CN107065409A - 动向投影装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种动向投影装置，该动向投影装置包括投影显示单元、第一图像采集单元、第二图像采集单元、第一方向控制单元、第二方向控制单元以及中央处理单元。该动向投影装置可追踪用户的意向投影方向，根据用户的意向实时地改变投影镜头的方向以及投影图像的采集方向，并对所采集的投影图像进行实时的图像校正，从而实现高质量的智能投影显示效果。也公开了该动向投影装置的工作方法。

Description

动向投影装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及数字投影显示技术领域，更具体地，涉及一种动向投影装置及其工作方法。

背景技术

随着科学技术的发展，特别是半导体技术的推动，便携式的电子设备被不断地设计制造出来。便携式电子设备的日益改进与提升，使得用户对具有人机界面的显示器件的要求越来越向着微型、大屏幕以及高分辨率方向发展。在广大用户强烈需求的推动下，近年来投影机技术发展迅猛，DLP、LCOS等产品纷纷推出了性能高、尺寸小且重量轻的便携式的投影机。

在投影显示技术领域中，由于它们使用场景的不同，各种投影设备所具备的功能也会有所不同。例如，在家庭或者大型舞台中，投影设备需要根据用户的意向投影方向进行多方向的投影显示，这就需要投影设备识别跟踪用户的意向投影位置方向，进而改变投影镜头的投影方向，并进行高质量的智能投影。因此，研发可追踪用户的意向投影方向、实时地改变投影镜头的方向并进行投影画面校正处理，从而实现高质量投影显示的智能投影系统及其方法成为今后投影显示技术领域的研究重点之一。

应当懂得，公开于该背景技术部分的信息仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种动向投影装置及其工作方法，其可追踪用户的意向投影方向，根据用户的意向实时地改变投影镜头的方向以及投影图像的采集方向，并对所采集的投影图像进行实时的图像校正，从而实现高质量的智能投影显示效果。该动向投影装置及其工作方法可应用在多种场合，给予用户不同的视觉享受和娱乐效果。

根据本公开的一个方面，提供了一种动向投影装置，该装置包括：投影显示单元；第一图像采集单元，用于采集包含用户的指向性信息的图像；第二图像采集单元，用于采集供所述投影显示单元投影显示的图像；第一方向控制单元，用于在必要时进行转动，改变该第一图像采集单元的图像采集方向；第二方向控制单元，用于在必要时进行转动，改变该投影显示单元的投影镜头方向与该第二图像采集单元的图像采集方向；以及中央处理单元，其与前述投影显示单元、第一图像采集单元、第二图像采集单元、第一方向控制单元、第二方向控制单元分别耦接，并包括：动向处理单元，用于根据该第一图像采集单元采集的图像获取用户的指向性信息，和根据用户的指向性信息计算出第一方向控制单元与第二方向控制单元各自的转动角度，以及图像校正单元，用于对第二图像采集单元采集的图像进行实时的投影图像校正。

优选地，该第一图像采集单元和/或该第二图像采集单元为红外三维测试仪或摄像机。

优选地，该第一方向控制单元和/或该第二方向控制单元为云台或多维运动台，能够进行球面式转动。

优选地，该投影图像校正包括投影自动对焦、投影图像/方向校正、投影背景颜色、亮度和表面凹凸程度的校正，而该投影图像/方向校正进一步包括投影图像畸形校正以及方向校正。

优选地，该动向投影装置还包括：存储单元，用于存储供该投影显示单元投影显示的内容；无线通信单元，用于向该投影显示单元无线传输实时投影信息。

优选地，该用户为人、机器人或其他动物，该用户的指向性信息选自由用户的头的摆动方向、用户的手所指的方向、用户的眼晴所看方向以及用户的语音信息组成的组中的一种或多种。

根据本公开的另一个方面，提供了一种前述的动向投影装置的工作方法，在该动向投影装置开始正常地投影显示后，该工作方法包括：采集包含用户的指向性信息的图像；根据采集的图像，获取该用户的指向性信息；根据该用户的指向性信息，进行动向信息判断；根据该动向信息判断的结果，在必要时，第一方向控制单元和/或第二方向控制单元进行相应的运动。

优选地，根据所述用户的指向性信息，进行动向信息判断包括：设定用户指向定向移动的角度范围；根据用户的指向性信息，计算用户的意向投影方向相对原投影画面的竖直方向或水平方向对称轴偏转的角度；判断计算的偏转角度是否处于设定的角度范围内；当计算的偏转角度处于设定的角度范围内时，第一方向控制单元与第二方向控制单元均不转动；以及当计算的偏转角度超出设定的角度范围时，根据用户的意向投影方向，计算第一方向控制单元的第一转动角度和/或第二方向控制单元的第二转动角度。

优选地，设定用户指向定向移动的角度范围包括：根据投影画面尺寸自动或手工设定-5°～5°、-10°～10°或-20°～20°的角度范围。

优选地，第一方向控制单元和/或所述第二方向控制单元进行相应的运动包括：第一方向控制单元和/或第二方向控制单元分别转动计算的第一转动角度和/或第二转动角度。

优选地，该工作方法还包括：对第二图像采集单元采集的图像进行实时的投影图像校正；以及投影显示经过投影图像校正的图像。

优选地，该工作方法还包括：启动动向投影装置，进行初始化投影，该初始化投影包括：第一方向控制单元进行转动，改变第一图像采集单元的图像采集方向，寻找追踪用户，并进行以用户为前景的图像采集；根据所述第一图像采集单元所采集的以用户为前景的前后帧图像，获取用户相对动向投影装置的距离和角度以及用户的指向性信息；根据所获取的用户相对动向投影装置的距离和角度以及用户的指向性信息，第二方向控制单元进行转动，改变投影显示单元和第二图像采集单元的投影镜头方向与图像采集方向；对第二图像采集单元采集的投影画面图像进行图像校正处理；以及投影显示单元开始正常地投影显示经过图像校正处理的图像。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅描述本发明的一部分实施方式。这些附图对于本发明来说并不是限制性的，而是起示例性的作用。

图1为根据本发明的一个实施方式的动向投影装置的系统框图；

图2为根据本发明的一个实施方式的动向投影装置的工作方法的流程图；

图3为图2中所示的工作方法中进行初始化投影的流程图；

图4为图2中所示的工作方法中进行动向信息判断的流程图；以及

图5为说明根据本发明的动向投影装置的工作原理的示意图。

具体实施方式

以下，将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述。应当理解，所描述的实施方式仅仅是本发明的一部分实施方式，而不是全部的实施方式，且本发明的保护范围并不受这些具体实施方式的限制。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施形式，都属于本发明保护的范围。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

图1为根据本发明的一个实施方式的动向投影装置的系统框图。如图1中所示，该动向投影装置包括投影显示单元10、第一图像采集单元20、第二图像采集单元30、第一方向控制单元40、第二方向控制单元50以及中央处理单元60。在本实施方式中，该第一图像采集单元20例如用于采集用户图像，而该第二图像采集单元30例如用于完整地采集投影显示单元的投影画面图像。

具体地，该第一方向控制单元40用于改变第一图像采集单元20的图像采集方向，且该第二方向控制单元50用于改变投影显示单元10和第二图像采集单元30的投影镜头方向和图像采集方向。

同样如图1中所示，中央处理单元60与投影显示单元10、第一图像采集单元20、第二图像采集单元30、第一方向控制单元40以及第二方向控制单元50相耦接。从而，中央处理单元60能够从这些单元接收相关数据/信息，和/或发出指令给这些单元，使它们完成预定的操作。

如图1中所示，该中央处理单元60进一步包括：动向处理单元61，其根据第一图像采集单元20所采集的图像，获取用户的指向性信息，并计算出第一方向控制单元40和第二方向控制单元50的转动角度；以及图像校正单元62，其用于对第二图像采集单元30所采集的投影画面图像进行实时的投影图像校正；

在本实施方式中，该动向投影装置还包括存储单元70和无线通信单元80。存储单元70例如可以存储第二图像采集单元30之前采集的图像，和/或存储从外部输入到该动向存储装置中的图像。无线通信单元80例如可以实时接收和传送第二图像采集单元30采集的图像。投影显示单元10所投影显示的内容可以是存储单元70所存储的内容，或是无线通信单元80传送的实时投影信息。此外，具体地，第一图像采集单元20和/或第二图像采集单元30可以采用红外三维测试仪或者摄像机。

在本实施方式中，该第一方向控制单元40和/或第二方向控制单元50可以采用云台或者多维运动台，其能够实现球面式转动。

图2为根据本发明的一个实施方式的动向投影装置的工作方法的流程图。如图2中所示，该动向投影装置的工作方法包括以下步骤:(S1)启动该动向投影装置，进行初始化投影；(S2)采集以用户为前景的图像(即以用户为主题和中心的图像)，实时获取用户的指向性信息，并进行动向信息判断；(S3)根据(S2)判断的结果,必要时，计算第一方向控制单元和/或第二方向控制单元的转动角度；(S4)根据(S3)中得出的计算结果，第一方向控制单元和/或第二方向控制单元实时地进行相应的运动；(S5)投影显示单元进行投影显示，并对第二图像采集单元所采集的投影画面图像进行实时的投影图像校正；(S6)投影显示单元进行校正后的清晰投影。

在本实施方式中，该用户的指向性信息可以是用户的头的摆动方向或手所指的方向，或是用户眼睛所看的方向。而该用户可以是人、机器人、或其他动物。

在本实施方式中，图像校正处理包括投影自动对焦、投影图像/方向校正以及投影背景颜色、亮度和表面凹凸程度的校正。而该投影图像/方向校正又包括投影图像畸形校正以及方向校正，以使得校正后的投影画面方正，且用户双眼可正视投影图像。可以使用例如申请号为03100704.X、发明名称为“投影机自动对焦方法和使用该方法的投影机”的中国专利中教导的方法来完成该动向投影装置的投影自动对焦。可以使用例如梯形校正以及对经梯形校正后的画面进行边界亮度的校正，来进行投影图像畸形校正。可以使用例如公知的透视变换方法来进行上述方向校正。可以使用例如申请号为201510257645.8、发明名称为“一种投影图像颜色校正方法及投影仪”的中国专利中教导的方法来进行投影图像背景颜色的校正。可以使用例如申请号为201310248520.X、发明名称为“投影机的亮度检测校正方法和系统”的中国专利中教导的方法来进行投影图像亮度的校正。可以使用例如申请号为201280035689.0、发明名称为“用于投影自由曲面或倾斜投影表面的显示整体图像的投影显示器和方法”的中国专利中教导的方法来进行投影图像表面凹凸程度的校正。

图3为图2所示的工作方法中进行初始化投影的流程图。如图3所示，在图2所示的工作方法中，步骤(S1)中的初始化包括以下步骤：

(S11)第一方向控制单元进行转动，改变第一图像采集单元的采集方向，寻找追踪用户，并进行以用户为前景的图像采集(在本步骤中，第一方向控制单元优选地自动跟踪用户，并在例如摄取到用户脸部特征点后或在摄取到用户的控制手势后开始进行以用户为前景的图像采集)；

(S12)根据第一图像采集单元所采集的以用户为前景的前后帧图像，对比分析获取用户相对动向投影装置的距离与角度以及用户指向性信息；

(S13)根据用户相对动向投影装置的距离与角度以及用户指向性信息，第二方向控制单元进行转动，改变投影显示单元和第二图像采集单元的投影镜头方向和图像采集方向，投影显示单元和第二图像采集单元分别进行投影显示及图像采集；

(S14)根据第二图像采集单元所采集的投影画面图像进行图像校正处理；

(S15)投影显示单元开始进行正常的投影显示。

在本实施例中，所述追踪的用户可以是离图像采集单元最近的用户，或者是发出语音信息或者进行手势控制的用户。

图4为图2所示的工作方法中进行动向信息判断的流程图。如图4中所示，在图2所示的工作方法中，步骤(S2)中的动向信息判断包括以下步骤：

(S21)设定用户指向可定向移动的角度范围；

(S22)采集以用户为前景的图像，从中获取用户的指向性信息；

(S23)根据该指向性信息，计算用户意向投影方向相对原投影画面竖直方向或水平方向对称轴偏转的角度；

(S24)判断(S23)所计算的偏转角度是否在(S21)所设定的角度范围内；

(S25)若用户意向投影方向相对原投影画面对称轴偏转的角度在所设定的角度范围内，则第一方向控制单元和第二方向控制单元均不转动，不改变第一图像采集单元、第二图像采集单元及投影显示单元的原本镜头方向；

(S26)若用户意向投影方向相对原投影画面对称轴偏转的角度超出所设定的角度范围边界，则转至步骤S3。

图5为说明根据本发明的动向投影装置的工作原理的示意图。如图5中所示，100表示用户，200表示动向投影装置，300表示投影显示画面，L表示投影显示画面300的竖直方向的对称轴。值得注意的是，对称轴L与用户100的双眼的对称轴平行且在同一平面，且该平面与投影显示画面300互为垂直面。用户100意向投影方向(即用户眼睛所看方向、用户的头摆动的方向、用户的手所指的方向、用户的语音信息所指示的方向，等等)与对称轴L的夹角设为a,当用户100的意向投影方向在对称轴L的左边时夹角为-a，当用户100的意向投影方向在对称轴L的右边时夹角为+a；当-a或者+a在用户所设定的用户指向可定向移动的角度范围内时，则第一方向控制单元和第二方向控制单元均不转动，不改变第一图像采集单元、第二图像采集单元及投影显示单元的原本镜头方向；当-a或者+a超出所设定的用户可移动的角度范围边界，则根据用户100的意向投影方向计算第一方向控制单元和/或第二方向控制单元的转动角度。值得注意的是，当用户意向投影方向朝上或者朝下时，则以原投影显示画面水平方向的对称轴作为参考。

在本实施方式中，可为用户指向可定向移动的角度设定以下范围：-5°～5°、-10°～10°或-20°～20°。可根据投影画面尺寸自动设定或者手工设定所述用户指向可定向移动的角度范围：当投影画面尺寸较小或者用户所在的空间较小时，则理应设定较小的角度范围；当投影画面尺寸较大或者用户所在的空间较大时，则理应设定较大的角度范围。例如：当投影画面的长宽分别为1.6m和0.9m且用户所在空间较小时，则应当设定的角度范围为-5°-5°，因为此时用户轻微的移动则可能导致投影画面所在平面与先前不同。

应当指出，在本公开中，用户的指向性信息不于取自用户的肢体信息，也可以是用户的语音信息。也即，通过用户的指向性信息来控制改变图像采集方向和投影方向的实施方式均落在本公开的保护范围内。

应当指出，可以将根据本发明的动向投影装置及其工作方法应用在多种场合。例如，在大型表演中，用户借助图像采集单元及方向控制单元来实时控制投影单元的投影方向，根据舞台表演的需要在舞台背景的不同位置投影显示相关内容并进行投影校正处理，实现结合虚拟现实显示效果的炫丽舞台效果。这里的用户可以是在舞台上的表演者，或是幕后的舞台效果操控工作人员，等等。又如，在家庭中，主人或者宠物借助图像采集单元及方向控制单元来实时控制投影单元的投影方向，可以在不同时间、不同位置进行智能投影，实现交互式娱乐的享受体验。再如，在大型餐厅中，由店家或者机器服务员借助图像采集单元及方向控制单元来实时控制投影单元的投影方向，可以实现根据不同客户需求来投影菜单简介或呈现其他娱乐内容的功能。显然，这丰富了顾客的用餐体验。

总之，根据本发明的动向投影装置可实时地追踪用户的意向投影方向，根据用户的意向投影方向实时地改变投影镜头的方向，并对投影画面进行校正，从而实现高质量的智能投影显示。可以将根据本发明的动向投影装置应用于大型舞台等场合，实现结合虚拟现实显示效果的炫丽效果。

对所公开的实施方式的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。应当理解，以上实施方式中所公开的特征，除了有特别说明的情形外，都可以单独地或者相结合地使用。对这些实施方式的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施方式中实现。因此，本文所公开的本发明并不局限于所公开的具体实施方式，而是意在涵盖如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围之内的修改。

Claims (12)

1.一种动向投影装置，其特征在于，其包括：

投影显示单元；

第一图像采集单元，用于采集包含用户的指向性信息的图像；

第二图像采集单元，用于采集供所述投影显示单元投影显示的图像；

第一方向控制单元，用于在必要时进行转动，改变所述第一图像采集单元的图像采集方向；

第二方向控制单元，用于在必要时进行转动，改变所述投影显示单元的投影镜头方向与所述第二图像采集单元的图像采集方向；以及

中央处理单元，其与所述投影显示单元、所述第一图像采集单元、所述第二图像采集单元、所述第一方向控制单元、所述第二方向控制单元分别耦接，并包括：

动向处理单元，用于根据所述第一图像采集单元采集的图像获取所述用户的指向性信息，和根据所述用户的指向性信息计算出所述第一方向控制单元与所述第二方向控制单元各自的转动角度，以及

图像校正单元，用于对所述第二图像采集单元采集的图像进行实时的投影图像校正。

2.根据权利要求1所述的动向投影装置，其特征在于，所述第一图像采集单元和/或所述第二图像采集单元为红外三维测试仪或摄像机。

3.根据权利要求1所述的动向投影装置，其特征在于，所述第一方向控制单元和/或所述第二方向控制单元为云台或多维运动台，能够进行球面式转动。

4.根据权利要求1所述的动向投影装置，其特征在于，所述投影图像校正包括投影自动对焦、投影图像/方向校正、投影背景颜色、亮度和表面凹凸程度的校正，而所述投影图像/方向校正进一步包括投影图像畸形校正以及方向校正。

5.根据权利要求1所述的动向投影装置，其特征在于，所述动向投影装置还包括：

存储单元，用于存储供所述投影显示单元投影显示的内容；

无线通信单元，用于向所述投影显示单元无线传输实时投影信息。

6.根据权利要求1所述的动向投影装置，其特征在于，所述用户为人、机器人或其他动物，所述用户的指向性信息选自由用户的头的摆动方向、用户的手所指的方向、用户的眼晴所看方向以及用户的语音信息组成的组中的一种或多种。

7.一种根据权利要求1至6中任一项所述的动向投影装置的工作方法，其特征在于，在所述动向投影装置开始正常地投影显示后，所述工作方法包括：

采集包含用户的指向性信息的图像；

根据所述采集的图像，获取所述用户的指向性信息；

根据所述用户的指向性信息，进行动向信息判断；

根据所述动向信息判断的结果，在必要时，所述第一方向控制单元和/或所述第二方向控制单元进行相应的运动。

8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，根据所述用户的指向性信息，进行动向信息判断包括：

设定用户指向定向移动的角度范围；

根据所述用户的指向性信息，计算所述用户的意向投影方向相对原投影画面的竖直方向或水平方向对称轴偏转的角度；

判断所述计算的偏转角度是否处于所述设定的角度范围内；

当所述计算的偏转角度处于所述设定的角度范围内时，所述第一方向控制单元与所述第二方向控制单元均不转动；以及

当所述计算的偏转角度超出所述设定的角度范围时，根据用户的意向投影方向，计算所述第一方向控制单元的第一转动角度和/或所述第二方向控制单元的第二转动角度。

9.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述设定用户指向定向移动的角度范围包括：

根据投影画面尺寸自动或手工设定-5°～5°、-10°～10°或-20°～20°的角度范围。

10.根据权利要求8所述的工作方法，其特征在于，所述第一方向控制单元和/或所述第二方向控制单元进行相应的运动包括：所述第一方向控制单元和/或所述第二方向控制单元分别转动所述计算的第一转动角度和/或第二转动角度。

11.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述工作方法还包括：

对所述第二图像采集单元采集的图像进行实时的投影图像校正；以及

投影显示所述经过投影图像校正的图像。

12.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，所述工作方法还包括：

启动所述动向投影装置，进行初始化投影，所述初始化投影包括：

所述第一方向控制单元进行转动，改变所述第一图像采集单元的图像采集方向，寻找追踪所述用户，并进行以用户为前景的图像采集；

根据所述第一图像采集单元所采集的以所述用户为前景的前后帧图像，获取所述用户相对动向投影装置的距离和角度以及所述用户的指向性信息；

根据所获取的所述用户相对动向投影装置的距离和角度以及所述用户的指向性信息，所述第二方向控制单元进行转动，改变所述投影显示单元和所述第二图像采集单元的投影镜头方向与图像采集方向；

对所述第二图像采集单元采集的投影画面图像进行图像校正处理；以及

所述投影显示单元开始正常地投影显示所述经过图像校正处理的图像。