CN103313011B - 图像投影设备和明/暗等级处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像投影设备和明/暗等级处理方法。该图像投影设备包括获取单元，用于获取第二距离与第一距离的第一比值。第一距离是用于投影投影图像的投影单元与投影有投影图像的投影区域中的第一点之间的距离。第二距离是投影单元与投影区域中的第二点之间的距离。图像投影设备还包括评估单元，用于通过第一比值评估各个分区的明/暗等级，其中投影区域被划分为分区；以及明/暗等级处理单元，用于根据对应的明/暗等级在分别对应于分区的投影图像的区域上执行明/暗等级处理。

Description

图像投影设备和明/暗等级处理方法
技术领域
本发明涉及图像投影设备和明/暗等级处理方法。
背景技术
传统上，在例如投影内容图像的投影仪的图像投影设备的投影屏幕上均衡光强度的技术是已知的。例如，通过设计光学系统在投影屏幕上均衡光强度的技术，可以在离投影透镜(光源)较远的距离上收集更多的光。
在对角线方向上投影某投影图像的图像投影设备能够在短距离的大屏幕上投影。这种类型的设备，例如以短焦距透镜作为投影透镜的图像投影设备，在某些情况下到投影透镜的距离是不同的，即在屏幕区域之间该距离差几倍，一个区域更接近于投影透镜而另一个区域离透镜更远。因此，使用上述提及的技术难以均衡投影屏幕上的光强度，从而会导致投影图像可视性的下降。
投影图像可视性的下降可以通过调节投影图像而不是光强度来克服。例如，公开号为No.2006-162808的日本专利申请公开了一种技术，其中，通过根据摄像机捕获的演示(presentation)位置获取的图像来识别演示者位置，之后以降低的亮度将投影图像投影在对应于识别的演示者位置的投影图像的区域处。
尽管以上描述的传统技术用于降低投射到演示者的投影光亮，但是由于光强度的影响该技术无法防止投影图像的可视性的下降。
因此，需要提供一种能够提高投影图像可视性的图像投影设备和明/暗等级处理方法。
发明内容
本发明的目的在于至少部分地解决传统技术中的问题。
根据一个实施例，提供了一种图像投影设备，包括：获取单元，用于获取第二距离与第一距离的第一比值，第一距离是用于投影投影图像的投影单元与投影有投影图像的投影区域中的第一点之间的距离，第二距离是投影单元与投影区域中的第二点之间的距离；评估单元，用于通过第一比值评估各个分区的明/暗等级，其中，投影区域被划分为分区；以及明/暗等级处理单元，用于根据对应的明/暗等级在分别对应于分区的投影图像的区域上执行明/暗等级处理。
根据本发明另一实施例，提供了一种明/暗等级处理方法，包括：通过获取单元获取第二距离与第一距离的第一比值，第一距离是用于投影投影图像的投影单元与投影有投影图像的投影区域中的第一点之间的距离，第二距离是投影单元与投影区域中的第二点之间的距离；通过评估单元根据第一比值评估各个分区的明/暗等级，其中，投影区域被划分为分区；以及通过明/暗等级处理单元根据对应的明/暗等级在分别对应于分区的投影图像的区域上执行明/暗等级处理。
当结合附图阅读以下的本发明给出的优选实施例的具体实施方式将会更好地理解本发明的以上和其他目的、特征、优点和技术上和工业上的重要性。
附图说明
图1是根据本发明实施例的投影仪的投影方法例子的示意图；
图2是根据实施例的投影仪结构的例子的框图；
图3是根据实施例的投影仪的利用线性插值的明/暗等级评估方法例子的示意图；
图4是根据实施例的投影仪的利用非线性插值的明/暗等级评估方法例子的示意图；
图5是由根据实施例的明/暗等级处理单元执行的投影图像明/暗等级处理的示意图；
图6是由根据实施例的投影仪执行的处理例子的流程图；
图7是由根据实施例的投影仪执行的明/暗等级Dk(i)评估处理例子的流程图；
图8是由根据实施例的投影仪执行的明/暗等级处理例子的流程图；
图9是变形例3的明/暗等级处理单元执行的投影图像明/暗等级处理例子的示意图；
图10是实施例和变形例中的投影仪的硬件结构的例子的示意图；
图11是实施例和变形例中的投影仪的硬件结构的另一例子的示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细描述根据本发明的图像投影设备、明/暗等级处理方法和计算机程序的实施例。以下实施例以采用具有短焦距透镜的投影仪作为本发明的图像投影设备为例进行说明。但是，本发明不限于此。
首先，描述实施例的投影仪10的结构。
图1是根据实施例的投影仪10的投影方法例子的示意图。图2是根据实施例的投影仪10的结构例子的框图。
投影仪10是使用短焦距透镜作为投影单元33的短焦距投影仪。如图1所示，投影仪10在斜上方向上执行投影，并将从如个人计算机(PC)的信息处理设备(未示出)输入的投影图像投影到离开短距离的屏幕1上。因此，投影有投影图像的屏幕1上的区域2(在下文中称为投影区域2)内的光量在向上方向上由于离投影单元33的距离越来越长而逐渐减少。
这使得投影区域2在向上方向上越来越暗(亮度变弱)。从而，投影仪10将投影图像投影到投影区域2上使得在构成投影图像的像素当中被投影到投影区域2的下面的像素的明/暗等级相对降低。通过使投影到投影区域2上的投影图像(投影屏幕)的亮度分布与在信息处理设备上显示的投影图像的亮度分布更接近，从而提高了投影图像的可视性。
如图2所示，投影仪10包括控制单元20和投影单元30。控制单元20包括输入接收单元21、获取单元22、划分单元23、评估单元24和明/暗等级处理单元25。可以通过使如中央处理单元(CPU)之类的处理设备执行计算机程序来提供输入接收单元21、获取单元22、划分单元23、评估单元24和明/暗等级处理单元25，即可以由软件提供。或者，它们可以由如集成电路之类的硬件或者软硬件结合来提供。
输入接收单元21接收来自如个人计算机(PC)之类的信息处理设备(未示出)的作为被投影内容的投影图像的输入。
获取单元22获取第一比值，该第一比值是用于投影投影图像的投影单元33与投影有投影图像的投影区域上的第二点之间的第二距离与投影单元33和投影区域上的第一点之间的第一距离之间的比值。
在本实施例中，第一点是在投影区域2的垂直方向上到投影单元33距离最短的点N，第二点是在投影区域2的垂直方向上到投影单元33距离最长的点F(参见图1)。此外，第一比值是长侧与短侧之间的比值，但是本发明不限于此。
在实施例中，第一比值从输入设备(未示出)之类的设备输入，获取单元22获取从输入设备输入的第一比值。输入设备包括用于调整第一比值的旋钮(knob)。但是，获取单元22可以不从输入设备获取第一比值而从预先存储第一比值的存储设备(未示出)获取。或者，获取单元22可以通过与能够设置第一比值的外部设备的通信来获取第一比值。
划分单元23在垂直方向上将投影区域2划分为多个分区。在本实施例中，划分单元23将投影区域2划分为具有相等垂直长度的K(K≥2)个区域a0，…，ak-1(参见图1)。投影区域2是投影有投影图像的区域，因此是对应于投影图像的区域。因而，划分单元23可以划分投影区域2使得当投影区域2映射在投影图像上时分区的垂直长度与投影图像中线条的给定数量相对应。例如，线条的给定数量可以根据下文描述的明/暗等级处理单元25执行的明/暗等级处理的准确性来确定。划分单元23可以虚拟地(计算上)划分投影区域2，而无需对它实际划分。在实施例中，划分单元23在垂直方向上划分投影区域2。但是，本发明不限于此，划分单元23可以在垂直方向上划分投影区域2也可以在水平方向上划分投影区域2。也就是说，划分单元23可以将投影区域2划分为格状(lattice)形式。
评估单元24通过由获取单元22获取的第一比值评估每个分区的明/暗等级。具体地，明/暗等级是第二比值，该第二比值是投影单元33与分区之间的距离与第一距离之间的比值。在实施例中，评估单元24通过获取单元22获取的长侧与短侧之间的比值为每个分区ai(0≤I≤K－1)计算第二比值，该第二比值是投影单元33和分区之间的距离与投影单元33和投影区域2上的点N(沿水平方向投影区域2到投影单元33的最短距离)之间的距离的比值，并将第二比值设置为分区的明/暗等级。评估单元24通过线性或非线性插值长侧与短侧的比值评估第二比值。
例如，当评估单元24假定投影区域2上的光量的减少(亮度减少)是恒定的时，换句话说，在向上方向上投影区域2上的光量(亮度)以恒定速率逐渐较少(参见图3)，通过线性插值长侧与短侧的比值来评估明/暗等级(第二比值)，评估单元24使用等式(1)。
Dk(i)＝(Rk-1－1/K)×(K－i)+1(1)
这里，Dk(i)表示分区ai的明/暗等级(第二比值)，Rk-1表示长侧与短侧的比值。
例如，当评估单元24假定在向上方向上投影区域2上的光量(亮度)根据二次方程逐渐较少时(参见图4)，通过非线性插值长侧与短侧的比值来评估明/暗等级(第二比值)，评估单元24使用等式(2)。
Dk(i)＝(Rk-1－1/K2)×(i－K)2+1+C(2)
这里，C是常数，用于确定Dk(i)的偏差。
根据对应于投影图像上的区域的分区的明/暗等级，明/暗等级处理单元25对与分区对应的投影图像上的区域执行明/暗等级处理。在实施例中，根据对应于分区ai的投影图像上的区域的明/暗等级(第二比值)Dk(i)，明/暗等级处理单元25执行明/暗等级处理。明/暗等级处理单元25将明/暗等级处理过的投影图像输出至投影单元30。
图5是根据实施例的由明/暗等级处理单元25执行明/暗等级处理的投影图像3的实例的示意图。由评估单元24评估的明/暗等级Dk(i)随着i的增加而降低。这样，明/暗等级处理单元25对输入接收单元21接收的投影图像3进行处理使得位于下方的像素会越来越暗。
当评估单元24通过等式(2)评估明/暗等级Dk(i)并且Dk(i)的值是负的(负数)时，明/暗等级处理单元25可以执行处理使得相应的分区a1变得越来越亮。或者，明/暗等级处理单元25可以忽视这样的Dk(i)值，即不执行明/暗等级处理。
当由输入接收单元21接收的投影图像是彩色图像时，明/暗等级处理单元25将投影图像转换为亮度色彩差异空间定义的信号分量，并对投影图像的转换后的信号分量中的亮度信号执行明/暗等级处理。具体地，明/暗等级处理单元25可以使用等式(3)至(5)将RGB图像的投影图像转换为亮度色彩差异空间定义的信号分量，并对亮度分量的Y图像执行明/暗等级处理。之后，明/暗等级处理单元25对明/暗等级处理后的Y图像执行YUV反转处理以将Y图像改变为原始RGB色彩空间(RGB图像)定义的分量。
Y＝(R+2×G+B)/4(3)
U＝R－G(4)
V＝B－G(5)
再次参见图2，投影单元30包括视频随机存取存储器(VRAM)31、图形控制器32和投影单元33。
将由控制单元20(明/暗等级处理单元25)输出的投影图像写入VRAM31。
图形控制器32将写入VRAM31的投影图像转换为视频信号。
投影单元33投影通过图形控制器32转换的视频信号以将投影图像投影至屏幕1的投影区域2上。从而，投影图像的投影屏幕显示在屏幕1上。
投影仪10不需要包括上述描述的作为其基本元件的所有单元，可以是省略一部分单元的结构。
以下描述根据实施例的投影仪的操作。
图6是根据实施例的由投影仪10执行的处理的例子的流程图。
首先，当输入接收单元21接收投影图像的输入并且获取单元22获取长侧与短侧的比值时，评估单元24根据第一比值评估每个分区ai的明/暗等级Dk(i)(步骤S100)。以下详细描述明/暗等级Dk(i)的评估处理。评估单元24不需要每次都评估明/暗等级Dk(i)，仅当获取单元22获取长侧与短侧的比值时评估即可。
之后，根据对应于分区ai的投影图像的区域的明/暗等级Dk(i)，明/暗等级处理单元25执行明/暗等级处理(步骤S102)。以下详细描述明/暗等级处理。
图7是根据实施例的由投影仪10执行的明/暗等级Dk(i)评估处理的例子的流程图。
首先，划分单元23通过将投影区域2划分为K(K≥2)个区域得到分区a0，…，ak-1，其中，每个分区具有相等的垂直长度(步骤S110)。
之后，评估单元24将变量i初始化为0(步骤S112)。
之后，评估单元24计算分区ai的明/暗等级Dk(i)(步骤S114)。
之后，评估单元24递增变量i的值(步骤S116)，并重复步骤S114和步骤S116的处理(步骤S118，否)直到变量i的值变为K或更大为止。当变量i的值变为K或更大时(步骤S118，是)，评估单元24结束处理。
图8是根据实施例的由投影仪10执行的明/暗等级处理的例子的流程图。
首先，明/暗等级处理单元25将变量初始化i为0(步骤S120)。
之后，明/暗等级处理单元25根据明/暗等级Dk(i)对与分区ai对应的投影图像上的区域执行明/暗等级处理(步骤S122)。
之后，明/暗等级处理单元25递增变量i的值(步骤S124)，并重复步骤S122和步骤S124的处理(步骤S126，否)直到变量i的值变为K或更大为止。当变量i的值变为K或更大时(步骤S126，是)，明/暗等级处理单元25结束处理。
如上所述，根据实施例，通过与投影区域对应的投影图像的像素的降低的明/暗等级将投影图像投影，该投影区域具有离投影单元较短的投影距离从而具有较多的光量。通过使投影到投影区域上的投影图像(投影屏幕)的亮度分布与在信息处理设备上显示的投影图像的亮度分布更接近，提高了投影图像的可视性。
具体地，在实施例中，无需任何附加的计算量，通过在明/暗等级计算中使用线性插值就可以提高投影图像的可视性。
而且，在实施例中，通过在明/暗等级计算中使用接近于测量值的非线性插值，可以进一步提高投影图像的可视性并抑制计算量。
在实施例中，利用长侧与短侧的比值来计算明/暗等级，从而无需计算实际的投影距离，这方便了明/暗等级的处理。
在实施例中，分区具有相等的长度，因而可以方便地设计明/暗等级。
在实施例中，当投影图像是彩色图像时，通过在投影图像的亮度信号上执行明/暗等级处理可以有效地执行明/暗等级处理。
变形例
本发明不限于上述的实施例，可以有各种类型的变形例。
变形例1
以上的实施例以假定投影区域2的光量是恒定减少的，评估单元24通过线性插值长侧与短侧的比值来评估明/暗等级为例进行说明。但是，评估单元24可以获得亮度信息，即分区的亮度信息，并根据获取的亮度信息和第一比值(长侧与短侧的比值)计算每个分区的明/暗等级。
这里，亮度信息包括投影区域2上的亮度减少测量值和其仿真结果的归一化值。亮度信息可以预先存储在存储设备(未示出)等，这样评估单元24从存储设备获取亮度信息。
在这种情况下，评估单元24使用等式(6)评估明/暗等级。
Dk(i)＝(Rk-1－1)T(i)+C(6)
这里，T(i)表示分区ai的亮度信息。
如此，利用测量值计算明/暗等级。这样，可以进一步提高投影图像的可视性并抑制计算量。
变形例2
以上的实施例以假定投影区域2的光量是恒定减少的，评估单元24通过线性插值长侧与短侧的比值来评估明/暗等级为例进行说明。但是，评估单元24可以在多个亮度信息中获得对应于第一比值的亮度信息并通过获取的亮度信息计算每个分区的明/暗等级，其中，多个亮度信息是分区的亮度信息。
这里，这样的多个亮度信息包括在各种条件下对第一比值(长侧与短侧的比值)获取的投影区域2上的亮度减少的测量值和模拟值。在变形例2中，第一比值(长侧与短侧的比值)可以认为是类别(category)。为每类制备亮度信息并将其预先存储在存储设备(未示出)等中，从而评估单元24可以从存储设备获取对应于第一比值(长侧与短侧的比值)的亮度信息。
在这种情况下，评估单元24使用等式(7)评估明/暗等级。
Dk(i)＝TS(i)+C(7)
这里，TS(i)是对应于给定第一比值(长侧与短侧的比值)的类别的亮度信息，表示分区ai的亮度信息。
如此，利用测量值计算明/暗等级可以进一步提高投影图像的可视性并抑制计算量。
变形例3
在上述实施例中，划分单元23划分投影区域2使得每个分区的长度都相等。但是，划分单元23可以划分投影区域2使得分区离投影单元33越远则具有更长的垂直长度。对于这种分区，明/暗等级处理单元25在投影图像4上执行如图9所示的明/暗等级处理。
在评估单元24通过线性插值长侧与短侧的比值评估明/暗等级(第二比值)的情况下，这种分区可以简单地安排线性插值表达式。
硬件结构
图10是根据实施例和变形例的投影仪10的硬件结构的例子的示意图。图10示出了应用于投影仪10的三片液晶显示(3LCD)系统的例子。
投影仪10在显示为红色的LCD306、显示为绿色的LCD307、和显示为蓝色的LCD308上显示投影图像。之后，灯300发射的光通过透射红光的分色镜301、透射绿光的分色镜302、透射蓝光的分色镜303以及镜304和305，由此红光被发射到显示为红色的LCD306上，绿光被发射到显示为绿色的LCD307上，并且蓝光被发射到显示为蓝色的LCD308上。透过LCD306到308的各个颜色的光束由棱镜合成之后由投影透镜309投影以在屏幕1上生成投影图像。
投影仪10不仅可以应用于3LCD系统，还可以应用于图11所示的数字光处理(DLP)系统。在DLP系统中，灯400发射的光在被DLP芯片404反射之前，经过透镜401、具有红、绿、蓝三种颜色的色轮402和透镜403。之后，通过投影透镜405投影反射光以在屏幕1上生成投影图像。
上述实施例和变形例中的投影仪包括如CPU之类的控制单元、如只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)之类的存储单元、如硬盘驱动器(HDD)和固态磁盘(SSD)之类的外部存储设备、如投影仪之类的投影设备、如按键开关之类的输入单元、如网络接口卡(NIC)之类的通信接口(I/F)，以及投影仪可以与通用计算机的硬件结构一起构建。
在实施例和变形例的投影仪中执行的计算机程序可以以格式为可安装或可执行的文件记录和提供在如只读光盘驱动器(CD-ROM)、可记录光盘驱动器(CD-R)、存储卡、数字化视频光盘(DVD)和软盘(FD)之类的计算机可读存储介质中。
在实施例和变形例的投影仪中执行的程序可以存储在连接至如互联网之类的网络的计算机中，可以通过从网络下载来提供。或者，在实施例和变形例的投影仪中执行的程序可以通过如互联网之类的网络提供或分发。在实施例和变形例的投影仪中执行的程序可以预先嵌入在ROM之类中，之后再由它们提供。
在实施例和变形例的投影仪中执行的程序由多个模块组成以提供上述描述的每个单元到计算机上。在实际的硬件中，控制设备将从外部存储设备的程序读取至存储设备并执行该程序以提供上述提及的单元到计算机上。
根据实施例，可以提高投影图像的可视性。
虽然为了完整清楚地公开结合具体实施例描述了本发明，但是附加权利要求不会因此而受限，而是用于解释以表示对于本领域技术人员来说，在本文陈述的基本教导中所有改变和替代都会发生。

Claims (9)

1.一种图像投影设备，包括：
获取单元，用于获取第二距离与第一距离的第一比值，所述第一距离是用于投影投影图像的投影单元与投影有投影图像的投影区域中的第一点之间的距离，所述第二距离是所述投影单元与所述投影区域中的第二点之间的距离；
评估单元，用于通过所述第一比值评估各个分区的明/暗等级，其中，所述投影区域被划分为分区；以及
明/暗等级处理单元，用于根据对应的明/暗等级在分别对应于所述分区的投影图像的区域上执行明/暗等级处理。
2.根据权利要求1所述的图像投影设备，其中，所述明/暗等级是所述投影单元与每个分区之间的距离和所述第一距离的第二比值。
3.根据权利要求2所述的图像投影设备，其中，所述评估单元通过线性插值或非线性插值评估所述第二比值。
4.根据权利要求1所述的图像投影设备，其中，所述评估单元获取所述分区的亮度信息并根据所述亮度信息和所述第一比值计算所述分区的明/暗等级。
5.根据权利要求1所述的图像投影设备，其中，所述评估单元在各个分区的多个亮度信息中获取对应于所述第一比值的亮度信息，并且根据所述对应于所述第一比值的亮度信息计算每个分区的明/暗等级。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像投影设备，还包括：
划分单元，用于在垂直方向上将所述投影区域划分为分区，其中，每个分区具有相等的垂直长度。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的图像投影设备，还包括：
划分单元，用于在垂直方向上将所述投影区域划分为分区，其中，每个分区离所述投影单元越远，则具有越长的垂直长度。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的图像投影设备，其中，
所述投影图像为彩色图像，并且
所述明/暗等级处理单元将所述彩色图像转换为在亮度色彩差异空间中定义的信号分量，并在所述彩色图像的转换后的信号分量中的亮度信号上执行所述明/暗等级处理。
9.一种明/暗等级处理方法，包括：
通过获取单元获取第二距离与第一距离的第一比值，所述第一距离是用于投影投影图像的投影单元与投影有投影图像的投影区域中的第一点之间的距离，所述第二距离是所述投影单元与所述投影区域中的第二点之间的距离；
通过评估单元根据第一比值评估各个分区的明/暗等级，其中，所述投影区域被划分为分区；以及
通过明/暗等级处理单元根据对应的明/暗等级在分别对应于所述分区的投影图像的区域上执行明/暗等级处理。
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