CN108174170B - 基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法、系统及设备 - Google Patents

基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法、系统及设备 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法及设备，包括利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图；在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；若投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。通过利用摄像机对投影区域进行拍摄，进而检测到投影区域的尺寸的变化，若投影尺寸发生变化则对投影仪的参数进行自动配置。无需人工反复进行调节，降低了工作强度，提高了用户体验满意度。

Description

基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法、系统及设备
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，特别涉及一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法、系统及设备。
背景技术
在投影交互系统中，投影仪是必不可少的重要部分。但是，很多型号的投影仪在开机启动时，容易出现一个现象：上一次设定好的投影区域的尺寸，重新启动计算机之后，由于关机之后，相关设置的参数发生了变化导致投射尺寸发生了变化。
在投影交互系统中，需要对投影区域与计算机屏幕之间的映射关系进行计算。但是，一旦投影的位置和尺寸发生了变动，映射关系就不能适用了，此时需要另外标定才行，极大降低了用户体验。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法、系统及设备，以自动调节投影区域尺寸。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：
第一方面，采用一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，包括：
利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图；
在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
若投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
优选地，所述方法还包括：
对提取的连通区域进行噪声点过滤，得到过滤后无噪声干扰的连通区域，并得到所述投影仪区域。
优选地，所述对提取的连通区域进行噪声点过滤，具体包括：
将各连通区域的上下左右位置与掩模图中的显示区域位置进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
或者，将各连通区域与掩模图中的显示区域位置进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
或者，将各连通区域的长宽比与模板图中显示区域的宽高比进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
在判断连通区域为噪声点时，将该连通区域滤除。
优选地，所述掩模图获取过程为：
利用计算机投射高亮画面，并控制摄像头捕获投影区域的画面作为图像；
将所述图像在计算机中进行显示，并查找到投影区域的关键点；
将关键点连接形成多边形，并将多边形内部变成前景色、外部变成背景色，得到掩模图。
优选地，所述利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图，具体包括：
利用投影仪将一幅全黑图片投影出去，得到全黑的投影区域；
利用摄像机对所述全黑的投影区域进行连续采集，得到n幅帧图像；
遍历所述n幅帧图像，逐一计算前后帧差图像，最终可得(n-1)幅帧差图像；
对(n-1)幅帧差图像进行阈值化操作，计算每一幅帧差图像中前景像素的数目；
根据所述帧差图像中的前景像素的数目进行筛选，得到稳定的帧差图像；
对所述稳定的帧差图像进行求平均处理，将得到的平均值作为背景图。
优选地，所述在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图，具体包括：
在投影仪开启后，利用摄像机捕获当前画面；
将当前画面作为前图，将前图像素值与背景图像素值逐一进行作差比较；
当某像素位置处的亮度值之差大于预设阈值时，则记为前景；
遍历所有的像素，得到前景图。
优选地，所述将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化，具体包括：
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，得到不一致的像素数目；
若不一致的像素数目超过所述模板图中前景像素总数目，则确定投影仪的投射区域发生变化。
第二方面，采用一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测系统，包括背景图构建模块、前景图构建模块、投影区域计算模块、判断模块以及尺寸更改模块；
背景图构建模块，用于利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图；
前景图构建模块，用于在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
投影区域计算模块，用于对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
判断模块，用于将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
尺寸更改模块，用于在投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
优选地，还包括噪声过滤模块，用于对提取的连通区域进行噪声点过滤，得到过滤后无噪声干扰的连通区域，并得到所述投影仪区域。
第三方面，采用一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测设备，包括处理器和存储有若干程序指令的存储器，该若干程序指令适用于处理器加载执行：
利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图；
在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
若投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：本发明通过利用摄像机对投影区域进行拍摄，进而检测到投影区域的尺寸的变化，若投影尺寸发生变化则对投影仪的参数进行自动配置。无需人工反复进行调节，降低了工作强度，提高了用户体验满意度。
附图说明
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：
图1是一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法的流程示意图；
图2是一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法的流程框图；
图3是背景建模的流程示意图；
图4是进行背景差分的流程示意图；
图5是一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更进一步说明本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
如图1至图2所示，本实施例公开了一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，包括如下步骤S101至S105：
S101、利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图；
S102、在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
S103、对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
S104、将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
S105、若投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
进一步地，如图3所示，步骤S101，具体包括：
(1)在计算机屏幕中显示一幅全黑的图片，然后采用投影仪将计算机显示屏幕的内容，投影出去，则投影区域会变得全黑得到背景图。
(2)利用摄像机连续采集图像201幅图像，具体为：控制摄像头连续拍摄投影区域若干秒，摄像头的每秒可拍摄100张左右，最终从摄像头采集到的图像集中筛选出201张图像。
(3)遍历这201帧图像，逐一计算前后帧差图像，最终可得200幅帧差图像。具体公式为：
Figure BDA0001534340200000051
其中，Si表示第i幅帧差图像，Fi+1(x,y)表示在第i+1幅图像中(x,y)处的像素值，M表示图像的长度，N表示图像的宽度，0≤i≤200。
(4)对获取到的200幅帧差图像进行阈值化操作，阈值是一经验值，图像中灰度值大于阈值的即为白色，否则为黑色，最终的前景像素的数目是白色点的个数。
如果该帧像素数目少于50个，则表明前后两帧的变化幅度不大，投影区域相对稳定，没有运动目标出现，该帧差图像记为稳定的帧差图。如果不稳定，则丢弃该帧图像。
(5)对于200幅帧差图中，对所有稳定的帧差图求取平均值并记为P，并将P作为背景图，计算公式为：
Figure BDA0001534340200000061
其中，n表示200幅帧差图中稳定帧差图的个数，Ti(x,y)表示在第i幅稳定帧差图像中(x,y)处的像素值。
进一步地，如图4所示，步骤S102，具体包括：
在投影仪开启后，利用摄像机捕获当前画面；
将当前画面作为前图，将前图像素值与背景图像素值逐一进行作差比较；
当某像素位置处的亮度值之差大于预设阈值时，则记为前景，其中该预设的亮度阈值取值为20；
遍历所有的像素，得到前景图。
进一步地，步骤S103，具体包括：对前景图进行扫描，找到其中的所有的连通域。即将相邻的前景像素点划分到一个区域，从而可得到所有的连通域。
进一步地，步骤S104，具体包括：
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，得到不一致的像素数目；
若不一致的像素数目超过所述模板图中前景像素总数目，则确定投影仪的投射区域发生变化。
需要说明的是，投影区域图像与预先设置的模板图像，某个像素位置，都是前景，或者都是背景，叫做一致。反之，则不一致。
其中，根据经验值判断，如果不一致的像素的总数目，超过模板图中前景像素总数目的1％，则说明投影仪的投射区域发生变化了，此时需要预警，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
进一步地，由于相机抓获的图像中，在显示区域以外的地方，很可能也存在噪声干扰，导致出现在背景差分图像中，因此需要对前景图进行噪声过滤，本实施例在上述步骤S103之后，还包括如下步骤：
对提取的连通区域进行噪声点过滤，得到过滤后无噪声干扰的连通区域，并得到所述投影仪区域。
其中，对提取的连通区域进行噪声点过滤，具体包括：
将各连通区域的上下左右位置与掩模图中的显示区域位置进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
需要说明的是，投影仪尺寸变化，但是不会导致显示区域的位置发生大幅度偏移。因此将当前连通域的上下左右位置，与掩模图中的显示区域位置进行比较。如果某个位置量，偏差超过100个像素，则认为是突然引入的噪声点，背景图没有对应的像素点与之对应，则可以滤除该连通域。
或者，将各连通区域与掩模图中的显示区域位置进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
需要说明的是，投影仪尺寸变化，也不会导致显示区域的尺寸发生大幅度变化。因此，因此需要将当前连通域，与掩模图中的显示区域位置进行比较。如果某个位置量，偏差超过100个像素，则可以滤除该连通域。
或者，将各连通区域的长宽比与模板图中显示区域的宽高比进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
需要说明的是，由于投影区域的比例最小满足4:3，最大是16:9，由于拍摄的时候会出现误差，因此，比例稍微大点。故，模板图中，显示区域的宽度和高度的比例，基本满足小于2，大于1。如果当前连通域的的长宽比，不在[1，2]之间，则过滤当前连通域。
进一步地，掩模图获取过程为：
(1)利用计算机投射高亮画面，尽量保证整个显示区域都呈现高亮。首先，在计算机屏幕中显示一幅全白的图片，然后采用投影仪将计算机显示屏幕的内容，投影出去，则投影区域会显示十分高亮，从而完成了投射高亮画面操作。
(2)显示摄像机捕获的图像，并控制摄像头拍摄投影区域的画面，从而捕获图像。
(3)将摄像头捕获的图像记为P，并将其显示在计算机显示屏中。在图像P中，利用鼠标点击投影区域的边界和四角，鼠标点击的点基本构成了投影区域的轮廓，这些点被称为关键点。对于图像P，其范围比较大，在其中包括了投影的区域，所以需要在图像P中勾勒出投影区域部分。
(4)将关键点连接起来，形成多边形，然后进行填充，将多边形内部变成前景色，外部变成背景色，得到掩模图。
需要说明的是，本实施例中通过用摄像机对投影区域进行拍摄，进而检测到投影区域尺寸的变化，在尺寸发生变化时对投影仪的参数进行自动配置。无需要人工反复进行调节，降低了工作强度。另外，通过对提取的连通域进行背景噪声干扰过滤，确保背景差分图像的准确性，从而保证了投射区域尺寸变化判断的准确性。
如图5所示，本实施例公开了一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测系统，包括背景图构建模块10、前景图构建模块20、投影区域计算模块30、判断模块40以及尺寸更改模块50；
背景图构建模块10，用于利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图；
前景图构建模块20，用于在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
投影区域计算模块30，用于对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
判断模块40，用于将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
尺寸更改模块50，用于在投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
优选地，还包括噪声过滤模块，用于对提取的连通区域进行噪声点过滤，得到过滤后无噪声干扰的连通区域，并得到所述投影仪区域。
另外，还公开了一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测设备，包括处理器和存储有若干程序指令的存储器，该若干程序指令适用于处理器加载执行：
利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图；
在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
若投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸，其具体过程是：计算机与投影仪之间通过数据线连接，运行计算机上的程序，向投影仪发送信息和控制名利，使得投影仪改变投影尺寸。
需要说明的是，本实施例公开的自检测设备中的模块或者处理器执行的程序与上述公开的自检测方法的流程相同，为文本简洁，该处不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，其特征在于，包括：
利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图，具体为：
利用投影仪将一幅全黑图片投影出去，得到全黑的投影区域；利用摄像机对所述全黑的投影区域进行连续采集，得到n幅帧图像；遍历所述n幅帧图像，逐一计算前后帧差图像，得到(n-1)幅帧差图像；对(n-1)幅帧差图像进行阈值化操作，计算每一幅帧差图像中前景像素的数目；根据所述帧差图像中的前景像素的数据进行筛选，得到稳定的帧差图像；对所述稳定的帧差图像进行求平均处理，将得到的平均值作为背景图；
在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
若投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
2.如权利要求1所述的基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
对提取的连通区域进行噪声点过滤，得到过滤后无噪声干扰的连通区域，并得到所述投影区域。
3.如权利要求2所述的基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，其特征在于，所述对提取的连通区域进行噪声点过滤，具体包括：
将各连通区域的上下左右位置与掩模图中的显示区域位置进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
或者，将各连通区域与掩模图中的显示区域位置进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
或者，将各连通区域的长宽比与模板图中显示区域的宽高比进行比较，判断连通区域是否为噪声点；
在判断连通区域为噪声点时，将该连通区域滤除。
4.如权利要求3所述的基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，其特征在于，所述掩模图获取过程为：
利用计算机投射高亮画面，并控制摄像头捕获投影区域的画面作为图像；
将所述图像在计算机中进行显示，并查找到投影区域的关键点；
将关键点连接形成多边形，并将多边形内部变成前景色、外部变成背景色，得到掩模图。
5.如权利要求1所述的基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，其特征在于，所述在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图，具体包括：
在投影仪开启后，利用摄像机捕获当前画面；
将当前画面作为前图，将前图像素值与背景图像素值逐一进行作差比较；
当某像素位置处的亮度值之差大于预设阈值时，则记为前景；
遍历所有的像素，得到前景图。
6.如权利要求1所述的基于摄像头的投影区域尺寸自检测方法，其特征在于，所述将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化，具体包括：
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，得到不一致的像素数目；
若不一致的像素数目超过所述模板图中前景像素总数目，则确定投影仪的投射区域发生变化。
7.一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测系统，其特征在于，包括背景图构建模块、前景图构建模块、投影区域计算模块、判断模块以及尺寸更改模块；
背景图构建模块，用于利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图，具体为：
利用投影仪将一幅全黑图片投影出去，得到全黑的投影区域；利用摄像机对所述全黑的投影区域进行连续采集，得到n幅帧图像；遍历所述n幅帧图像，逐一计算前后帧差图像，得到(n-1)幅帧差图像；对(n-1)幅帧差图像进行阈值化操作，计算每一幅帧差图像中前景像素的数目；根据所述帧差图像中的前景像素的数据进行筛选，得到稳定的帧差图像；对所述稳定的帧差图像进行求平均处理，将得到的平均值作为背景图；
前景图构建模块，用于在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
投影区域计算模块，用于对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
判断模块，用于将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
尺寸更改模块，用于在投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
8.如权利要去7所述的基于摄像头的投影区域尺寸自检测系统，其特征在于，还包括噪声过滤模块，用于对提取的连通区域进行噪声点过滤，得到过滤后无噪声干扰的连通区域，并得到所述投影区域。
9.一种基于摄像头的投影区域尺寸自检测设备，其特征在于，包括处理器和存储有若干程序指令的存储器，该若干程序指令适用于处理器加载执行：
利用摄像机对投射介质进行背景图建模，得到稳定的背景图，具体为：
利用投影仪将一幅全黑图片投影出去，得到全黑的投影区域；利用摄像机对所述全黑的投影区域进行连续采集，得到n幅帧图像；遍历所述n幅帧图像，逐一计算前后帧差图像，得到(n-1)幅帧差图像；对(n-1)幅帧差图像进行阈值化操作，计算每一幅帧差图像中前景像素的数目；根据所述帧差图像中的前景像素的数据进行筛选，得到稳定的帧差图像；对所述稳定的帧差图像进行求平均处理，将得到的平均值作为背景图；
在投影仪开启后，根据摄像机捕获的当前画面与所述背景图做背景差分，得到前景图；
对所述前景图进行扫描，得到前景图中所有的连通域，并对连通域进行提取，得到投影区域；
将投影区域图像像素与预先设置的模板图像像素逐一进行对比，判断投影仪的投射区域是否发生变化；
若投射区域发生变化，则控制投影仪重新更改投影尺寸。
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