CN108076331B - 屏幕校正方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于屏幕校正的方法、系统和带有编码的非瞬态计算机可读介质。所述的系统包括用于存储模型内容的存储器存储单元，具有屏幕参数的屏幕，接受所述屏幕参数的输入装置，校正引擎和投影仪。所述的方法包括在存储器存储单元上存储模型内容，接收屏幕参数，生成屏幕内容并至少将所述屏幕内容的第一部分投影在所述屏幕上。带有编码的非瞬态计算机可读介质用于指示处理器执行所述方法。

Description

屏幕校正方法及系统

技术领域

本说明书一般涉及投影仪系统，更具体来说涉及在特定屏幕上显示内容的投影仪系统。

背景技术

在屏幕上显示内容之前，通常为了特定设置来渲染内容。即使在良好地校准之后，屏幕上显示的内容仍可能在屏幕上出现偏离。当来自位于不同位置的两个投影机的内容重叠时，屏幕位置和几何构造是关键。

发明内容

根据本发明，一方面提供了一种用于屏幕校正的系统。所述的系统包括用于存储模型内容的存储器存储单元。所述的模型内容被渲染以根据模型参数显示。所述的系统还包括具有屏幕参数的屏幕。所述的系统还包括与所述存储器存储单元和所述输入装置通信的校正引擎。所述的校正引擎配置为处理所述模型内容和所述屏幕参数以生成屏幕内容。此外，所述的系统包括与所述校正引擎通信的第一投影仪。所述的第一投影仪配置为接收所述屏幕内容的第一部分，并将所述屏幕内容的第一部分投影在所述屏幕上。

所述的系统可进一步包括与所述校正引擎通信的第二投影仪。所述的第二投影仪可配置为接收所述屏幕内容的第二部分，并将所述屏幕内容的第二部分投影在所述屏幕上，其中，所述的屏幕内容的第一部分与屏幕内容的第二部分在所述屏幕上重叠。

所述的屏幕可为非平面。

所述的屏幕可为曲面。

所述的屏幕可包括多个地形参考点(topographical reference points)。

所述的多个地形参考点(topographical reference points)可定义多个小平面。

所述的输入装置可为配置成测量屏幕参数的照相机。

所述的照相机可使用由第一投影仪投影的校准图案(calibration pattern)来测量所述屏幕参数。

所述的照相机可周期性地扫描所述屏幕以确定所述屏幕参数。

所述的输入装置可为3D扫描单元。

根据本发明，一方面提供了一种用于屏幕校正的方法。所述的方法包括在存储器存储单元上存储模型内容，其中，所述的模型内容被渲染以根据模型参数显示。所述的方法还包括通过一输入装置接收屏幕的屏幕参数。此外，所述的方法包括在校正引擎上处理所述模型内容和所述屏幕参数以生成屏幕内容。所述的方法进一步包括使用与校正引擎通信的第一投影仪，至少将所述屏幕内容的第一部分投影在屏幕上。

所述的方法可进一步包括使用与校正引擎通信的第二投影仪，将所述屏幕内容的第二部分投影在屏幕上，其中，所述的屏幕内容的第一部分与屏幕内容的第二部分在所述屏幕上重叠。

投影所述屏幕内容中第一部分和第二部分的屏幕可包括投影在一非平面表面上。

所述的方法可进一步包括使用在屏幕上的多个地形参考点(topographicalreference points)来定义多个小平面。

接收屏幕参数可包括用输入装置测量屏幕参数。

所述的方法可进一步包括投影校准图案(calibration pattern)来测量所述屏幕参数。

所述的方法可进一步包括周期性地扫描所述屏幕以确定所述屏幕参数。

所述的输入装置可为照相机。

所述的输入装置可为3D扫描单元。

根据本发明，一方面提供了一种带有编码的非瞬态计算机可读介质。所述的编码指示一处理器在存储器存储单元上存储模型内容，其中，所述的模型内容被渲染以根据模型参数显示。所述的编码还包括指示处理器通过一输入装置接收屏幕的屏幕参数。此外，所述的编码进一步指示处理器在校正引擎上处理所述模型内容和所述屏幕参数以生成屏幕内容。而且所述的编码进一步指示使用与校正引擎通信的第一投影仪，至少将所述屏幕内容的第一部分投影在所述屏幕上。

附图说明

现参考如下附图并仅通过示例的方式对本发明进行说明：

图1是根据一实施例中的系统的示意图；

图2是图1中的系统在暂停校正引擎运行时的示意图；

图3是图1中的系统在启动校正引擎运行时的示意图；

图4是根据另一实施例中的系统的示意图；

图5是根据一实施例中的方法流程图；

图6是根据另一实施例中的系统的示意图；并且

图7是根据另一实施例中的系统的示意图。

具体实施方式

参见图1，用于屏幕校正的系统一般在50处示出。应当理解，系统50仅仅为示例性的，并且对于本领域的技术人员来说对系统50的修改是可以预期的。以下更详细地讨论变化的实施例，并且可以根据系统50的需求来替换和/或添加各种组件。系统50通常配置为将来自至少一个投影仪的内容投影到屏幕上。

在本实施例中，系统50包括投影仪55-1和55-2(通常，在本文的别处使用投影仪55和全体投影仪55这种命名)，一屏幕60、一存储器存储单元65、一输入装置70和校正引擎75。本领域的技术人员从本说明书的优点中可知，系统50不必由单个主体组装，各种组件可来源于专门致力于组件制造的各种来源。另外，系统50的几何构造没有特别限制，并且可以基于如下更详细讨论的应用而变化。此外，系统50可通过使用与各种各样组件通信的一个或多个处理器来运行。

投影仪55通常配置为接收用于投影图像的内容。受益于本说明书的描述，本领域技术人员应当理解，投影仪55不受具体限定，并且可以预期几种变型。例如，在本实施例中，投影仪是数字多镜器件(digital multimirror device)投影仪。在其他实施例中，投影仪可以用诸如模拟投影仪、数字投影仪、电影放映机、基于LCOS(硅基液晶)的投影仪或能够输出光栅图像投影的任意其他装置替代。

屏幕60通常配置为接收来自投影仪55的光并向观众显示生成的图像。屏幕60不受具体限定，并且可以由适于该应用的任何类型的材料或涂层制成。在本实施例中，屏幕60是非平面的。特别地，屏幕60以近似球形曲率弯曲。然而，在其他实施例中，屏幕60可以具有另外的几何形状。尽管图1显示了从投影仪接收一图像并将光反射到观众(正面投影)的屏幕，但是其他实施例可以使用相对于观众(背面投影)从屏幕后面接收光的屏幕。受益于本说明书的描述，本领域技术人员应当理解，屏幕60通常构造为标准结构容差(typicalconstruction tolerances)，例如百分之一。例如，屏幕60可以大约为25米宽，并且对于任何给定尺寸具有高达25厘米的容差。相应地，对于这种尺寸的屏幕，屏幕60的曲率和屏幕60的边缘可以相对于标准的3毫米像素尺寸偏移一相当大的距离。

因此，屏幕60的实际屏幕参数可以不同于原始蓝图中屏幕60的尺寸。这是大多数结构工程的标准，并且将基于构造屏幕的工人的技能和倾向而变化。另外，由于外部条件，屏幕60可以在构造之后从原始位置移动。例如，温度波动可导致屏幕60或屏幕60的组件膨胀和收缩，例如接缝处。在另外的实施例中，屏幕60可以随着时间或由于附近的诸如车辆交通或重型机械的振动而下陷。因此，可以使用相对于投影仪的不同点的屏幕的3D投影来获得的实际屏幕参数，其可不同于原始蓝图中的3D模型参数。

屏幕参数不受具体限定。例如，屏幕参数可以包括屏幕的尺寸、屏幕的曲率、预定地形参考点(topographical reference points)的位置，或者无论屏幕是正面投影屏幕还是背面投影屏幕。

存储器存储单元65通常配置为存储模型内容。模型内容是指根据模型参数为系统50渲染的内容，其由制造者提供，模型参数是基于原始蓝图技术参数或一近似理想屏幕模型的系统50的假定参数。存储器存储单元65不受具体限制，并且可以包括非易失性存储器，诸如闪存盘，以及光盘或磁盘或易失性存储器。存储器存储单元65也可以是可移动的，例如光盘或闪存盘，使得内容可以用作不同位置处的多个系统的一部分，或者使得内容可以轻易地从内容制作商传送到系统50。在其他实施例中，存储器存储单元65还可以从网络接收内容。应当理解，存储器存储单元65可以在系统50中用于任何其它目的。例如，存储器存储单元65可以用来存储用于运行系统50的代码。作为另一示例，存储器存储单元65可以用于存储实际屏幕数据，如以下更为详细地论述。

在本实施例中，存储在存储器存储单元65上的内容配置为在系统50上使用。例如，内容可以包括两个部分。第一部分可以配置为由投影仪55-1投影，并且第二部分可以配置为由投影仪55-2投影。存储在存储器存储单元65上的内容根据提供给制造者的模型参数来呈现。在本实施例中，模型参数是来自系统50的原始蓝图的尺寸。

在其它实施例中，受益于这些描述，本领域技术人员应当理解，模型参数可以是近似于系统50的设计参数的假设形状。例如，如果屏幕60最初设计成具有抛物线曲率，则模型参数可以为近似于最初设计为具有抛物线曲率的球面曲率的尺寸。该近似值可制成简化内容的渲染过程，使得需要更少的计算资源来产生内容。例如，参数化屏幕(parametricscreens)可以使用基于标准几何体的模型，诸如平面、球体或圆柱体。其他实施例可以使用定义为密集的3D网格的网格屏幕，例如一个从3D CAD程序包中导入的网格。

输入装置70通常配置为接收实际屏幕参数。输入装置70接收实际屏幕参数的方式不受具体限制。在本实施例中，由闪存盘上传实际屏幕参数，使得输入装置70为闪存盘读取器。在其他实施例中，输入装置70可以是用户输入装置，例如用于手动输入实际屏幕参数的键盘。在其他实施例中，输入装置70可以配置为测量实际屏幕参数的装置，诸如3D扫描单元，例如激光扫描器或照相机。

校正引擎75通常配置为使用从输入装置70中接收的实际屏幕参数来处理存储在存储器存储单元65上的模型内容，以生成用于将校正后的图像投影到屏幕60上的屏幕内容，其说明了模型参数和实际屏幕参数之间的差异。应当理解，在变形实施例中，如果在先输入实际屏幕参数，校正引擎75还可以接收存储在存储器存储单元65中的该实际屏幕参数。在其他实施例中，校正引擎75可以包括用于存储实际屏幕参数的单独的存储器存储单元(图中未示出)。

在本实施例中，如图1所示，有配置为接收用于投影图像的内容的两个投影仪55-1和55-2。即将投影到屏幕上的模型内容可以分为两个部分。投影仪55-1配置为所述内容的第一部分，并且投影仪55-2配置为所述内容的第二部分，其中两个部分可以组合以形成全部内容。在本实施例中，投影仪55-1投影的部分与投影仪55-2投影的部分在重叠区域100内重叠。

参见图2，其描绘了暂停校正引擎75时系统50的运行。存储在存储器存储单元65上的模型内容被渲染以显示在模型屏幕62上。如图所示，重叠区域100中的点105将接收来自投影仪55-1和55-2的光。由于内容是由使用与模型屏幕62相关联的模型参数的内容制造者渲染，因此点105将在两个位置110-1和110-2处分离并击中屏幕60。相应地，当观众观看时，这将在屏幕60上产生双重图像，并因此减少用户体验。

参见图3，其显示了启动校正引擎75时的系统50的运行。如图所示，重叠区域100中的点105在单点定位(single location)110处从模型屏幕62映射到屏幕60。在本实施例中，该点映射到(u，v)笛卡尔坐标系统(UV映射)。然而，应当理解，点从模型屏幕62平移到屏幕60的方式不受具体限定。因为打算用于模型屏幕62的点105此时出现在屏幕60上的单个点处，所以在没有校正引擎75(例如图2所示)的情况下生成的重叠区域100中的双重图像将不会出现。然而，应当理解，通过将屏幕内容映射到屏幕60上，图像可能会发生一些扭曲。根据屏幕60与模型屏幕62的偏离量，扭曲量对于观众来说可能极小或不明显，然而，由于图像不再是锐利(sharp)的，双重图像将非常明显。此外，应当理解，映射还可考虑观众的位置以减少图像扭曲的影响。例如，可以相对于视点(eye-point)完成映射。在其他实施例中，可以相对于屏幕60的曲面法线(surface normal)或使用地形参考点(topographical referencepoints)来进行映射，如以下更为详细地论述。本领域技术人员应当理解，当观众将主要从预先已知的一小区域观看显示器时，来源于视点的映射更合适，例如在飞行模拟器中。当观众未约束到一小观看区域时，例如使用屏幕正常(the screen normal)或使用地形参考点(topographical reference points)在屏幕之间进行映射的其他方法更合适，例如用于数字标牌应用(digital signage applications)。

本领域技术人员应当理解，从本说明书的优点中可知，系统50可修改为同样用于减少屏幕中瑕疵出现。参见图4，通常显示为具有瑕疵的屏幕60'的系统50'。屏幕60'可以设计成具有平滑的曲率，但是制造缺陷或后期损坏可以导致屏幕具有图4所示的扭曲形状。系统50'还包括投影仪55'、存储器存储单元65'、输入装置70'和校正引擎75'，它们中每一个的功能类似于图1的相应部件。应当理解，存储在存储器存储单元65'上的模型内容被渲染以显示在模型屏幕62'上。当校正引擎75'暂停时，随着打算显示在模型屏幕62'的点105'处上的图像点将出现在从视点(eye-point)300'观察的屏幕60'上的点110’处，屏幕60'与模型屏幕62'的偏差将导致扭曲。当校正引擎75'启动时，点110'平移到点120'，当从视点(eye-point)300'观察时，点120'将处于与预期点105'相同的位置，并因此减少了屏幕60'中瑕疵出现。

参见图5，以流程图的形式表示屏幕校正的方法，并大致在500处表现。为了说明，可以假设使用上述的系统50来实现方法500。然而，应当理解，方法500不仅限于系统50，并且可以在各种各样的系统上实现。此外，以下对方法500的论述将引导对系统50及其各种组件的进一步理解。虽然以下将方法500的一些流程框描述为发生在系统50的某些部件内，但是应当理解，系统50或方法500可以变化，并且不需要完全如本文所述的彼此结合来运作。

从流程框510开始，模型内容存储在存储器存储单元65上。获取模型内容或将其传送到存储器存储单元65的方式不受具体限定。例如，模型内容可以经由网络连接下载或者使用便携式计算机可读存储介质手动传送，诸如光盘或闪存盘。

流程框520包括接收屏幕60的屏幕参数。获得屏幕参数的方式不受具体限定。在本实施例中，通过运行物理屏幕60的激光扫描和由输入装置70手动输入信息来获取屏幕参数。

流程框530包括使用在流程框520处接收的屏幕参数，并基于存储在存储器存储单元65中的模型内容来生成屏幕内容。在本实施例中，校正引擎75使用来自模型内容的点并将模型内容映射到使用UV布局设计(UV layout)的屏幕60上(根据屏幕参数确定)。UV布局设计(UV layout)可由投影仪中心通道区段(projector centric channel extents)或任何其他内容通道定义(content channel definition)自动生成。UV布局设计(UV layout)可以保存在查找表中，与内容将要对屏幕60重新呈现相比，在查找表中可以使用明显更少的计算资源，模型内容可以轻易地转换为屏幕内容。

接下来，流程框540包括将屏幕内容投影到屏幕60上。投影屏幕内容的方式不受具体限定。在本实施例中，由投影仪55投影屏幕内容，此处用物理屏幕60与模型屏幕62的偏差来校正屏幕内容，以便通过减少双重成像使图像看起来更锐利。

参见图6，是用于屏幕校正的系统的另一实施例大致在50a处示出。在本实施例中，系统50a的同类部件具有类似在系统50中提及的对应部分，除了带有后缀“a”。在本实施例中，系统50a包括投影仪55a-1和55a-2、屏幕60a、存储器存储单元65a、摄影机70a-1和70a-2以及校正引擎75a。

在本实施例中，照相机70a-1和70a-2用于向校正引擎75a提供屏幕参数。例如，照相机70a-1和70a-2可以用于检测投影到屏幕60a上的校准图案(calibration pattern)，以确定屏幕参数。投影校准图案的方式不受具体限定。例如，可以使用投影仪55a中的一个或两个和屏幕参数来投影校准图案，该屏幕参数是使用照相机70a作为一立体像对(stereopair)测量的。在其他实施例中，可以使用专门配置用于投影校准图案的附加投影仪来投影校准图案。

本领域的技术人员应当理解，校准图案不需要对于人眼可见。在一些实施例中，校准图案可通过以紫外或红外光谱的方式投影到屏幕60a上，使观众将不能观看校准过程。在其他实施例中，测试图案可以在非常短的一段时间内暂时集成到可见光谱中，以使测试图案基本上对人眼不可见。通过使用不可见的校准图案，照相机可以在投影内容在屏幕60a上的期间内收集数据，而没有观众注意，并且因此提供了调整在屏幕60a上灵敏的(fly)变形的能力，由于在投影内容期间的振动或其他因素，屏幕60a可能轻微移动。相应地，照相机70a可以配置为周期性扫描屏幕以确定屏幕参数。

需要重新强调的是，上述系统50a是非限制性的代表例。例如，系统50a可以修改为利用单个照相机测量来自单个投影仪的点云(point cloud)，使得照相机和投影仪形成一立体像对。此外，照相机70a可由用于周期性扫描的另一输入装置替代。

参见图7，用于屏幕校正的系统的另一个实施例大致在50b处示出。在本实施例中，系统50b的同类部件具有类似在系统50中提及的对应部分，除了带有后缀“b”。在本实施例中，系统50b包括投影仪55b、屏幕60b，存储器存储单元65b、输入装置70b和校正引擎75b。

在本实施例中，系统50b包括单个投影仪55b。系统50b还包括具有3D形状的屏幕60b。特别地，屏幕60b包括朝向不同角度的多个平坦的小平面200b以形成球形。应当理解，在两个平坦的小平面200b相交处，围绕每个小平面200b形成包括多个地形参考点(topographical reference points)210b的锐利边缘。

在本实施例中，存储器存储单元65b可以包括用于在屏幕60b上显示多个图像的模型内容，使得每个小平面200b在较大图像内显示一个图像或一个明确定义的区域(well-defined region)。相应地，屏幕60b与模型参数的任何偏差将导致图像延伸到由地形参考点(topographical reference points)210b限定的每个小平面范围外。因此，校正引擎75b可以用在模型内容上，以便生成弯曲成适于屏幕60b的小平面200b的屏幕内容。

应当理解，本文中所述的实施例和教导的组合、变化和子集是可预期的。例如，应当理解，一个或多个组件可以集成在诸如投影仪55的投影仪内。作为另一个变型例，存储在存储器存储单元65上的模型内容不需要由内容供应商提供，并且可以基于照相机输入，由系统使用模型参数在本地渲染。

对于本领域技术人员来说，各种各样的优点将是显而易见的。值得注意的是，在系统50设置的位置处应用屏幕校正来渲染内容，具有使用极少的计算资源的能力。这提供了不需要对于每个位置进行自定义呈现的优点，其在构造期间或者通过其他环境因素引入微小的偏差可以具有类似的参数。或者，如果系统50包括接近理想系统的参数，其中计算资源将显著减少，可以基于减少计算资源的使用的模型参数来呈现模型内容，随后可使用系统50以提供更快的呈现。

尽管已经描述和描绘了具体实施例，但是这样的实施例应当仅当作例证进行说明，并且不应当用于限定随附的权利要求书。

Claims (14)

1.一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的系统包括：

具有屏幕参数的屏幕，其中所述屏幕参数包括以下的至少一种：所述屏幕的尺寸、所述屏幕的曲率、地形参考点，或者所述屏幕是正面投影屏幕还是背面投影屏幕；

用于存储由内容制造者提供的内容的存储器存储单元，其中，由所述内容制造者提供的所述的内容被渲染以根据模型参数显示，所述模型参数为基于所述屏幕的理想模型的所述系统的假定参数；

与所述存储器存储单元通信的校正引擎，所述的校正引擎配置为从输入装置接收实际的屏幕参数并处理由所述内容制造者提供的所述内容、并考虑了所述模型参数和所述实际的屏幕参数之间的差异以生成屏幕内容；以 及，

与所述校正引擎通信的第一投影仪，所述的第一投影仪配置为接收所述屏幕内容的第一部分，并将所述屏幕内容的第一部分投影在所述屏幕上。

2.根据权利要求 1 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的系统还包括与所述校正引擎通信的第二投影仪，所述的第二投影仪配置为接收所述屏幕内容的第二部分，并将所述屏幕内容的第二部分投影在所述屏幕上，其中，所述的屏幕内容的第一部分与屏幕内容的第二部分在所述屏幕上重叠。

3.根据权利要求 2 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的屏幕为非平面。

4.根据权利要求 3 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的屏幕为曲面。

5.根据权利要求 1 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的屏幕包括多个地形参考点。

6.根据权利要求 5 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的多个地形参考点定义多个小平面。

7.根据权利要求 1 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的输入装置为配置成测量屏幕参数的照相机。

8.根据权利要求 7 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的照相机使用由第一投影仪投影的校准图案来测量所述屏幕参数。

9.根据权利要求8 所述的一种用于屏幕校正的系统，其特征在于，所述的输入装置包括 3D 扫描单元。

10.一种用于屏幕校正的方法，其特征在于，所述的方法包括：

在输入装置处测量具有屏幕参数的屏幕的实际屏幕参数，其中，所述屏幕参数包括以下的至少一种：所述屏幕的尺寸、所述屏幕的曲率、地形参考点，或者所述屏幕是正面投影屏幕还是背面投影屏幕；

在存储器存储单元上存储由内容制造者提供的内容，其中，由所述内容制造者提供的所述的内容被渲染以根据模型参数显示，所述模型参数是所述屏幕的理想模型的假定参数；

在校正引擎处接收来自所述输入装置的所述实际屏幕参数；

通过在所述校正引擎上处理由所述内容制造者提供的所述内容并考虑所述模型参数和所述实际模型参数之间的差异生成屏幕内容；以及，

使用与所述校正引擎通信的第一投影仪，至少将所述屏幕内容的第一部分投影在所述屏幕上。

11.根据权利要求 10 所述的一种用于屏幕校正的方法，其特征在于，所述的方法进一步包括使用与所述校正引擎通信的第二投影仪，将所述屏幕内容的第二部分投影在屏幕上，其中，所述的屏幕内容的第一部分与屏幕内容的第二部分在所述屏幕上重叠。

12.根据权利要求 11 所述的一种用于屏幕校正的方法，其特征在于，投影所述屏幕内容中第一部分和第二部分到所述屏幕包括投影在一非平面表面上。

13.根据权利要求 10 所述的一种用于屏幕校正的方法，其特征在于，所述屏幕参数通过照相机或者3D 扫描单元来测量。

14.一种带有计算机程序的非瞬态计算机可读介质，其特征在于，所述的计算机程序用于指示处理器：

在输入装置处测量具有屏幕参数的屏幕的实际屏幕参数，其中所述屏幕参数包括以下的至少一种：所述屏幕的尺寸、所述屏幕的曲率、地形参考点，或者所述屏幕是正面投影屏幕还是背面投影屏幕；

在存储器存储单元上存储由内容制造者提供的内容，其中，由所述内容制造者提供的所述的内容被渲染以根据模型参数显示在所述屏幕上，所述模型参数是基于所述屏幕的理想模型的假定参数；

在校正引擎处接收来自所述输入装置的所述实际屏幕参数；

在校正引擎上通过处理由所述内容制造者提供的所述内容并考虑所述模型参数和所述实际屏幕参数的差异生成屏幕内容；以及，

使用与所述校正引擎通信的第一投影仪，至少将所述屏幕内容的第一部分投影在所述屏幕上。

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