CN108141561A - 投影型显示装置和图像校正方法 - Google Patents

Abstract

投影型显示装置配备有：图像显示组件，用于显示图像；投影单元，用于将由图像显示组件显示的图像投影到投影表面上；光发射单元，用于以比投影光小的入射角用沿着投影表面内的第一方向延伸的线性光来照射投影表面；成像单元，其具有与光发射单元不同的光轴并且拍摄投影表面；以及信号处理单元，用于对由成像单元输出的成像信号施加信号处理。成像单元拍摄由光发射单元发射出的线性光，并且信号处理单元基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。

Description

投影型显示装置和图像校正方法

技术领域

本公开涉及具有成像功能的投影显示器以及图像校正方法。

背景技术

称为短焦(超短焦)投影仪的投影显示器使得可以从非常短的投影距离投影并显示宽视野和高清晰度的图片。这种投影显示器防止接近投影表面的用户的阴影等显示在投影表面上，并且还使得可以显示具有真实感觉的图片。例如，投影显示器使得可以在起居室的墙壁表面上投影宽视野的图像。作为日常空间中可用的新图像显示技术，投影显示器已经引起关注。

另一方面，这种投影显示器以较小的角度将图片投影到投影表面，并且因此由于投影表面上的微小形变(例如，不均匀、凹凸、阶梯)而导致的投影图像的失真(变形)。例如，由于结构原因，完全平坦的墙壁表面对于普通住宅来说是不切实际的。例如，当将不平坦的投影表面用作投影表面时，需要可以校正投影图像的失真并且使失真变得不明显的功能。

为了满足该需求，提出了一种方案，该方案涉及：投影用于校准失真的图案图像，用单独准备的摄像机拍摄投影的图案图像的图像，基于所拍摄的图像计算失真以校正投影图像(例如，专利文献1)。另一种校正投影图像的技术涉及利用安装在投影显示器的主体上的摄像机来拍摄图案图像的图像，并且基于所拍摄的图像在投影的屏幕上执行形状校正(梯形失真校正)(专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本未审查专利申请公开号2013-172444

专利文献2：日本未审专利申请公开号2010-72422

发明内容

不幸的是，在上述专利文献1中描述的方案中，用户需要放置摄像机并利用摄像机拍摄图像，并且因此缺乏便利性。此外，在专利文献2中描述的装置的配置难以检测由投影表面的不平坦引起的失真。存在对于实施使得可以在保持便利性的同时校正投影图像的失真以改善显示图像的质量的方案的需要。

期望提供可以在保持便利性的同时提高投影图像的质量的投影显示器和图像校正方法。

根据本公开的实施方式的投影显示器包括：显示图像的图像显示装置；投影单元，将由图像显示装置显示的图像投影到投影表面；光照射器，其以比投影光的入射角小的入射角用线性光照射投影表面，其中线性光沿着投影表面内的第一方向延伸；成像单元，其具有与光照射器的光轴不同的光轴，并且执行投影表面的拍摄；以及信号处理器，其对由成像单元输出的成像信号执行信号处理。成像单元执行投影表面所照射的线性光的拍摄，并且信号处理器基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。

在根据本公开的实施方式的投影显示器中，光照射器以比投影光的入射角小的入射角用预定的线性光照射投影表面，并且具有与光照射器不同的光轴的成像单元执行线性光的拍摄。信号处理器基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。这使得可以校正由投影表面的不均匀性引起的图像失真，而不需要用户放置相机并且用相机拍摄图像。

根据本公开的实施方式的图像校正方法包括，在校正投影到投影表面的图像时：以比投影光的入射角小的入射角用线性光照射投影表面，其中线性光沿着投影表面内的第一方向延伸；由与线性光的光路不同的光路执行投影表面所照射的线性光的拍摄；并基于线性光的拍摄的图像校正投影图像的失真。

在根据本公开的实施方式的图像校正方法中，以比投影光小的入射角用预定线性光照射投影表面，并且由与线性光不同的光路执行线性光的拍摄。基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。这使得可以校正由投影表面的不均匀性引起的图像失真，而不需要用户放置相机并且用相机拍摄图像。

根据本公开实施方式的投影显示器，光照射器以比投影光小的入射角用预定的线性光照射投影表面，具有不同于光照射器的光轴拍摄单元执行线性光的拍摄，并且信号处理器基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。这使得可以在保持方便的同时提高投影图像的质量。

根据本公开的实施方式的图像校正方法，以比投影光小的入射角用预定线性光照射投影表面，由与线性光不同的光路进行线性光的拍摄，并且基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。这使得可以在保持方便的同时提高投影图像的质量。

应该注意的是，以上描述涉及本公开的示例。本公开的效果不限于上述效果，并且可以是任何其他效果或可以进一步包括任何其他效果。

附图说明

[图1]图1是根据本公开的实施方式的投影显示器的示意性配置的侧视图并且示出了投影显示器的使用状态。

[图2]图2是图1中的投影显示器的示意性构造的透视图。

[图3]图3是图1中的投影显示器的功能框图。

[图4]图4是示出由投影表面的不平坦引起的投影图像的失真的示意图。

[图5A]图5A是示出墙壁表面的结构的透视图。

[图5B]图5B是示出墙壁表面的结构的透视图。

[图6]图6是图像校正操作的流程图。

[图7]图7是示例图案图像的示意图。

[图8]图8是示出图案图像和线性光的拍摄图像的示意图。

[图9]图9是示出参考线的设置操作和差值的计算操作的示意图。

[图10]图10是示出在估算投影图像的失真时用于运算处理的参数的图表。

[图11A]图11A是表示在投影光的图像拍摄时的参数的数值示例图表。

[图11B]图11B是在图11中所示的上端位置周围的区域的放大图。

[图12]图12是表示在线性光的图像拍摄时的参数的数值示例的图表。

[图13]图13是根据变体的投影显示器的配置的侧视图并且示出了投影显示器的使用状态。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细描述本公开的实施方式。要注意的是，按以下顺序进行描述。

1.实施方式(基于以比投影光小的入射角入射的线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真的示例性投影显示器)

2.变体(其中线性光发射到多个位置，并且针对对应于线性光所发射到的各位置的每个区域执行图像失真的校正的示例性情况)

<实施方式>

[配置]

图1和图2示出了根据本公开的实施方式的投影显示器(投影显示器1)的配置和使用状态。图3示出了投影显示器1的功能配置。要注意的是，在图1和图2中，XY平面对应于投影表面A，XZ平面对应于安装面B，X方向对应于例如水平方向，并且Y方向对应于例如垂直方向。

投影显示器1是将图片由例如较短的投影距离投影到投影表面A(其是房间的墙壁表面)的类型的投影仪(所谓的短焦或超短焦投影仪)。投影显示器1在使用时安装在投影表面A的附近。在该实施方式中，投影显示器1在使用时安装在投影表面A附近的表面的安装表面B，如地板或平台表面上。应注意，投影表面A不限于墙壁表面，且可以是任意的不平坦面，具体地在预定的方向上不平坦的面。

例如，如在图3中所示，投影显示器1包括投影单元10、成像单元20、光照射器30、控制器40、图片信号处理器41、图像显示装置42、成像信号处理器43和内存器47。投影单元10、成像单元20、光照射器30、控制器40、图片信号处理器41、图像显示装置42、成像信号处理器43和内存器47被外壳(壳体11)覆盖(容纳在壳体11中)。应该注意，根据本实施方式的成像信号处理器43和图片信号处理器41对应于本公开的“信号处理器”的具体实例。可替换地，这些组件中的一些可以安装为从壳体11露出，或者可以安装在壳体11的外部。以下详细描述组件的配置。

投影单元10包括例如投影光学系统10A和反射镜110，并且将在图像显示装置42上显示的图像(例如放大地)投影到投影表面A。投影光学系统系统10A包括例如投影透镜单元。反射镜110转换从投影光学系统10A发射的光的光路以将光引导到投影表面A。在反射镜110处反射的光是投影光L1。要注意的是，取决于投影光学系统10A的布局，可以不提供反射镜110。除了投影光学系统10A和反射镜110之外，投影单元10还可以包括未示出的光源、照明光学系统、颜色分离光学系统和颜色合成光学系统。例如，在图像显示装置42是液晶显示装置等的情况下，投影单元10包括光源，并且还包括例如照明光学系统、颜色分离光学系统、图像显示装置42，以及颜色合成光学系统(以此顺序，沿光源和投影光学系统10A之间的光路)。在图像显示装置42是如有机电致发光装置的自发光装置的情况下，投影单元10具体地不必包括光源和照明光学系统。

投影透镜单元包括例如具有小投影比(Throw Ratio)的短焦距透镜。投影比由L/H定义，其中，L表示从投影透镜单元到投影表面A的距离(投影距离)，并且H表示允许投影图片的范围(投影范围B1，投影屏幕)的宽度(沿X方向的宽度)。在投影范围B1中，将投影光L1相对于投影表面A的仰角a1为最大的位置定义为上端位置p1，并且仰角a1为最小的位置定义为下端位置p2。此外，在稍后描述的校正处理中将用于校正的校正图案图像投影到投影范围B1。

成像单元20是包括例如成像装置和各种光学装置的照相机并拍摄投影表面A的图像。例如，成像装置是固态成像装置，如互补金属氧化物半导体(CMOS)或电荷耦合装置(CCD)。成像单元20的示例包括具有广角镜头的照相机。可替换地，成像单元20可以包括多个照相机并且对用照相机拍摄的图像执行拼接以生成广角图像。

成像单元20与投影单元10的出口开口10B和光照射器30一起安装在例如壳体11的表面S1的一侧。在该实施方式中，成像单元20配置在出口开口10B附近，例如设置在比出口开口10B更靠近观察者的位置(Z方向的正向侧的位置)。因此，成像单元20使得可以在与投影范围B1近似相等的范围(成像范围B2)中进行成像。成像范围B2设定为在垂直方向(Y方向)和横向(X方向)上具有比投影范围B1更宽的宽度。成像单元20具有与光照射器30不同的光轴(成像单元20设置为使得成像单元20的照相机的光轴和光照射器30的光轴相对于彼此不对准)。这允许成像单元20从与由光照射器30输出的激光L2的光路(线性光L2a的照射光路)不同的光路拍摄投影表面A的图像。用成像单元20拍摄的图像(成像信号Dt1)输出至成像信号处理器43。

光照射器30是用于投影图像的失真的校正(校准)的光源。光照射器30包括例如激光光源，其发射激光L2以在投影表面A上用在预定方向(第一方向)延伸的线性光L2a(线性地)照射投影表面A。线性光L2a是例如沿垂直于竖直方向(第二方向，Y方向)的水平方向(第一方向，X方向)延伸的线激光束。光照射器30期望地包括输出高度方向性的激光L2的激光光源。可替换地，光照射器30也可以是如LED光源的其他光源，只要其可以用线性光照射投影表面A。此外，例如，线性光L2a可以具有例如在可见光范围内或者不可见范围如近红外(NIR)光的波长。

除了光照射器30之外，投影显示器1期望地具有检测物体(如用户)接近(靠近)光照射器30并且在检测到物体时停止发射线性光L2a的功能(例如运动传感器)。一个原因是可以防止由高度方向性的线性光L2a对用户的眼睛造成的影响。

线性光L2a的仰角a2(激光L2的发射角)可以是固定的或可变的。换句话说，可以将线性光L2a发射到投影表面A的固定或可变位置。在投影显示器1设置在投影表面A的正前方(设置为使得投影范围B1具有矩形形状)，调整仰角a2使得线性光L2a发射到与投影范围B1重叠的任何位置。可替换地，线性光L2a可以发射到投影范围B1之外的位置，例如，位于上端位置p1之上的位置，只要该位置在成像范围B2内。

应注意的是，如在实施方式中所述，仰角a2期望地设定为使得线性光L2a发射到与投影范围B1的上端位置p1大致相同的位置。即使在投影表面A在Y方向上有通常地(总是)不平坦的情况下，由投影表面A的不平坦引起的失真的量取决于在Y方向上的投影范围B1内的位置而变化。具体地，在投影范围B1内，在投影光L1的仰角a1最大处的上端位置p1处失真量最大，并且在投影光L1的仰角a1最小处的下端位置p2处最小。因此，将线性光L2a发射到上端位置p1，并基于线性光L2a的拍摄图像来检测失真(在后面描述)，使得可以增强对失真量的检测灵敏度。

光照射器30布置在比壳体11的表面S1上的投影单元10的出口开口10B更靠近投影表面A的位置。换句话说，光照射器30以比投影光L1的入射角a1'小的入射角a2'(a1'>a2')用线性光L2a(或者激光L2)照射投影表面A。虽然在后面详细叙述，但由于投影表面A的不平坦，该配置使得线性光L2a比投影光L1更容易失真。此外，光照射器30的光轴设置为与成像单元20的照相机的光轴不一致(光照射器30具有与成像单元20不同的光轴)。该配置使得照相机由与线性光L2a不同的光路拍摄投影表面A上的线性光L2a的图像，导致线性光L2a的拍摄图像中的线性光L2a的失真。可以基于线性光L2a的拍摄图像的失真估算并修正投影图像的失真。

控制器40包括例如CPU(中央处理单元：CPU)。控制器40控制投影显示器1中的每个组件的操作。要注意的是，例如投影单元10、成像单元20、光照射器30和图像显示装置42各自由驱动器(未示出)基于控制器40的控制在预定的时刻驱动。

例如，图片信号处理器41基于由外部输入的图片信号(图像信号)生成要在图像显示装置42上显示的图像信号(Dt0)。例如，基于由外部输入的信号生成对应于包括R、G和B的各颜色的图片信号Dt0。此外，例如，图片信号处理器41包括现场可编程门阵列(FPGA)或图形处理单元(GPU)，并且使用由稍后将描述的成像信号处理器43输出的校正系数来校正图片信号Dt0。由图片信号处理器41产生的图像信号Dt0或校正的图像信号(Dt2)通过例如未示出的时序控制器或未示出的驱动器(驱动器电路)馈送到图像显示装置42。图片信号处理器41对应于本公开中的“校正单元”的具体实例。

图像显示装置42是例如反射型液晶装置如硅基液晶(LCOS)、透射型液晶装置或数字微镜装置(DMD)。图像显示装置42基于从图片信号处理器41输入的图片信号来调制来自照明光学系统(未示出)的光。在图像显示装置42处调制的光通过投影单元10输出到投影表面A。要注意的是，图像显示装置42可以是自发光装置，如有机电致发光装置。在这种情况下，照明光学系统不是必需的。

成像信号处理器43包括例如CPU或GPU，并且对由成像单元20输入的拍摄图像(成像信号Dt1)执行各种信号处理。成像信号处理器43包括例如失真检测器44、失真估计器45和校正系数计算器46。应当注意，在失真检测器44、失真估计器45和校正系数计算器46分别对应于本公开中“检测器”、“估计器”和“校正系数计算器”的具体实例。

失真检测器44基于通过预定的运算处理从成像单元20输入的拍摄图像(成像信号Dt1)来计算线性光L2a的失真量(后面描述的第一失真量或失真量dr)。在本实施方式中，失真量dr是由投影表面A的不平坦(凹凸)引起的，并且是线性光L2a在与水平方向(X方向)正交的垂直方向(Y方向)上的变形量。

失真估计器45通过预定的运算处理，基于线性光L2a的失真量dr来计算投影图像的失真量(后面描述的第二失真量，失真量dp)。例如，失真量dp是由投影表面A的不平坦(凹凸)引起的，并且是投影图像在垂直方向(Y方向)上的变形量。

校正系数计算器46基于在失真估计器45处计算的失真量dp来计算允许抵消失真量dp的投影图像的这种变形的校正系数。

内存器47存储例如要在控制器40处处理的程序和数据。

[操作]

参考图1至图10描述了根据本实施方式的投影显示器1的操作。图4是示出由投影表面A的不平坦引起的投影图像的失真量的示意图。图5A和图5B是示出墙壁表面的结构的透视图。图6是图像校正的流程图。图7是示例性图案图像的示意性视图。图8是示出图案图像和线性光的拍摄图像的示意图。图9是示出参考线的设置操作和差值的计算操作的示意图。图10是示出在估算投影图像的失真量时使用的运算处理的参数的示意图。应该注意，由于该方法通过下面描述的投影显示器1的操作实施，因此省略了对本公开的“图像校正方法”的描述。

当基于图片信号Dt0(或稍后描述的图片信号Dt2)的图片(图像)显示在图像显示装置42上，其中投影显示器1设置在投影表面A的前方(设置在安装表面B)时，通过投影单元10将图片(投影光L1)投影到投影表面A上。这使得可以将图片投影到投影表面A。

然而，例如，如在图4中示意性地示出的，在投影表面A是墙壁表面的情况下，难以确保投影表面A的平坦度。假定投影表面A是普通住宅的墙壁表面，例如，墙壁表面可能主要沿着预定的方向(例如水平方向，X方向)，而非常不可能沿着另一个方向(例如，垂直方向，Y方向)具有凹凸。这是因为，如在图5A和图5B中所示，墙壁表面的凹凸是由用作壁纸背衬或覆盖面的石膏板固定于其上的结构材料的构建时的尺寸误差或偏移引起的。如上所述，可以推测例如是墙壁表面的投影表面A基本上仅在预定的方向上具有凹凸。换句话说，投影表面A具有可能会影响沿预定方向(在本实施方式中为X方向)的投影图像的显着的凹凸。

假设投影表面A具有凹陷部分(定义为投影表面A')，投影光L1根据凹凸(凹陷)的形变量(投影表面A与A'间的形变量da)入射到投影表面A'的位置(p11)上，该位置位于投影表面A的上端位置p1的上方(在Y方向的正向侧)。结果，当用户从前方观察投影表面A(投影表面A')时(从观察方向Dz观看时)，由于投影表面A的凹凸而在投影图像上目视观察到波纹状失真。随着接近投影范围B1内的上端位置p1，在投影图像上发生的失真变大。

因此，在该实施方式中对投影图像执行失真的校正。图6是根据该实施方式的图像校正处理的流程图。

具体地，成像信号处理器43基于线性光L2a的成像得到的图像来校正投影图像的失真。如上所述，在该实施方式中，光照射器30设置为比投影单元10的出口开口10B更靠近投影表面A。换句话说，光照射器30以比投影光L1更小的入射角(a1'>a2')用线性光L2a(激光L2)照射投影表面A。这使得输出到投影表面A的上端位置p1的激光L2要入射到投影光L1入射的入射位置p11更加上方的投影表面A'上的位置p12。因此，线性光L2a的失真量dr(第一失真量)变得大于投影图像的失真量dp(第二失真量)(dr>dp)。线性光L2a的沿Y方向的位置p1与位置p12之间的距离对应于失真量dr，并且投影光L1的沿Y方向的位置p1与位置p11之间的距离对应于失真量dp。

此外，由于光照射器30设置在与成像单元20的照相机不同的光轴上，用成像单元20拍摄的线性光L2a的图像是失真的。在该实施方式中，基于线性光L2a的失真来估算和校正投影图像的失真。

具体地，首先，投影单元10将图案图像120投影到投影表面A，并且光照射器30将线性光L2a发射到上端位置p1(图6中所示的步骤S11)。图7中示出了图案图像120的实例。图案图像120具有例如规则排列的线或点，并且在本实施方式中是例如网格(点阵)图案。图案图像120定义在计算稍后描述的线性光L2a的失真量时使用的坐标。例如，图案图像120的垂直线定义在计算失真量时使用的采样点的水平坐标(X坐标)。另外，图案图像120在水平方向(X方向)上的线之间的间隔对应于在失真检测时使用的采样间隔。水平方向上较短的间隔是期望的，因为校正的准确性提高。

接下来，基于在投影表面A上显示的图案图像120和线性光L2a的形状、位置等来精细调整投影显示器1的安装位置(步骤S12)。具体地，适当地精细调整安装位置，使得投影表面A上的图案图像120与线性光L2a的水平线大致彼此平行。要注意的是，精细调整是由例如用户手动执行的。可替换地，投影显示器1可以设置有调整功能，并且可以通过调整功能来执行精细调整。

随后，成像单元20执行在投影表面A上显示的图案图像120和线性光L2a的单独图像的成像(步骤S13)。具体地，首先，投影单元10将图案图像120投影到投影表面A，并且成像单元20在其中光照射器30不发射线性光L2a的状态下拍摄投影表面A的图像。之后，光照射器30将线性光L2a发射到例如投影表面A的上端位置p1，并且成像单元20在其中投影单元10不投影图案图像120的状态下拍摄投影表面A的图像。拍摄图案图像120和线性光L2a的图像的顺序可以颠倒。可替换地，可以根据稍后描述的运算处理的内容同时拍摄图案图像120和线性光L2a的图像。

图8示意性地示出了图案图像120的拍摄图像(拍摄图像120A)和线性光L2a的拍摄图像(拍摄图像L2a1)。如在图8中所示，在线性光L2a的拍摄图像L2a1和图案图像120的拍摄图像120A两者中产生由投影表面A的凹凸引起的波纹状变形。另外，Y方向上的图案图像120的拍摄图像120A的失真量(与失真量dp对应的失真量)在上端位置p1最大，并且随着接近下端位置p2而变小。线性光L2a的拍摄图像L2a1在Y方向上的失真量(与失真量dr相对应的失真量)大于在上端位置p1处的拍摄图像120A的失真量。包括线性光L2a的拍摄图像L2a1和图案图像120的拍摄图像120A的成像信号Dt1输出到成像信号处理器43。

之后，成像信号处理器43对线性光L2a的拍摄图像L2a1和图案图像120的拍摄图像120A的每一个执行处理，即透镜失真校正和投影变换为正视图像(步骤S14)。例如，通过失真检测器44对线性光L2a的拍摄图像L2a1和图案图像120的拍摄图像120A中的每一个执行这些处理。这允许精确地检测线性光L2a的失真。

接下来，失真检测器44对已经经历上述步骤S14中的处理的拍摄图像L2a1和120A执行细化(步骤S15)。例如，在步骤S15中，拍摄图像L2a1和120A中的每一个被细化为大约一个像素宽度。拍摄图像L2a1和120A的细化可以在图像的二值化之后进行，也可以通过例如计算灰度分布的中值来进行。这种细化允许准确地检测线性光L2a的失真。

随后，失真检测器44基于线性光L2a的拍摄图像L2a1设置参考线(步骤S16)。可以通过例如拍摄图像L2a1的线性拟合来计算参考线。图9示出了参考线的实例。如在图9中所示，对线性光L2a的拍摄图像L2a1设置例如直线状的参考线130。

接下来，失真检测器44基于线性光L2a的拍摄图像L2a1和图案图像120的拍摄图像120A计算线性光L2a的拍摄图像L2a1的失真量dr(步骤S17)。具体地，计算图案图像120的拍摄图像120A上的选择的点处的线性光L2a的拍摄图像L2a1与参考线130之间的差值。例如，如在图9中所示，计算垂直方向(Y方向)上的拍摄图像L2a1和参考线130之间的差值S(x)，其中图案图像120的拍摄图像120A的垂直线定义为对应于水平坐标(X坐标)(...，x-1，x，x+1，...，其中x是整数)的采样点。可以根据差值S(x)计算失真量dr(具体地，失真量dr(x))。表示失真量dr的信号Dt11输出到失真估计器45。

接下来，失真估计器45基于输入的信号Dt11估算投影图像的失真量dp(步骤S18)。如上所述，投影表面A可能主要在一个方向(在本实施方式中为水平方向(X方向))上具有凹凸，而在与水平方向正交的垂直方向(Y方向)上很不可能。因此，可以推测由投影表面A的凹凸引起的水平坐标x处的位移量da在投影范围B1中从上端位置p1到下端位置p2是恒定的。因此，可以通过使用以下表达式(1)至(3)的运算处理来估算失真量dp：

da＝dr/tan(a2).........(1)

dp＝da·tan(a1).........(2)

dp＝[tan(a1)/tan(a2)]·dr.........(3)

其中，dr表示线性光L2a(激光L2)的失真量，dp表示投影图像(投影光L1)的失真量，a1表示投影光的仰角(投影光L1的发射角)L1，并且a2表示激光L2的仰角(激光L2的发射角)(参照图10)。

此处，这些仰角a1和a2具有基于设计规格或投影显示器1的测量而确定的值。因此，检测线性光L2a的失真量dr使得可以通过运算处理计算投影表面A的形变量da以及投影图像的失真量dp。应注意的是，严格地说，形变量da随着距线性光L2a的入射位置(在本实施方式中为上端位置p1)的距离的增加而略微变化，并因此估算的失真量dp可能具有误差。然而，随着朝向投影范围B1的下部的仰角a1和失真量dp的减小(随着接近下端位置p2)，误差的影响变小。指示如上所述估算的失真量dp的信号Dt12输出到校正系数计算器46。

接下来，校正系数计算器46基于输入的信号Dt12计算校正系数(步骤S19)。具体地，基于投影图像的失真量dp来计算允许抵消失真量dp的投影图像的这种变形的校正系数。由于仰角a1在投影范围B1中从下端位置p2向上端位置p1逐渐变大，所以失真量dp从下端位置p2向上端位置p1逐渐变大，如由上述表达式(2)定义的。因此，校正系数计算器46使得可以考虑到失真量dp的这种变化来设置校正系数，并且校正投影图像的失真。可替换地，由于如上所述失真量dp在的投影范围B1中的上端位置p1处最大，因此校正系数可以设置为使得仅投影范围B1的一部分(例如，容易受到失真的影响的上端位置p1周围的区域)进行失真校正。计算出的校正系数(校正系数信号Dt13)存储在例如内存器47中。可替换地，校正系数信号Dt13可以直接输入到图片信号处理器41。

随后，图片信号处理器(校正单元)41使用存储在内存器47中的校正系数信号Dt13对投影图像(图片信号Dt0)执行几何校正处理(步骤S20)。基于控制器40的控制，在预定时刻将校正的投影图像(图像信号Dt2)的数据发送到图像显示装置42。这使得可以将已经经受了由投影表面A的不平坦引起的失真的校正的图片投影到投影表面A。

应当注意，由成像信号处理器43和图片信号处理器41执行的顺序处理操作(失真量dr的检测操作、失真量dp的估算操作、校正系数的计算操作以及图像的校正操作)可以由安装在如上所述投影显示器1中的电子电路执行，或者可以由例如控制器40或外部装置中的软件执行。此外，成像信号处理器43和图片信号处理器41(信号处理器)包括一个或多个电子电路装置(如CPU或GPU)。例如，由成像信号处理器43执行的处理操作(失真量dr的检测操作,、失真量dp的估算操作以及校正系数的计算操作)可以由单个电子电路装置执行或者可以由分开的电子电路装置执行。

在下文中，描述了前述图像校正处理的实例。图11A和图12表示参数的数值实例。另外，图11B示出了在图11A中所示的上端位置p1周围的区域。在数值实例中，投影显示器1具有150英寸的投影范围B1的尺寸、57.2°的成像单元20(照相机)的仰角(成像单元20的光轴的仰角)、76.7°的对角视角和20.7百万像素的像素数。成像单元20相对于上端位置p1的视角为72.39°，并且成像单元20相对于上端位置p11的视角为72.40°。另外，入射到上端位置p1的投影光L1的仰角a1为74.8°，入射到上端位置p1的激光L2的仰角a2为82.4°。线性光L2a的失真量dr是22.5mm，并且投影图像(图案图像120)的失真量dp是11.0mm。另外，投影表面A的形变量da是3mm。

首先，在这种配置中，描述了如图11A以实例的方式所示的直接从投影图像的拍摄图像检测投影图像的失真量的情况。在这种情况下，在前视图(从用户的观看方向)产生11.0mm的较大失真量dp，而从成像单元20的安装位置观察到的失真量dc1是0.5mm。0.5mm的大小对应于例如照相机的大约一个像素，这使得难以直接从投影图像的拍摄图像检测投影图像的失真量dc1和dp。

在此方面，描述了在实施方式中基于线性光L2a的拍摄图像来检测失真量的情况。在这种情况下，如在图12中所示，失真量dr在正视图中为22.5mm，而从成像单元20的安装位置观察到的失真量dc2为4.1mm。4.1mm的大小对应于例如摄像机的约八个像素，这使得可以以足够的准确度从拍摄的图像检测失真量dc2和dr。通过如上所述的运算处理可以估算投影图像的失真量dp，这使得更容易地将线性光L2a的失真量dr转换为投影图像的失真量dp。因此，基于线性光L2a的失真量dr估算投影图像的失真量dp使得可以增强对失真量dp的检测灵敏度以改善校正精度。

因此，如上所述，在根据该实施方式的投影显示器1中，光照射器30以比投影光L1的入射角(a1')更小的入射角(a2')用预定的线性光L2a照射投影表面A，并且具有与光照射器30不同的光轴的成像单元20拍摄线性光L2a的图像。成像信号处理器43和图片信号处理器41基于线性光L2a的拍摄图像来校正投影图像的失真。这使得可以校正由投影表面A的不平坦而引起的图像失真，而无需用户放置照相机和用照相机拍摄。因此，可以在保持便利性的同时改善投影图像的质量。

接下来，描述上述实施方式的变体。与上述实施方式的那些类似的组件指定相同的附图标号，并且适当地省略其描述。

[变体]

图13是根据变体的投影显示器的示意性配置的示意图，并且示出了投影显示器的使用状态。尽管在上述实施方式中已经描述了其中光照射器30将线性光L2a发射到投影范围B1的上端位置p1的情况，但是在变体中光照射器30可能能够将线性光L2a发射到投影范围B1内的多个位置。

例如，根据变体的光照射器30以可变的仰角(发射角)a2发射激光L2。例如，光照射器30能够分别以仰角a21、a22和a23发射激光束L21、L22和L23。例如，激光L21以仰角a21发射到最上位置p3，激光L22以仰角a22发射到位置p3下方的位置p4，且激光L23以仰角a23发射到位置p4的下方的位置p5。这将投影范围B1划分为多个区域，每个区域用相应的线性光L2a照射。例如，可以使用步进电机来改变激光L2的仰角a2，使得线性光L2a顺序地发射到位置p3、p4和p5。

可替换地，光照射器30可以包括发射在仰角彼此不同的多个激光的多个激光光源。例如，光照射器30可以包括以仰角a21向位置p3发射激光L21的第一激光光源，以仰角a22向位置p4发射激光L22的第二激光光源，以及以仰角a23将激光L23向位置p5发射的第三激光光源。在这种情况下，可以将线性光L2a顺序地或同时地发射到位置p3、p4和p5。

应注意，如上述实施方式，光照射器30设置为比投影单元10的出口开口10B更靠近投影表面A并且具有与成像单元20不同的光轴。这意味着由激光L21形成的线性光L2a以比以仰角a11发射到位置p3的投影光L11更小的入射角入射在投影表面A上。由激光L22形成的线性光L2a以比以仰角a12向位置p4发射的投影光L12更小的入射角入射到投影表面A上。由激光L23形成的线性光L2a以比以仰角a13发射到位置p5的投影光L13更小的入射角入射到投影表面A上。

在包括这种光照射器30的投影显示器中，对于对应于发射线性光L2a的各个位置的每个区域，成像信号处理器43和图片信号处理器41基于发射到多个位置的线性光L2a的拍摄图像来校正投影图像的失真。

在该变体中，投影范围B1沿Y方向(垂直方向)虚拟地分成三个区域E1、E2和E3。依次用线性光L2a照射划分的区域E1、E2，E3，在每次照射时拍摄投影表面A的图像。基于各区域E1、E2和E3的拍摄图像执行上述实施方式中描述的顺序信号处理操作(失真量dr的检测、失真量dp的估算、校正系数的计算和图像的校正)。

具体地，拍摄在区域E1中的位置p3上入射的线性光L2a的图像以检测线性光L2a的失真量dr1。失真量dr1对应于投影表面A上的位置p3与投影表面A'上的位置p31(投影表面A'上的激光L21的入射位置)之间沿着Y方向的距离。类似地，拍摄在区域E2中的位置p4上入射的线性光L2a的图像以检测线性光L2a的失真量dr2。失真量dr2对应于投影表面A上的位置p4与投影表面A'上的位置p41(投影表面A'上的激光L22的入射位置)之间沿着Y方向的距离。拍摄区域E3中的位置p5上入射的线性光L2a的图像以检测线性光L2a的失真量dr3。失真量dr3对应于投影表面A上的位置p5与投影表面A'上的位置p51(投影表面A'上的激光L23的入射位置)之间沿着Y方向的距离。尽管在变体中线性光L2a发射到3个位置而将投影范围B1分割为3个区域，但分割的区域的个数(线性光L2a的入射位置的个数)不限于三个，也可以是两个四个或更多。

基于检测到的区域E1、E2和E3的失真量dr1、dr2和dr3分别估算投影图像的失真量dp1、dp2和dp3。失真量dp1对应于投影表面A上的位置p3与投影表面A'上的位置p32(投影表面A'上的投影光L11的入射位置)之间沿Y方向的距离。失真量dp2对应于投影表面A上的位置p4与投影表面A'上的位置p42(投影表面A'上的投影光L12的入射位置)之间沿Y方向的距离。失真量dp3对应于投影表面A上的位置p5与投影表面A'上的位置p52(投影表面A'上的投影光L13的入射位置)之间沿Y方向的距离。

在将投影范围B1划分为n个区域(n是2或更大的整数)的情况下，可以使用以下表达式(4)至(6)通过运算处理来计算每个区域En中投影图像的失真量dp(n)：

da(n)＝dr(n)/tan(a2n).........(4)

dp(n)＝da(n)·tan(a1n).........(5)

dp(n)＝[tan(a1n)/tan(a2n)]·dr(n).........(6)

其中，da(n)表示区域E(n)中的投影表面A的形变量，dr(n)表示区域E(n)中的线性光L2a的失真量，dp(n)表示区域E(n)中投影图像的失真量，a1n表示区域E(n)中投影光L1n的仰角，并且a2n表示区域E(n)中的激光L2n的仰角。

如上述实施方式，仰角a1n和a2n是基于投影显示器1的设计规格或测量而确定的值。因此，检测各区域中的线性光L2a的失真量dr(n)使得可以通过运算处理来计算投影表面A的形变量da(n)和投影图像的失真量dp(n)。

基于如上所述计算的投影图像的每个区域E(n)的失真量dp(n)，对每个区域E(n)计算校正系数，并且执行失真的校正。因此，如上述实施方式，在变体中也可以校正由投影表面A的不平坦导致的投影图像的失真，而不需要用户放置照相机和用照相机拍摄。这使得可以在保持便利性的同时提高投影图像的质量。

此外，该变体使得可以对沿Y方向(垂直方向)划分的每个区域进行图像校正。因此，对于投影表面A具有在垂直方向上变化的形变量da的情况特别有效。换句话说，可以增强投影图像的失真量的估算精度，并改善失真的校正精度(可以执行非常精细的失真校正)。

虽然已经通过参考如上所述的实施方式及其变体进行了描述，但是本公开不限于上述实施方式和变体，并且可以以各种方式修改。例如，尽管在上述实施方式中描述了光照射器30发射沿着水平方向(X方向)延伸的线性光L2a的情况，但是在本公开中线性光的延伸方向不限于水平方向。本公开的投影显示器使得可以校正与线性光的延伸方向正交的方向上的失真，并且线性光可以取决于预期的用途在不同的方向上延伸。例如，尽管上述实施方式和变体是基于投影表面A是墙壁表面的假设，但是投影表面A不限于墙壁表面。例如，除了墙壁表面之外，可以假设任何具有不均匀性的各种位置作为投影表面A。线性光的延伸方向可以取决于这种投影表面A的不均匀性来设定。可替换地，光照射器可以具有使投影表面内的线性光的延伸方向转向的机制。

还应该注意，上述实施方式和变体中描述的效果仅是实例性的。本公开的效果可以是任何其他效果，或者可以进一步包括任何其他效果。

此外，本公开可以具有以下配置：

(1)

一种投影显示器，包括：

显示图像的图像显示装置；

投影单元，将由图像显示装置显示的图像投影到投影表面；

光照射器，以比投影光的入射角小的入射角用线性光照射投影表面，线性光沿投影表面内的第一方向延伸；

成像单元，具有与光照射器的光轴不同的光轴并且执行投影表面的拍摄；以及

信号处理器，对由成像单元输出的成像信号执行信号处理，

成像单元执行照射投影表面的线性光的拍摄，

信号处理器基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。

(2)

根据(1)的投影显示器，其中，信号处理器包括：

检测器，基于线性光的拍摄图像来检测线性光的第一失真量；

估计器，基于检测的第一失真量来估算图像的第二失真量；

校正系数计算器，基于估算的第二失真量来计算校正系数；以及

校正单元，使用校正系数来校正图像。

(3)

根据(2)的投影显示器，其中，

光照射器用线性光照射投影表面，

投影单元将图案图像投影到投影表面，图案图像具有规则排列的线或点，以及

检测器，

基于线性光的拍摄图像来设定参考线，

基于线性光的拍摄图像和图案图像的拍摄图像计算图案图像上选择的点处的线性光与参考线之间的差值，并且由差值来计算第一失真量。

(4)

根据(2)或(3)所述的投影显示器，其中，

估计器通过使用以下表达式[1]至[3]的运算处理来估算第二失真量：

da＝dr/tan(a2).........[1]

dp＝da·tan(a1).........[2]

dp＝[tan(a1)/tan(a2)]·dr.........[3]

其中，

da是由投影表面的凹凸导致的形变量，

dr是线性光的失真量(第一失真量)

dp是图像的失真量(第二失真量)

a1是投影光的发射角，并且

a2是线性光的发射角。

(5)

根据(3)的投影显示器，其中，检测器对线性光的拍摄图像和图案图像的拍摄图像中的每个进行细化。

(6)

根据(2)至(5)中任一项的投影显示器，其中，检测器检测与线性光的第一方向正交的第二方向中的失真量。

(7)

根据(6)的投影显示器，其中，

第一方向包括水平方向，并且

第二方向包括垂直方向。

(8)

根据(1)到(7)中任一项的投影显示器，其中，光照射器将线性光发射到投影表面的投影范围中的上端位置。

(9)

根据(8)的投影显示器，其中，信号处理器基于发射到上端位置的线性光的拍摄图像来校正图像的部分或整个区域的失真。

(10)

根据(1)到(9)中任一项的投影显示器，其中，光照射器能够将线性光发射到投影表面的投影范围中的多个位置。

(11)

根据(10)的投影显示器，其中，信号处理器基于发射到多个位置中的每个的线性光的拍摄图像，对对应于发射线性光的各位置的每个区域校正图像的失真。

(12)

根据(1)至(11)中任一项的投影显示器，其中，光照射器包括激光光源。

(13)

根据(12)的投影显示器，其中，投影显示器

具有检测靠近光照射器的物体的功能，并且

在检测到物体的情况下停止由光照射器发射线性光。

(14)

根据(1)至(13)中任一项的投影显示器，其中，投影单元包括短焦透镜。

(15)

一种图像校正方法，包括，在校正投影到投影表面的图像时：

以比投影光的入射角小的入射角用线性光照射投影表面，线性光沿投影表面内的第一方向延伸；

由与线性光的光路不同的光路执行对照射投影表面的线性光的拍摄；以及

基于线性光的拍摄图像来校正投影图像的失真。

(16)

根据(15)的图像校正方法，其中，

基于线性光的拍摄图像检测线性光的第一失真量，

基于检测的第一失真量估算图像的第二失真量，

基于估算的第二失真量校正图像。

(17)

根据(16)的图像校正方法，其中，

用线性光照射投影表面，并将图案图像投影到投影表面，图案图像具有规则排列的线或点，

基于线性光的拍摄图像设定参考线，并且

基于线性光的拍摄图像和图案图像的拍摄图像计算在图案图像上选择的点处的线性光与参考线之间的差值，并且由差值来计算第一失真量。

(18)

根据(16)或(17)的图像校正方法，其中，通过使用以下表达式[1]至[3]的操作处理来估算第二失真量：

da＝dr/tan(a2).........[1]

dp＝da·tan(a1).........[2]

dp＝[tan(a1)/tan(a2)]·dr.........[3]

其中，

da是由投影表面的凹凸而引起的形变量，

dr是线性光的失真量(第一失真量)

dp是投影图像的失真量(第二失真量)

a1是投影光的发射角，并且

a2是线性光的发射角。

(19)

根据(15)至(18)中任一项的图像校正方法，其中，

线性光发射到投影表面的投影范围中的上端位置，

基于发射到上端位置的线性光的拍摄图像来校正图像的部分或整个区域的失真。

(20)

根据(15)至(18)中任一项的图像校正方法，其中，

线性光顺序地或同时地发射到投影表面的投影范围中的多个位置，并且

基于发射到多个位置中的每个的线性光的拍摄图像，对对应于发射线性光的各位置的每个区域校正图像的失真。

本申请要求于2015年10月6日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP2015-198762的权益，其全部内容通过引证结合于此。

本领域技术人员应该理解，取决于设计要求和其它因素，可以出现各种变体、组合、子组合和变更，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (20)

1.一种投影显示器，包括：

显示图像的图像显示装置；

投影单元，将由所述图像显示装置显示的图像投影到投影表面；

光照射器，以比投影光的入射角小的入射角用线性光照射所述投影表面，所述线性光沿所述投影表面内的第一方向延伸；

成像单元，具有与所述光照射器的光轴不同的光轴并且执行所述投影表面的拍摄；以及

信号处理器，对由所述成像单元输出的成像信号执行信号处理，

所述成像单元执行照射所述投影表面的所述线性光的拍摄，

所述信号处理器基于所述线性光的拍摄图像来校正投影的所述图像的失真。

2.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述信号处理器包括：

检测器，基于所述线性光的拍摄图像来检测所述线性光的第一失真量；

估计器，基于检测到的所述第一失真量来估算所述图像的第二失真量；

校正系数计算器，基于估算的所述第二失真量来计算校正系数；以及

校正单元，使用所述校正系数来校正所述图像。

3.根据权利要求2所述的投影显示器，其中，

所述光照射器用所述线性光照射所述投影表面，

所述投影单元将图案图像投影到所述投影表面，所述图案图像具有规则排列的线或点，并且

所述检测器

基于所述线性光的拍摄图像来设定参考线，

基于所述线性光的拍摄图像和所述图案图像的拍摄图像计算所述图案图像上选择的点处的所述线性光与所述参考线之间的差值，并且由所述差值来计算所述第一失真量。

4.根据权利要求2所述的投影显示器，其中，

所述估计器通过使用以下表达式(1)至(3)的运算处理来估算所述第二失真量：

da＝dr/tan(a2).........(1)

dp＝da·tan(a1).........(2)

dp＝[tan(a1)/tan(a2)]·dr.........(3)

其中，

da是由所述投影表面的凹凸而导致的形变量，

dr是所述线性光的失真量(所述第一失真量)，

dp是所述图像的失真量(所述第二失真量)，

a1是所述投影光的发射角，并且

a2是所述线性光的发射角。

5.根据权利要求3所述的投影显示器，其中，所述检测器对所述线性光的拍摄图像和所述图案图像的拍摄图像中的每一个进行细化处理。

6.根据权利要求2所述的投影显示器，其中，所述检测器检测与所述线性光的所述第一方向正交的第二方向中的失真量。

7.根据权利要求6所述的投影显示器，其中，

所述第一方向是水平方向，并且

所述第二方向是垂直方向。

8.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述光照射器将所述线性光发射到所述投影表面的投影范围中的上端位置。

9.根据权利要求8所述的投影显示器，其中，所述信号处理器基于发射到所述上端位置的线性光的拍摄图像来校正所述图像的部分或整个区域的失真。

10.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述光照射器能够将所述线性光发射到所述投影表面的投影范围中的多个位置。

11.根据权利要求10所述的投影显示器，其中，所述信号处理器基于发射到所述多个位置中的每个的线性光的拍摄图像，对对应于发射所述线性光的各位置的每个区域校正所述图像的失真。

12.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述光照射器包括激光光源。

13.根据权利要求12所述的投影显示器，其中所述投影显示器

具有检测靠近所述光照射器的物体的功能，并且

在检测到所述物体的情况下停止由所述光照射器发射所述线性光。

14.根据权利要求1所述的投影显示器，其中，所述投影单元包括短焦透镜。

15.一种图像校正方法，包括：在校正投影到投影表面的图像时，

以比投影光的入射角小的入射角用线性光照射所述投影表面，所述线性光沿所述投影表面内的第一方向延伸；

由与所述线性光的光路不同的光路执行对照射所述投影表面的线性光的拍摄；以及

基于所述线性光的拍摄图像来校正投影的所述图像的失真。

16.根据权利要求15所述的图像校正方法，其中，

基于所述线性光的拍摄图像来检测所述线性光的第一失真量，

基于检测到的所述第一失真量来估算所述图像的第二失真量，

基于估算的所述第二失真量来校正所述图像。

17.根据权利要求16所述的图像校正方法，其中，

用所述线性光照射所述投影表面，并将图案图像投影到所述投影表面，所述图案图像具有规则排列的线或点，

基于所述线性光的拍摄图像设定参考线，并且

基于所述线性光的拍摄图像和所述图案图像的拍摄图像计算所述图案图像上选择的点处的所述线性光与所述参考线之间的差值，并且由所述差值来计算所述第一失真量。

18.根据权利要求16所述的图像校正方法，其中，通过使用以下表达式(1)至(3)的运算处理来估算所述第二失真量：

da＝dr/tan(a2).........(1)

dp＝da·tan(a1).........(2)

dp＝[tan(a1)/tan(a2)]·dr.........(3)

其中，

da是由所述投影表面的凹凸导致的形变量，

dr是所述线性光的失真量(所述第一失真量)，

dp是投影图像的失真量(所述第二失真量)，

a1是所述投影光的发射角，并且

a2是所述线性光的发射角。

19.根据权利要求15所述的图像校正方法，其中，

将所述线性光发射到所述投影表面的投影范围中的上端位置，

基于发射到所述上端位置的线性光的拍摄图像来校正所述图像的部分或整个区域的失真。

20.根据权利要求15所述的图像校正方法，其中，

将所述线性光顺序地或同时地发射到所述投影表面的投影范围中的多个位置，

基于发射到所述多个位置中的每个的线性光的拍摄图像，对对应于发射所述线性光的各位置的每个区域来校正所述图像的失真。