CN102998885A - 对投影仪投影图像失真校正的方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于投影仪领域，公开了一种对投影仪投影图像失真校正的方法，用于对投影仪投影图像进行水平梯形校正或弧形校正，其利用扇面平行于投影仪的水平面的扇形激光扫描投射屏幕，CPU根据激光入射和反射的时差，计算出所述投影仪的投影镜头与所述投射屏幕的相对位置关系，然后通过分析所述投影镜头与所述投射屏幕的相对位置关系，CPU再对投影图像信号进行变形、抽帧、压缩或插值算法，自动对投影于所述投射屏幕之前的失真投影图像进行调整，从而在所述投射屏幕上得到标准的矩形投影图像。相比传统手动校正水平梯形失真及利用弧形投影融合设备、软件拟合进行弧形校正，本发明所提供的方案更精确，成本相对来说也较低。

Description

对投影仪投影图像失真校正的方法

技术领域

本发明属于投影仪领域，尤其涉及对投影仪投影图像失真校正的方法。

背景技术

如图1所示，使用投影仪时，在投影仪的投影镜头1'和投射屏幕2'于一个垂直角度时，屏幕上能得到一个标准的矩形的投影图像3'。

但在很多情况下，如图2所示，投影镜头1'并不能完全垂直于投射屏幕2'，这样可能会导致投影图像3'为梯形，此种情况在本领域中公知地称为“梯形”失真，此时，为了投射标准矩形投影图像，就需要对投影仪投影图像进行水平梯形校正；而当投射屏幕2'相对投影镜头1'为凹面时（例如影院等场所），直接投射时就会出现中间凸起两侧微缩的“鱼泡眼”投影图像3'（如图3所示）;当投射屏幕2'相对投影镜头1'为凸面时（例如球形投影等场所），直接投射就会出现中间凹陷两侧凸起的“枕形”投影图像3'（如图4所示），后面这两种情况同样需要对投影图像进行校正，在本领域内通常称之为“弧形”校正。

现有技术中，水平梯形校正基本上是通过手动来调整实现的，但手动调整通常需要多次调整，较为耗费时间，且调整出的结果不尽如人意，而弧形校正需要通过专用的弧形投影融合设备和软件拟合实现，成本相当的昂贵，不利于推广应用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种能对投影仪投影图像失真进行自动校正的方法，其使用成本相对较低。

本发明的技术方案是：一种对投影仪投影图像失真校正的方法，用于对投影仪投影图像进行水平梯形校正或弧形校正，将两束激光分别以扇形发射形式投射至投射屏幕，所述两束激光发射形成两扇形光线，所述两扇形光线具有的扇面分别平行于所述投影仪的水平面和垂直于所述投影仪的水平面，其中，平行于所述投影仪水平面的扇形光线在上下方向上对所述投射屏幕来回往复扫描，垂直于所述投影仪水平面的扇形光线在左右方向上对所述投射屏幕来回往复扫描；

根据激光入射和反射接收的时差，得到所述投影仪的投影镜头与所述投射屏幕的相对距离和角度；

CPU根据所述相对距离和角度分析所述投影仪投影镜头与所述投射屏幕的相对位置关系，判定相对位置关系后对投影图像信号相应进行变形、抽帧、压缩或插值计算；

对投影于所述投射屏幕之前的失真投影图像进行压缩、校正，从而在所述投射屏幕上得到标准的矩形投影图像。

具体地，所述投影仪的投影镜头与投射屏幕的相对位置关系包括：所述投影仪投影镜头的光轴中线是否与投射屏幕垂直、所述投影仪的投影镜头的光轴中线与投射屏幕的倾斜角度或者所述投射屏幕的截面为弧形时其弧形截面相对于投影仪的投影镜头的中心的开口角度。

具体地，采用下述表达式分析所述投影仪的投影镜头与投射屏幕的相对位置关系：

设定光以速度c在空气中传播，在激光光源A与投射屏幕上的某一投影点B之间往返一次所需要的时间为t，则A、B两点间距离D用下式表示，

D=c/4f(N+ΔN)

式中：

N——测线所包含调制半波长个数；

ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分；

ΔN=φ/ω；

φ——信号往返测试一次产生的总的相位延迟；

ω——调制信号的角频率，ω=2πf；

在给定调制和标准大气条件下，频率c/4f为常数。

更具体地，所述水平梯形校正实现方法如下：

（1）根据投影仪投影镜头的角度，通过所述两束扇形激光分别以扇面平行于所述投影仪的水平面的方向和垂直于所述投影仪的水平面的方向对所述投射屏幕进行扫描，根据相位式激光测距原理测出所述投影仪投影镜头的中心距离所述投射屏幕的最短投射距离L和角度θ，其中θ为最短投射光线在竖直截面上与最边缘处的投射光线的夹角。

（2）根据所述扇形激光反馈的L和θ两个参数，由CPU对投影图像进行校正，得到标准的矩形投影图像。

具体地，所述弧形校正实现方法如下：

a、根据投影仪投影镜头角度，通过所述两束扇形激光分别以扇面平行于所述投影仪的水平面的方向和垂直于所述投影仪的水平面的方向对所述投射屏幕进行扫描，得到所述投影镜头距离所述投射屏幕的三个距离L1、L2和L3，以及两个角度θ1和θ2，其中，L1和L3为光开口角度最大时，投射光线截面上位于最边缘处的两条投射光线的长度，L2为所述投影仪投影镜头的中心距离所述投射屏幕的距离，θ1和θ2为所述投影镜头的光轴中线分别与所述最大开口角度的投射光线扇形截面的两最边缘投射光线的夹角；

b、根据所述扇形激光反馈的L1、L2、L3、θ1、θ2五个参数，由CPU对投影弧面进行拟合，得到相近的弧度信息，然后根据所述弧度信息对投影图像进行压缩、校正，最终得到标准的矩形投影图像。

更具体地，所述扇形激光是由将激光光源发射的一束激光通过一个由电机驱动高速旋转的多面棱体而得到。

本发明提供的对投影仪投影图像失真校正的方法，其将扇形激光投射于投射屏幕，利用相位式激光测距方式，由CPU根据反馈的测距以及计算程序，分析投影镜头与投射屏幕的相对位置关系，既而通过对投影图像信号进行变形、抽帧、压缩或插值计算，自动对投影于投射屏幕之前的失真投影图像进行调整，从而最终得到标准的矩形投影图像，达到对失真图像校正的目的，相比手动操作，本发明调整出的图像更精确，而相比现有利用弧形投影融合设备和软件拟合来进行弧形校正，本发明的技术方案其整体成本相对来说更低，更利于广泛推广使用。

附图说明

图1是本发明提供的现有技术的投影仪的投影示意图；

图2是本发明提供的现有技术的投影仪投影图像为“梯形”示意图；

图3是本发明提供的现有技术的投影仪投影图像为“鱼泡眼”示意图；

图4是本发明提供的现有技术的投影仪投影图像为“枕形”示意图；

图5是本发明提供的激光测距原理示意图；

图6是本发明实施例一提供的水平梯形校正示意图；

图7是本发明实施例二提供的针对“鱼泡眼”投影图像校正示意图；

图8是本发明实施例三提供的针对“枕形”投影图像校正示意图；

图9是本发明实施例一提供的水平梯形校正流程图；

图10是本发明提供的弧面投影自适应流程图；

图11是本发明提供的对投影仪投影图像失真校正的电子回路框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种对投影仪投影图像失真校正的方法，用于对投影仪投影图像进行水平梯形校正或弧形校正，其是利用激光测距原理，将两束激光分别以扇形发射形式投射至投射屏幕，两束激光发射形成两扇形光线，两扇形光线具有的扇面分别平行于投影仪的水平面和垂直于投影仪的水平面，其中，平行于投影仪水平面的扇形光线在上下方向上对投射屏幕来回往复扫描，垂直于投影仪水平面的扇形光线在左右方向上对投射屏幕来回往复扫描，根据激光入射和反射的时差，得到所述投影仪投影镜头与所述投射屏幕的相对距离和角度，两个方向上的扇形光线对投射屏幕进行双重定位，CPU根据所述相对距离和角度分析所述投影仪投影镜头与所述投射屏幕的相对位置关系，判定相对位置关系后再对投影图像信号相应进行变形、抽帧、压缩或插值计算，自动对投影于所述投射屏幕之前的失真投影图像进行压缩、校正，从而在所述投射屏幕上得到标准的矩形投影图像。利用本发明提供的校正方法，可对梯形失真进行自动调整，而不必再像传统的那样通过手动调节，因而对水平梯形校正更精确，而对于弧形校正，本发明提供的校正方法可使投影图像根据投射屏幕的弧面进行自适应，利用CPU的计算处理能力，对投影图像进行针对性地调整，相较于现有技术中利用弧形投影融合设备和软件的拟合进行弧形校正，本发明所提供的校正方法其成本更低，更利于广泛推广使用。

本发明中，所述投影仪的投影镜头与投射屏幕的相对位置关系是指：所述投影仪投影镜头的光轴中线是否与投射屏幕垂直、所述投影仪的投影镜头的光轴中线与投射屏幕的倾斜角度或者所述投射屏幕的截面为弧形时其弧形截面相对于投影仪的投影镜头的中心的开口角度。

如图5所示，所述投影仪的投影镜头与投射屏幕的相对位置关系的分析，通过激光测距实现，在激光光源附近设置一个接收器，利用激光的发射和反射接收相对某一单点的相位差，实现对该单点的位置的测距。若将激光光源发射的一束激光通过一个由电机驱动高速旋转的多面棱体，因棱镜的角度不同，激光折射方向会发生变化，通过电机高速旋转，便可得到往复扇形激光，将该往复扇形激光投射于所述投射屏幕，进而可得到所述投射屏幕相对激光光源的位置距离；现市场上销售的小型扇形激光测距仪其精度可以达到1mm，因而通过激光测距的方法可得到投影仪投影镜头距离投射屏幕的精确距离，其原理可通过下述表达式表示；

设定光以速度c在空气中传播，在激光光源A与投射屏幕上的某一投影点B之间往返一次所需要的时间为t，则A、B两点间距离D可用下式表示，

D=ct/2，

c为已知常数；

t的值通过相位式激光测距实现，若调制光角频率为ω，则对应时间t可表示为：

t=φ/ω

将t=φ/ω代入D=ct/2，则最终可表示为：

D=1/2ct=1/2c*φ/ω=c/(4πf)(N*π+Δ*φ)=c/4f(N+ΔN)

式中：φ——信号往返测试一次产生的总的相位延迟；

ω——调制信号的角频率，ω=2πf；

N——测线所包含调制半波长个数；

Δφ——信号往返测试一次产生相位延迟不足π部分；

ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分；

ΔN=φ/ω；

在给定调制和标准大气条件下，频率c/4f为一个常数，通过D=c/4f(N+ΔN)计算出距离D。

实施例一

如图6所示，给出了所述水平梯形校正的示例，其方法如下：

（1）根据投影仪的投影镜头1的角度，通过所述两束扇形激光分别以扇面平行于所述投影仪的水平面的方向和垂直于所述投影仪的水平面的方向对投射屏幕2进行扫描，根据相位式激光测距原理测出投影仪投影镜头1的中心距离投射屏幕2的最短投射距离L和角度θ，其中θ为最短投射光线42与包括该最短投射光线42在内的竖直投影光线截面4上最边缘的投射光线41的夹角；

（2）根据所述扇形激光反馈的L和θ两个参数，由CPU对投影图像3'进行校正，最终得到标准的矩形投影图像3。

实施例二

如图7所述，给出了所述弧形校正的示例，是针对投影图像为“鱼泡眼”失真的校正，实现方法如下：

a、所述两扇形激光根据投影仪投影镜头1的角度，分别以扇面平行于投影仪的水平面的方向和垂直于投影仪的水平面的方向对投射屏幕2进行扫描，得到投影镜头1距离投射屏幕2的三个距离L1、L2和L3，以及两个角度θ1和θ2，其中，L1和L3为光开口角度最大时，投射光线截面上位于最边缘处的两条投射光线的长度，L2为所述投影仪投影镜头的中心距离所述投射屏幕的距离，θ1和θ2为所述投影镜头的光轴中线分别与所述最大开口角度的投射光线扇形截面的两最边缘投射光线的夹角；

b、根据所述扇形激光反馈的L1、L2、L3、θ1、θ2五个参数，由CPU对投影弧面进行拟合，得到相近的弧度信息，然后CPU根据所述弧度信息对投影图像进行压缩、校正，最终得到标准的矩形投影图像。

实施例三

如图8所示，给出了投影图像为“枕形”失真的校正，亦即本发明提供的实施例三，其方法与实施例二相似，CPU根据所述扇形激光反馈的L1、L2、L3、θ1、θ2五个参数，对投影弧面进行拟合，得到相近的弧度信息，然后CPU根据所述弧度信息对投影图像进行压缩、校正，最终得到标准的矩形投影图像，在此不再作详细说明。

本发明还提供了对投影仪投影图像失真校正方法的流程图以进一步阐释说明，如图9所示，为水平梯形校正的流程图。

S1：开启投影机；

S2：扇形激光测距，将测得的结果进行反馈；

S3：判断所述最短距离L和投影镜头的光轴中线是否重合，是，则进行S9步骤，否，则进行S4步骤；

S4：CPU计算θ；

S5：CPU根据反馈的L和θ两个参数，对图像信号进行压缩和校正；

S6：将S5步骤中所得到的分析结果写入IC；

S7：投影校正后的图像；得到标准的矩形投影图像；

S8：校正结束；

S9：判断扫描所得到的点是否都落在同一个平面上，是，则进行S10步骤，否，则进行S11步骤；

S10：启动弧形校正程序；

S11：投影仪的投影镜头的光轴中线与投射屏幕是垂直的，无需校正。

如图10所示，给出了弧面投影自适应的流程图以进一步阐释说明：

a、启动投影仪；

b、测量得到L1、L2、L3，计算得到θ1和θ2；

c、判断L1<L2且L3<L2，是，则进行i步骤，否，则进行d步骤；

d、判断L1>L2且L3>L2，是，则进行e步骤，否，则进行l步骤；

e、判断L1、L2、L3的终点是否在同一条直线上，是，则进行k步骤，否，则进行f步骤；

f、分析得到投射屏幕相对于投影仪投影镜头为凸面；

g、启动凹形弧面投影自适应算法；

h、校正结束；

i、分析得到投射屏幕相对于投影仪投影投影镜头为凹面；

j、启动凹形弧面投影自适应算法；

k、投射屏幕为平面，进入水平梯形校正流程；

l、测量异常，暂停检查。

如图11所示，为本发明提供的对投影仪投影图像失真校正系统电子回路框图，该电子回路框图进一步阐释了对投影图像失真校正的实现的电路原理及其可能性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种对投影仪投影图像失真校正的方法，用于对投影仪投影图像进行水平梯形校正或弧形校正，其特征在于：

将两束激光分别以扇形发射形式投射至投射屏幕，所述两束激光发射形成两扇形光线，所述两扇形光线具有的扇面分别平行于所述投影仪的水平面和垂直于所述投影仪的水平面，其中平行于所述投影仪水平面的扇形光线在上下方向上对所述投射屏幕来回往复扫描，垂直于所述投影仪水平面的扇形光线在左右方向上对所述投射屏幕来回往复扫描；

根据激光入射和反射接收的时差，得到所述投影仪的投影镜头与所述投射屏幕的相对距离和角度；

CPU根据所述相对距离和角度分析所述投影仪投影镜头与所述投射屏幕的相对位置关系，判定相对位置关系后对投影图像信号相应进行变形、抽帧、压缩或插值计算；

对投影于所述投射屏幕之前的失真投影图像进行压缩、校正，从而在所述投射屏幕上得到标准的矩形投影图像。

2.如权利要求1所述的对投影仪投影图像失真校正的方法，其特征在于，所述投影仪的投影镜头与投射屏幕的相对位置关系包括：所述投影仪投影镜头的光轴中线是否与投射屏幕垂直、所述投影仪的投影镜头的光轴中线与投射屏幕的倾斜角度或者所述投射屏幕的截面为弧形时其弧形截面相对于投影仪的投影镜头的中心的开口角度。

3.如权利要求1或2所述的对投影仪投影图像失真校正的方法，其特征在于，采用下述表达式分析所述投影仪的投影镜头与投射屏幕的相对位置关系：

设定光以速度c在空气中传播，在激光光源A与投射屏幕上的某一投影点B之间往返一次所需要的时间为t，则A、B两点间距离D用下式表示，

D=c/4f(N+ΔN)

式中：

N——测线所包含调制半波长个数；

ΔN——测线所包含调制波不足半波长的小数部分；

ΔN=φ/ω；

φ——信号往返测试一次产生的总的相位延迟；

ω——调制信号的角频率，ω=2πf；

在给定调制和标准大气条件下，频率c/4f为常数。

4.如权利要求3所述的对投影仪投影图像失真校正的方法，其特征在于，所述水平梯形校正实现方法如下：

（1）根据投影仪投影镜头的角度，通过所述两束扇形激光分别以扇面平行于所述投影仪的水平面的方向和垂直于所述投影仪的水平面的方向对所述投射屏幕进行扫描，根据相位式激光测距原理测出所述投影仪投影镜头的中心距离所述投射屏幕的最短投射距离L和角度θ，其中θ为最短投射光线在竖直截面上与最边缘处的投射光线的夹角。

（2）根据所述扇形激光反馈的L和θ两个参数，由CPU对投影图像进行校正，得到标准的矩形投影图像。

5.如权利要求3所述的对投影仪投影图像失真校正的方法，其特征在于，所述弧形校正实现方法如下：

a、根据投影仪投影镜头角度，通过所述两束扇形激光分别以扇面平行于所述投影仪的水平面的方向和垂直于所述投影仪的水平面的方向对所述投射屏幕进行扫描，得到所述投影镜头距离所述投射屏幕的三个距离L1、L2和L3，以及两个角度θ1和θ2，其中，L1和L3为光开口角度最大时，投射光线截面上位于最边缘处的两条投射光线的长度，L2为所述投影仪投影镜头的中心距离所述投射屏幕的距离，θ1和θ2为所述投影镜头的光轴中线分别与所述最大开口角度的投射光线扇形截面的两最边缘投射光线的夹角；

b、根据所述扇形激光反馈的L1、L2、L3、θ1、θ2五个参数，由CPU对投影弧面进行拟合，得到相近的弧度信息，然后根据所述弧度信息对投影图像进行压缩、校正，最终得到标准的矩形投影图像。

6.如权利要求1所述的对投影仪投影图像失真校正的方法，其特征在于，所述扇形激光是由将激光光源发射的一束激光通过一个由电机驱动高速旋转的多面棱体而得到。

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