CN103716600A - 图像输出装置、图像输出方法和程序 - Google Patents

Abstract

本发明提供了图像输出装置、图像输出方法和程序，所提供的图像输出装置包括：可投影区域计算单元、投影窗口设定单元以及生成单元，其中该可投影区域计算单元使用指定通过利用激光束的二维扫描图像所投影到的屏幕的信息，基于所述激光束进行扫描的轨迹，来计算所述屏幕上的可投影所述激光束的区域、即可投影区域；该投影窗口设定单元使所述激光束被发射并设定在所述可投影区域中作为所述图像投影范围的投影窗口；该生成单元针对所述图像中包括的每一个像素生成在所述屏幕上的所述投影窗口内与所述像素相对应的每个位置的像素值，以使所述图像投影到由所述投影窗口设定的所述范围内。

Description

图像输出装置、图像输出方法和程序

技术领域

本技术涉及图像输出装置、图像输出方法以及程序。更具体地，涉及能够更适当地校正被投影的图像的失真并输出校正图像的图像输出装置、图像输出方法以及程序。

背景技术

通常，在屏幕上投影图像的投影装置使用碘钨灯或者发光二极管（LED）作为光源。

过去，当将投影装置安装在屏幕的前方时，尽管有可能将无失真的图像投影到屏幕上，但投影在屏幕上的图像根据投影装置的安装角可能以梯形的形式失真。因此，具有校正图像的梯形失真功能的投影装置已被使用。

例如，在JP2011-205524A中披露了能够容易地且适当地调整已经受到梯形失真校正的图像的位置的投影装置。

发明内容

同时，使用激光源的投影装置通过高速地驱动微镜来反射激光束的同时执行扫描来投影图像，从而，投影在屏幕上的图像出现与梯形失真不同的失真。因为这种失真是根据从激光源至屏幕的光路组件的位置关系和镜的物理驱动操作特点决定的，所以与梯形失真的校正相比很难适当地校正这种失真。

人们期望更适当地校正被投影的图像的失真并输出校正图象。

根据本公开的实施方式，提供的图像输出装置包括：可投影区域计算单元，使用指定通过利用激光束的二维扫描图像所投影到的屏幕的信息，基于激光束进行扫描的轨迹，来计算屏幕上的可投影激光束的区域、即可投影区域；投影窗口设定单元，使激光束被发射并设定在可投影区域中作为图像投影范围的投影窗口；以及生成单元，针对图像中包括的每一个像素生成在屏幕上的投影窗口内与像素相对应的每个位置的像素值，以使图像投影到由投影窗口设定的范围内。

根据本公开的实施方式，提供的图象输出方法包括：使用用于指定通过利用激光束的二维扫描投影图像所投影到的屏幕的信息，基于激光束的扫描轨迹，来计算屏幕上的可投射激光束的区域、即可投影区域；使激光束被发射，并设定投影窗口，投影窗口是可投影区域中图像的投影范围；以及针对构成图像的每一个像素生成在屏幕上的投影窗口内的与图像相对应的每个位置的像素值，以使图像投影到由投影窗口设定的范围内。

根据本公开的实施方式，使用用于指定通过利用激光束的二维扫描投影图像所投影到的屏幕的信息，基于激光束的扫描轨迹，屏幕上的可投射激光束的区域、即可投影区域被计算。激光束被发射，并投影窗口被设定，投影窗口是可投影区域中图像的投影范围。并且针对构成图像的每一个像素，在屏幕上的投影窗口内的与图像相对应的每个位置的像素值被生成，以使图像投影到由投影窗口设定的范围内。

根据上述本技术的实施方式，可以更适当地校正被投影图像的失真并输出校正图像。

附图说明

图1是示出了根据本技术的实施方式的投影装置的示例性配置的框图；

图2是用于描述由投影装置进行的光栅扫描的示图，其中，在V-扫描中，在返回部分不发射激光，而在H-扫描中，在正弦波的边缘处不发射激光；

图3的A和B是示出了激光束的扫描轨迹与符合图像信号标准的像素阵列之间关系的示图；

图4是示出了控制器的示例性配置的框图；

图5是用于描述在图像中发生失真的示图；

图6是用于描述计算激光束轨迹原理的示图；

图7是用于描述计算激光束轨迹原理的示图；

图8是用于描述计算发生失真的可投影区域的计算算法的示图；

图9是示出了通过由CPU执行程序实现的功能的功能框图；

图10是用于描述投影图像的过程的流程图；

图11的A和图11的B是用于描述离散地计算渲染像素位置方法的示图；

图12是示出了投影装置的变型例的示图；

图13的A和B是用于描述图像投影在具有两个平面的屏幕上的实例的示图；

图14是示出了投影系统示例性配置的示图；

图15是示出了投影窗口的第二设定实例的示图；

图16是示出了投影窗口的第三设定实例的示图；以及

图17是示出了根据本技术的实施方式的计算机示例性配置的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地描述本公开的优选实施方式。应注意，在本说明书和附图中，具有基本相同功能和结构的结构元件用相同的附图标记表示，并且省去对这些结构元件的重复解释。

在下文中，本技术的示例性实施方式将参考附图进行详细地描述。

图1是示出了根据本技术的实施方式的投影装置的示例性配置的框图。

参照图1，投影装置11将图像12投影在屏幕13上，其中，激光束被用作投影装置11的光源。投影装置11包括控制器21、激光驱动器22、镜驱动器23、激光源24R、激光源24G、激光源24B、镜25、二向色镜26-1和26-2、扫描镜27H和27V以及光学透镜28。

控制器21基于图像再生装置（未示出）提供的图像信号生成渲染图像12的三基色（红色、绿色、和蓝色）图像信号，并基于镜驱动器23提供的镜同步信号将图像信号提供给激光驱动器22。此外，控制器21提供有来自于主控制器（未示出）的控制信号并根据该控制信号执行控制。控制器21的详细配置将参考图4在下面进行描述。

激光驱动器22基于控制器21提供的图像信号并根据图像12的像素的像素值生成用于图像信号的各个颜色的驱动信号，并将该驱动信号提供给激光源24R、24G和24B。例如，激光驱动器22根据图像信号的红色像素值将驱动信号提供给激光源24R，根据图像信号的绿色像素值将驱动信号提供给激光源24G，以及根据图像信号的蓝色像素值将驱动信号提供给激光源24B。

镜驱动器23基于扫描镜27H的谐振频率生成水平扫描信号以使在图像12的水平方向上执行激光束扫描，并提供水平扫描信号给扫描镜27H。此外，镜驱动器23生成垂直扫描信号以在图像12的垂直方向上执行激光束扫描，并提供垂直扫描信号给扫描镜27V。镜驱动器23包括检测由扫描镜27H和27V反射的部分激光束的光接收单元。镜驱动器23基于光接收单元的输出结果调节水平扫描信号和垂直扫描信号或者根据光接收单元的输出结果将检测信号馈送到控制器21。

激光源24R、24G和24B根据激光驱动器22提供的驱动信号，分别输出相应的颜色的激光束。例如，激光源24R根据图像信号的红色像素值在水平面上输出红色激光束。相似地，激光源24G根据图像信号的绿色像素值，在水平面上输出绿色激光束，以及激光源24B根据图像信号的蓝色像素值在水平面上输出蓝色激光束。

镜25反射从激光源24R输出的红色激光束。二向色镜26-1反射从激光源24G输出的绿色激光束并传输由镜25反射的红色激光束。二向色镜26-2反射从激光源24B输出的蓝色激光束并传输由镜25反射的红色激光束和由二向色镜26-1反射的绿色激光束。镜25和二向色镜26-1与26-2被装配和排列是为了从激光源24R、24G以及24B输出的激光束的光轴线变成同轴。

例如，扫描镜27H和27V是通过微机电系统（MEMSs）形成的微镜并根据镜驱动器23提供的水平扫描信号和垂直扫描信号被驱动。例如，驱动扫描镜27H在图像12的水平方向上反射从激光源24R、24G以及24B输出的激光束并执行激光束扫描。驱动扫描镜27V在图像12的垂直方向上反射从激光源24R、24G以及24B输出的激光束并执行激光束扫描。

光学透镜28布置在扫描镜27V和屏幕13之间的激光束光路上，并校正激光束的光路。

投影装置11可以采用激光驱动器22和镜驱动器23被集成到控制器21中的配置。此外，投影装置11可能具有光学透镜28不设定在激光束的光路上的配置。

具有上述配置的投影装置11将二维（2D）图像12投影在屏幕13上以使扫描镜27H和27V在彼此正交方向上执行激光束扫描。例如，光栅扫描和利萨如（Lissajous）扫描的任一个可被采用为由扫描镜27H和27V执行的激光束扫描方法，但投影装置11采用光栅扫描。

将参考图2描述光栅扫描。

参照图2，通过光栅扫描方法的激光束扫描轨迹如图像12所示，水平扫描信号H-扫描如图像12下部所示，以及垂直扫描信号V-扫描在图像12的左边示出。

例如，水平扫描信号H-扫描是具有正弦波波形的信号，根据扫描镜27H的谐振频率该水平扫描信号H-扫描谐振在大约20kHz处，并且水平扫描信号H-扫描的频率是图像12的水平同步频率的一半。例如，垂直扫描信号V-扫描是具有锯齿波波形的信号，该垂直扫描信号V-扫描谐振在大约60Hz处，该频率是对应于图像12的帧周期的频率。

在接近水平扫描信号H-扫描的两末端的扫描轨迹中，不发射激光，在投影图像12中不使用扫描轨迹的返回部分。此外，返回部分就是在其中垂直扫描信号V-扫描基本上垂直地上升的波形部分，即，激光束的扫描轨迹中的急剧的向上改变的部分，不发射激光。

当根据水平扫描信号H-扫描和垂直扫描信号V-扫描分别地驱动扫描镜27H和27V，沿着图像12表示的扫描轨迹执行激光束扫描。因为,如图2所示，激光束的扫描是在两个方向是执行的，即，由于激光束的扫描方向在水平方向上以扫描线的行为单位改变，有必要在投影装置11中以扫描线的行为单元执行图像信号分类或者改变数据访问方向的方法。

此外，如在水平扫描信号H-扫描的下面所示，激光束的扫描速度在图像12的中央处高，但当它接近至图像12边缘时减小。这被认为引起图像12中不均匀的亮度，因此投影装置11执行减弱激光输出并使图像12边缘附近的亮度均匀的校正。相似地，投影装置11在必要时可以调整图像信号率的比率。

另外，因为激光束的扫描是根据正弦波执行的，所以在水平方向上延伸的扫描线之间的间隔变得非均匀。通常，在图像信号标准中，图像配置有以格状的形式排列像素的像素阵列，因此，当符合图像信号标准的图像信号根据依据正弦波的激光束的扫描轨迹输出时，偏差出现在在图像12中的每个像素中。

激光束的扫描轨迹和符合图像信号标准的像素阵列之间的关系将参考图3的A和图3的B进行描述。

图3的A示出激光束的扫描轨迹，图3的B以重叠方式示出激光束的扫描轨迹和符合图像信号标准的像素阵列。

在图3的A和图3的B中，以预定间距排列在激光束的扫描轨迹上的矩形圆点代表扫描像素，其中，水平扫描信号H-扫描的正弦波状的轨迹利用与水平扫描信号H-扫描同步的视频时钟标记。换言之，扫描像素代表根据视频时钟用激光束照射的点。

如参考图2以上所述，激光束的扫描速度在图像12的中央高而在接近图像12边缘时减小，并且在水平方向上延伸的扫描线之间的间隔非均匀。因此，如图3的A所示，扫描像素稀疏地排列在图像12的中心，却密集地排列在其边缘附近，并且扫描像素之间的间隔在垂直方向上是非均匀的。

在图3的B中，以格状的形式排列的圆点代表以符合图像信号标准的像素阵列排列的像素。如图3的B所示，根据激光束的扫描轨迹的扫描像素阵列与依据图像信号标准的像素阵列有极大的不同，因此在时间上非均匀。因此，当投影图像12时，在每个像素中出现偏差。

关于这一点，在投影装置11中，在图像12的每个像素中出现的偏差可以通过基于多个像素的像素信号的像素值，执行生成根据扫描像素阵列的像素值的插补（插值）处理来避免。

例如，将描述如图3的B所示的扫描像素SP。在投影装置11中，基于接近扫描像素SP的4个像素P1至P4的像素值，通过对应于扫描像素SP位置的二维插补，执行生成扫描像素SP的像素值的方法。这一方法可在全部的扫描像素上执行，因此，可避免在图像12的每个像素中偏差的发生。选择用于生成扫描像素SP的像素值的像素的模式不限于图3的B中示出的4个像素P1至P4，并且可使用选择更多像素的各种模式。

接着，图4是示出了控制器21的示例性配置的框图；

如图4所示，控制器21包括视频接口（I/F）31、帧存储器32、主机接口33、中央处理单元（CPU）34、随机存取存储器（RAM）35、像素引擎36、激光二极管驱动器（LDD）接口37、和镜驱动器接口38，以上这些是通过总线39彼此相连的。

视频接口31连接到图像再生装置（未示出），接收由图像再生装置再生的图像12的图像信号并且通过总线39将图像信号供给帧存储器32。帧存储器32将图像信号存储在图像12的帧单元中。主机接口33连接到主控制器（未示出），接收从主控制器输出的控制信号并通过总线39将控制信号提供给中央处理单元34。

CPU34执行RAM35中开发的程序并根据主机接口33提供的控制信号和存储在RAM35中的各种信息等，对存储在帧存储器32的图像12进行处理。RAM35存储由CPU34所执行的程序以及对CPU34或者像素引擎36执行处理所必需的各种信息等。

像素引擎36根据存储在RAM35中的信息，对存储在帧存储器32中的图像信号进行处理。例如，根据参照图3的上述扫描像素SP的位置，像素引擎36基于扫描像素SP附近的4个像素P1至P4的像素值，通过二维插补执行生成扫描像素SP的像素值的方法。此外，像素引擎36可以将存储在RAM35中的信息设定到像素引擎36的寄存器，然后执行处理或者可以立即将帧存储器32中的图像信号存储在像素引擎36的缓冲器中，然后执行处理。

LDD接口37连接到图1所示的激光驱动器22，并根据由像素引擎36生成的像素值将图像信号提供给激光驱动器22。激光驱动器22使激光源24R、24G以及24B发光，执行将图像12投影在屏幕13上的图像投影。

镜驱动器接口38连接到图1所示的镜驱动器23，从镜驱动器23获取同步信号或者根据镜驱动器23提供的检测信号调节同步信号。

具有上述构造的控制器21执行在控制器21中对输入至控制器21的图像12的图像信号的处理，并将所处理的图像信号输出至激光驱动器22。例如，控制器21不仅执行校正参考图3的A和图3的B的上面所述的在每一像素中出现的偏差的处理，而且执行校正投影在屏幕13上的图像12中出现的失真（由于激光被用作光源）的处理。

随后，投影在屏幕13上的图像中出现的失真将参考图5进行描述。在下文中，当不必彼此区分激光源24R、24G以及24B时，激光源24R、24G以及24B被适当地简称为“激光源24”。

在投影装置11中，微扫描镜27H和27V被高速驱动以使利用从点光源发射的激光束执行扫描。这时,根据激光源24和屏幕13之间光路的各个组件之间的位置关系或者扫描镜27H和27V的物理驱动操作特点，出现被称为其中四侧曲线内凹的枕形失真的失真，并且投影的是失真图像12A。

在过去，为防止投影出失真图像12A，对图像信号执行使四侧向外弯曲失真并具有与枕形失真的弯曲相反的弯曲的信号处理（预设失真处理），然后，投影已经受到预设失真校正的图像12B。当已经受到预设失真校正的图像12B被投影到屏幕13上时，投影出四面都被校正为直线的图像12C。在此，当激光束连续地从投影装置11发出时，图像12被假定为投影在激光束到达的所有范围内。

同时，如上所述，因为枕形失真是根据激光源24和屏幕13之间光路的各个组件的位置关系或扫描镜27H和27V的物理驱动操作特点决定的，所以很难适当地校正失真。另外，因为生成的枕形失真在从投影图装置11观察屏幕13（屏幕13的法线方向）的方向上动态地变化，所以更难执行校正。因此，通过预先设定的滤波器处理对由复杂因素引起的失真精确地实现预先校正的处理是非常困难的，而且限制光路的各个组件的自由度。

关于这一点，在投影装置11中，使用屏幕13法线信息基于激光束的轨迹对图像12的图像信号执行信号处理，从而，可以投影没有失真的图像12。

在投影装置11中计算激光束的轨迹的原理将参考图6和图7进行描述。

图6示出对计算从投影装置11照射至屏幕13的激光束轨迹必要的一部分投影装置11的配置。

如图6所示，将描述光路的计算，通过该光路从激光源24发射的激光束由扫描镜27H第一次发射，然后由扫描镜27V反射，然后到达屏幕13。

当驱动扫描镜27H和27V时，扫描镜27H和27V的反射路径基于激光源24与扫描镜27H以及27V的位置关系和倾角获得。从激光源24输出的激光束以入射角θ1入射在扫描镜27H上，并且由扫描镜27H以反射角θ1反射的激光束以入射角θ2入射在扫描镜27V上。此后，由扫描镜27V以反射角θ2反射的激光束到达由法向量Sn指定的屏幕13。

然后，屏幕13上的激光束可以投影的可投影区域被指定，以使扫描镜27H在预定的范围中旋转地被驱动从而在水平方向上执行激光束扫描，并且扫描镜27V在预定的范围中旋转地驱动从而在竖直方向上执行激光束扫描。这时，枕形失真出现在可投影区域中。

换言之，如图7所示，可投影区域14的四侧边向内弯曲并且在屏幕13的方向上的弯曲彼此不同。因此，当激光源24连续地发射激光束，图像被投影到整个可投影区域14上。

关于这一点，投影装置11设定一个区域，其中，图像12与可投影区域14内部接触的区域作为投影窗口15，并且只有在投影窗口15内部区域执行激光束扫描时，投影装置11发射激光。换言之，投影图装置11不向投影窗口15外面部分的可投影区域14发出激光。通过这个操作，投影装置11可以将具有很少失真的图像12投影在投影窗口15内部。

这时，当投影到屏幕13上的图像12被称为输出图像12_OUT并且输入到控制器21的图像被称为输入图像12_IN时，投影装置1基于输入图像12_IN执行生成输出图像12_OUT的方法以使输出图像12_OUT符合屏幕13上的投影窗口15。此外，如上参考图3的A和图3的B所述，投影装置11基于接近在对应输出图像12_OUT的扫描像素SP的位置处的输入图像12_IN的位置的像素P1至像素P4的像素值执行生成扫描像素SP的像素值的方法。

如上所述，为了设定将输出图像12投影其上的投影窗口15，投影装置11的控制器21计算并且获取在其中反映实际失真的可投影区域14。此外，当光学透镜28设定在光路上时，基于反映光学透镜28的折射率（即，受光学透镜28影响）的激光束轨迹，来计算其中考虑对应的光学系统的光路。

随后，用于计算出现失真的可投影区域14的计算算法将会参考图8进行描述。

在此，在下面的计算中，激光源24的发光末端的位置坐标L由L（Lx、Ly、Lz）表示，并且从激光源24发出的激光束的射束向量Lv通过Lv（Lvx、Lvy、Lvz）表示。

此外，扫描镜27H的表面上的某个点的位置坐标H通过H（Hx、Hy、Hz）表示，并且扫描镜27H的法向量Hn通过Hn（Hnx、Hny、Hnz）表示。此外，扫描镜27H的旋转中心的位置坐标Hc通过Hc（Hcx、Hcy、Hcz）表示，并且扫描镜27H的旋转轴Ha通过Ha（Hax、Hay、Haz）表示。此外，扫描镜27H与激光束之间的交点坐标Hcr通过Hcr（Hcrx、Hcry、Hcrz）表示，并且经过扫描镜27H的交点坐标Hcr的反射向量Hv通过Hv（Hvx、Hvy、Hvz）表示。

相似地，在扫描镜27V的表面上的某个点的位置坐标V通过V（Vx、Vy、Vz）表示，并且扫描镜27V的法向量Vn通过Vn（Vnx、Vny、Vnz）表示。此外，扫描镜27V的旋转中心的位置坐标Vc通过Vc（Vcx、Vcy、Vcz）表示，并且扫描镜27V的旋转轴Va通过Va（Vax、Vay、Vaz）表示。此外，旋转轴Va表示面向图背面的向量。此外，扫描镜27V和激光束之间的交点坐标Vcr通过Vcr（Vcrx、Vcry、Vcrz）表示，并且经过扫描镜27V的交点坐标Vcr的反射向量Vv通过Vv（Vvx、Vvy、Vvz）表示。

此外，在屏幕13表面上的某个点的位置坐标通过S（Sx、Sy、Sz）表示，屏幕13的法向量Sn通过Sn（Snx、Sny、Snz）表示，并且屏幕13的表面与激光束之间的交点坐标Scr通过Scr（Scrx、Scry、Scrz）表示。

这时，旋转后的扫描镜27V的法向量Hn’、旋转后的扫描镜27H的法向量Hv’、旋转后的扫描镜27H的表面上的预定点的位置坐标H’以及旋转后扫描镜27V的表面上的预定点的位置坐标V’通过以下等式(1)至(4)获得：

Quat(a;Hn')=R(θhm,Ha)·Quat(0;Hn)·Q(θhm,Ha)   …(1)

Quat(b;H'-Hc)=R(θhm,Ha)·Quat(0;(H-Hc))·Q(θhm,Ha)  …(2)

Quat(c;Vn')=R(θvm,Va)·Quat(0;Vn)·Q(θvm,Va)    …(3)

Quat(d;V'-Vc)=R(θvm,Va)·Quat(0;(V-Vc))·Q(θvm,Va)    …(4)

在方程式(1)至(4)中，Quat(r;v)表示四元数，r表示实部（标量值），v表示虚部（向量值）。此外，四元数的乘法由下式(5)定义：

Quat(r1;v1)·Quat(r2;v2)

=Quat(r1*r2-Dot(v1,v2);r1*v2+r2*v1+Cross(v1,v2))   …(5)

在等式(5)中，Dot(v1,v2)表示向量的标量积，并且Cross(v1、v2)表示向量的向量积。

在等式(1)至(4)中，R(θ,N)和Q(θ,N)由以下等式(6)和(7)获得：

R(θ,N)=Quat(cos(θ/2);-N*sin(θ/2))    …(6)

Q(θ,N)=Quat(cos(θ/2);N*sin(θ/2))     …(7)

在等式(6)和(7)，θ表示角度，并且N表示向量。

在此，在等式(1)至(4)中，四元数的实部a、b、c和d的计算结果不被使用。

随后，来自于激光源24激光束与扫描镜27H之间的交点坐标Hcr和扫描镜27H中的激光束的反射向量Hv通过以下等式(8)和(9)计算：

Hv=Lv-2*Dot(Lv,Hn')*Hn'        …(8)

Hcr=th*Lv+L        …(9)

在等式(8)中的Dot(Lv,Hn')表示向量的标量积，等式(9)中th=Dot((H'-L),Hn')/Dot(Lv,Hn'))。此外，基于等式(8)和(9)，激光束和扫描镜27V之间的交点坐标Vcr和在扫描镜27V中的激光束的反射向量Vv通过以下等式(10)和(11)计算：

Vv=Hv-2*Dot(Hv,Vn')*Vn'        …(10)

Vcr=tv*Hv+Hcr             …(11)

在等式(11)中，tv=Dot((V'-Hcr),Vn')/Dot(Hv,Vn')。

此外，激光束与由等式(10)和等式(11)计算的屏幕13之间的交点坐标Scr通过以下等式(12)计算。

Scr=ts*Vv+Vcr           …(12)

在等式(12)中,ts=Dot((S-Vcr),Sn)/Dot(Vv,Sn)。

然后，可以通过在交点坐标Scr上执行如在以下等式(13)和(14)中表示的投影变换来计算在输入图像上的坐标(X,Y)。

X=Scrx*scale_x+offset_x         …(13)

Y=Scry*scale_y+offset_y         …(14)

在此，等式(13)和等式(14）在假设视点在坐标（0,0,0,）并且屏幕13以从视点至(0，0，1)的方向放置，以及offset_x、offset_y、scale_x、和scale_y都是并行变换的参数下阐明了并行投影的实例。上述计算是一个实例，并且计算可基于任意其它算法被执行。

如上所述，可投影区域14可以基于在屏幕13上激光束进行扫描的轨迹，使用屏幕13的法向量Sn来计算。然后，在可投影区域14内设定用作图像12的实际投影的范围的投影窗口15，以使得激光源24被打开以发出激光束。

此外，计算可投影区域14的处理和设定投影窗口的处理由信息处理单元来执行，该信息处理单元被实现为使CPU24在控制器21中执行程序。

随后，图9是示出了被实现为使图4所示的CPU34执行程序的信息处理单元的功能框图。

如图9所示，信息处理单元51包括存储单元52、信息获取单元53、可投影区域计算单元54、以及投影窗口设定单元55。

存储单元52存储诸如对计算可投影区域14必要的向量信息和位置信息这样的信息。例如，存储单元52存储屏幕13的法向量Sn、激光源24的发光端的位置坐标L、从激光源24发射的激光束的射束向量Lv、扫描镜27H的法向量Hn、扫描镜27H的旋转中心的位置坐标Hc、扫描镜27H的旋转轴Ha、扫描镜27V的法向量Vn、扫描镜27V的旋转中心的位置坐标Vc、扫描镜27V的旋转轴Va，以上所述参考图6至图8。

信息获取单元53根据由可投影计算单元54执行的算术运算从存储单元52获取必要信息，并把所获取信息提供给可投影区域计算单元54。此外，例如，信息获取单元53可通过图4所示的主机接口33获取从外部提供的表示屏幕13的法向量Sn的信息，并且将所获取的信息存储在存储器52中。例如，信息获取单元53获取由如后面参照图14所述的主控制器71提供的表示法向量Sn的信息。

可投影区域计算单元54使用由信息获取单元53提供的信息执行算术运算，并计算屏幕13上激光束可在其上投影的可投影区域14。换而言之，可投影区域计算单元54基于屏幕13上激光束进行扫描的轨迹，使用屏幕13的法向量Sn计算可投影区域14。

投影窗口设定单元5使得激光束发射到由可投影区域计算单元54计算的可投影区域14的内部并且设定用作输出图像12_OUT投影区域的投影窗口15。然后，投影窗口设定单元55提供表示在图4示出的RAM35中存储的投影窗口15的信息。

如上所述，信息处理单元51通过可投影区域计算单元54计算可投影区域14，通过投影窗口设定单元55设定投影窗口15，并且使投影窗口15存储于RAM35中。然后，执行基于输入图像12_IN生成输出图像12_OUT的方法以使对存储在RAM35中的投影窗口15来说合适的输出图像12_OUT被投影。

然后，在投影设备11中，当要被投影到屏幕13上的激光束的扫描在可投影区域14内被执行时，表征根据在所设定的投影图窗口15中激光束的轨迹的扫描像素SP的像素值的像素信号在期望的时序提供给激光驱动器22。因此，激光源24R、24G以及24B发光，从而，投影扫描像素SP。根据其中激光束的轨迹在投影窗口15内的扫描，反复地执行操作，以使得二维图像12被投影。

随后，控制器21投影图像12到屏幕13上的方法将参考图10的流程图进行描述。

例如，当输入图像12_IN的图像信号开始被提供给视频接口31时，处理开始。在步骤S11中，信息获取单元53获取存储在存储单元52中的信息，并把获取的信息提供给可投影区域计算单元54。

在步骤S12中，可投影区域计算单元54通过使用由获取单元53提供的信息执行上述的算术运算计算可投影区域14。

在步骤S13中，投影窗口设定单元55将投影窗口15设定至由可投影区域计算单元54计算的可投影区域14的内部。

在步骤S14中，像素引擎36通过视频接口31读取存储在帧存储器32中的输入图像12_IN的图像信号。

在步骤S15中，像素引擎36基于根据存储在RAM35中的信息在步骤14读入的输入图像12_IN的图像信号，根据输出图像12_OUT的扫描像素SP的位置，通过使用二维（2D）插补生成投影窗口15中的扫描像素SP的像素值来生成输出图像12_OUT。

在步骤S16中，像素引擎36通过LDD接口37将在步骤S15中生成的输出图像12_OUT的图像信号输出给激光驱动器22。因此，激光驱动器22使激光源24R、24G以及24B发光，从而投影图像12。

在步骤S17中，CPU34确认处理是否结束，例如，当执行结束图像投影的操作时，或者当输入图像12_IN的图像信号供应停止时，确认处理结束。然而，当CPU34确认处理在步骤17中没有终止时，方法返回到步骤S14，并重复相同的方法。

如上所述，投影设备11根据光路的布置和条件计算可投影区域14，并且使要被实际发射至可投影区域14内部的激光束发射到图像12投影的投影窗口15。因此，可通过屏幕13的法向量Sn动态地投影图像12，其中，图像12中的失真已经容易地高精度地被校正。此外，可以容易地处理在光路组件中的变化或者改变，并增加其自由度。

此外，例如，当计算可投影区域14时，可投影区域计算单元54可离散地计算投影到屏幕13上的激光束的轨迹并且离散地获得要在屏幕13上渲染的像素的位置（下文中被称为“渲染像素位置”）。在这种情况下，当像素引擎36渲染输出图像12_OUT时，可以插补离散计算的渲染像素位置并且获得与其间的渲染像素位置对应的扫描像素SP的像素值。

离散地计算渲染像素位置的方法将参考图11的A和图11的B进行描述。

在图11的A中，基于投影到由可投影区域计算单元54计算的屏幕13上的激光束的点的轨迹的渲染像素位置通过黑色圆点表示。如图11的A所示,根据激光束的点的轨迹,离散地计算渲染像素位置，并且基于渲染像素位置获得可投影区域14。此外，可以计算期望的渲染像素位置以使像素引擎36在渲染时通过滤波处理被离散计算的两个相邻的渲染像素位置之间执行插补。

换而言之，可以计算如图11的B所示的在渲染像素位置61与62之间插补的渲染像素位置63至68的像素值，以使像素引擎36通过滤波处理在如图11的A所示渲染像素位置61和62的位置之间执行插补。

因此，相比于基于激光束的点的轨迹计算所有在屏幕13上渲染的渲染像素位置，这可以减少计算成本，并降低用于存储可投影区域14的存储量。

如上参考图1所述，投影设备11使用两个扫描镜27H和27V以执行二维激光束扫描，但是，举个例子，可用单个扫描镜执行二维的激光束扫描。

图12示出了投影设备11的变形例。

投影设备11’包括控制器21、激光驱动器22、镜驱动器23、激光源24R、24G和24B、镜25、二向色镜26-1和26-2、以及光学透镜28，相似于图1的投影设备11，但控制器21、激光驱动器22和光学透镜28在图12中未示出。

此外，投影设备11’包括扫描镜27’而不是扫描镜27H和27V。

扫描镜27’根据从镜驱动器23提供的扫描信号，在两个轴向上被旋转地驱动，以在图像12的水平方向上和垂直方向上执行激光束扫描。如上所述，在投影设备11’中，可以在彼此正交的方向上驱动单个扫描镜27’的方式投影图像12，这时，以与上述相同的方式也可获得可投影区域14。

另外，投影设备11可以以不出现失真的方式投影图像12到具有单个平面的屏幕13上，也可以以在任何一个平面上都不出现失真的方式投影图像12到具有多个平面的屏幕13上。

投影图像12到具有两个平面的屏幕13’上的实例将参考图13的A和13的B进行描述。

如图13的A所示，屏幕13’包括具有由法向量Sn-1指定的平面的屏幕13-1，以及具有由法向量Sn-2指定的平面的屏幕13-2。这时，法向量Sn-1和Sn-2表示不同方向。

这时，可投影区域计算单元54使用法向量Sn-1和Sn-2将屏幕13’分为屏幕13-1和屏幕13-2并计算可投影区域14-1和14-2。然后，投影窗口设定单元55分别为可投影区域14-1和14-2设定投影窗口15-1和15-2，并基于输入图像12_IN生成输出图像12_OUT。

因此，投影设备11可容易地投影具有很少失真的图像12到屏幕13’的两个平面的每一个上。相似地，投影设备11也可投影具有很少失真的图像12到具有两个或两个以上的屏幕的每个平面上以及具有单个平面的屏幕13上。

图14示出一个能够获取屏幕13的法向量Sn的投影系统的示例性配置。

如图14所示，投影系统包括投影设备11、主控制器71以及成像装置72。

在投影系统中，成像装置72获取投影到屏幕13上的信息并且将获取的信息提供给主控制器71，主控制器71基于所提供的信息计算屏幕13的法向量Sn，并将法向量Sn传输至投影设备11。表示法向量Sn的信息通过图9所示的信息获取单元53获取。

例如，投影设备11分配可由成像装置72识别的信息（例如，一种标记）至输出图像12_OUT的外侧（外框（frame））或者预定位置，并且输出合成数据。成像装置72输出通过成像投影到屏幕13上的输出图像12_OUT获得成像图像，主控制器71基于成像图像识别投影到屏幕13上的输出图像12_OUT的标记。

然后，主控制器71通过基于识别标记和输出图像12_OUT的尺寸计算从投影设备11至投影面的距离，并基于从成像装置72看标记的位置执行三角运算来计算屏幕13的法向量Sn。此外，投影设备11的投影角和投影设备11与成像装置72之间的距离被假定为已知并设定于主控制器71。如上所述，可投影区域计算单元54基于通过主控制器71计算的屏幕13的法向量Sn计算可投影区域14。

此外，例如，投影设备11不仅可从由成像装置72成像的图像获得信息获取单元53所获取的法向量Sn而且还可以根据由用户输入至输入设备（未示出）的信息获得表示屏幕13的法向量Sn的信息。例如，用户可以输入指定屏幕13的信息以观看投影到屏幕13上的图像12的同时校正图像12的失真，投影设备11可处理如法向量Sn的输入信息。换言之，用于计算可投影区域14的信息不限于表示法向量Sn的信息。

另外，主控制器71的功能可集成到投影设备11的控制器21中。

在结合实例所作出的上述描述中的投影窗口15被设定为与可投影区域14内接触，即，其中，投影窗口15被设定为可投影区域14内部的最大值，但是只要投影窗口15是可投影区域14内部的区域，投影窗口15可设定成各种样式。在此，投影窗口15被设定成与可投影区域14内接触的实例被称为第一设定实例。

随后，投影窗口的第二设定实例将参考图15进行描述。

在图15示出实例中的投影窗口15’被设定在可投影区域14的左上方。此外，投影窗口15’被假定具有与图像12相同的长宽比，并且基于在输入图像12_IN中与输出图像12_OUT的扫描像素SP对应的位置的周围的像素P1至P4的像素值计算扫描像素SP的像素值。

随后，投影窗口的第三设定实例将参考图16进行描述。

在图16示出实例中的水平长投影窗口15’被设定在可投影区域14的上方。投影窗口15’被假定具有与图像12的不同的长宽比，并且基于在输入图像12_IN中与水平长图像12_OUT对应的区域中的像素P1至P4的像素值计算扫描像素SP的像素值。

如上所述，在投影设备11中，投影窗口设定单元55可在可投影区域14内部的期望区域设定投影窗口15，并将表示设定投影窗口15的信息存储在RAM35中。因此，可以以通过基于存储在RAM35中的表示投影窗口15的信息执行上述处理来进行输入图像12_IN和投影窗口15之间的匹配的方式，投影输出图像12_OUT到屏幕13上。因此，投影设备11可灵活地在可投影区域14上设定投影窗口15，从而高自由度地投影图像12。

然后，通过将可移动介质111插入驱动110，程序经由输入/输出接口105可被安装在存储单元908中。此外，程序通过有线或者无线传输介质可由通信单元109接收并安装在存储单元908中。而且，该程序可以预先安装在ROM102或者存储单元908中。

可通过硬件或者软件执行上述一系列处理（信息处理方法）。当通过软件执行一系列处理时，形成软件的程序被安装到集成在专用硬件内的计算机中，或者从程序在其上记录的程序存储介质安装到通用个人计算机中，例如，该通用个人计算机可通过安装各种类型的程序执行各种类型的功能。

图17是示出了根据程序执行之前描述的一系列处理的计算机硬件的配置实例的框图。

在计算机中，中央处理单元（CPU）101，只读存储器（ROM）102和随机存取存储器（RAM）103通过总线104互连。

此外，输入/输出接口105连接至总线104。连接到输入/输出接口105的是：由键盘、鼠标、麦克风等形成的输入单元106，由显示器、扬声器等形成的输出单元107，由硬盘、非易失性存储器等形成的存储单元108、由网络接口等形成的通信单元109以及驱动可移动介质111（即磁盘、光盘、磁光盘或者半导体存储器等）的驱动110。

在如上所述配置的计算机中，例如，CPU101通过输入/输出接口105和总线104加载存储在RAM103上的存储单元108中的程序，并执行该程序。从而，执行上述一系列处理。

由计算机（CPU101）执行的程序被记录在可移动介质111中，例如，其是由磁盘（包括软盘）、光盘（只读存储光盘（CD-ROM）、数字光盘（DVD）等）、磁光盘或者半导体存储器等。可替代地，经由诸如局域网、互联网以及数字卫星广播等的有线或者无线传输介质提供程序。

然后，通过将可移动介质111插入驱动110，经由输入/输出接口105将程序安装在存储器908中。此外，程序经由有线或者无线传输介质由通信单元109接收并安装在存储单元108中。而且，该程序可以预先安装在ROM102或者存储单元108中。

此外，本技术也可被配置如下。

（1）一种图像输出装置，包括：

可投影区域计算单元，使用指定通过利用激光束的二维扫描图像所投影到的屏幕的信息，基于激光束进行扫描的轨迹，来计算屏幕上的可投影激光束的区域、即可投影区域；

投影窗口设定单元，使激光束被发射并设定在可投影区域中作为图像投影范围的投影窗口；以及

生成单元，针对图像中包括的每一个像素生成在屏幕上的投影窗口内与像素相对应的每个位置的像素值，以使图像投影到由投影窗口设定的范围内。

（2）根据（1）的图像输出装置，

其中，可投影区域计算单元使用表示与屏幕的平面正交的法线的方向的法线信息作为指定屏幕的信息来计算可投影区域。

（3）根据（1）或（2）的图像输出装置，

其中，生成单元将在屏幕上的投影窗口内激光束所照射的预定位置定义为投影像素，并基于图像中与投影像素对应的位置周围的多个像素的像素值生成投影像素的像素值。

（4）根据（1）到（3）中的任一项的图像输出装置，还包括：

激光源，生成激光束；以及

扫描镜，反射从激光源输出的激光束并利用激光束进行二维扫描。

（5）根据（1）到（4）中的任一项的图像输出装置，还包括：

布置在从扫描镜至屏幕的光路上并校正激光束的光路的光学透镜，

其中，可投影区域计算单元基于其中反映光学透镜所造成的影响的激光束的轨迹计算可投影区域。

（6）根据（2）到（5）中的任一项的图像输出装置，

其中，当屏幕具有多个平面时，可投影区域计算单元使用屏幕的多个平面的每一个的法线信息计算可投影区域。

（7）根据（1）到（6）中的任一项的图像输出装置，

其中，可投影区域计算单元离散地计算投影到屏幕上的激光束的轨迹，并且

生成单元生成由可投影区域计算单元离散地计算的激光束的轨迹被插补的位置的像素值。

（8）根据（2）到（7）中任一项的图像输出装置，还包括：

获取屏幕法线信息的信息获取单元。

（9）根据（2）到（8）中任一项的图像输出装置，还包括：

成像单元，成像投影到屏幕上的图像并输出成像图像；以及

计算单元，基于从成像单元输出的成像图像识别的、图像中包括的信息计算屏幕的法线信息。

（10）根据（1）到（9）中任一项的图像输出装置，还包括：

存储单元，存储通过投影窗口设定单元设定的投影窗口，

其中，生成单元基于存储在存储单元中的投影窗口，根据要被投影到屏幕上的输入图像生成将被投影到屏幕上的输出图像。

本实施方式并不限于上述实施方式，并且在不偏离本公开的要旨的范围内，可以进行各种改变。

本领域中的技术人员应理解，只要在所附权利要求或者其等价物范围内，根据设计需求及其他的因素，可进行不同的修改、组合、子组合和替换。

本公开包括于2012年9月28日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2012-216649所公开的主题，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (13)

1.一种图像输出装置，包括：

可投影区域计算单元，使用指定通过激光束的二维扫描而使图像所投影到的屏幕的信息，基于所述激光束进行扫描的轨迹，来计算所述屏幕上的可投影所述激光束的区域，作为可投影区域；

投影窗口设定单元，使所述激光束被发射并设定投影窗口，作为在所述可投影区域中投影所述图像的范围；以及

生成单元，以使所述图像投影到由所述投影窗口设定的所述范围内的方式，针对所述图像中包括的每一个像素生成在所述屏幕上的所述投影窗口内与所述像素相对应的每个位置的像素值。

2.根据权利要求1所述的图像输出装置，

其中，所述可投影区域计算单元使用表示与所述屏幕的平面正交的法线的方向的法线信息作为指定所述屏幕的所述信息来计算所述可投影区域。

3.根据权利要求1所述的图像输出装置，

其中，所述生成单元将在所述屏幕上的所述投影窗口内照射所述激光束的预定位置定义为投影像素，并基于所述图像中与所述投影像素对应的位置周围的多个像素的像素值生成所述投影像素的像素值。

4.根据权利要求1所述的图像输出装置，还包括：

激光源，生成所述激光束；以及

扫描镜，反射从所述激光源输出的所述激光束并利用所述激光束进行二维扫描。

5.根据权利要求1所述的图像输出装置，还包括：

布置在从所述扫描镜至所述屏幕的光路上并校正所述激光束的所述光路的光学透镜，

其中，所述可投影区域计算单元基于反映所述光学透镜所造成的影响的所述激光束的轨迹计算所述可投影区域。

6.根据权利要求2所述的图像输出装置，

其中，当所述屏幕具有多个平面时，所述可投影区域计算单元使用所述屏幕的多个平面中的每一个的法线信息计算所述可投影区域。

7.根据权利要求1所述的图像输出装置，

其中，所述可投影区域计算单元离散地计算投影到所述屏幕上的所述激光束的所述轨迹，并且

所述生成单元生成由所述可投影区域计算单元离散地计算的所述激光束的所述轨迹被插补的位置的像素值。

8.根据权利要求2所述的图像输出装置，还包括：

信息获取单元，获取所述屏幕法线信息。

9.根据权利要求2所述的图像输出装置，还包括：

成像单元，成像投影到所述屏幕上的图像并输出成像图像；以及

计算单元，基于所述图像中包括的且从所述成像单元输出的所述成像图像识别的信息计算所述屏幕的法线信息。

10.根据权利要求1所述的图像输出装置，还包括：

存储单元，存储通过所述投影窗口设定单元设定的所述投影窗口，

其中，所述生成单元基于存储在所述存储单元中的所述投影窗口，根据要被投影到所述屏幕上的输入图像生成将被投影到所述屏幕上的输出图像。

11.一种图像输出方法，包括：

使用指定通过激光束的二维扫描投影而使图像所投影到的屏幕的信息，基于所述激光束的扫描轨迹，来计算所述屏幕上的可投射所述激光束的区域，作为可投影区域；

使所述激光束被发射，并设定投影窗口，作为所述可投影区域中投影所述图像的范围；以及

以使所述图像投影到由所述投影窗口设定的所述范围内的方式，针对构成所述图像的每一个像素生成在所述屏幕上的所述投影窗口内的与所述图像相对应的每个位置的像素值。

12.根据权利要求11所述的图像输出方法，还包括：

存储所述投影窗口，并且

基于所存储的所述投影窗口，根据要被投影到所述屏幕上的输入图像生成将被投影到所述屏幕上的输出图像。

13.一种用于使计算机执行处理的程序，所述处理包括：

使用指定通过激光束的二维扫描投影而使图像所投影到的屏幕的信息，基于所述激光束的扫描轨迹，来计算所述屏幕上的可投射所述激光束的区域，作为可投影区域；

使所述激光束被发射，并设定投影窗口，作为所述可投影区域中投影所述图像的范围；以及

以使所述图像投影到由所述投影窗口设定的所述范围内的方式，针对构成所述图像的每一个像素生成在所述屏幕上的所述投影窗口内的与所述图像相对应的每个位置的像素值。

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