CN109951692B - 基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，该方法采用了摄像头、投影光机、主控电路板和幕布，本发明先测算正投时的特征曲线参数，再在校正时，通过测得的垂直拉长距离确认投影距离，进而计算理论正投的水平拉长距离；对比实际水平拉长距离和理论正投的水平拉长距离，进而进行梯形校正。本发明通过投影光机在正投时的特性曲线数值及倾斜放置时对应的特性曲线数值，判定当前图像的倾斜方向和倾斜角度，并进行自动调整，解决投影仪在水平方向梯形校正的问题。
Description
技术领域
本发明涉及投影技术领域，特别是一种基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法。
背景技术
投影仪是一种可以将图像或视频投射到幕布上的设备。基于投影仪的光学特性，需要投射面和投影机摆放相互垂直，否则就存在投射图像为梯形。投影画面的梯形图像分为两种类型，一种是垂直方向梯形，另一种是水平方向梯形。垂直方向梯形目前多采用内置重力传感器来进行自动校正，而在水平方向上，现有的传感器无法感知水平方向角度变化，水平方向梯形校正实现存在困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，该方法采用了摄像头、投影光机、主控电路板和幕布；摄像头用于提取投影成像目标的图像，投影光机用于输出标定画面到幕布上，摄像头的视角大于投影光机的投影角，主控电路板根据摄像头提取的图像信息进行自动梯形校正，具体方法为，
（1）摄像头和投影光机都装在投影仪正面的同一水平线不同位置，摄像头在左侧并向上倾斜安装，投影光机在右侧；
（2）测算投影光机的正投参数曲线
（a）将幕布水平放置于投影仪正前方，投影距离为x；
（b）投影光机输出带有左右方块图的标定画面；
（c）打开摄像头对标定画面进行捕捉，使用图像算法库查找棋盘格角点，选取图像下半部分左右两边的角点，测算水平拉长距离f2，选取上半部分左右两边的角点，测算垂直拉长距离f1，得到第一组数据；
（d）改变投影距离x，再次执行步骤（b）、（c）的内容，得到第二组数据；
（e）根据两组数据拟合垂直方向曲线f1= a*x^b和水平方向曲线f2=c*x^d，得出a、b、c、d的具体数值；
（f）将计算出的光机正投参数曲线的参数值a、b、c、d固化到投影仪内部；
（3）校正
（a）将投影仪摆放在投影距离内的任意位置；
（b）投影光机输出带有左右方块图的标定画面；
（c）打开摄像头捕捉投影图像，提取图像角点信息后分别测算图像中水平拉长距离f2和垂直拉长距离f1，根据垂直方向曲线计算出当前投影距离x，再把投影距离x代入水平方向曲线中，计算出正投时的理论水平拉长距离f2’；
（d）设函数f=f2-f2’，若f为正，则需要将画面向右校正；若f为负，则需要将画面向左校正；若f为零，则不需要校正；
（e）根据f的绝对值大小调整光机梯形值，让投影机在斜面投放出矩形，完成校正。
技术方案中，摄像头和所述投影光机的距离为20mm。
技术方案中，带有左右方块图的标定画面上，左右各边的方块为4列15行，黑白相间的角点信息即为3列14行；选取下半部分左右两边8-14行的角点，计算水平拉长距离f2；选取上半部分左右两边1-7行的角点，计算垂直拉长距离f1。
技术方案中，测算投影光机在正投时的固有特性曲线时，选取的投影距离为1m和2m。
技术方案中，投影光机的水平投影角度为60°，垂直投影角度为40°。
技术方案中，摄像头选取水平摄像角度为80°，垂直摄像角度为60°的无畸变镜头。
本发明的有益效果是：通过投影光机在正投时的特性曲线数值及倾斜放置时对应的特性曲线数值，判定当前图像的倾斜方向和倾斜角度，并进行自动调整，解决投影仪在水平方向梯形校正的问题。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明测算正投参数曲线的流程图。
图3是本发明水平方向校正的逻辑示意图。
图4是本发明投影光机输出的标定画面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，主要采用了摄像头1、投影光机2、主控电路板3和幕布；摄像头1用于提取投影成像目标的图像，投影光机2用于输出标定画面到幕布上，摄像头1的视角大于投影光机2的投影角。本专利优选水平投影角度为60°，垂直投影角度为40°的投影光机2；优选水平摄像角度为80°，垂直摄像角度为60°的无畸变镜头的摄像头1。安装时，摄像头1和投影光机2都装在投影仪正面的同一水平线不同位置，摄像头1在左侧并向上倾斜安装，投影光机2在右侧，摄像头1和投影光机2的距离为20mm。主控电路板3根据摄像头1提取的图像信息进行自动梯形校正。图中A-E表示不同情况下的幕布平面，当幕布处于A平面上投影光机2的画面完全纳入摄像头1中，即为校正的起始位置。当幕布从A平面逐渐平移到C平面时，投影光机2投影的画面在摄像头1中不断地向左平移，并且不断地缩小，其中右边缩小的幅度大于左边。B、D、E平面分别是相同投影距离时，正投、顺时针旋转、逆时针旋转的幕布平面。顺时针旋转（D平面）相比于正投（B平面）时，摄像头1的画面内，投影画面发生了拉长和右平移；逆时针旋转（E平面）相比于正投（B平面）时，摄像头1的画面内，投影画面发生了缩短和左平移。不管顺时针旋转或逆时针旋转，摄像头1的画面内，投影画面的高度都不会发生变化。
经上述分析可知，正面投影时，随着投影距离的增加，投影光机2投影的画面在摄像头1中不断地向左平移和缩小，画面在垂直方向和水平方向的尺寸变化与投影距离可拟合呈曲线函数关系；对比B、D、E平面的投影变化可知，不管顺时针旋转或逆时针旋转，摄像头1的画面内，投影画面的高度都不会发生变化，因此可以根据垂直方向的拟合曲线函数，由垂直距离推算出投影距离；并且，如果投影画面拉长可确定幕布是发生了顺时针旋转，如果投影画面缩短可确定幕布是发生了逆时针旋转，可根据投影距离和水平拉长距离确定投影光机2偏移的角度和方向。
本发明专利通过正投并移动幕布平面，进行两次测量，进而拟定投影画面在垂直方向和水平方向上，随着投影距离变化，摄像头1中垂直方向和水平方向图像大小变化的曲线函数。两次测量的正面投影距离可选择为1m和2m。如图2所示，具体的拟定方法为，
（a）将幕布水平按投影距离要求放置于投影仪的正前方；
（b）投影光机2输出带有左右方块图的标定画面（如图4），标定画面的左右各边的方块为4列15行，黑白相间的角点信息即为3列14行；
（c）打开摄像头1对标定画面进行捕捉，使用图像算法库查找棋盘格角点，选取下半部分左右两边8-14行的角点，计算水平拉长距离f2；选取上半部分左右两边1-7行的角点，计算垂直拉长距离f1，得到第一组数据；
（d）改变投影距离x，再次进行垂直拉长距离f1和水平拉长距离f2的计算，得到第二组数据；
（e）根据两组数据拟合垂直方向曲线f1= a*x^b和水平方向曲线f2=c*x^d，得出a、b、c、d的具体数值；
（f）把两个函数标定的参数值a、b、c、d固化到投影仪内部。
曲线函数完成参数拟定后，投影仪具有正投时的数据。当实际进行投影时，投影仪根据实际投影的垂直拉长距离f1计算出当前投影距离x，再根据当前投影距离x计算此距离在正投时的水平拉长距离f2’,将当前测得的水平拉长距离f2 和f2’比较，决定调整的角度值和方向。如图3所示，校正具体步骤为，
（a）将投影仪摆放在投影距离内的任意位置；
（b）投影光机2输出带有左右方块图的标定画面（如图4），标定画面的左右各边的方块为4列15行，黑白相间的角点信息即为3列14行；
（c）摄像头1捕捉投影画面，并提取图像角点的信息，选取画面中下半部分左右两边8-14行的角点，计算水平拉长距离f2；选取上半部分左右两边1-7行的角点，计算垂直拉长距离f1；
（d）根据垂直方向曲线计算出当前投影距离x，再把投影距离x代入水平方向曲线中，计算出正投时的理论水平拉长距离f2’；
（e）设函数f=f2-f2’，若f为正，则需要将画面向右校正；若f为负，则需要将画面向左校正；若f为零，则不需要校正；根据f的绝对值大小调整光机梯形值，让投影机在斜面投放出矩形，完成校正。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利申请范围所述的方法所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (6)
1.基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，其特征在于：该方法采用了摄像头、投影光机、主控电路板和幕布；所述摄像头用于提取投影成像目标的图像，所述投影光机用于输出标定画面到幕布上，摄像头的视角大于投影光机的投影角，主控电路板根据摄像头提取的图像信息进行自动梯形校正，具体方法为，
（1）摄像头和投影光机都装在投影仪正面的同一水平线不同位置，摄像头在左侧并向上倾斜安装，投影光机在右侧；
（2）测算投影光机的正投参数曲线
（a）将幕布水平放置于投影仪正前方，投影距离为x；
（b）投影光机输出带有左右方块图的标定画面；
（c）打开摄像头对标定画面进行捕捉，使用图像算法库查找棋盘格角点，选取图像下半部分左右两边的角点，测算水平拉长距离f2，选取上半部分左右两边的角点，测算垂直拉长距离f1，得到第一组数据；
（d）改变投影距离x，再次执行步骤（b）、（c）的内容，得到第二组数据；
（e）根据两组数据拟合垂直方向曲线f1= a*x^b和水平方向曲线f2=c*x^d，得出a、b、c、d的具体数值；
（f）将计算出的光机正投参数曲线的参数值a、b、c、d固化到投影仪内部；
（3）校正
（a）将投影仪摆放在投影距离内的任意位置；
（b）投影光机输出带有左右方块图的标定画面；
（c）打开摄像头捕捉投影图像，提取图像角点信息后分别测算图像中水平拉长距离f2和垂直拉长距离f1，根据垂直方向曲线计算出当前投影距离x，再把投影距离x代入水平方向曲线中，计算出正投时的理论水平拉长距离f2’；
（d）设函数f=f2-f2’，若f为正，则需要将画面向右校正；若f为负，则需要将画面向左校正；若f为零，则不需要校正；
（e）根据f的绝对值大小调整光机梯形值，让投影机在斜面投放出矩形，完成校正。
2.根据权利要求1所述的基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，其特征在于：所述摄像头和所述投影光机的距离为20mm。
3.根据权利要求1所述的基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，其特征在于：所述带有左右方块图的标定画面上，左右各边的方块为4列15行，黑白相间的角点信息即为3列14行；选取下半部分左右两边8-14行的角点，计算水平拉长距离f2；选取上半部分左右两边1-7行的角点，计算垂直拉长距离f1。
4.根据权利要求1所述的基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，其特征在于：所述测算投影光机在正投时的固有特性曲线时，选取的投影距离为1m和2m。
5.根据权利要求1所述的基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，其特征在于：所述投影光机的水平投影角度为60°，垂直投影角度为40°。
6.根据权利要求1所述的基于摄像头与光机光路夹角实现投影仪自动梯形校正方法，其特征在于：所述摄像头选取水平摄像角度为80°，垂直摄像角度为60°的无畸变镜头。
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