專利名稱：方位跟隨顯示設備、方位跟隨顯示方法和程序的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及方位跟隨顯示設備、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、個人導航裝置(PND)或類 似裝置的方位跟隨顯示技術。
背景技術：
已提出一種方位跟隨顯示技術，其中根據(jù)電子羅盤、PND、移 動電話或其他類似設備的顯示屏的姿態(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)實空間容易確認由圖像表示的信 息。在也稱作"向上顯示"的方位跟隨顯示中，例如，當顯示屏為水 平姿態(tài)時，根據(jù)人結(jié)合現(xiàn)實空間中的前后方位確認由圖像表示的顯示 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方 向相對應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)實空間的北向與相 對于顯示屏固定的坐標軸在現(xiàn)實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。日本專利申請公開No.2001-289646 [專利參考2]日本專利申請公開No.2005-242283 但是，在通常的方位跟隨顯示方法中，當顯示屏在特定姿態(tài)時， 對應于行進方向的地圖上的方位不跟隨現(xiàn)實中的行進方向，因為這種 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軸之 一，且根據(jù)所選軸的投影與現(xiàn)實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，當圍繞z軸旋轉(zhuǎn) 顯示屏F而同時保持z軸在水平狀態(tài)時，假設在y軸相對于水平面成 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，因為北(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，這種不一致會由用戶 主觀地確認，且對應于現(xiàn)實空間的北向與羅盤針D所表示的作為顯 示目標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，當顯示目 標是地圖時，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)實空間中的方位的情況下，用戶感覺不舒服，以使用戶 對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 顯示的圖像確認的顯示屏中的方位與現(xiàn)實空間中的方位之間的不一 致。
(1)用于實現(xiàn)以上目標的方位跟隨顯示設備包括具有顯示屏 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的參考姿態(tài)，顯示屏具有固定于顯示屏的xyz 正交坐標系統(tǒng)，當顯示屏置于參考姿態(tài)時，將xyz正交坐標系統(tǒng)的x 軸設置為平行于空間中的橫向，且xyz正交坐標系統(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行空間的參考水平方 位的確認，以使圖像被顯示在參考姿態(tài)的顯示屏上時，顯示屏中確認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，從圖像 確認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于與現(xiàn)實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， 且因此從圖像確認的顯示屏中的參考水平方位跟隨現(xiàn)實空間中的參 考水平方位。即，因為除了與圍繞用戶橫向軸旋轉(zhuǎn)的分量對應的角度
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 上的圖像確認的顯示屏中的方位與現(xiàn)實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備中，優(yōu)選地，當作為 在現(xiàn)實空間中表示xyz正交坐標空間姿態(tài)的正交矩陣的姿態(tài)矩陣A 表示如下時 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，可在不單獨獲得a、"和y的情況下，通過簡單計 算獲得"+ y。因此，可減小由于計算的時延，且因此可減小通過顯 示在顯示屏上的圖像確認的顯示屏中的方位與現(xiàn)實空間中的方位之 間的不一致。
(3)在用于實現(xiàn)以上目的的方位跟隨顯示設備中，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z-x-z歐拉角的值/ 為;r時，顯示屏為參考姿態(tài)的反轉(zhuǎn)。此時， "+ y的值是不確定的。因為姿態(tài)矩陣A的a33元素等于cos/ ，當a33為-1時"+ y的值不確定。當顯示屏在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。但是當々在7/2<々^范圍中時， 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)的時候，
用戶也會感覺到不舒服。由于姿態(tài)檢測差錯，當々的值接近;r時，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) 用于實現(xiàn)以上目的的方位跟隨顯示設備還可包括加速度 感測器，其輸出表示3個軸的加速度分量的加速度數(shù)據(jù)；和地磁感測
器，其輸出表示3個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 方位的空間相關的參考姿態(tài)，該方法包括為顯示屏設置xyz正交坐 標系統(tǒng)，以使當顯示屏置于參考姿態(tài)時，設置xyz正交坐標系統(tǒng)的x 軸為平行于空間中的橫向，且xyz正交坐標系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏； 由xyz正交坐標系統(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，使能進行空間的參考水平方位的確認，以使 當在參考姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時，顯示屏中確認的參考水平方位 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 當在任意姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時，從圖像確認的參考水平方位跟 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的顯示屏 中的方位與現(xiàn)實空間中的方位之間的不一致。
(6) 用于實現(xiàn)以上目的的方位跟隨顯示程序由計算機執(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的參考姿態(tài)，該 過程包括為顯示屏設置xyz正交坐標系統(tǒng)，以使當顯示屏以參考姿 態(tài)放置時，設置xyz正交坐標系統(tǒng)的x軸為平行于空間的橫向，且 xyz正交坐標系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏；通過xyz正交坐標系統(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，使能進行空間的參考水平方位的確認，以使當圖像被顯示在參 考姿態(tài)的顯示屏上時，顯示屏中確認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，以使當圖像被顯示在 任意姿態(tài)的顯示屏上時，從圖像確認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的顯示屏 中的方位與現(xiàn)實空間中的方位之間的不一致。
權(quán)利要求中所描述的每個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。每個元素的功能不限于通過物理上獨立的硬件資源實現(xiàn)。本發(fā)明 也提供一種包含方位跟隨顯示程序的計算機可讀的記錄介質(zhì)。當然， 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)明的實施例相關的透視圖。
圖2A至圖2D是與本發(fā)明的實施例相關的說明顯示屏改變的透 視圖。
圖3A和圖3B是與本發(fā)明實施例相關的透視圖。
圖4是與本發(fā)明實施例相關的透視圖。
圖5是與本發(fā)明實施例相關的透視圖。
圖6是與本發(fā)明實施例相關的方框圖。
圖7是與本發(fā)明實施例相關的透視圖。
圖8是與本發(fā)明實施例相關的流程圖。
圖9是說明相關技術的透視圖。
具體實施方式
1.原理
1.1方位的確認本發(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伴隨了圖像信息確認的圖像(如地圖、圖表、 建筑設計圖、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))。為了允許用戶確認用戶通過觀察這種圖像而 確認的顯示屏中的方位符合現(xiàn)實空間中的方位，并且為了允許通過顯 示屏上顯示的圖像而將被確認的顯示屏中的方位符合現(xiàn)實空間中的
方位，如圖3B所示，當圍繞平行于用戶確認的橫向的軸旋轉(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為止時，現(xiàn)實 空間的北向(如N軸的正向)必須平行于用戶將從圖像確認的顯示 屏F中的北向(由箭頭D指示的方向)。用戶確認包含在垂直于視 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)運動可由分別圍繞固定 于顯示屏F的三個正交軸的旋轉(zhuǎn)運動的組合表示。將正交坐標軸固 定到顯示屏F，以使從參考姿態(tài)到任意姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)運動可由圍繞平行 于用戶確認的橫向的軸作的一個旋轉(zhuǎn)運動與圍繞垂直于如下1.2部分 定義的顯示屏F的軸作的兩個旋轉(zhuǎn)運動的組合表示。
1.2坐標系統(tǒng)的定義
圖1表示現(xiàn)實空間的正交坐標軸N、 E和G，固定于在現(xiàn)實空間 中移動的顯示屏F的正交坐標軸x， y禾Bz，以及z-x-z歐拉角(a、 々、y)之間的關系?，F(xiàn)實空間中的方位通過定義一個參考方位來確 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。
相對于顯示屏F固定的xyz正交坐標空間定義如下。首先，將 平行于顯示屏F的長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)換等之間的關系相對于顯示屏F固定。此處，當顯示屏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為直立的時，假設位于顯示屏F 上端的邊是頂端，并且面對頂端的邊為底端。接著，將平行于顯示屏 F的短邊并且其正向為從顯示屏F的左端指向右端的軸定義為x軸。 此處，當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時顯示屏F的頂端位于上端并且用戶觀察顯示屏F 時顯示屏F的底端位于下端之時，假設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的每個姿態(tài)，并且坐標軸和對應于相同姿 態(tài)的顯示屏F由相同的標記表示。 1.3參考姿態(tài)
顯示屏F的任意姿態(tài)可通過定義現(xiàn)實空間中顯示屏F的參考姿 態(tài)從數(shù)學上唯一地表示。在相對于如1.2部分的顯示屏F定義xyz正 交坐標空間的情況下，可通過如下定義參考姿態(tài)的簡單計算來獲得為 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正交坐標空間之間的關系。
1.4方位跟隨顯示
當定義坐標如1.2部分且定義參考姿態(tài)如1.3部分時，z-x-z歐 拉角(a、 A、 y)分別對應于下述的顯示屏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。因此假設通過由z-x-z歐拉角定義的3個旋轉(zhuǎn) 運動，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)實空間的北向。特別地， 如果當羅盤針D顯示到處于參考姿態(tài)的顯示屏F上時，在如1.2部分 定義坐標空間且如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中確認的北向符合現(xiàn)實空間的北向的羅盤 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指示的北向確認為與現(xiàn)實空間的北 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)的兩個角《和y 之和可以用作旋轉(zhuǎn)圖像的角度，當圖像顯示在處于參考姿態(tài)的顯示屏 上時，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 屏中確認的參考水平方位符合現(xiàn)實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 中確認的方位總是符合現(xiàn)實空間中的方位。即，可允許用戶確認通過 顯示在顯示屏上的圖像確認的顯示屏中的方位與現(xiàn)實空間中的方位 之間沒有不一致。
2.實施例
2.1方位跟隨顯示設備的配置
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備的實 施例的數(shù)碼相機1的配置。數(shù)碼相機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的地磁感測器50。顯示器10、加速度感測器40、地磁感測 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。 加速度感測器40可以是如壓阻類型、電容類型或熱探測類型的 任意檢測類型。對重力和固定于與加速度感測器40成整體移動的物 體上的系統(tǒng)的慣性力之和的力進行檢測，將其作為具有稍后描述的 x、 y和z軸三個分量的矢量數(shù)據(jù)的加速度數(shù)據(jù)。因此，從處于靜止 或勻速直線運動姿態(tài)下的加速度感測器40輸出的加速度數(shù)據(jù)是表示 相對于顯示屏F固定的xyz坐標空間中重力加速度的幅度和方位的矢 量數(shù)據(jù)。
地磁感測器50包括三軸磁感測器單元，每個包括磁離子(MI) 元件或磁阻(MR)元件。地磁感測器50輸出使用稍后描述的x、 y 和z軸的三個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)是表示相對于顯示屏F固定的xyz坐標空間中現(xiàn)實空間的北極的 矢量數(shù)據(jù)。
數(shù)碼相機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 算機，且包括處理器、存儲器、總線、輸入/輸出(I/O)接口及沒有 示出的類似裝置。加速度感測器40、地磁感測器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、照片圖像或當前 位于顯示屏11上的經(jīng)緯度，或者在機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)。當在顯示屏11上顯示羅盤針D的原始圖像而 不旋轉(zhuǎn)時，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，當控制器60執(zhí)行方位跟隨顯示程序時，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是接收加速度感測器40以預定時間間 隔(例如0.2秒的間隔)輸出的加速度數(shù)據(jù)并且對加速度數(shù)據(jù)執(zhí)行如 偏移校正之類的預定校正處理的程序模塊。
地磁數(shù)據(jù)處理模塊62是接收地磁感測器50以預定時間間隔(例 如0.2秒的間隔)輸出的地磁數(shù)據(jù)并且對地磁數(shù)據(jù)執(zhí)行如偏移校正之 類的預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 到顯示器10中的幀存儲器區(qū)域。
圖5說明參考姿態(tài)與現(xiàn)實空間之間的關系。在這個實施例中， 假設顯示屏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。在這個實施例中，顯示屏11的頂端是顯示屏11的兩個長邊 中靠近釋放按鈕33的一個，并且參考頂端來表示顯示屏F的上、下、
左、右端o
在這個實施例中，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 將顯示屏11的參考姿態(tài)定義為以上所描述的時，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。當從 參考姿態(tài)到任意姿態(tài)旋轉(zhuǎn)顯示屏11時，姿態(tài)矩陣A用于旋轉(zhuǎn)坐標軸， 以在固定于顯示屏11的xyz坐標空間中表示固定于現(xiàn)實空間中的 NEG正交坐標空間中定義的點。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每個都歸一化為數(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，因為當々=0時不需要轉(zhuǎn)換計算過程。
當獲得滿足等式(19)和(20)的"+ y時，獲得每個半開區(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分別從加速度感測器40和地磁感測器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的四個元素 來獲得滿足等式(19)和(20)的a + y的計算。
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)圖像寫入幀存儲器區(qū)域并更
新顯示器10的顯示屏11 (步驟S20)。
通過重復以上過程，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)總被認為是指示現(xiàn)實空間的
北向的羅盤針D顯示在顯示屏ll上。 3.其他實施例
當然，本發(fā)明的范圍不受以上實施例的限制，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)實空間的 參考水平方位的圖像可以是地圖等。跟隨現(xiàn)實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 的行進方向符合現(xiàn)實空間的行進方向。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、移動電話和PND之類的各種移動信息設備。例如， 本發(fā)明也可用于設計成顯示屏與用戶整體移動的靜止游戲機。即，本 發(fā)明可用于包括用于檢測顯示屏姿態(tài)的裝置的各種電子設備。
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sin/^0時(即，當(X"〈;r或當-l〈cosyff〈1時)，由等 式(15) 、 (12) 、 (17)和(16)獲得下述等式。<formula>formula see original document page 17</formula>
因為等式(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sin〃二0時，不能唯一獲得"和y。但是，假設僅 需獲得至少許多表示法之一，則當y的值固定為0 (y=0)時，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， 因為從等式(10)和(11)獲得下述等式。
sin a : a12
在以這種方式單獨獲得"和y的情況下，根據(jù)條件應轉(zhuǎn)換計算過 程。但是，在直接獲得a + y的情況下，因為條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的參考姿態(tài)，顯示屏具有固定于顯示屏的xyz正交坐標系統(tǒng)，當以參考姿態(tài)放置顯示屏時，將xyz正交坐標系統(tǒng)的x軸設置為平行于空間中的橫向，且xyz正交坐標系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏，通過xyz正交坐標系統(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行空間的參考水平方位的確認，以使當在處于參考姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時，顯示屏中確認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，以使當在處于任意姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時，從圖像確認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所述的設備，其中控制裝置計算姿態(tài)矩陣A，其作為表示空間中xyz正交坐 標系統(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任意之一的設備，還包括加速度感測器，其輸出表示空間相關的3個軸的加速度分量的加速度數(shù)據(jù)；和地磁感測器，其輸出表示空間相關的3個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 間相關的參考姿態(tài)，該方法包括將xyz正交坐標系統(tǒng)設置到顯示屏，以使當顯示屏置于參考姿 態(tài)時，xyz正交坐標系統(tǒng)的x軸被設置為平行于空間中的橫向，且xyz 正交坐標系統(tǒng)的z軸垂直于顯示屏；通過xyz正交坐標系統(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行空間的參考水平方位的確認，以 使當在處于參考姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時，在顯示屏中確認的參考 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，以使當在任意姿態(tài)的顯示屏上 顯示圖像時，從圖像確認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的參考姿態(tài)。顯示屏具有xyz正交坐標系統(tǒng)，且通過xyz正交坐標系統(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行空間的參考水平方位的確認。控制裝置獲得作為圖像旋轉(zhuǎn)角度的特定參數(shù)α+γ，以使當在任意姿態(tài)的顯示屏上顯示圖像時，從圖像確認的參考水平方位跟隨空間的參考水平方位。
文檔編號G01C17/00GK101619974SQ20091015190
公開日2010年1月6日 申請日期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 申請人:雅馬哈株式會社