CN105301876B - 一种智能投影机器人的投影方法以及使用该方法的机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能投影机器人的投影方法以及使用该方法的机器人，该方法首先根据用摄像头模块对用户需要投射的区域进行算法计算，并确定出最佳投影位置和实际投射画面。再根据实际投射画面在成像中的位置，计算出机器人和投影模块的移动到合适的距离，并通过对图像的对比度进行解析计算反馈到投影模块进行自动对焦，以及利用当前环境光的亮度进行自动亮度调节；该机器人包括投影模块、摄像头模块、测距模块、光感模块、控制模块和移动模块。本发明可以自动确定最佳投影位置、并能够自动对焦且自动进行亮度调节，从而带来极为惊艳的用户体验和感受。

Description

一种智能投影机器人的投影方法以及使用该方法的机器人

技术领域

本发明涉及一种智能投影机器人自动适配投影区域及自动对焦的方法，属于智能投影机器人技术领域。

背景技术

随着智能机器人的发展，投影功能已经成为智能机器人及家庭娱乐型机器人不可缺少的一项功能。智能投影机器人的主要任务也就是家庭娱乐，它内置投影功能以及各种各样的多媒体功能，可以从一个房间移动到另一个房间，可以随时随地投影播放音像，可以解决许多传统投影仪在使用上带来的不便。

但现有的智能投影机器人如果需要根据用户的意愿在不同地点、不同场景下进行投影，仍然需要手动调节智能机器人投影区域的位置和大小，根据机器人的位置进行手动调节画面的清晰度，并且根据当前场景的环境光的亮度手动进行画面亮度的调节，从而才能达到用户需要的投射影像。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术中智能投影机器人手动调节费时费力、使用不方便的缺点，提出一种智能投影机器人可进行自动识别投影区域、并根据投射画面进行自动对焦且能够自动进行亮度调节的方法以及使用该方法的机器人，从而给用户带来极为惊艳的用户体验和感受。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之一是：一种智能投影机器人自动适配投影区域及自动对焦的方法，所述智能机器人上设有可沿所述智能机器人移动的投影模块以及固定在所述智能机器人上的摄像头模块，所述智能机器人预设有最小投影距离和最大投影距离，所述最小投影距离和最大投影距离之间预设有i-1档投影距离，从而使所述智能投影机器人与投影墙之间有i+1个预设的投影位置，按投影距离从小到大分别为Y₀，Y₁，…，Y_i，其中i为大于2的自然数；所述方法包括以下步骤：

1)移动所述机器人进入到用户需要的投射区域；

2)确定最佳投影位置；具体为：

2a)移动机器人到投影位置Y_i，并令Y_j＝Y_i，其中j为大于等于0且小于等于i的整数；

2b)打开投影模块进行投影，并打开摄像头模块进行拍照获取一帧图像，计算出该图像中的实际投射画面以及该实际投射画面所有像素的对比度；

2c)提取所述实际投射画面中若干行像素，计算其中每一行像素的对比度超过预定对比度阈值的个数；

2d)提取所述实际投射画面中若干列像素，计算其中每一列像素的对比度超过预定对比度阈值的个数；

2e)找到步骤2c)和2d)中得到的像素个数的最小值所在的行或列，如果该最小值小于预设像素个数阈值，则认为投影位置Y_j为最佳投影位置；否则，机器人移动到投影位置Y_j-1，并重复执行步骤2b)-2e)；

3)对投影模块进行自动对焦，用以获得最清晰的影像；

4)自动调节投影模块的亮度，从而达到最佳投影效果。

本发明步骤3)中对投影模块进行自动对焦的方法为：

4a)打开所述投影模块进行投射影像；

4b)控制所述投影模块以预定步长L进行焦距调节，每次调节完后，使用摄像头进行拍照以获取一帧图像；

4c)对每帧图像的实际投射画面进行对比度计算，并获取当前图像中实际投射画面所有像素的平均对比度；

4d)控制投影模块的焦距为对比度最大值所对应的焦距，完成投影模块的自动对焦。

本发明方法步骤4)中自动调节投影模块亮度的具体方法为：采集当前的环境光亮度值，所述投影模块根据环境光亮度值对应的预设投影亮度值进行自适应投影亮度调节。

本发明不局限于上述对投影模块进行自动对焦以及自动调节投影模块亮度的方法，凡是能够实现对投影模块进行自动对焦以及自动调节投影模块亮度的方法，均可应用到本发明中。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案之二是：一种使用上述技术方案之一所述的投影方法的机器人，包括投影模块、摄像头模块、测距模块、光感模块、控制模块和移动模块；所述投影模块可沿机器人本体移动，用于将图像投射到指定投影墙上；所述摄像头模块固定在机器人本体上，用于拍摄投影墙的图像；所述测距模块用于测量所述机器人到投影墙的距离；所述光感模块用于测量环境光的亮度；所述移动模块用于移动机器人和投影模块；所述控制模块用于根据摄像头模块拍摄的图像确定最佳投影位置、控制移动模块的移动距离、根据环境光的亮度调节投影模块的亮度以及对投影模块进行自动对焦。

优选的，所述测距模块采用超声进行测距；所述投影模块采用DLP投影技术进行投影。

本发明带来的有益效果是：本发明克服了现有技术中智能投影机器人手动调节费时费力、使用不方便的缺点，通过自动识别投影区域，找到最佳投影位置，并根据投射画面进行自动对焦且能够自动进行亮度调节，即通过摄像头模块对图像的对比度进行解析计算，反馈到投影模块进行自动对焦，并感应当前环境光的亮度(可以利用光传感器等进行感应)，并以此为依据进行自动亮度调节，在无需用户干预的情况下，自动完成最佳画面投影的效果。这样不但方便客户使用、节省客户时间，而且给用户带来极为惊艳的用户体验和感受，适于大规模推广。

上述技术方案之一的进一步改进是：在步骤2)确定最佳投影位置后再调整所述投影模块的位置使实际投射画面位于摄像头采集的图像中心，具体方法如下：所述机器人位于最佳投影位置时，所述实际投射画面大小为A，其在摄像头采集的图像大小为B，其缩放比为C＝A/B；若所述实际投射画面的中心点距离该图像中心点的水平距离和垂直距离分别为Δ_x和Δ_y，则所述投影模块水平移动距离D_x＝C×Δ_x，垂直移动距离D_y＝C×Δ_y。这样可以使投射画面自动位于投射区域的中心位置，进一步提高客户的使用体验。

为了提高自动适配投影区域的效率，所述机器人在确定最佳投影位置前先进行自学习，即计算出每个投影位置的实际投射画面，并确定最大和最小投射画面；具体方法为：

3a)所述机器人移动到投影位置Y₀；

3b)打开投影模块进行投影，并打开摄像头模块进行拍照获取一帧图像，并从整帧图像中提取出实际投射画面；

3c)依次移动机器人到预设的投影位置Y₁，Y₂，…，Y_i，重复执行步骤3b)；最终得到每一个投影位置Y₀，Y₁，…，Y_i中的实际投射画面。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例一的流程示意图。

图2是图1中确定最佳投影位置的方法流程示意图。

图3是本发明实施例一中预设投影位置的结构示意图。

图4是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例是一种智能投影机器人的投影方法，其中智能投影机器人设有可沿机器人本体移动的投影模块和固定在所述智能机器人本体上的摄像头模块，其中投影模块使用DLP投影技术进行投影，投影画面尺寸最小20英寸，最大120英寸，所述智能投影机器人与投影墙之间的投影距离最小1米，最大4米，中间设定3档，投影模块的投影分辨率为1920*1080,摄像头模块的采集分辨率也为1920*1080。如图3所示，得到5个投影位置，投影位置用Y₀，Y₁，…，Y_i表示，i＝4。

本实施例中智能投影机器人自动适配投影区域及自动对焦的方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

1)移动所述机器人进入到用户需要的投射区域；

2)确定最佳投影位置；具体为：

2a)移动机器人到投影位置Y₄，并令Y_j＝Y₄，其中j为大于等于0且小于等于4的整数；

2b)打开投影模块进行投影，并打开摄像头模块进行拍照获取一帧图像，计算出该图像中的实际投射画面以及该实际投射画面所有像素的对比度；

2c)提取所述实际投射画面中若干行像素，其中优选为提取192个行像素，计算其中每一行像素的对比度超过预定对比度阈值的个数，预定对比度阈值为1500:1；

其中步骤2c)提取的若干行像素平均分布于实际投射画面中，

2d)提取所述实际投射画面中若干列像素，其中优选为提取108个列像素，计算其中每一列像素的对比度超过预定对比度阈值的个数，预定对比度阈值为1500:1；

其中步骤2d)提取的若干列像素也平均分布于实际投射画面中；

2e)找到步骤2c)和2d)中得到的像素个数的最小值所在的行或列，如果该最小值小于预设像素个数阈值，其中预设像素个数阈值为50个，则投影位置Y_j为最佳投影位置；否则，所述机器人移动到投影位置Y_j-1，并重复执行步骤2b)-2e)；

3)对投影模块进行自动对焦，用以获得最清晰的影像。

本实施例采用的自动对焦方法为：

4a)打开所述投影模块进行投射影像；

4b)控制所述投影模块以预定步长L进行焦距调节，每次调节完后，使用摄像头进行拍照以获取一帧图像；

4c)对每帧图像的实际投射画面进行对比度计算，并获取当前图像中实际投射画面所有像素的平均对比度；

4d)控制投影模块的焦距为对比度最大值所对应的焦距，完成投影模块的自动对焦。

4)自动调节投影模块的亮度，从而达到最佳投影效果。

本实施例采用的自动调节投影模块亮度的具体方法为：采集当前的环境光亮度值，所述投影模块根据环境光亮度值对应的预设投影亮度值进行自适应投影亮度调节。当然自动调节投影模块的亮度为现有技术，凡是能够实现投影亮度调节的现有方法均可应用到本实施例中。

本实施例还可以作以下改进：

(1)、在步骤2)确定最佳投影位置后再调整所述投影模块的位置使实际投射画面位于摄像头采集的图像中心，具体方法如下：所述机器人位于最佳投影位置时，所述实际投射画面大小为A，其在摄像头采集的图像大小为B，其缩放比为C＝A/B；若所述实际投射画面的中心点距离该图像中心点的水平距离和垂直距离分别为Δ_x和Δ_y，则所述投影模块水平移动距离D_x＝C×Δ_x，垂直移动距离D_y＝C×Δ_y。这样可以使投射画面自动位于投射区域的中心位置，进一步提高客户的使用体验。

(2)、为了提高自动适配投影区域的效率，所述机器人在确定最佳投影位置前先进行自学习，即计算出每个投影位置的实际投射画面，并确定最大和最小投射画面；具体方法为：

3a)所述机器人移动到投影位置Y₀；

3b)打开投影模块进行投影，并打开摄像头模块进行拍照获取一帧图像，并从整帧图像中提取出实际投射画面；

3c)依次移动机器人到预设的投影位置Y₁，Y₂，…，Y_i，重复执行步骤3b)；最终得到每一个投影位置Y₀，Y₁，…，Y_i中的实际投射画面。

实施例二

如图4所示，本实施例是一种使用实施例一所述投影方法的机器人，包括投影模块、摄像头模块、测距模块、光感模块、控制模块和移动模块；所述投影模块可沿机器人本体移动，用于将图像投射到指定投影墙上；所述摄像头模块固定在机器人本体上，用于拍摄投影墙的图像；所述测距模块用于测量所述机器人到投影墙的距离；所述光感模块用于测量环境光的亮度；所述移动模块用于移动机器人和投影模块；所述控制模块用于根据摄像头模块拍摄的图像确定最佳投影位置、控制移动模块的移动距离、根据环境光的亮度调节投影模块的亮度以及对投影模块进行自动对焦。

本实施例中所述控制模块基于android系统，在使用时，机器人进入到用户需要的投射区域后，控制模块发送命令给测距模块，根据测距模块的反馈移动机器人到投影模块预设的投射距离Y₀…Y₄，控制模块发送命令给摄像头模块进行拍照获取一帧图像，从而使控制模块找到最佳投影位置，然后根据摄像头模块拍摄的图像调节投影模块的移动位置并对投影模块进行自动对焦，再根据光感模块感应环境光调节亮度。

优选的，本实施例中所述测距模块采用超声进行测距，所述投影模块采用DLP投影技术进行投影。

本发明不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能投影机器人的投影方法，其特征在于，所述智能机器人上设有可沿所述智能机器人本体移动的投影模块以及固定在所述智能机器人上的摄像头模块，所述智能投影机器人预设有最小投影距离和最大投影距离，所述最小投影距离和最大投影距离之间预设有i-1档投影距离，从而使所述智能投影机器人与投影墙之间有i+1个预设的投影位置，按投影距离从小到大分别为Y₀，Y₁，…，Y_i，其中i为大于2的自然数；所述方法包括以下步骤：

1)移动所述机器人进入到用户需要的投射区域；

2)确定最佳投影位置；其具体为：

2a)移动机器人到投影位置Y_i，并令Y_j＝Y_i，其中j为大于等于0且小于等于i的整数；

2b)打开投影模块进行投影，并打开摄像头模块进行拍照获取一帧图像，计算出该图像中的实际投射画面以及该实际投射画面所有像素的对比度；

2c)提取所述实际投射画面中若干行像素，计算其中每一行像素的对比度超过预定对比度阈值的个数；

2d)提取所述实际投射画面中若干列像素，计算其中每一列像素的对比度超过预定对比度阈值的个数；

2e)找到步骤2c)和2d)中得到的像素个数的最小值，如果该最小值小于预设像素个数阈值，则投影位置Y_j为最佳投影位置；否则，所述智能投影机器人移动到投影位置Y_j-1，并重复执行步骤2b)-2e)；

3)对投影模块进行自动对焦，用以获得最清晰的影像；

4)自动调节投影模块的亮度，从而达到最佳投影效果。

2.根据权利要求1所述的智能投影机器人的投影方法，其特征在于，在步骤2)确定最佳投影位置后再调整所述投影模块的位置使实际投射画面位于摄像头采集的图像中心，具体方法如下：所述机器人位于最佳投影位置时，所述实际投射画面大小为A，其在摄像头采集的图像大小为B，其缩放比为C＝A/B；若所述实际投射画面的中心点距离该图像中心点的水平距离和垂直距离分别为Δ_x和Δ_y，则所述投影模块水平移动距离D_x＝C×Δ_x，垂直移动距离D_y＝C×Δ_y。

3.根据权利要求1智能投影机器人的投影方法，其特征在于，所述机器人在步骤2)确定最佳投影位置前先进行自学习，即计算出每个投影位置的实际投射画面，并确定最大和最小投射画面；其具体为：

3a)所述机器人移动到投影位置Y₀；

3b)打开投影模块进行投影，并打开摄像头模块进行拍照获取一帧图像，并从整帧图像中提取出实际投射画面；

3c)依次移动机器人到预设的投影位置Y₁，Y₂，…，Y_i，重复执行步骤3b)；最终得到每一个投影位置Y₀，Y₁，…，Y_i中的实际投射画面。

4.根据权利要求1所述的智能投影机器人的投影方法，其特征在于，步骤3)中对投影模块进行自动对焦的方法为：

4a)打开所述投影模块进行投射影像；

4b)控制所述投影模块以预定步长L进行焦距调节，每次调节完后，使用摄像头进行拍照以获取一帧图像；

4c)对每帧图像的实际投射画面进行对比度计算，并获取当前图像中实际投射画面所有像素的平均对比度；

4d)控制投影模块的焦距为对比度最大值所对应的焦距，完成投影模块的自动对焦。

5.根据权利要求1所述的智能投影机器人的投影方法，其特征在于，步骤4)中自动调节投影模块亮度的具体方法为：采集当前的环境光亮度值，所述投影模块根据环境光亮度值对应的预设投影亮度值进行自适应投影亮度调节。

6.根据权利要求1所述的智能投影机器人的投影方法，其特征在于：步骤2c)中提取的若干行像素平均分布于所述实际投射画面中，步骤2d)提取的若干列像素也平均分布于所述实际投射画面中。

7.一种使用权利要求1所述的投影方法的机器人，其特征在于：包括投影模块、摄像头模块、测距模块、光感模块、控制模块和移动模块；

所述投影模块可沿机器人本体移动，用于将图像投射到指定投影墙上；

所述摄像头模块固定在机器人本体上，用于拍摄投影墙的图像；

所述测距模块用于测量所述机器人到投影墙的距离；

所述光感模块用于测量环境光的亮度；

所述移动模块用于移动机器人和投影模块；

所述控制模块用于根据摄像头模块拍摄的图像确定最佳投影位置、控制移动模块的移动距离、根据环境光的亮度调节投影模块的亮度以及对投影模块进行自动对焦。

8.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于：所述测距模块采用超声进行测距。

9.根据权利要求7所述的机器人，其特征在于：所述投影模块采用DLP投影技术进行投影。