CN101483742A - 组合式大屏幕前向投影显示方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供组合式大屏幕前向投影显示方法及控制装置，方法包括：摆放投影仪，使各个投影仪当前的最大投影区域部分重叠；产生测试子画面，并通过各个投影仪投射到显示平面；手工调节使得各个子画面能正确地拼接成完整的大屏幕画面；将手工调节后的测试子画面与原始的测试子画面进行比较计算，得出各个投影仪的显示形变参数，并保存；按照校正过程中对测试子画面构成整幅画面的方法，将需显示的画面切分为子画面；根据保存的校正过程中得到的各个投影仪的显示形变参数，对需显示的各个子画面分别作相应的逆形变；将逆形变后的子画面送至对应的投影仪进行显示。本发明还提供了用于所述方法的控制装置，本发明操作简单，运算复杂度小，成本低廉。

Description

组合式大屏幕前向投影显示方法及控制装置

技术领域

本发明涉及显示技术，特别是一种组合式大屏幕前向投影显示方法及控制装置。

背景技术

大屏幕的显示技术在实际生活中有着非常广泛的用途，例如在监控室、会场、礼堂、演示厅等场合中，常常需要显示很大的画面。目前常用于大屏幕显示的技术主要有投影和电视幕墙。投影技术通过投影仪将需要显示的画面投射到幕布或墙壁(以下简称显示平面)上，其优点是可以通过调整投影仪和显示平面之间的距离来方便的控制显示画面的大小，两者之间的距离越远，则投影的画面越大。但这种方法也有缺点：首先是要求投影仪和显示平面之间不能有障碍物遮挡，因此在显示大的画面时，投影仪前面需要留出较大的空间，不方便；其次是，投影距离越远，对投影仪显示灯亮度的要求越大，而投影仪显示灯的亮度是受限的；此外，使用单个投影仪投影的画面的分辨率难以达到很大。电视幕墙是另一种常用的显示大屏幕画面的方法，这种技术采用多个按一定规则排列的显示屏来分别显示不同的子画面，使得所有显示屏的输出结果共同构成一幅完整的大尺寸画面。电视幕墙技术的优点是显示的过程中不会受到外物阻挡，也可以达到较高的显示分辨率，但其安装、移动非常麻烦，安装完毕后显示的尺寸无法再改变，并且由于显示屏通常具有边框，因此各个子画面之间存在着夹缝，观看效果不佳。

随着技术的发展，人们针对现有技术的不足提出了多种改进的方法，例如一种改进的方法是使用投影仪阵列，每个投影仪分别向显示平面投射不同的子画面，各子画面在显示平面上共同构成一幅完整的大尺寸画面。该方法集中了投影和电视幕墙的多项优点，例如，可以方便地调节显示画面的大小，显著减少投影仪和显示平面之间的距离，有效提高显示的分辨率，便于安装移动等，具有着良好的应用前景。该项技术实现的难点在于如何保证投影的子画面能无缝地拼接构成所需的大屏幕画面。由于各个投影仪安装的位置不同，其投射到显示平面上的画面有着各自的位置和形变。完全由用户手工地调整各个投影仪的摆放位置和形变，使各个投影仪显示出的子画面无缝地拼接在一起，显然具有较大的难度。一种自动校正投影仪阵列的方法是采用照相机将每个投影仪失真的画面传送到计算机，计算机通过预翘曲的方法来让各个投影仪投射的画面自动校正和对准(例如，中国国家授权发明专利02802661.6)。但这种方法需要额外配备照相机以及相应的硬件处理系统，成本高，此外，照相机时也会因其本身的姿态、失真等因素使摄取的画面产生失真，而这些失真在使用过程中通常是难以控制的，会直接影响调整的结果，导致实际使用起来效果并不理想。

发明内容

针对现有投影仪阵列技术在子画面校正方面的不足，本发明提供了一种组合式大屏幕前向投影显示方法及控制装置，本发明采用人工和自动相结合的方式实现子画面的调节和校正，无需额外增加照相机等设备，操作简单，运算复杂度小，成本低廉，广泛适用于监控室、会场、礼堂、演示厅等需要大屏幕显示的场合。

本发明提供的组合式大屏幕前向投影显示方法包含校正和显示两个过程。校正过程包含以下步骤：

(1)适当摆放投影仪，使各个投影仪当前的最大投影区域部分重叠。

(2)产生测试子画面，并通过各个投影仪投射到显示平面。

(3)手工调节测试子画面的形变，使得各个投影仪在显示平面上投射的子画面能正确地拼接成完整的大屏幕画面。

(4)将手工调节后的测试子画面与原始的测试子画面进行比较计算，得出各个投影仪的显示形变参数，并保存。

显示过程包含以下步骤：

(1)按照校正过程中对测试子画面构成整幅画面的方法，将需显示的画面切分为子画面。

(2)根据保存的校正过程中得到的各个投影仪的显示形变参数，对需显示的各个子画面分别作相应的逆形变。

(3)将逆形变后的子画面送至对应的投影仪进行显示。

本发明提供的组合式大屏幕前向投影控制装置，由视频输入接口电路、图象处理/控制模块、存储器、用户操作接口电路、视频输出接口电路共同构成，视频输入接口电路、图象处理/控制模块、视频输出接口电路顺次连接，存储器、用户操作接口电路分别与处理器连接。视频输入接口电路为本发明与视频源的连接提供接口；图象处理/控制模块完成以下功能：1、将存储器中存储的测试子画面送至视频输出接口电路；2、通过用户操作接口电路接收用户的操作指令，对测试子画面进行相应的形变，并计算形变参数；3、对视频输入接口电路输入的画面进行切分和形变，并通过视频输出接口电路输出到各个投影仪。存储器用以存储测试子画面图象及每个投影仪的显示形变参数；用户操作接口电路为用户手工校正每个投影仪显示的画面提供操作接口；视频输出接口电路为本发明和多个投影仪的连接提供接口。

与现有的投影仪阵列技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)运算复杂度低。与使用照相机的投影仪阵列校正技术相比，本发明用人的视觉代替了照相机，因此校正的过程中不需要考虑照相机的姿态、失真等问题，可以大大简化计算过程，显著降低运算的复杂度。

(2)调节方便，操作简便。本发明可以通过对测试子画面的简单形变(例如端点的拉伸等)实现投影仪阵列的校正，与手工地逐个调整投影仪的方法相比调节的难度和工作量显著降低。

(3)成本低廉。由于本发明对处理器运算能力的要求不高，且不需要额外配备照相机，因此生产成本低廉。

(4)符合人的主观感受。由于本发明采用的是人机交互的调节过程，因此校正的效果使用者可以直接看到和操纵，与完全使用机器校正的方法相比，其结果更符合人的主观感觉。

附图说明

图1为本发明实施例的投影系统组成示意图；

图2为本发明投影控制装置的实施例结构示意图；

图3为本发明实施例校正过程的流程图；

图4为本发明实施例校正过程使用的两种测试子画面；

图5为本发明实施例显示过程的流程图。

具体实施方式

本发明的一个较佳实施例，投影系统的组成如图1所示，由视频源、投影控制装置、多个投影仪及与投影控制装置连接的鼠标、操纵杆或按键组共同构成，视频源与投影控制装置通过视频信号线连接，投影控制装置与投影仪通过相应的视频信号线连接。

投影控制装置的硬件结构如图2所示，由视频输入接口电路、图象处理/控制模块、存储器、用户操作接口电路、视频输出接口电路共同构成，视频输入接口电路、图象处理/控制模块、视频输出接口电路顺次连接，存储器、用户操作接口电路分别与图象处理/控制模块连接。视频输入接口电路为投影控制装置与视频源的连接提供接口，可以采用标准的模拟或数字视频输入接口电路来实现；图象处理/控制模块完成以下功能：1、将存储器中存储的测试子画面送至视频输出接口电路；2、通过用户操作接口电路接收用户的操作指令，对测试子画面进行相应的形变，并计算形变参数；3、对视频输入接口电路输入的画面进行切分和形变，并通过视频输出接口电路输出到各个投影仪。图象处理/控制模块可以采用处理器电路(如DSP、MCU等)或专用的ASIC芯片来实现。存储器用以存储测试子画面图象及每个投影仪的显示形变参数，可以采用FLASH等存储芯片来实现；用户操作接口电路为用户手工校正每个投影仪显示的画面提供操作接口，可以采用鼠标接口电路来实现，也可以采用操纵杆接口电路或按键电路等实现；视频输出接口电路为本发明和多个投影仪的连接提供接口，包含若干视频输出通道，可以采用多路标准的模拟或数字视频输出接口电路来实现。

由于投影仪摆放位置、角度的不同，各个投影仪投射到显示平面上的图像会产生重叠、分离或不同的形变，使投射的子画面不能很好地组合成一幅完整的大画面。上述实施例通过人工简单操作的方式，获取各个投影仪的形变参数，再通过自动的方式对各个投影仪显示的子画面进行显示校正。具体来说，上述实施例的使用包含校正和显示两个过程，其中校正过程如图3所示，包含以下步骤：

(1)适当摆放投影仪，使各个投影仪当前的最大投影区域部分重叠。投影仪的摆放用户可以根据实际环境来调整，必要时可以借助支架来进行。例如，可以先采用支架大致地固定投影仪的位置，然后再在支架上根据需要适当调整投影仪间距、投射方向以及投影距离等，使各个投影仪当前的最大投影区域部分重叠，并能大致构成所需显示的形状，如4：3的长方形等。上述实施例的一种应用中，采用4个投影仪的投影按“田”字形状排列，共同构成一幅与子画面比例相似、但更长更宽的投影画面。在另外一些场合中，这些投影仪也可以一字排开，构成一幅宽屏的投影画面。在调整位置的过程中，投影仪投射的画面设置为最大。

(2)产生测试子画面，并通过各个投影仪投射到显示平面。投影控制装置中的图象处理/控制模块将存储器中存储的测试子画面送至视频输出接口电路，通过相应的视频信号线到传送到各个投影仪，并投射到显示平面上。测试子画面可以是一些简单的图案，例如，可以采用显示整个显示屏幕边缘的矩形、或黑白交替的方格等，也可以采用一些更为复杂的测试图片。测试画面的设计尽量使人工调整时更容易看出两幅子画面衔接是否正确自然。各个投影仪显示的子画面可以相同或不相同。图4为实施例中采用的2种测试子画面。

(3)手工调节测试子画面的形变，使得各个投影仪在显示平面上投射的子画面能正确地拼接成完整的大屏幕画面。由于投影仪的位置、角度等参数的不同，它们投射在显示平面上的画面也有着不同的形变。上述实施例中，投影控制装置的用户操作接口电路连接鼠标，用户可以通过鼠标来操作投影控制装置中当前显示的测试子画面的形变，例如，可以对测试子画面的四个端点位置进行调整，使投影控制装置中当前显示的测试子画面产生缩放、旋转、扭曲等形变，该形变的测试子画面通过视频信号线传送到投影仪，并投射到显示平面上。对应于测试子画面的形变，投射的画面也会随之产生变形，用户通过观察投影的画面来操作鼠标，控制投影控制装置中测试子画面的形变方式及形变程度，使得各个投影仪在显示屏幕上显示的子画面能正确地拼接成完整的大画面，例如，可以通过相邻的两个子画面之间图形的衔接来判断这两个子画面是否能够正确衔接。在调节的过程中，用户还可以根据需要采用一些辅助的手段来判断子画面是否已经正确投影，例如可以预先在显示平面的需要显示的区域中标记上边界点或一些关键的点、线等。用户在调整过程中可以参考这些辅助标记来调整测试子画面，以获得较为精确的投影显示。

(4)将手工调节后的测试子画面与原始的测试子画面进行比较计算，得出各个投影仪的显示形变参数，并保存。经用户调整后能在显示平面上正确投影的测试子画面，与原测试子画面相比已经发生了形变。假设原测试子画面为P，经过用户形变调整后的测试子画面为Q，则两者之间存在一一映射F，使得Q＝F(P)。该映射反映了测试子画面在调整前和调整后的形变程度，由于形变前和形变后的测试子画面均为已知，因此可以采用多种方法来确定映射F，例如，可以采用传统的2D-2D仿射变换方法，通过原测试子画面和形变后的测试子画面中的三组匹配的点来确定仿射变换中的6个参数，或者通过多个匹配控制点来得到6个参数的最小二乘估计。F的逆映射即可是各个投影仪在显示平面上投影时的显示形变参数，每个投影仪的映射F确定后，投影控制装置记录并保存F或F逆映射的参数，即完成投影仪的校正过程。

根据保存的校正过程中得到的各个投影仪的显示形变参数，对需显示的各个子画面分别作相应的逆形变。

将逆形变后的子画面送至对应的投影仪进行显示。

投影仪的显示过程包含以下步骤：

(1)按照校正过程中测试子画面构成整幅画面的方式，将需显示的画面切分为子画面。例如，如果4个投影仪的测试子画面采用“田”字形式组合成整幅画面，则对于从视频输入接口电路传送过来的视频源的画面，投影控制装置中的图象处理模块将其相应地按“田”字形式切分为4个子画面。

(2)根据保存的校正过程中得到的各个投影仪的显示形变参数，对需显示的各个子画面分别作相应的逆形变。视频源的画面切分为子画面后，对应于每个子画面P，利用在校正过程中分别确定的各个投影仪的显示形变参数对其进行逆形变。由于投影仪的显示形变参数为F的逆映射，因此如果保存的是影射F的参数，则直接使用F变形，得到形变后的图象Q＝F(P)。如果保存的是或F的逆映射，则先求出F，再对子画面进行形变。

(3)将逆形变后的子画面送至对应的投影仪进行显示。将形变后的子画面图象Q通过视频输出接口电路传送给各个投影仪并投射到显示平面，由于预先进行了形变，因此各子画面的投影能够按要求构成完整的画面。

Claims (6)

1、一种组合式大屏幕前向投影显示方法，其特征在于包括校正过程和显示过程，校正过程包含以下步骤：

(1)摆放投影仪，使各个投影仪当前的最大投影区域部分重叠；

(2)投影控制装置产生测试子画面，并通过各个投影仪投射到显示平面；

(3)通过投影控制装置手工调节测试子画面的形变，使得各个投影仪在显示平面上投射的子画面能正确地拼接成完整的大屏幕画面；

(4)将手工调节后的测试子画面与原始的测试子画面进行比较计算，得出各个投影仪的显示形变参数，并保存；

显示过程包含以下步骤：

(1)按照校正过程中对测试子画面构成整幅画面的方法，将需显示的画面切分为子画面；

(2)根据保存的校正过程中得到的各个投影仪的显示形变参数，对需显示的各个子画面分别作相应的逆形变；

(3)将逆形变后的子画面送至对应的投影仪进行显示。

2、用于权利要求1所述的方法的投影控制装置，其特征在于由视频输入接口电路、图象处理/控制模块、存储器、用户操作接口电路、视频输出接口电路共同构成，视频输入接口电路、图象处理/控制模块、视频输出接口电路顺次连接，存储器、用户操作接口电路分别与处理器连接；所述视频输入接口电路的输入端与视频源连接；

所述图象处理/控制模块用于执行：(1)将存储器中存储的测试子画面送至视频输出接口电路；(2)通过用户操作接口电路接收用户的操作指令，对测试子画面进行相应的形变，并计算形变参数；(3)对视频输入接口电路输入的画面进行切分和形变，并通过视频输出接口电路输出到各个投影仪；

所述存储器用于存储测试子画面图象及每个投影仪的显示形变参数；用户操作接口电路为用户手工校正每个投影仪显示的画面提供操作接口；视频输出接口电路为所述控制装置和多个投影仪的连接提供接口。

3、根据权利要求2所述的投影控制装置，其特征在于所述图象处理/控制模块采用处理器DSP、MCU或ASIC芯片。

4、根据权利要求2所述的投影控制装置，其特征在于所述存储器采用FLASH存储芯片。

5、根据权利要求2所述的投影控制装置，其特征在于用户操作接口电路采用鼠标接口电路、操纵杆接口电路或按键电路，为用户手工校正每个投影仪显示的画面提供操作接口。

6、根据权利要求2～5任一项所述的投影控制装置，其特征在于所述视频输出接口电路采用多路标准的模拟或数字视频输出接口电路。

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