CN108267911A - 一种在倾斜表面成像的投影仪光路系统及其畸变补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，按照该光路系统结构设计的投影设备，能够将不垂直于设备光轴的倾斜平面作为投影面，并获得清晰图像。该系统的基本组成包括图像生成单元、图像倾角控制单元、透镜单元以及光照单元，其中图像生成单元用于产生待投图像，图像倾角控制单元用于改变图像与透镜光轴之间的夹角、透镜单元对图像进行透镜成像、光照单元为系统提供光源。本发明还提供一种透镜倾斜成像畸变补偿方法，该方法具有以下有益效果：通过对待投影图像进行畸变补偿，能够有效抵消上述系统中由于成像平面倾斜于光轴而产生的图像畸变。

Description

一种在倾斜表面成像的投影仪光路系统及其畸变补偿方法

技术领域

本发明涉及一种投影仪光路系统，尤其涉及一种在与投影仪光轴倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统及其成像畸变补偿方法。

背景技术

投影仪是一种用来将图像或者视频投射到幕布上的设备，广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所。

目前，根据图像显示技术的不同，可以将投影仪分为LCD投影仪、LCOS投影仪、DLP投影仪。其中LCD投影利用LCD液晶屏幕产生影像信息，通过高亮度光源将液晶画面投射进入透镜，并通过透镜成像在幕布上获得投影画面；LCOS投影仪则是基于反射式microLCD投影技术，利用LCOS面板来调节光源发出欲投影至屏幕的光信号；DLP投影技术是基于美国TI公司开发的DMD芯片的一种全数字反射式投影技术，DMD芯片是其核心装置。

无论是LCD投影仪、LCOS投影仪还是DLP投影仪，当前市场上生产的投影仪其核心图像生成单元（LCD屏幕、LCOS面板、DMD芯片）都要求和投影仪光轴垂直，在正对投影仪并与光路垂直的平面上产生清晰的画面。在实际应用时，存在光路容易被中间物体遮挡等问题，与此同时，要求成像面必须垂直于投影仪光轴也是一种限制。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种能够在与投影仪光轴不垂直的倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，通过控制投影仪中画面生成单元产生的画面与投射透镜成一定的倾斜角度，以使投影仪能够在倾斜的表面上产生清晰的投影画面。

本发明提供一种在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，用于在倾斜表面投影产生清晰画面，该投影仪光路系统包括图像生成单元、图像倾角控制单元、透镜单元以及光照单元，图像生成单元用于产生待投影的画面（例如LCD屏、DMD芯片），图像倾角控制单元用于改变图像生成单元产生图像与透镜光轴之间的夹角，透镜单元用于对图像生成单元产生的画面进行透镜成像，其中投射透镜指的是最终将画面投射出去的透镜或透镜组，光照单元用于产生投射光，将画面投射到成像平面之上。

进一步地，图像生成单元产生的图像所在平面与透镜单元中的投射透镜光轴不垂直，而是呈一定的倾斜角度。

进一步地，图像生成单元可以为能够产生图像信息的各种部件，例如LCD屏幕、DMD芯片等。

进一步地，图像倾角控制单元可以为电机等控制的自动化图像倾角改变机构或者手动改变图像生成单元倾角的机械结构。

进一步地，光路系统光轴与图像生成单元产生的图像之间存在一定的倾角。

本发明还提供一种透镜倾斜成像畸变补偿方法，包括以下步骤：

（1）从图像倾角控制单元获取图像平面与光轴夹角（图1），记为θ；

（2）根据夹角结合公式（1）计算图像平面各点距离透镜的距离l，其中l的计算公式根据图像点位于上平面还是下平面而不同；

（1）

（3）图像生成单元根据公式（2）对图像中距离透镜距离为l的图像宽度按层进行重新渲染，其中l为距离，f为焦距，m为缩放系数；

（2）

（4）图像生成单元生成补偿后的图像，作为最终投影画面。

与现有技术相比，本发明提供的在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统及其成像畸变补偿方法，具有以下有益效果：按照该光路系统构造的投影仪能够在与投影仪光轴倾斜的平面上投影并得到清晰的画面；除此之外，通过对待投影的图像按照该畸变补偿方法进行处理，能够有效补偿上述系统中由于成像平面倾斜于光轴而产生的图像畸变问题，从而得到无畸变的投影图像。

附图说明

图1：系统介绍（摘要附图）；

图2：为图像单元与光轴呈一定角度时的透镜成像模型；

图3：为成像过程基本示意图；

图4：为倾斜成像投影仪与普通投影仪相比的成像优势。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本实施例为一种能够在倾斜表面成像的系统，包括图像生成单元、图像倾角控制单元、透镜单元与光照单元。图像生成单元接收从图像源接收带投射的画面信息，并根据本发明提供的透镜倾斜成像畸变补偿方法对画面进行补偿，将补偿后的画面渲染到最终显示设备上，用于投射；图像倾角控制单元用于控制图像生成单元产生的待投射画面与光轴之间的夹角；透镜单元用于对待投射画面进行透镜成像；光照单元用于提供投影仪所需光源。

本实施例中，图像生成单元可以为LCD屏幕、LCOS面板或者DMD芯片。

图像倾角控制单元可以为手动调节画面与光轴倾角的机械结构或者自动调节画面倾角的电控机构。

透镜单元可以为菲涅尔镜片组或者凸透镜。

光照单元可以为LED光源、金属卤素灯等，对应于DMD芯片作为图像生成单元的结构，在光源和DMD芯片之间还应包括色轮。

图1示出了该投影仪系统中，图像生成单元产生的图像与最终成像之间的关系。通过控制图像倾角控制单元调节画面倾角，即可控制生成成像平面与光轴之间的夹角，以适应不同倾角的投影平面。

图2示出了该投影仪的基本组成以及成像过程。

投影仪的图像生成单元从图像源接收待投射画面，该画面进入单元将首先进行畸变补偿，补偿步骤如下：

（1）从图像倾角控制单元获取图像平面与光轴夹角（图1），记为θ；

（2）根据夹角结合公式（1）计算图像平面各点距离透镜的距离l，其中l的计算公式根据图像点位于上平面还是下平面而不同；

（1）

（3）图像生成单元根据公式（2）对图像中距离透镜距离为l的图像宽度按层进行重新渲染，其中l为距离，f为焦距，m为缩放系数；

（2）

（4）图像生成单元生成补偿后的图像，作为最终投影画面。

投影仪通过图像倾角控制单元控制图像倾角，光照单元将画面投射进入透镜单元，根据透镜成像规律，投影仪将会在倾斜平面上投影产生清晰的投影画面。

以上详细描述了本法的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中的技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验就可以得到的技术方案，皆应在权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，用于在于投影机光轴不垂直的倾斜表面上进行投影成像，其特征在于，所述投影仪光路系统包括图像生成单元、图像倾角控制单元、透镜单元以及光照单元，所述图像生成单元用于产生待投影的画面（例如LCD屏、DMD芯片），所述的图像倾角控制单元用于改变图像生成单元产生图像与透镜光轴之间的夹角，所述透镜单元用于对图像生成单元产生的画面进行透镜成像，其中投射透镜指的是最终将画面投射出去的透镜或透镜组，光照单元用于产生投射光，将画面投射到成像平面之上。

2.如权利要求1所述的在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，其特征在于，所述图像生成单元产生的图像所在平面与透镜单元中的投射透镜光轴不垂直，而是呈一定的倾斜角度。

3.如权利要求1所述的在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，其特征在于，所述图像生成单元可以能够产生图像信息的所有部件，例如LCD屏幕、DMD芯片等。

4.如权利要求1所述的在倾斜表面清晰成像的投影仪光路系统，其特征在于，所述的图像倾角控制单元可以为电机等控制的自动化图像倾角改变机构或者手动改变图像生成单元倾角的机械结构。

5.如权利要求1所述的在倾斜表面成像的投影仪光路系统，其特征在于，所述的光路系统光轴在一条直线之上。

6.如权利要求1所述的在倾斜表面成像的投影仪光路系统，其特征在于，所述的光路系统光轴与图像生成单元产生的图像之间存在一定的倾角。

7.一种透镜倾斜成像畸变补偿方法，其特征在于，所述的透镜倾斜成像畸变补偿方法包括以下步骤：

（1）从图像倾角控制单元获取图像平面与光轴夹角（图1），记为；

（2）根据夹角结合公式（1）计算图像平面各点距离透镜的距离l，其中l的计算公式根据图像点位于上平面还是下平面而不同；

（1）

（3）图像生成单元根据公式（2）对图像中距离透镜距离为l的图像宽度按层进行重新渲染，其中l为距离，f为焦距，m为缩放系数；

（2）

（4）图像生成单元生成补偿后的图像，作为最终投影画面。