CN110769219B - 图像处理方法和投影设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种图像处理方法和一种投影设备。本发明图像处理方法应用于投影设备，所述投影设备的拍摄模块与所述投影模块的相对位置保持不变，所述方法包括：步骤A1，获取所述投影模块相对于所述拍摄模块的第一姿态；步骤A2，向第一投影面投影第一图像；步骤A3，拍摄所述第一图像；步骤A4，通过姿态估计算法，计算所述第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态；步骤A5，根据所述第一姿态和所述第二姿态计算所述投影模块相对于所述第一图像的第三姿态；步骤A6，根据所述第三姿态计算用于梯形校正的预处理矩阵P；步骤A7，根据所述预处理矩阵P对待投影图像进行处理。使用本发明可以实现更精确的梯形校正。

Description

图像处理方法和投影设备
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及图像处理方法和投影设备。
背景技术
在使用投影设备来投影图像时，投影设备的位置应尽可能与投影面垂直才能保证投影效果，否则投出矩形图像会在投影面上呈现梯形的画面。在这种情况下，需要进行梯形校正。
现有的一种梯形校正方法是根据重力加速度计来判断垂直方向的偏移角度。这种方法只能用于进行垂直方向的梯形校正。另一种梯形校正方法是测量投影平面相对于投影仪的空间位置关系，进而进行梯形校正。这种梯形校正的结果依赖于测量的精度。投影设备的使用空间较远，测距精度一般较低。而且在使用过程中，投影设备需要根据投影距离的不同，调整光机焦距，影响三维测量精度。
因此，需要一种精度高的梯形校正方法。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种图像处理方法和一种投影设备能够实现高精度的梯形校正。
一方面，本发明提供一种图像处理方法，应用于投影设备，所述投影设备包括拍摄模块和投影模块，所述拍摄模块与所述投影模块的相对位置保持不变，所述方法包括：
步骤A1，获取所述投影模块相对于所述拍摄模块的第一姿态；
步骤A2，向第一投影面投影第一图像；
步骤A3，拍摄所述第一图像；
步骤A4，通过姿态估计算法，计算所述第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态；
步骤A5，根据所述第一姿态和所述第二姿态计算所述投影模块相对于所述第一图像的第三姿态；
步骤A6，根据所述第三姿态计算用于梯形校正的预处理矩阵P；以及
步骤A7，根据所述预处理矩阵P对待投影图像进行处理。
优选地，所述投影设备还包括存储模块，所述存储模块存储有所述第一姿态；所述步骤A1包括：通过读取所述存储模块来获取所述第一姿态。
优选地，所述投影设备还包括接收模块，所述步骤A1包括：通过所述接收模块从第三方设备接收所述第一姿态。
优选地，所述步骤A1包括：
步骤A1-1，向第二投影面投影黑场，所述第二投影面上包含预设的图案；
步骤A1-2，拍摄所述第二投影面；
步骤A1-3，向所述第二投影面投影第二图像；
步骤A1-4，从至少两个角度拍摄所述第二图像；
步骤A1-5，根据所拍摄的图像，计算出所述第一姿态。
优选地，所述第一图像是二维码图案。
另一方面，本发明提供一种投影设备，包括拍摄模块和投影模块，所述拍摄模块与所述投影模块的相对位置保持不变，所述投影设备还包括控制模块，所述控制模块用于执行以下图像处理方法：
步骤B1，获取所述投影模块相对于所述拍摄模块的第一姿态；
步骤B2，控制所述投影模块向第一投影面投影第一图像；
步骤B3，控制所述拍摄模块拍摄所述第一图像；
步骤B4，通过姿态估计算法，计算所述第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态；
步骤B5，根据所述第一姿态和所述第二姿态计算所述投影模块相对于所述第一图像的第三姿态；
步骤B6，根据所述第三姿态计算用于梯形校正的预处理矩阵P；以及
步骤B7，根据所述预处理矩阵P对待投影图像进行处理。
优选地，所述投影设备还包括存储模块，所述存储模块存储有所述第一姿态；所述控制模块还用于通过读取所述存储模块来获取所述第一姿态。
优选地，所述投影设备还包括接收模块，所述控制模块还用于通过所述接收模块从第三方设备接收所述第一姿态。
优选地，所述控制模块按以下方法获取所述第一姿态：
步骤B1-1，所述控制模块控制所述投影模块向第二投影面投影黑场，所述第二投影面上包含预设的图案；
步骤B1-2，所述控制模块控制所述拍摄模块拍摄所述第二投影面；
步骤B1-3，所述控制模块控制所述投影模块向所述第二投影面投影第二图像；
步骤B1-4，所述控制模块控制所述拍摄模块从至少两个角度拍摄所述第二图像；
步骤B1-5，所述控制模块根据所拍摄的图像，计算出所述第一姿态。
优选地，所述第一图像是二维码图案。
本申请与现有技术相比，可以实现更精确的梯形校正。
附图说明
图1为本发明图像处理方法的一个实施方式的流程图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供了一种图像处理方法，应用于投影设备，所述投影设备包括拍摄模块和投影模块，所述拍摄模块是用于拍摄图像的装置。所述投影模块是用于投影图像的装置。所述拍摄模块与所述投影模块的相对位置保持不变。参照图1，所述方法包括：
步骤A1，获取所述投影模块相对于所述拍摄模块的第一姿态。所述姿态例如包括旋转和偏移，所述第一姿态例如可以用旋转矩阵R1和偏移矩阵T1来表示。优选地，有关所述第一姿态的参数在投影设备出厂前已经进行标定，并存储在投影设备的存储模块之中。当用户使用所述投影设备时，所述投影设备通过读取所述存储模块中的数据来获取所述第一姿态。
步骤A2，向第一投影面投影第一图像。所述第一图像是预设的便于进行姿态估计的图像，例如ARcode等二维码图案。此类二维码图案具有对焦距不敏感的特征，这意味着当用户在使用所述投影设备进行梯形校正时，即使没有精准地对焦，也不影响投影设备对第一图像的位置的判断。
步骤A3，拍摄所述第一图像。
步骤A4，通过姿态估计算法，计算所述第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态。所述第二姿态例如可以用旋转矩阵R2和偏移矩阵T2来表示。
步骤A5，根据所述第一姿态和所述第二姿态计算所述投影模块相对于所述第一图像的第三姿态。由于所述第一图像是投影在第一投影面上的图像，因此也可以认为所述第三姿态是所述投影模块相对于所述投影面的姿态。在一个实施例中，可以通过将所述所述第二姿态减去所述第一姿态来计算所述第三姿态。所述第三姿态例如用旋转矩阵R3和偏移矩阵T3来表示。则R3＝R2-R1，T3＝T2-T1。
步骤A6，根据所述第三姿态计算用于梯形校正的预处理矩阵P。即P＝R3’*T3。
步骤A7，根据预处理矩阵P对待投影图像进行处理。
正如背景技术中所述，现有技术中由于投影设备使用空间较远，对参数的测量精度低，导致图像的梯形校正精度不够。而在该实施方式中，将获取所述第一图像相对于所述投影模块的第三姿态的过程分成两部分进行。第一部分，先获取投影模块相对于拍摄模块的第一姿态。第二部分，再获得第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态，然后根据第一姿态和第二姿态计算出所述投影模块相对于所述第一图像的姿态并据此确定预处理方法。本发明通过这样的设置，使得所述第一部分，即获取第一姿态的过程，可以在投影设备出厂之前进行。在工厂中，投影设备的摆放不受限制，投影设备可以被放置在任意需要的合适位置，因此在工厂环境下对投影设备的参数标定可以非常准确。从而可以获得准确的第一姿态。因此，本发明通过将第三姿态的获取分成两个部分，而第一部分可以通过更精确的方式获得，从而本发明可以实现更高精度的梯形校正。此外，本发明使用对焦距不敏感的二维码图案，可以减少由于没有精确对焦而造成的影响，进一步提升本发明梯形校正的精度。
在一个优选的实施方式中，所述投影设备包括接收模块，所述步骤A1包括通过所述接收模块从第三方设备接收所述第一姿态。
在该实施方式中，投影设备的参数在出厂前已完成标定，但并没有存储在投影设备中，而是当用户是使用所述投影设备时，所述投影设备通过所述接收模块从第三方设备例如投影设备制造商提供的服务器等接收有关第一姿态的数据。通过这样的方式，节省了投影设备出厂时需要存储数据的空间。此外，制造商可能会因为使用了更新更高级的参数标定方法，而在投影设备出场后更新所标定的参数。因此，使用本实施方式的方法，使得投影设备可以获取最新最准确的第一姿态。
在一个具体地实施方式中，可以通过以下方法来获取第一姿态：
步骤A1-1，向第二投影面投影黑场，所述第二投影面上包含预设的图案。此时，所述拍摄模块只能拍摄到投影面上所述预设的图案，所述预设的图案包含特定的信息，所述预设的图案例如是棋盘格。
步骤A1-2，拍摄所述第二投影面。
步骤A1-3，向所述第二投影面投影第二图像。所述第二图像是预设的具有特征信息的图像。所述第二图像例如是包含棋盘格的图像。
步骤A1-4，从至少两个角度拍摄所述第二图像。
步骤A1-5，根据所拍摄的图像，计算出所述第一姿态。在一个实施例中，可以采用张氏标定法来计算所述第一姿态。
该实施方式提供了一种计算第一姿态的方法。该方法可以在设备出厂之前完成，也可以在实际使用时再进行。
相应地，本发明还提供了一种投影设备，包括拍摄模块和投影模块，所述拍摄模块与所述投影模块的相对位置保持不变，所述投影设备还包括控制模块，所述控制模块用于执行以下图像处理方法：
步骤B1，获取所述投影模块相对于所述拍摄模块的第一姿态；
步骤B2，控制所述投影模块向第一投影面投影第一图像；
步骤B3，控制所述拍摄模块拍摄所述第一图像；
步骤B4，通过姿态估计算法，计算所述第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态；
步骤B5，根据所述第一姿态和所述第二姿态计算所述投影模块相对于所述第一图像的第三姿态；
步骤B6，根据所述第三姿态计算用于梯形校正的预处理矩阵P；以及
步骤B7，根据预处理矩阵P对待投影图像进行处理。
优选地，所述投影设备还包括存储模块，所述存储模块存储有所述第一姿态；所述控制模块还用于通过读取所述存储模块来获取所述第一姿态。
优选地，所述投影设备还包括接收模块，所述控制模块还用于通过所述接收模块从第三方设备接收所述第一姿态。
具体地，所述控制模块按以下方法获取所述第一姿态：
步骤B1-1，所述控制模块控制所述投影模块向第二投影面投影黑场，所述第二投影面上包含预设的图案；
步骤B1-2，所述控制模块控制所述拍摄模块拍摄所述第二投影面；
步骤B1-3，所述控制模块控制所述投影模块向所述第二投影面投影第二图像；
步骤B1-4，所述控制模块控制所述拍摄模块从至少两个角度拍摄所述第二图像；
步骤B1-5，所述控制模块控制根据所拍摄的图像，计算出所述第一姿态。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种图像处理方法，应用于投影设备，所述投影设备包括拍摄模块和投影模块，所述拍摄模块与所述投影模块的相对位置保持不变，其特征在于，所述方法包括：
步骤A1，获取所述投影模块相对于所述拍摄模块的第一姿态；
步骤A2，向第一投影面投影第一图像；
步骤A3，拍摄所述第一图像；
步骤A4，通过姿态估计算法，计算所述第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态；
步骤A5，根据所述第一姿态和所述第二姿态计算所述投影模块相对于所述第一图像的第三姿态；
步骤A6，根据所述第三姿态计算用于梯形校正的预处理矩阵P；以及
步骤A7，根据所述预处理矩阵P对待投影图像进行处理；
其中，所述第一姿态、第二姿态和第三姿态均采用旋转矩阵和偏移矩阵表示，所述根据第一姿态和第二姿态计算投影模块相对于第一图像的第三姿态的方法是将第一姿态减去第二姿态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影设备还包括存储模块，所述存储模块存储有所述第一姿态；所述步骤A1包括：通过读取所述存储模块来获取所述第一姿态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述投影设备还包括接收模块，所述步骤A1包括：通过所述接收模块从第三方设备接收所述第一姿态。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A1包括：
步骤A1-1，向第二投影面投影黑场，所述第二投影面上包含预设的图案；
步骤A1-2，拍摄所述第二投影面；
步骤A1-3，向所述第二投影面投影第二图像；
步骤A1-4，从至少两个角度拍摄所述第二图像；
步骤A1-5，根据所拍摄的图像，计算出所述第一姿态。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一图像是二维码图案。
6.一种投影设备，包括拍摄模块和投影模块，所述拍摄模块与所述投影模块的相对位置保持不变，其特征在于，所述投影设备还包括控制模块，所述控制模块用于执行以下图像处理方法：
步骤B1，获取所述投影模块相对于所述拍摄模块的第一姿态；
步骤B2，控制所述投影模块向第一投影面投影第一图像；
步骤B3，控制所述拍摄模块拍摄所述第一图像；
步骤B4，通过姿态估计算法，计算所述第一图像相对于所述拍摄模块的第二姿态；
步骤B5，根据所述第一姿态和所述第二姿态计算所述投影模块相对于所述第一图像的第三姿态；
步骤B6，根据所述第三姿态计算用于梯形校正的预处理矩阵P；以及
步骤B7，根据所述预处理矩阵P对待投影图像进行处理；
其中，所述第一姿态、第二姿态和第三姿态均采用旋转矩阵和偏移矩阵表示，所述根据第一姿态和第二姿态计算投影模块相对于第一图像的第三姿态的方法是将第一姿态减去第二姿态。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述投影设备还包括存储模块，所述存储模块存储有所述第一姿态；所述控制模块还用于通过读取所述存储模块来获取所述第一姿态。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述投影设备还包括接收模块，所述控制模块还用于通过所述接收模块从第三方设备接收所述第一姿态。
9.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述控制模块按以下方法获取所述第一姿态：
步骤B1-1，所述控制模块控制所述投影模块向第二投影面投影黑场，所述第二投影面上包含预设的图案；
步骤B1-2，所述控制模块控制所述拍摄模块拍摄所述第二投影面；
步骤B1-3，所述控制模块控制所述投影模块向所述第二投影面投影第二图像；
步骤B1-4，所述控制模块控制所述拍摄模块从至少两个角度拍摄所述第二图像；
步骤B1-5，所述控制模块根据所拍摄的图像，计算出所述第一姿态。
10.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一图像是二维码图案。
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