CN111064939A - 投影系统及梯形校正方法 - Google Patents

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CN111064939A CN201811200316.XA CN201811200316A CN111064939A CN 111064939 A CN111064939 A CN 111064939A CN 201811200316 A CN201811200316 A CN 201811200316A CN 111064939 A CN111064939 A CN 111064939A
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Abstract

本发明提出一种投影系统及梯形校正方法。投影系统包括：投影机，具有镜头模块并将影像沿光轴方向投影到投影区域；影像撷取装置，撷取包括投影区域的撷取影像；以及处理器。处理器将撷取影像分成多个对焦区域，并控制步进马达对边缘的对焦区域移动调焦，以获得每个对焦区域具有最大清晰值的步进马达的步数与距离。距离为镜头模块与对焦区域之间的投影距离。处理器根据边缘的对焦区域的距离计算投影机的光轴方向与投影区域的夹角，并根据夹角对投影画面进行变形操作。

Description

投影系统及梯形校正方法
技术领域
本发明是有关于一种投影系统及梯形校正方法，且特别是有关于一种自动对投影画面进行校正的投影系统及梯形校正方法。
背景技术
当投影机将投影画面投影到投影幕时，对投影机向左或向右水平旋转时会造成投影画面由矩形变成梯形。如图1A到1D所示，若将投影机100向右水平旋转，则投影画面200会呈现左短右长的梯形。图1A为投影角度θ在俯视图及侧视图中都呈现垂直时，投影画面200的示意图。图1B为对应图1A的俯视图。图1C为投影角度θ在俯视图中不呈现垂直时，投影画面200的示意图。图1D为对应图1C的俯视图。针对图1C中投影画面200变成水平梯形的问题，使用者通常需要利用手动水平梯形校正功能，通过肉眼判断而将投影画面200调整至矩形。值得注意的是，图1B及图1D的投影角度θ代表了投影机100的镜头模块的光轴方向与投影幕250的水平夹角(即，俯视图中的夹角)。
当投影机将投影画面投影到投影幕时，对投影机向上或向下垂直旋转时也会造成投影画面变成梯形。如图2A到2D所示，若将投影机100向上垂直旋转，则投影画面200会呈现下短上长的梯形。图2A为投影角度θ在俯视图及侧视图都呈现垂直时，投影画面200的示意图。图2B为对应图2A的侧视图。图2C为投影角度θ在侧视图中不呈现垂直时，投影画面200的示意图。图2D为对应图2C的侧视图。针对图2C中投影画面200变成垂直梯形的问题，通常会通过重力感测器(Gravity Sensor，G-Sensor)侦测投影机100与地面的夹角。在投影幕垂直地面的情况下，可以容易地计算出投影角度θ来进行对应的垂直梯形校正功能。值得注意的是，图2B及图2D的投影角度θ代表了投影机100的镜头模块的光轴方向与投影幕250的垂直夹角(即，侧视图中的夹角)。
一般投影机在架设时会尽可能选择最佳投影角度来摆放(例如，让投影角度与投影幕垂直)，使得投影画面呈现矩形。然而，有时受限于空间问题可能需要将投影机倾斜摆放。此时，使用者就必须修正画面变形的问题来得到正确的投影画面。
另外，针对水平梯形校正或垂直梯形校正，还可通过两组距离量测模块(例如，雷射、超音波、或红外线模块)进行投影机镜头到投影画面左侧及右侧的距离量测。然而，雷射模块的测距范围太短，不符合一般从前方投射的投影机的实际应用距离。超音波或红外线模块的体积大而不适于小型投影机。因此，如何自动对投影画面进行校正而不需设置额外元件，是本领域技术人员应致力的目标。
发明内容
本发明提供一种投影系统及梯形校正方法，能自动对投影画面进行校正。
本发明提出一种投影系统，包括投影机、影像撷取装置及处理器。投影机具有镜头模块。镜头模块包括步进马达。镜头模块具有光轴。投影机用于将影像沿光轴方向投影到投影区域。影像撷取装置用于撷取包括投影区域的撷取影像。处理器耦接到投影机及影像撷取装置。处理器将撷取影像分成多个对焦区域，并控制步进马达对至少投影区域的边缘的对焦区域移动调焦，以获得对应每个对焦区域的步进马达的步数与对应步数的距离。每个对焦区域在步进马达的步数下的影像的清晰值大于在步进马达的其他步数下的影像的清晰值。距离为镜头模块与每个对焦区域之间的投影距离。处理器根据投影区域的边缘的对焦区域的多个距离计算投影机的光轴方向与投影区域的夹角，并根据夹角对投影画面进行变形操作。
本发明提出一种梯形校正方法，适用于投影系统。投影系统包括投影机、影像撷取装置及处理器。投影机具有镜头模块。镜头模块包括步进马达。镜头模块具有光轴。处理器耦接到投影机及影像撷取装置。梯形校正方法包括：借由投影机将影像沿光轴方向投影到投影区域；借由影像撷取装置撷取包括投影区域的撷取影像；借由处理器将撷取影像分成多个对焦区域；控制步进马达对至少投影区域的边缘的对焦区域移动调焦，以获得对应每个对焦区域的步进马达的步数与对应步数的距离，其中每个对焦区域在步进马达的步数下的影像的清晰值大于在步进马达的其他步数下的影像的清晰值，距离为镜头模块与每个对焦区域之间的投影距离；以及借由处理器根据投影区域的边缘的对焦区域的多个距离计算投影机的光轴方向与投影区域的夹角，并根据夹角对投影画面进行变形操作。
基于上述，本发明的投影系统及梯形校正方法会撷取大于投影区域的撷取影像并将撷取影像分成多个对焦区域。处理器至少对投影区域的边缘的对焦区域移动调焦以获得每个对焦区域清晰值为最大时所对应的步进马达的步数，再将步数转换为对焦区域与投影机的镜头模块的距离。最后，处理器根据投影区域的边缘的对焦区域与投影机的镜头模块的距离计算出投影机的光轴方向与投影区域的夹角，再根据此夹角对投影画面进行变形操作。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A到图1D为已知的投影机水平旋转与投影画面的示意图。
图2A到图2D为已知的投影机垂直旋转与投影画面的示意图。
图3为根据本发明一实施例的投影机系统的方块图。
图4为根据本发明一实施例的梯形校正方法将撷取影像分成多个对焦区域的示意图。
图5为根据本发明一实施例的梯形校正方法投影对焦图案的示意图。
图6为根据本发明一实施例的自动对焦演算法的流程图。
图7为根据本发明一实施例的投影机水平旋转的俯视图。
图8及图9为根据本发明一实施例的投影校正后自动对焦的示意图。
具体实施方式
图3为根据本发明一实施例的投影机系统的方块图。
请参照图3，本发明的投影机系统300包括投影机310。投影机310包括影像撷取装置320、处理器330、成像单元340、镜头模块350及信号输入单元360。影像撷取装置320例如是互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)影像感测器、电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)影像感测器或其他类似元件。处理器330例如是微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、影像处理器或其他类似元件及其组合。成像单元340例如是反射式的硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)或者数字微镜元件(Digital Micro-mirror Device,DMD)等；透射式的空间光调制器，例如透光液晶面板(Transparent Liquid Crystal Panel)；自发光显示面板，例如有机发光二极体显示面板(Organic light emitting diode display Panel)。
于本实施例中，影像可由成像单元340形成，再沿着镜头模块350的光轴方向投影到投影区域380。镜头模块350可包括步进马达(未绘示于图中)。影像撷取装置320可撷取包括投影区域380的撷取影像390。也就是说撷取影像390的面积会比投影区域380的面积大。在一实施例中，影像撷取装置320配置于投影机310且邻设镜头模块350，其中影像撷取装置320的光轴方向平行于镜头模块350的光轴方向，但不局限于此。于其他实施例中，影像撷取装置320可配置于投影机310的其他位置或设置于投影机310外，只要影像撷取装置320可撷取包括投影区域380的撷取影像390即可。信号输入单元360可接收来源影像信号，且来源影像信号可被转换成处理器330可处理的资料格式，进而通过成像单元340及镜头模块350投影到投影区域380。投影区域380例如是在投影幕上、在一面墙上、或是在其他可供投影的平面上。
图4为根据本发明一实施例的梯形校正方法将撷取影像分成多个对焦区域的示意图。图5为根据本发明一实施例的梯形校正方法投影对焦图案的示意图。图6为根据本发明一实施例的自动对焦演算法的流程图。
请一并参照图4及图5，处理器330会先将撷取影像390分成多个对焦区域，例如对焦区域391到对焦区域397，并通过成像单元340形成影像后，由镜头模块350将影像沿着镜头模块350的光轴方向投影到投影区域380，其中，所述影像包括对焦图案500。值得注意的是，图5的对焦图案仅为例示性用途，在其他实施例中也可投影其他类型的对焦图案，例如至少在投影区域380的边缘投影对焦图案。接着，由处理器330控制步进马达对至少在投影区域的边缘的这些对焦区域移动调焦，以获得每个对焦区域中的影像的清晰值最大时的步进马达的步数与对应所述步数的距离。其中，所述清晰值最大是指每个对焦区域在步进马达的所述步数下的影像的清晰值大于在步进马达的其他步数下的影像的清晰值。于此实施例中，处理器330需要获得各对焦区域391～397中的影像的清晰值为最大时，各对焦区域391～397所对应的步进马达的步数。具体来说，每个对焦区域391～397的自动对焦演算法流程如图6所示。
请参照图6，在步骤S601中，开始自动对焦。
在步骤S602中，从镜头模块350获得对焦区域中的影像的清晰值。
在步骤S603中，是否已找到最大清晰值。
若还没找到最大清晰值，在步骤S604中，调整步进马达的步数，并回到步骤S602。
若已经找到最大清晰值，在步骤S605中，记录对应最大清晰值的步进马达的步数。
在步骤S606中，完成自动对焦。
在本实施例中，处理器330只需要控制步进马达从起始步数移动到最终步数一次，即可逐一获得各对焦区域391～397的清晰值为最大时所对应的步进马达的步数。在一实施例中，步进马达的起始步数及最终步数可分别对应到最远对焦距离及最近对焦距离。在另一实施例中，步进马达的起始步数及最终步数可分别对应到最近对焦距离及最远对焦距离。
当处理器330获得各对焦区域391～397的影像的清晰值为最大时所对应的步进马达的步数之后，处理器330可根据预先储存的步数距离表来获得各对焦区域391～397与镜头模块350之间的距离(即，投影距离)。步数距离表可记录步进马达的步数与距离的对应关系。上述距离可视为各对焦区域391～397的一预定点(例如，中心点)到镜头模块350的一预定点(例如，镜头模块350的光轴中心点或镜头中心点)的距离。
值得注意的是，虽然以上实施例说明了对步进马达进行移动调焦来获得所有对焦区域391～397对应的步进马达的步数及投影距离，但本发明并不局限于此。在另一实施例中，处理器330也可仅获得投影区域380边缘的对焦区域391～396对应的步进马达的步数及投影距离。如此一来，当处理器330将撷取影像390分成更多对焦区域并进行后续计算时，可节省大量的计算时间。
图7为根据本发明一实施例的投影机水平旋转的俯视图。
在获得各对焦区域391～397对应的投影距离后，处理器330可计算镜头模块350的光轴方向与投影区域380(即，投影区域380所在的投影平面)的水平夹角α。
具体来说，
Figure BDA0001829832070000061
Figure BDA0001829832070000062
从以上两个方程式可推得：
Figure BDA0001829832070000063
其中，
Figure BDA0001829832070000064
与
Figure BDA0001829832070000065
的长度可分别对应到图4中邻近投影区域380左边缘的对焦区域393(即，左对焦区域)与邻近投影区域380右边缘的对焦区域394(即，右对焦区域)到镜头模块350的距离，因此可从步数距离表查表获得。β为镜头模块350最大出光角度与光轴之间所夹的角度，由于镜头模块350最大出光角度会受到光源与镜头模块350的影响，且投影机310于出厂时已确定所选用的光源与镜头模块350，因此β可为投影机310的出厂设定值。因此，处理器330在求得水平夹角α之后就可以根据水平夹角α对投影区域380进行水平梯形校正。
类似于水平梯形校正方法，处理器330也可计算镜头模块350的光轴方向与投影区域380的垂直夹角，再根据垂直夹角对投影区域380进行垂直梯形校正。处理器330可根据对焦区域391(即，上对焦区域)与对焦区域395(即，下对焦区域)到镜头模块350的距离来计算垂直夹角，或根据对焦区域392(即，上对焦区域)与对焦区域396(即，下对焦区域)到镜头模块350的距离来计算垂直夹角。简单来说，处理器330可根据位于同一水平面的左对焦区域及右对焦区域到镜头模块350的距离来计算水平夹角，并根据同一垂直面的上对焦区域及下对焦区域到镜头模块350的距离来计算垂直夹角。当处理器330将撷取影像390分成越多对焦区域时，计算出的水平夹角α及/或垂直夹角就会越准确。
当处理器330计算出水平夹角α及/或垂直夹角时，处理器330可根据水平夹角α及/或垂直夹角对来源影像信号进行变形操作以在投影幕上投影出矩形的投影画面。
图8及图9为根据本发明一实施例的投影校正后自动对焦的示意图。
请参照图8及图9，在执行完水平梯形校正及/或垂直梯形校正后，投影机310若仍以校正前影像区域880作自动对焦(例如，根据校正前影像区域880的中心点A进行对焦)，会造成具有中心点A’的校正后影像区域881失焦。其中，校正前影像区域880的外围是影像撷取装置320的撷取影像890。因此，处理器330会在水平梯形校正及/或垂直梯形校正后，投影一个对焦画面在校正后影像区域881，如图9所示，让镜头模块350侦测校正后影像区域的位置并对此对焦画面进行对焦。如此一来，可解决投影画面经过水平梯形校正及/或垂直梯形校正等变形操作之后失焦的问题。
综上所述，本发明的投影系统及梯形校正方法会撷取大于投影区域的撷取影像并将撷取影像分成多个对焦区域。处理器至少对投影区域的边缘的对焦区域通过步进马达的移动调焦以获得每个对焦区域的影像的清晰值为最大时所对应的步进马达的步数，再将步数转换为对焦区域与投影机的镜头模块的距离。最后，处理器根据投影区域的边缘的对焦区域与投影机的镜头模块的距离计算出投影机的光轴方向与投影区域的夹角，再根据此夹角对投影画面进行变形操作。在对投影画面进行变形操作后，处理器还会对变形后的投影画面进行重新对焦，以避免变形操作之后对焦不正确的问题。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与修饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的为准。
附图标记说明
100：投影机
200：投影画面
250：投影幕
300：投影系统
310：投影机
320：影像撷取装置
330：处理器
340：成像单元
350：镜头模块
360：信号输入单元
380：投影区域
390：撷取影像
391～397：对焦区域
500：对焦图案
S601～S606：自动对焦演算法流程
880：校正前影像区域
881：校正后影像区域
890：撷取影像
α：水平夹角
β：镜头模块最大出光角度与光轴之间所夹的角度

Claims (12)

1.一种投影系统，其特征在于，所述投影系统包括投影机、影像撷取装置以及处理器，其中：
所述投影机具有镜头模块，所述镜头模块包括步进马达，其中，所述镜头模块具有光轴，所述投影机用于将影像沿所述光轴方向投影到投影区域；
所述影像撷取装置用于撷取包括所述投影区域的撷取影像；以及
所述处理器耦接到所述投影机及所述影像撷取装置，其中
所述处理器将所述撷取影像分成多个对焦区域，并控制所述步进马达对至少所述投影区域的边缘的所述多个对焦区域移动调焦，以获得对应所述多个对焦区域中的每一个的所述步进马达的步数与对应所述步数的距离，其中所述多个对焦区域中的每一个在所述步进马达的所述步数下的所述影像的清晰值大于在所述步进马达的其他步数下的所述影像的清晰值，所述距离为所述镜头模块与所述多个对焦区域中的每一个之间的投影距离，
所述处理器根据所述投影区域的边缘的所述多个对焦区域的多个所述距离计算所述投影机的所述光轴方向与所述投影区域的夹角，并根据所述夹角对所述投影画面进行变形操作。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述镜头模块对所述变形操作后的所述投影画面进行重新对焦。
3.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述多个对焦区域包括邻近所述投影区域的左边缘的左对焦区域及邻近所述投影区域的右边缘的右对焦区域，且所述处理器根据所述左对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离与所述右对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离计算所述投影机的所述光轴方向与所述投影区域的水平夹角，并根据所述水平夹角对所述投影画面进行所述变形操作。
4.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述多个对焦区域包括邻近所述投影区域的上边缘的上对焦区域及邻近所述投影区域的下边缘的下对焦区域，且所述处理器根据所述上对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离与所述下对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离计算所述投影机的所述光轴方向与所述投影区域的垂直夹角，并根据所述垂直夹角对所述投影画面进行所述变形操作。
5.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述处理器根据步数距离表(step-distance table)来获得所述多个对焦区域中的每一个对应所述步数的所述距离。
6.根据权利要求1所述的投影系统，其特征在于，所述影像包括对焦图案，且所述对焦图案至少显示在所述投影区域的边缘。
7.一种梯形校正方法，适用于投影系统，其特征在于，所述投影系统包括投影机、影像撷取装置及处理器，所述投影机具有镜头模块，所述镜头模块包括步进马达，所述镜头模块具有光轴，所述处理器耦接到所述投影机及所述影像撷取装置，所述梯形校正方法包括：
借由所述投影机将影像沿所述光轴方向投影到投影区域；
借由所述影像撷取装置撷取包括所述投影区域的撷取影像；
借由所述处理器将所述撷取影像分成多个对焦区域；
控制所述步进马达对至少所述投影区域的边缘的所述多个对焦区域移动调焦，以获得对应所述多个对焦区域中的每一个的所述步进马达的步数与对应所述步数的距离，其中所述多个对焦区域中的每一个在所述步进马达的所述步数下的所述影像的清晰值大于在所述步进马达的其他步数下的所述影像的清晰值，所述距离为所述镜头模块与所述多个对焦区域中的每一个之间的投影距离；以及
借由所述处理器根据所述投影区域的边缘的所述多个对焦区域的多个所述距离计算所述投影机的所述光轴方向与所述投影区域的夹角，并根据所述夹角对所述投影画面进行变形操作。
8.根据权利要求7所述的梯形校正方法，其特征在于，所述镜头模块对所述变形操作后的所述投影画面进行重新对焦。
9.根据权利要求7所述的梯形校正方法，其特征在于，所述多个对焦区域包括邻近所述投影区域的左边缘的左对焦区域及邻近所述投影区域的右边缘的右对焦区域，且所述处理器根据所述左对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离与所述右对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离计算所述投影机的所述光轴方向与所述投影区域的水平夹角，并根据所述水平夹角对所述投影画面进行所述变形操作。
10.根据权利要求7所述的梯形校正方法，其特征在于，所述多个对焦区域包括邻近所述投影区域的上边缘的上对焦区域及邻近所述投影区域的下边缘的下对焦区域，且所述处理器根据所述上对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离与所述下对焦区域与所述镜头模块之间的所述距离计算所述投影机的所述光轴方向与所述投影区域的垂直夹角，并根据所述垂直夹角对所述投影画面进行所述变形操作。
11.根据权利要求7所述的梯形校正方法，其特征在于，所述处理器根据步数距离表来获得所述多个对焦区域中的每一个对应所述步数的所述距离。
12.根据权利要求7所述的梯形校正方法，其特征在于，所述影像包括对焦图案，且所述对焦图案只显示在所述投影区域的边缘。
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