一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)及其校正方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于投影顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)，包括：投影機(jī)主體，其安裝有方向傳感器、校正參數(shù)計(jì)算模塊及投影鏡頭幾何校正裝置，校正參數(shù)計(jì)算模塊的輸入端與方向傳感器相連接，輸出端與投影鏡頭幾何校正裝置相連接，方向傳感器檢測投影機(jī)主體的傾斜角度，校正參數(shù)計(jì)算模塊對傾斜角度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成校正參數(shù)，投影鏡頭幾何校正裝置根據(jù)校正參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭，以校正投影畫面的幾何失真。本發(fā)明可自動檢測投影機(jī)的傾斜角度和投影鏡頭與屏幕之間的距離，生成校正參數(shù)，通過投影鏡頭幾何校正裝置對投影鏡頭進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，消除幾何失真。設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)場景廣泛，抗干擾能力強(qiáng)，且校正精度高，適合廣泛采用。
【專利說明】一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)及其校正方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于投影顯示【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)及其校正方法。

【背景技術(shù)】
[0002]投影設(shè)備通常采用光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)投影顯示，由于機(jī)器擺設(shè)等原因，投影機(jī)投影到屏幕的畫面總是存在幾何失真，目前采用的幾何失真校正的方法包括:(1).手動調(diào)整失真旋鈕進(jìn)行校正；(2).通過攝像頭拍攝投影機(jī)投影出的特定或者不特定的畫面，來測算出幾何失真，并進(jìn)行校正；(3).通過在屏幕上安裝某種傳感器，來獲得圖像的幾何失真，從而進(jìn)行校正。例如，申請?zhí)枮?00910058382的專利申請，通過在投影屏幕中安裝光傳感器，同時通過通過投影設(shè)備向投影幕依次投射預(yù)置好各種光模式，從而計(jì)算獲得投影圖像和原始圖像之間的幾何對應(yīng)關(guān)系，從而進(jìn)行幾何校正；申請?zhí)?01220131532的專利申請，通過四個紅外激光發(fā)生器在投影屏幕上進(jìn)行投影，然后通過cmos傳感器拍攝獲得有四個光斑的圖像，通過分析該圖像從而獲得失真參數(shù)，然后進(jìn)行校正；申請?zhí)枮?00910165478的專利申請，直接通過照相機(jī)來拍攝投影畫面，對拍攝的圖像進(jìn)行分析從而獲得幾何校正。
[0003]手動調(diào)整方法操作復(fù)雜，使用不便；拍攝投影畫面進(jìn)行幾何校正的方法受到拍攝環(huán)境的影響，存在一定的計(jì)算誤差；通過在投影屏幕上安裝傳感器來實(shí)現(xiàn)對圖像的幾何校正方法，由于需要在投影屏幕進(jìn)行安裝傳感器，限制了投影的應(yīng)用場景，而且設(shè)備相對復(fù)雜很多。因此，需要提供一種新的快捷準(zhǔn)確的幾何校正方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)，旨在快速、精確的校正投影的幾何失真，應(yīng)用范圍廣且抗干擾能力強(qiáng)。
[0005]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)，包括:投影機(jī)主體，所述投影機(jī)主體安裝有方向傳感器、校正參數(shù)計(jì)算模塊及投影鏡頭幾何校正裝置，所述校正參數(shù)計(jì)算模塊的輸入端與所述方向傳感器相連接，輸出端與所述投影鏡頭幾何校正裝置相連接，所述方向傳感器檢測所述投影機(jī)主體的傾斜角度，所述校正參數(shù)計(jì)算模塊對所述傾斜角度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成校正參數(shù)，所述投影鏡頭幾何校正裝置根據(jù)所述校正參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭，以校正投影畫面的幾何失真。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供一種投影機(jī)的自動幾何校正方法，包括下述步驟:
[0007]通過方向傳感器檢測投影機(jī)主體的傾斜角度，并將該傾斜角度參數(shù)傳輸至校正參數(shù)計(jì)算模塊；
[0008]所述校正參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)所述傾斜角度參數(shù)計(jì)算校正參數(shù)，并發(fā)送至投影鏡頭幾何校正裝置；
[0009]所述投影鏡頭幾何校正裝置根據(jù)所述校正參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭，校正投影畫面的幾何失真。
[0010]本發(fā)明通過在投影機(jī)上安裝方向傳感器和距離傳感器，可以自動檢測投影機(jī)的傾斜角度和投影鏡頭與屏幕之間的距離，通過校正參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)檢測參數(shù)生成校正參數(shù)，并通過投影鏡頭幾何校正裝置對投影鏡頭進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，消除幾何失真。該投影機(jī)校正方案摒棄手動調(diào)整校正，也不需要在屏幕上設(shè)置任何設(shè)備，不采用攝像頭拍攝，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)場景廣泛，抗干擾能力強(qiáng)，且校正精度高，適合廣泛采用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的可自動校正幾何失真的投影機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的可自動校正幾何失真的投影機(jī)的第一種投影狀態(tài)圖；
[0013]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的可自動校正幾何失真的投影機(jī)的第二種投影狀態(tài)圖；
[0014]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的可自動校正幾何失真的投影機(jī)的第三種投影狀態(tài)圖；
[0015]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的可自動校正幾何失真的投影機(jī)的傾斜角度示意圖；
[0016]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的投影機(jī)的自動幾何校正方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0018]以下結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)描述:
[0019]本發(fā)明實(shí)施例提供一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)，參考圖1，示出了投影機(jī)的功能結(jié)構(gòu)電連接示意圖，該投影機(jī)主要包括:投影機(jī)主體101，安裝在投影機(jī)主體101上的方向傳感器102、校正參數(shù)計(jì)算模塊103及投影鏡頭幾何校正裝置104。該校正參數(shù)計(jì)算模塊103的輸入端與方向傳感器102相連接，輸出端與投影鏡頭幾何校正裝置104相連接。方向傳感器102用于檢測投影機(jī)主體101的傾斜角度，并將檢測數(shù)據(jù)發(fā)送至校正參數(shù)計(jì)算模塊103，校正參數(shù)計(jì)算模塊103對傾斜角度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成校正參數(shù)，并發(fā)送至投影鏡頭幾何校正裝置104，投影鏡頭幾何校正裝置104根據(jù)校正參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭，以校正投影畫面的幾何失真。
[0020]進(jìn)一步的，該投影機(jī)主體101還可以安裝距離傳感器105，與校正參數(shù)計(jì)算模塊103相連接，用于檢測投影機(jī)鏡頭的出射面與投影屏幕之間的距離，并將該距離參數(shù)傳輸給校正參數(shù)計(jì)算模塊。
[0021]在本實(shí)施例中，方向傳感器102可以采用各種具有檢測自身或所附物體所處方位功能的傳感器，并具有電子數(shù)據(jù)輸出功能。距離傳感器105也可以采用現(xiàn)有的傳感器，如聲波測距，激光測距等類型的傳感器。校正參數(shù)計(jì)算模塊103是針對校正所需數(shù)據(jù)開發(fā)的具有數(shù)據(jù)處理功能的模塊，在該模塊中，存儲了方向傳感器102和距離傳感器105檢測的參數(shù)和校正參數(shù)的換算關(guān)系，根據(jù)方向傳感器102檢測的傾斜角度參數(shù)和距離傳感器105檢測的距離參數(shù)，可以計(jì)算出投影鏡頭的校正參數(shù)，進(jìn)而發(fā)送給投影鏡頭幾何校正裝置104，該投影鏡頭幾何校正裝置104具有機(jī)械調(diào)節(jié)功能，可以依據(jù)該校正參數(shù)定量調(diào)節(jié)投影機(jī)鏡頭的投影角度(例如旋轉(zhuǎn)鏡頭、調(diào)整鏡頭仰角等等)或者焦距等，進(jìn)而校正投影圖像的幾何失真。
[0022]投影機(jī)的投影失真主要有三種情況，如圖2，第一種是投影機(jī)的左端或右端高于或低于預(yù)設(shè)位置，投射光依然與屏幕106垂直，但是投影畫面會相對水平面傾斜一定角度。如圖3，第二種是投影機(jī)的前端或后端高于或低于預(yù)設(shè)位置，此時投射光與屏幕104不垂直，投影畫面與水平面沒有傾斜，但屏幕出現(xiàn)類似梯形畫面。如圖4，第三種是投影機(jī)的前后端和左右端都不在預(yù)設(shè)位置，此時投影畫面為相對水平面傾斜的不規(guī)則畫面。針對這三種情況，方向傳感器102均可以檢測出相應(yīng)傾斜角度。如圖5，本實(shí)施例的傾斜角度包括投影機(jī)主體101相對水平面的實(shí)際傾斜角度γ在兩個相互正交的豎直面(XZ面和YZ面)上的投影角度ct和角度β ,即角度、可分解為角度α和角度β，這兩個豎直面與投影屏幕106分別平行和垂直?？梢岳斫猓?dāng)發(fā)生第一種情況時，角度α =0，β古0，當(dāng)發(fā)生第二種情況時，角度α ^ ο, β =0,當(dāng)發(fā)生第三種情況時，角度α ^ 0, β古0。方向傳感器102將上述角度α和角度β發(fā)送至校正參數(shù)計(jì)算模塊103。另外，當(dāng)發(fā)生第二種和第三種情況時，投影機(jī)鏡頭與屏幕之間的距離1是隨不同的傾斜角度而改變的，因此，這時不僅需要測量傾斜角度，還要測量投影機(jī)鏡頭的出射面與屏幕之間的距離1。方向傳感器102和距離傳感器105均采集相應(yīng)參數(shù)并發(fā)送給校正參數(shù)計(jì)算模塊103。當(dāng)發(fā)生第一種情況時，投影鏡頭與屏幕之間的距離不變，可以不需要距離傳感器105。
[0023]假設(shè)(m，n，p，q)為投影機(jī)需要幾何調(diào)整的投影四邊形的四個頂點(diǎn)的調(diào)整參數(shù)，則(m, n, p, q)與α，β，1三個參數(shù)相關(guān)。
[0024]{m, n, p, q} = F( α , β , 1)
[0025]在校正參數(shù)計(jì)算中，校正參數(shù)計(jì)算模塊預(yù)置了計(jì)算參數(shù)或者計(jì)算函數(shù)，預(yù)設(shè)在某一個特定的α，β，1時，{m, n, p, q} = {0,0,0,0}。通過將參數(shù)α，β，1輸入到校正參數(shù)計(jì)算模塊中，會輸出Im，n, p，q}，投影機(jī)通過m，η, ρ，q四個參數(shù)對投影機(jī)的幾何特性進(jìn)行校正。
[0026]在本實(shí)施例中，可以在投影機(jī)主體101上設(shè)置用于開啟自動校正的開關(guān)，通過手動觸動開關(guān)進(jìn)行校正。也可以使方向傳感器實(shí)時檢測傾斜角度，當(dāng)檢測到傾斜角度不為零時，觸發(fā)其他器件進(jìn)行校正。
[0027]本發(fā)明通過在投影機(jī)上安裝方向傳感器和距離傳感器，可以自動檢測投影機(jī)的傾斜角度和投影鏡頭與屏幕之間的距離，通過校正參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)檢測參數(shù)生成校正參數(shù)，并通過投影鏡頭幾何校正裝置對投影鏡頭進(jìn)行機(jī)械調(diào)整，消除幾何失真。該投影機(jī)校正方案摒棄手動調(diào)整校正，也不需要在屏幕上設(shè)置任何設(shè)備，不采用攝像頭拍攝，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，適應(yīng)場景廣泛，抗干擾能力強(qiáng)，且校正精度高，適合廣泛采用。
[0028]本發(fā)明進(jìn)一步說明基于上述投影機(jī)實(shí)施的自動幾何校正方法，參考圖6，該自動幾何校正方法包括下述步驟:
[0029]在步驟S101中，通過方向傳感器102檢測投影機(jī)主體101的傾斜角度，并將該傾斜角度參數(shù)傳輸至校正參數(shù)計(jì)算模塊；
[0030]在步驟S102中，所述校正參數(shù)計(jì)算模塊103根據(jù)所述傾斜角度參數(shù)計(jì)算校正參數(shù)，并發(fā)送至投影鏡頭幾何校正裝置104 ；
[0031]在步驟S103中，所述投影鏡頭幾何校正裝置104根據(jù)所述校正參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭，校正投影畫面的幾何失真。
[0032]同上所述，該方法中的傾斜角度包括投影機(jī)主體101相對水平面的實(shí)際傾斜角度Y在兩個相互正交的豎直面(XZ面和YZ面)上的投影角度α和角度β，即角度?可分解為角度α和角度β，這兩個豎直面與投影屏幕106分別平行和垂直。另外，當(dāng)角度a時，通過距離傳感器105檢測投影機(jī)鏡頭和屏幕之間的距離1，并輸出至校正參數(shù)計(jì)算模塊，校正參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)該距離1、角度α和角度β計(jì)算出校正參數(shù)。投影鏡頭幾何校正裝置根據(jù)該參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭的投影角度和焦距等參數(shù)，以校正投影畫面的幾何失真。
[0033]該自動幾何校正方法基于上述投影機(jī)實(shí)施，可以精確、快速的進(jìn)行投影機(jī)校正，不需手動調(diào)整校正，不需在屏幕上設(shè)置任何設(shè)備，不采用攝像頭拍攝，適應(yīng)場景廣泛，抗干擾能力強(qiáng)，且校正精度高，適合廣泛采用。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種可自動校正幾何失真的投影機(jī)，其特征在于，包括:投影機(jī)主體，所述投影機(jī)主體安裝有方向傳感器、校正參數(shù)計(jì)算模塊及投影鏡頭幾何校正裝置，所述校正參數(shù)計(jì)算模塊的輸入端與所述方向傳感器相連接，輸出端與所述投影鏡頭幾何校正裝置相連接，所述方向傳感器檢測所述投影機(jī)主體的傾斜角度，所述校正參數(shù)計(jì)算模塊對所述傾斜角度的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成校正參數(shù)，所述投影鏡頭幾何校正裝置根據(jù)所述校正參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭，以校正投影畫面的幾何失真。
2.如權(quán)利要求1所述的投影機(jī)，其特征在于，所述投影機(jī)主體還安裝有距離傳感器，與所述校正參數(shù)計(jì)算模塊相連接，用于當(dāng)投影畫面相對水平面傾斜時檢測所述投影機(jī)鏡頭的出射面與投影屏幕之間的距離。
3.如權(quán)利要求1所述的投影機(jī)，其特征在于，所述方向傳感器檢測的所述傾斜角度包括投影機(jī)主體相對水平面的實(shí)際傾斜角度在兩個相互正交的豎直面上的投影角度，所述兩個豎直面與投影屏幕分別平行和垂直。
4.如權(quán)利要求1所述的投影機(jī)，其特征在于，所述投影機(jī)主體設(shè)有用于開啟自動校正的開關(guān)。
5.一種投影機(jī)的自動幾何校正方法，其特征在于，包括下述步驟: 通過方向傳感器檢測投影機(jī)主體的傾斜角度，并將該傾斜角度參數(shù)傳輸至校正參數(shù)計(jì)算模塊； 所述校正參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)所述傾斜角度參數(shù)計(jì)算校正參數(shù)，并發(fā)送至投影鏡頭幾何校正裝置； 所述投影鏡頭幾何校正裝置根據(jù)所述校正參數(shù)調(diào)整投影機(jī)鏡頭，校正投影畫面的幾何失真。
6.如權(quán)利要求5所述的自動幾何校正方法，其特征在于，所述傾斜角度包括投影機(jī)主體相對水平面的實(shí)際傾斜角度在兩個相互正交的豎直面上的投影角度，所述兩個豎直面與投影屏幕分別平行和垂直。
7.如權(quán)利要求6所述的自動幾何校正方法，其特征在于，當(dāng)所述實(shí)際傾斜角度在與投影屏幕相垂直的豎直面的投影角度不為零時，所述自動幾何校正方法還包括下述步驟: 通過距離傳感器檢測投影機(jī)鏡頭的出射面與投影屏幕之間的距離，并將該距離參數(shù)輸出至校正參數(shù)計(jì)算模塊。
8.如權(quán)利要求7所述的自動幾何校正方法，其特征在于，所述校正參數(shù)計(jì)算模塊根據(jù)所述傾斜角度參數(shù)及距離參數(shù)計(jì)算校正參數(shù)，并發(fā)送至投影鏡頭幾何校正裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的自動幾何校正方法，其特征在于，所述投影鏡頭幾何校正裝置調(diào)整所述投影機(jī)鏡頭的投影角度和焦距，以校正投影畫面的幾何失真。
10.如權(quán)利要求5所述的自動幾何校正方法，其特征在于，所述投影機(jī)通過人為觸動開關(guān)啟動自動幾何校正，或通過所述方向傳感器的檢測參數(shù)實(shí)時啟動自動幾何校正。
【文檔編號】G03B21/14GK104460197SQ201410692672
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】龐建新, 程俊, 高向陽, 張豐 申請人:深圳先進(jìn)技術(shù)研究院