)實(shí)空間、顯示屏F的參考 姿態(tài)與固定于顯示屏F的xyz正交坐標(biāo)空間之間的關(guān)系。
1.4方位跟隨顯示
當(dāng)定義坐標(biāo)如1.2部分且定義參考姿態(tài)如1.3部分時(shí)，z-x-z歐 拉角(a、 A、 y)分別對(duì)應(yīng)于下述的顯示屏F的旋轉(zhuǎn)角。a是處于 參考姿態(tài)的顯示屏Fo圍繞Z()軸旋轉(zhuǎn)的角度。g卩，"是顯示屏Fo在用 戶的橫向上傾斜的角度。由于z軸和G軸在參考姿態(tài)是平行的，a也 是顯示屏Fo圍繞垂直軸G軸旋轉(zhuǎn)的角度?！┦秋@示屏Fi圍繞^軸旋 轉(zhuǎn)的角度，^軸是通過圍繞Zo軸(如G軸)將x。軸旋轉(zhuǎn)角度a所獲 得的。由于Xl軸平行于用戶確認(rèn)的橫向，A也是圍繞平行于橫向的 軸旋轉(zhuǎn)顯示屏Fi的角度。y是顯示屏F2圍繞Z2軸旋轉(zhuǎn)的角度，Z2軸是通過圍繞Xi軸(或圍繞平行于橫向的軸)以角度々旋轉(zhuǎn)Zi軸所獲
得的。y也是顯示屏F2在用戶橫向上傾斜的角度。
盡管可任意地進(jìn)行如圖1所示的將顯示屏F從顯示屏FQ到顯示
屏F3的姿態(tài)轉(zhuǎn)變過程，由顯示屏F3上顯示的圖像表示的方位是相同
的，與轉(zhuǎn)變過程無關(guān)。因此假設(shè)通過由z-x-z歐拉角定義的3個(gè)旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)，從顯示屏Fo到顯示屏F3轉(zhuǎn)變顯示屏F的姿態(tài)。通過圍繞z0 軸的旋轉(zhuǎn)以如圖1和圖2B所示的角度"來旋轉(zhuǎn)在如圖1和圖2A所 示的處于參考姿態(tài)的顯示屏Fo上顯示的羅盤針D的圖像，通過圍繞 Xi軸的旋轉(zhuǎn)如圖1和圖2C所示不旋轉(zhuǎn)羅盤針D的圖像，且通過圍繞 Z2軸的旋轉(zhuǎn)以如圖1和圖2D所示的角度y旋轉(zhuǎn)在顯示屏F2上顯示的 羅盤針D的圖像。這允許羅盤針D總指示現(xiàn)實(shí)空間的北向。特別地， 如果當(dāng)羅盤針D顯示到處于參考姿態(tài)的顯示屏F上時(shí)，在如1.2部分 定義坐標(biāo)空間且如1.3部分定義參考姿態(tài)的情況下，顯示在顯示屏F 上指示北向以使顯示屏F中確認(rèn)的北向符合現(xiàn)實(shí)空間的北向的羅盤 針D以a + y的角度旋轉(zhuǎn)，則可顯示羅盤針D以使將由顯示在處于任 意姿態(tài)的顯示屏F上的羅盤針D指示的北向確認(rèn)為與現(xiàn)實(shí)空間的北 向一致，不管顯示屏F的姿態(tài)從參考姿態(tài)到任意姿態(tài)的改變所通過 的過程和顯示屏F的姿態(tài)改變到的姿態(tài)。
因此，顯示屏F圍繞垂直于顯示屏F的z軸旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)角《和y 之和可以用作旋轉(zhuǎn)圖像的角度，當(dāng)圖像顯示在處于參考姿態(tài)的顯示屏 上時(shí)，該圖像顯示在顯示屏上指示顯示屏中的參考水平方位以使顯示 屏中確認(rèn)的參考水平方位符合現(xiàn)實(shí)空間中的參考水平方位。通過以這 種方式獲得旋轉(zhuǎn)角，可允許用戶通過顯示在顯示屏上的圖像在顯示屏 中確認(rèn)的方位總是符合現(xiàn)實(shí)空間中的方位。即，可允許用戶確認(rèn)通過 顯示在顯示屏上的圖像確認(rèn)的顯示屏中的方位與現(xiàn)實(shí)空間中的方位 之間沒有不一致。
2.實(shí)施例
2.1方位跟隨顯示設(shè)備的配置
圖5、 6和7說明一種作為根據(jù)本發(fā)明的方位跟隨顯示設(shè)備的實(shí) 施例的數(shù)碼相機(jī)1的配置。數(shù)碼相機(jī)1包括作為用于再現(xiàn)取景器和照片圖像數(shù)據(jù)的裝置的
顯示器10、加速度感測(cè)器40和用于在顯示器10的顯示屏11上顯示 羅盤針D的地磁感測(cè)器50。顯示器10、加速度感測(cè)器40、地磁感測(cè) 器50、操作單元30和鏡頭之類的沒有示出的裝置均固定到外殼20。 加速度感測(cè)器40可以是如壓阻類型、電容類型或熱探測(cè)類型的 任意檢測(cè)類型。對(duì)重力和固定于與加速度感測(cè)器40成整體移動(dòng)的物 體上的系統(tǒng)的慣性力之和的力進(jìn)行檢測(cè)，將其作為具有稍后描述的 x、 y和z軸三個(gè)分量的矢量數(shù)據(jù)的加速度數(shù)據(jù)。因此，從處于靜止 或勻速直線運(yùn)動(dòng)姿態(tài)下的加速度感測(cè)器40輸出的加速度數(shù)據(jù)是表示 相對(duì)于顯示屏F固定的xyz坐標(biāo)空間中重力加速度的幅度和方位的矢 量數(shù)據(jù)。
地磁感測(cè)器50包括三軸磁感測(cè)器單元，每個(gè)包括磁離子(MI) 元件或磁阻(MR)元件。地磁感測(cè)器50輸出使用稍后描述的x、 y 和z軸的三個(gè)分量表示具有指向北極方向矢量的地磁數(shù)據(jù)。即，地磁 數(shù)據(jù)是表示相對(duì)于顯示屏F固定的xyz坐標(biāo)空間中現(xiàn)實(shí)空間的北極的 矢量數(shù)據(jù)。
數(shù)碼相機(jī)1的控制器60是執(zhí)行方位跟隨顯示的數(shù)據(jù)處理的微計(jì) 算機(jī)，且包括處理器、存儲(chǔ)器、總線、輸入/輸出(I/O)接口及沒有 示出的類似裝置。加速度感測(cè)器40、地磁感測(cè)器50、操作單元30、 顯示器10及類似裝置均連接到控制器60的I/O接口。操作單元30 包括菜單操作鍵31和32、釋放按鈕33等。根據(jù)在這些開關(guān)上執(zhí)行 的操作，控制器60執(zhí)行各種處理，顯示羅盤針D、照片圖像或當(dāng)前 位于顯示屏11上的經(jīng)緯度，或者在機(jī)器可讀且非易失的記錄介質(zhì)90 中記錄照片圖像數(shù)據(jù)。當(dāng)在顯示屏11上顯示羅盤針D的原始圖像而 不旋轉(zhuǎn)時(shí)，原始圖像表示指示了從顯示屏11的底端到頂端方向的指 針。
控制器60是一種執(zhí)行方位跟隨顯示處理的控制裝置，方位跟隨 顯示處理是用于通過執(zhí)行方位跟隨顯示程序?qū)⒏S現(xiàn)實(shí)空間方位的 羅盤針D顯示在顯示屏11上，方位跟隨顯示程序包括加速度數(shù)據(jù)處 理模塊61、地磁數(shù)據(jù)處理模塊62和方位跟隨顯示模塊63。即，當(dāng)控制器60執(zhí)行方位跟隨顯示程序時(shí)，控制器60的功能起控制裝置的作 用。方位跟隨顯示程序可存儲(chǔ)于記錄介質(zhì)90中。
加速度數(shù)據(jù)處理模塊61是接收加速度感測(cè)器40以預(yù)定時(shí)間間 隔(例如0.2秒的間隔)輸出的加速度數(shù)據(jù)并且對(duì)加速度數(shù)據(jù)執(zhí)行如 偏移校正之類的預(yù)定校正處理的程序模塊。
地磁數(shù)據(jù)處理模塊62是接收地磁感測(cè)器50以預(yù)定時(shí)間間隔(例 如0.2秒的間隔)輸出的地磁數(shù)據(jù)并且對(duì)地磁數(shù)據(jù)執(zhí)行如偏移校正之 類的預(yù)定校正處理的程序模塊。
方位跟隨顯示模塊63是基于加速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)產(chǎn)生姿態(tài)矩 陣A的程序模塊，其基于姿態(tài)矩陣A獲得羅盤針D的旋轉(zhuǎn)角度，以 所獲得的角度旋轉(zhuǎn)羅盤針D的圖像，且將羅盤針D的旋轉(zhuǎn)圖像存儲(chǔ) 到顯示器10中的幀存儲(chǔ)器區(qū)域。
圖5說明參考姿態(tài)與現(xiàn)實(shí)空間之間的關(guān)系。在這個(gè)實(shí)施例中， 假設(shè)顯示屏11的參考姿態(tài)是顯示屏11為水平朝上(即，垂直于顯示 屏11的視線具有垂直向下的方向)的姿態(tài)，矩形顯示屏11的短邊平 行于現(xiàn)實(shí)空間的N軸，且從顯示屏11的底端到頂端的方向符合N軸 的正向。在這個(gè)實(shí)施例中，顯示屏11的頂端是顯示屏11的兩個(gè)長(zhǎng)邊 中靠近釋放按鈕33的一個(gè)，并且參考頂端來表示顯示屏F的上、下、
左、右端o
在這個(gè)實(shí)施例中，定義用于定義z-x-z歐拉角和姿態(tài)矩陣A的x、 y和z正交坐標(biāo)軸，以使x軸的正向符合從顯示屏的左端到右端的方 向，y軸的正向符合從顯示屏的底端到頂端的方向，z軸的正向符合 從顯示屏11的后端到前端的方向，z軸的正向垂直于顯示屏11。當(dāng) 將顯示屏11的參考姿態(tài)定義為以上所描述的時(shí)，x軸的正向符合E 軸的正向(如東向)，y軸的正向符合N軸的正向，且z軸的正向符 合G軸的正向。接著，x軸平行于用戶觀察顯示屏11確認(rèn)的橫向。
由以下等式(1)和(3)表示的姿態(tài)矩陣A是唯一地表示物體 姿態(tài)的數(shù)據(jù)，且定義如下。
A=[xyz]... (1)，fl13
其中x-，y = Z =
a32fl33
(3)
姿態(tài)矩陣A是唯一表示顯示屏11的任意姿態(tài)的正交矩陣。當(dāng)從 參考姿態(tài)到任意姿態(tài)旋轉(zhuǎn)顯示屏11時(shí)，姿態(tài)矩陣A用于旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)軸， 以在固定于顯示屏11的xyz坐標(biāo)空間中表示固定于現(xiàn)實(shí)空間中的 NEG正交坐標(biāo)空間中定義的點(diǎn)。表示如圖5所示的顯示屏11的參考 姿態(tài)的姿態(tài)矩陣A由下述等式(4)表示。
A =
1 0 0 0 1 0 0 0 1
(4)
表示如圖7所示的顯示屏11姿態(tài)的姿態(tài)矩陣A由下述等式(5)表示。
1 0 0 0 0-1 0 1 0
(5)
以這種方式定義的姿態(tài)矩陣A以下述方式從每個(gè)均為三維矢量 的偏移校正過的加速度數(shù)據(jù)g和地磁數(shù)據(jù)h獲得。 首先，定義矢量f如下。
f=gXh，
其中"X"表示叉積且"f"是表示xyz坐標(biāo)空間中E軸的正向 的矢量。
另外，定義矢量/z'如下。 /i'=f Xg，
其中V是表示xyz坐標(biāo)空間中N軸的正向的矢量。 以這種方式定義的矢量f、 h'和-g每個(gè)都?xì)w一化為數(shù)量1并且
接著被連續(xù)地從頂部排成行，以形成姿態(tài)矩陣A。
姿態(tài)矩陣A與z-x-z歐拉角(《、 / 、 之間的關(guān)系如下。 以角《的第一旋轉(zhuǎn)(即，圍繞圖1所示zo軸的旋轉(zhuǎn))的矩陣表
示、以角々的第二旋轉(zhuǎn)(即，圍繞圖1所示Xi軸的旋轉(zhuǎn))的矩陣表
示和以角7的第三旋轉(zhuǎn)(即，圍繞圖1所示Z2軸的旋轉(zhuǎn))的矩陣表示
由下述等式(6) (7)和(8)表示。
14Wz(")=
，)=
cos" sin" 0 一sinor cosor 0 0 0 1 —10 0 0 cos - sin々 0 — sin - cos" cosy siny 0 一 sin z cos z 0 0 0 1
(6)
(7)
(8)
此處，0^a<2/r， 0S〃S;r且0《 ^2;z:。方定轉(zhuǎn)失巨陣/ z(or) 、 / ,(/ )禾口 R("與姿態(tài)矩陣A之間的關(guān)系由下述等式(9)表示。 4 (9)
因此，滿足下述聯(lián)立方程。 au 二cosacosy-cos/ sin"sin廣" a12 = cos "sin y + cos sin a cos y ■ a13 -sinyffsin" " (12) "21 -—sinacosy—cosyffcos"siny g22 =—sin"sinz+cos"cos"cosr a23 = sin ^ cos " (15) a31 = sin yff sin r (16) a32 = —sin々cosr (17)
(333 = COS yff (18)
此處，如果定義X和Y如下:
由加法定理獲得下述等式。
X= (1 + COS々)cos( + " Y= (1 + cos々)sin(" + " cos( +" =-"11 +"22--
(10)
(11)
(13)
(14)
sin(a+"=.
如u +fl22)2+(a12-a21)2
(19)
(20)
如h +"22)2 +(fl12 -fl21)2
通過獲得滿足等式(19)和(20)的《 + ^的值，可在不單獨(dú)獲得a、 -和y的情況下獲得a與y之和。獲得滿足等式(19)和(20) 的"+ y是有利的，因?yàn)楫?dāng)々=0時(shí)不需要轉(zhuǎn)換計(jì)算過程。
當(dāng)獲得滿足等式(19)和(20)的"+ y時(shí)，獲得每個(gè)半開區(qū)間
且由指示指出的可 靠性隨指示值的減小而減小。
2.2方位跟隨顯示步圖8是說明由控制器60執(zhí)行的方位跟隨顯示過程流程的流程圖。
首先，控制器60分別從加速度感測(cè)器40和地磁感測(cè)器50接收 加速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)(步驟SIO)。
接著，控制器60校正加速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)(步驟S12)。此 處，控制器60校正加速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)的偏移等。
接著，控制器60獲得基于加速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)的上述姿態(tài)矩 陣A (步驟S14)。
接著，控制器60基于姿態(tài)矩陣A獲得作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的a + y (步驟S16) 。 S卩，控制器60執(zhí)行用于使用姿態(tài)矩陣A的四個(gè)元素 來獲得滿足等式(19)和(20)的a + y的計(jì)算。
接著，控制器60以角度"+ 7旋轉(zhuǎn)羅盤針D的初始圖像，以產(chǎn)生將要顯示到顯示屏11上的至少部分圖像(步驟S18)。
接著，控制器60將羅盤針D的旋轉(zhuǎn)圖像寫入幀存儲(chǔ)器區(qū)域并更
新顯示器10的顯示屏11 (步驟S20)。
通過重復(fù)以上過程，有規(guī)律地更新顯示屏11以使由羅盤針D指
示的方向跟隨顯示空間中作為參考水平方位的北向。如果顯示屏11
的更新間隔短，將不管顯示屏11的姿態(tài)總被認(rèn)為是指示現(xiàn)實(shí)空間的
北向的羅盤針D顯示在顯示屏ll上。 3.其他實(shí)施例
當(dāng)然，本發(fā)明的范圍不受以上實(shí)施例的限制，且在不脫離本發(fā) 明本意的情況下可產(chǎn)生多種多樣的變體。例如，允許跟隨現(xiàn)實(shí)空間的 參考水平方位的圖像可以是地圖等。跟隨現(xiàn)實(shí)空間的參考水平方位的 地圖可通過以z-x-z歐拉角a和y之和旋轉(zhuǎn)地像來實(shí)現(xiàn)，其中地 圖上的北向指示為從底端到頂端的方向。這允許顯示地圖以使地圖上 的行進(jìn)方向符合現(xiàn)實(shí)空間的行進(jìn)方向。例如，如圖7所示的直立的顯 示屏11的姿態(tài)可以是顯示屏11的參考姿態(tài)。此外，例如本發(fā)明可用 于如電子羅盤、移動(dòng)電話和PND之類的各種移動(dòng)信息設(shè)備。例如， 本發(fā)明也可用于設(shè)計(jì)成顯示屏與用戶整體移動(dòng)的靜止游戲機(jī)。即，本 發(fā)明可用于包括用于檢測(cè)顯示屏姿態(tài)的裝置的各種電子設(shè)備。
此外，例如，代替直接獲得滿足等式(19)和(20)的《 + " + y 的值可在如下單獨(dú)獲得"和y之后獲得。首先，由于0S^^;r， cos/ 從 等式(18)唯一獲得。
接著，當(dāng)sin/^0時(shí)(即，當(dāng)(X"〈;r或當(dāng)-l〈cosyff〈1時(shí))，由等 式(15) 、 (12) 、 (17)和(16)獲得下述等式。<formula>formula see original document page 17</formula>
因?yàn)榈仁?21)和(22)的右邊的分母相同，可通過將&23和a13 的值用到反正切函數(shù)來獲得"。類似地，可通過將-&32和a31的值用 到反正切函數(shù)來獲得y。另一方面，當(dāng)sin〃二0時(shí)，不能唯一獲得"和y。但是，假設(shè)僅 需獲得至少許多表示法之一，則當(dāng)y的值固定為0 (y=0)時(shí)，可唯 一獲得"。此處，a可通過將au和a^的值用到反正切函數(shù)來獲得， 因?yàn)閺牡仁?10)和(11)獲得下述等式。
sin a : a12
在以這種方式單獨(dú)獲得"和y的情況下，根據(jù)條件應(yīng)轉(zhuǎn)換計(jì)算過 程。但是，在直接獲得a + y的情況下，因?yàn)闂l件分支處理是非必須 的，可減小程序成本。
權(quán)利要求
1.一種具有方位跟隨顯示的設(shè)備，包括顯示裝置，其具有可以以任意姿態(tài)放置的顯示屏，任意姿態(tài)包括與具有參考水平方位的空間相關(guān)的參考姿態(tài)，顯示屏具有固定于顯示屏的xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)，當(dāng)以參考姿態(tài)放置顯示屏?xí)r，將xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的x軸設(shè)置為平行于空間中的橫向，且xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏，通過xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z-x-z歐拉角α、β和γ來定義空間中顯示屏的姿態(tài)，其中，顯示屏顯示圖像使能進(jìn)行空間的參考水平方位的確認(rèn)，以使當(dāng)在處于參考姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時(shí)，顯示屏中確認(rèn)的參考水平方位符合空間的參考水平方位；和控制裝置，獲得作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的α+γ，以使當(dāng)在處于任意姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時(shí)，從圖像確認(rèn)的參考水平方位跟隨空間的參考水平方位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中控制裝置計(jì)算姿態(tài)矩陣A，其作為表示空間中xyz正交坐 標(biāo)系統(tǒng)姿態(tài)的正交矩陣，姿態(tài)矩陣A表示如下 A=[x y z]，fl13其中x =賃Z =—。31-—。32 —_"33_其中控制裝置獲得作為滿足以下等式的值"+y"11 + "22cos(a十"= sin( r+"='V(^+a22)2 +("12 -"21 )2 _"12 — "21_7( 11+"22)2+("12-a21)2
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中控制裝置通過使用a"作為可靠性指示來確定所獲得的作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的"+7的可靠性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任意之一的設(shè)備，還包括加速度感測(cè)器，其輸出表示空間相關(guān)的3個(gè)軸的加速度分量的加速度數(shù)據(jù)；和地磁感測(cè)器，其輸出表示空間相關(guān)的3個(gè)軸的地磁分量的地磁數(shù)據(jù)，其中控制裝置基于加速度數(shù)據(jù)和地磁數(shù)據(jù)獲得空間中顯示屏的 姿態(tài)，并且根據(jù)顯示屏的姿態(tài)以角度"+ ^旋轉(zhuǎn)圖像。
5. —種在顯示裝置中執(zhí)行的方位跟隨顯示的方法，顯示裝置具 有以任意姿態(tài)放置的顯示屏，任意姿態(tài)包括與具有參考水平方位的空 間相關(guān)的參考姿態(tài)，該方法包括將xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)置到顯示屏，以使當(dāng)顯示屏置于參考姿 態(tài)時(shí)，xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的x軸被設(shè)置為平行于空間中的橫向，且xyz 正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏；通過xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z-x-z歐拉角《、々和7來定義空間中 顯示屏的姿態(tài)；在顯示屏中顯示圖像使能進(jìn)行空間的參考水平方位的確認(rèn)，以 使當(dāng)在處于參考姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時(shí)，在顯示屏中確認(rèn)的參考 水平方位符合空間的參考水平方位；和獲得作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的"+ 7，以使當(dāng)在任意姿態(tài)的顯示屏上 顯示圖像時(shí)，從圖像確認(rèn)的參考水平方位跟隨空間的參考水平方位。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方位跟隨顯示設(shè)備、方位跟隨顯示方法和程序。顯示裝置具有以任意姿態(tài)放置的顯示屏，任意姿態(tài)包括與具有參考水平方位的空間相關(guān)的參考姿態(tài)。顯示屏具有xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)，且通過xyz正交坐標(biāo)系統(tǒng)的z-x-z歐拉角α、β和γ來定義空間中顯示屏的姿態(tài)。顯示屏顯示圖像以使能進(jìn)行空間的參考水平方位的確認(rèn)?？刂蒲b置獲得作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的特定參數(shù)α+γ，以使當(dāng)在任意姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時(shí)，從圖像確認(rèn)的參考水平方位跟隨空間的參考水平方位。
文檔編號(hào)G01C17/00GK101619974SQ20091015190
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月3日
發(fā)明者半田伊吹 申請(qǐng)人:雅馬哈株式會(huì)社