CN111586386A - 一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法，包括投影屏幕、激光校正投影仪和摄像校正投影仪；所述激光校正投影仪包括激光测距模块、MCU模块、图像处理单元模块、马达模块、摄像头模块和镜头；所述MCU模块接收激光测距模块的测距数据；所述MCU模块对数据进行处理后通过马达模块对镜头进行调节焦距；所述摄像校正投影仪包括摄像头模块、MCU模块和图像处理单元模块，所述摄像头模块分别拍摄像校正投影仪左右侧和上下侧图像的变化，所述MCU模块根据摄像头模块拍摄的图像边长的变化查找数据库，分析计算出图像边角的调整点数，发送给所述图像处理单元进行图像缩放，再投影显示出来。

Description

一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法
技术领域
本发明超短焦投影领域，尤其涉及一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法。
背景技术
近年来，超短焦投影机的市场份额明显增加，超短焦技术从原先以教育应用为主发展到办公商务、娱乐游戏等更广泛的应用层面上，并显示出广阔的发展空间；超短焦投影机对距离要求较小，往往只需要几十厘米的投影距离，能在较短的距离里投影出更大的画面；由于投影机将画面投射至投影屏幕，需要投影机正对投影屏幕，否则会造成图像偏斜，因此在安装摆放投影机时会产生不便。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法可以使超短焦投影机自动调整输出画面。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法，包括投影屏幕、激光校正投影仪和摄像校正投影仪；所述激光校正投影仪包括激光测距模块、MCU模块、图像处理单元模块、马达模块、摄像头模块和镜头；所述投影屏幕的四个边角分别为边角a、边角b、边角c和边角d；所述激光测距模块对投影屏幕和投影机之间的距离进行测距，所述MCU模块接收激光测距模块的测距数据；所述 MCU模块对数据进行处理后通过马达模块对镜头进行调节焦距；
所述摄像校正投影仪包括摄像头模块、MCU模块和图像处理单元模块，所述摄像头模块分别拍摄像校正投影仪左右侧和上下侧图像的变化，所述MCU模块根据摄像头模块拍摄的图像边长的变化查找数据库，分析计算出图像边角的调整点数，发送给所述图像处理单元进行图像缩放，再投影显示出来。
进一步地，所述激光测距模块采用相位法测距，所述激光测距模块在测距时发射的光线对准投影屏幕；所述激光测距模块包括1号激光测距模块、2号激光测距模块和3 号激光测距模块；其中1号激光测距模块监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离，2号激光测距模块监测投影机的右侧投影屏幕之间距离，3号激光测距模块监测投影机前后侧和投影屏幕的偏移距离。
进一步地，当所述1号激光测距模块监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离大于2号激光测距模块监测投影机的右侧和投影屏幕之间距离时，即L1＞L2，投影画面将出现左宽右窄的水平梯形现象；此时所述MCU模块将获取到L1和L2的数值，通过查询数据库，得到所述边角a需要向下收缩像素点数Na,边角b需要向上收缩像素点数Nb, 同时将Na和Nb发送给所述图像处理单元模块，所述图像处理单元模块对图像处理后重新输出画面。
进一步地，当投影机靠近所述投影屏幕的一侧翘起，高于远离所述投影屏幕的一侧，所述3号激光测距模块监测投影机前后侧和投影屏幕的偏移距离为L3’；当投影机正常摆放时，所述3号激光测距模块监测投影机前后侧和投影屏幕的距离为L3；由L3’- L3，得出偏移差值△L3；所述MCU模块获取△L3，同时查询数据库得到所述边角a和边角c需要收缩的像素点数Na和Nc，所述MCU模块将Na和Nc发送给图像处理单元，对图像处理后重新输出画面。
进一步地，其特征在于：所述MCU模块分别接收3组激光测距模块的数据L1、L2 和L3，然后根据距离的数据，查找数据库得到水平方向或者垂直方向需要校正的图像四个边角像素点数量p1、p2、p3和p4，将需要调整的值发送给所述图像处理单元；所述图像处理单元将突出的边角收缩对应的像素点数，达到图像矩形效果。
进一步地，所述摄像头模块包括1号摄像头和2号摄像头；所述1号摄像头安装在投影机的左侧，拍摄所述投影屏幕的左视图；所述2号摄像头安装在投影机的右侧，拍摄所述投影屏幕的右视图；所述MCU模块分别接收1号摄像头和2号摄像头的图像数据，然后根据图像数据，与校正的图像数据进行比对，得到水平方向或者垂直方向需要校正的图像四个边角像素点数量Na、Nb、Nc和Nd，将需要调整的值发送给所述图像处理单元，所述图像处理单元将突出的边角收缩对应的像素点数，达到图像矩形效果。
进一步地，所述摄像头模块拍摄的投影屏幕左侧边长标记为L，投影屏幕右侧边长标记为R；由于所述1号摄像头和2号摄像头安装不居中，因此所述1号摄像头拍摄的图像和2号摄像头拍摄的图像不同；对所述1号摄像头拍摄的图像而言，根据物距成像原理，L大于R；当投影机正常摆放时，所述1号摄像头认定左边长L，右边长R-ΔR 是标定值，所述2号摄像头认定左边长L-ΔL，右边长R是标定值；
根据所述1号摄像头拍摄图像得到的数据分析，得出左侧边长L+ΔL比标准长度L多出ΔL，而右侧边长不变；根据所述2号摄像头拍摄图像得到的数据分析，得出左侧边长L比标准长度L-ΔL多出ΔL，而右侧边长不变，因此所述MCU模块计算判定图像发生上下梯形，并且左边图像需要调整像素，根据计算长度变化ΔL对比像素数据库，所述边角a需要向下调整像素数量Na，所述边角b需要向上调整像素数量Nb，所述MCU 模块将Na和Nb发送给图像处理单元，图像重新处理后输出，得到正常矩形画面。
进一步地，当投影机正常摆放时，根据所述1号摄像头拍摄图像得到的数据分析计算后得出所述投影屏幕的上侧边长Lu-ΔLu，下侧边长Ld，此时为标准数据；
当投影机靠近所述投影屏幕的一侧翘起，高于远离所述投影屏幕的一侧，此时所述 1号摄像头拍摄图像中投影屏幕的上侧边长大于下侧边长,由所述1号摄像头拍摄图像所得到的数据，上侧边长为Lu,下侧边长为Ld；所述MCU模块分析比对标准数据，得出上侧边长多了ΔLu，而下侧边长不变，图像发生了垂直梯形，根据计算长度变化ΔLu对比像素数据库,得到所述边角a和边角c需要收缩的像素点数Na和Nc，将Na和Nc发送给图像处理单元，对图像处理后重新输出画面。
进一步地，所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪底部分别安装有转向滑座，所述滑座可在定位滑轨上滑动；所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪在定位滑轨上滑动过程中投射画面始终朝向投影屏幕中心；所述激光校正投影仪通过定位滑轨滑动到正对投影屏幕位置进行校正基准零位，所述激光校正投影仪经基准零位校正后移动至定位滑轨的测距端后，所述摄像校正投影仪从摄像端移动至正对投影屏幕位置进行校正基准零位。
有益效果：本发明的一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法自动调整输出画面；包括但不仅限于以下技术效果：
1)通过设置3组激光测距模块对投影屏幕的四个边角分别测距，通过计算调整镜头焦距，输出合适画面；
2)通过2组摄像头模块分别拍摄投影机左右侧和上下侧图像的变化，分析计算出图像边角的调整点数，发送给所述图像处理单元进行图像缩放，再投影显示出来。
附图说明
附图1为本发明的自动调焦流程图；
附图2为本发明的激光测距技术方案逻辑图；
附图3为本发明的激光测距模块与投影屏幕的位置图；
附图4为本发明的摄像头模块与投影屏幕的位置图；
附图5为本发明的摄像头模块技术方案逻辑图；
附图6为本发明的定位滑轨结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1-6：一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法，包括投影屏幕、激光校正投影仪和摄像校正投影仪；所述激光校正投影仪包括激光测距模块、MCU模块、图像处理单元模块、马达模块、摄像头模块和镜头；所述投影屏幕的四个边角分别为边角a、边角b、边角c和边角d；所述激光测距模块对投影屏幕和投影机之间的距离进行测距，所述MCU模块接收激光测距模块的测距数据；所述MCU模块对数据进行处理后通过马达模块对镜头进行调节焦距；
所述摄像校正投影仪包括摄像头模块、MCU模块和图像处理单元模块，所述摄像头模块分别拍摄像校正投影仪左右侧和上下侧图像的变化，所述MCU模块根据摄像头模块拍摄的图像边长的变化查找数据库，分析计算出图像边角的调整点数，发送给所述图像处理单元进行图像缩放，再投影显示出来。
所述激光测距模块采用相位法测距，相位法激光测距是通过测量相位延迟的方法，间接测定调制光信号在被测量距离上往返所需的时间t来计算距离L，原理如图4所示，距离和光信号相位的关系可表示为L＝1/2ct；
其中，
Figure BDA0002518144070000041
综合得到：
Figure BDA0002518144070000042
式中：c为光波在空气中传播的速度；
Figure BDA0002518144070000043
为调制光信号经过被测距离L所产生的相位差；f为信号的调制频率；λ为调制波的波长；N为正整数。
所述激光测距模块采用相位法测距，所述激光测距模块在测距时发射的光线对准投影屏幕；所述激光测距模块包括1号激光测距模块1、2号激光测距模块2和3号激光测距模块3；其中所述1号激光测距模块1监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离，所述2号激光测距模块2监测投影机的右侧投影屏幕之间距离，3号激光测距模块3监测投影机前后侧和投影屏幕的偏移距离；所述1号激光测距模块1监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离记为L1，所述2号激光测距模块2监测投影机的右侧投影屏幕之间距离记为L2。
当所述1号激光测距模块1监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离大于2号激光测距模块2监测投影机的右侧和投影屏幕之间距离时，即L1＞L2，投影画面将出现左宽右窄的水平梯形现象；此时所述MCU模块将获取到L1和L2的数值，通过查询数据库，得到所述边角a需要向下收缩像素点数Na,边角b需要向上收缩像素点数Nb,同时将Na 和Nb发送给所述图像处理单元模块，所述图像处理单元模块对图像处理后重新输出画面；当投影机摆放位置不正确导致左右两侧距离投影屏幕不一致时，则会出现投影画面将出现两侧边画面尺寸不同，使得画面扭曲影响观感；所述1号激光测距模块1和2号激光测距模块2监测左右两侧和投影屏幕之间距离的差别，通过所述MCU模块查询出调整值并将调整值发送给图像处理单元模块，经所述图像处理单元模块处理后的图像将变为正常的矩形；因此在摆放投影机时即使没有正对投影屏幕依旧可以投射出准确的画面。
当投影机靠近所述投影屏幕的一侧翘起，高于远离所述投影屏幕的一侧，所述3号激光测距模块3监测投影机前后侧和投影屏幕的偏移距离为L3’；当投影机正常摆放时，所述3号激光测距模块3监测投影机前后侧和投影屏幕的距离为L3；由L3’-L3，得出偏移差值△L3；所述MCU模块获取△L3，同时查询数据库得到所述边角a和边角 c需要收缩的像素点数Na和Nc，所述MCU模块将Na和Nc发送给图像处理单元，对图像处理后重新输出画面。
所述MCU模块分别接收3组激光测距模块的数据L1、L2和L3，然后根据距离的数据，查找数据库得到水平方向或者垂直方向需要校正的图像四个边角像素点数量p1、 p2、p3和p4，将需要调整的值发送给所述图像处理单元；所述图像处理单元将突出的边角收缩对应的像素点数，达到图像矩形效果；所述图像处理单元根据需要调整的值改变原有的图像，将投影图像左右不对称的收缩量重新处理后再输出，使投影图像变为矩形。
所述摄像头模块包括1号摄像头4和2号摄像头5；所述1号摄像头4安装在投影机的左侧，拍摄所述投影屏幕的左视图；所述2号摄像头5安装在投影机的右侧，拍摄所述投影屏幕的右视图；所述MCU模块分别接收1号摄像头4和2号摄像头5的图像数据，然后根据图像数据，与校正的图像数据进行比对，得到水平方向或者垂直方向需要校正的图像四个边角像素点数量Na、Nb、Nc和Nd，将需要调整的值发送给所述图像处理单元，所述图像处理单元将突出的边角收缩对应的像素点数，达到图像矩形效果；现有方案中，出现在长焦微型投影设备中，区别于本次专利所述方案在于，现有方案应用的是摄像头抓取画面图像，分析图像的边角变化，然后调整梯形，而且垂直梯形校正比较常见，水平梯形校正尚未面市；本专利所述摄像头模块所用的摄像头需满足短距离采集大画面的性能，包括但不局限于采用广角摄像头模组，因为摄像头安装在超短焦投影机上，距离屏幕仅有50cm以内。
所述摄像头模块拍摄的投影屏幕左侧边长标记为L，投影屏幕右侧边长标记为R；由于所述1号摄像头4和2号摄像头5安装不居中，因此所述1号摄像头4拍摄的图像和2号摄像头5拍摄的图像不同；对所述1号摄像头4拍摄的图像而言，当投影机左侧离屏幕距离大于右侧离屏幕的距离时，人眼观看，即L>R，投影画面将出现图中的左宽右窄的水平梯形现象所述边角c和边角d到摄像头的距离将小于边角a和边角b，根据物距成像原理，L大于R；当投影机正常摆放时，所述1号摄像头4认定左边长L，右边长R-ΔR是标定值，所述2号摄像头5认定左边长L-ΔL，右边长R是标定值；
根据所述1号摄像头4拍摄图像得到的数据分析，得出左侧边长L+ΔL比标准长度L多出ΔL，而右侧边长不变；根据所述2号摄像头5拍摄图像得到的数据分析，得出左侧边长L比标准长度L-ΔL多出ΔL，而右侧边长不变，因此所述MCU模块计算判定图像发生上下梯形，并且左边图像需要调整像素，根据计算长度变化ΔL对比像素数据库，所述边角a需要向下调整像素数量Na，所述边角b需要向上调整像素数量Nb，所述 MCU模块将Na和Nb发送给图像处理单元，图像重新处理后输出，得到正常矩形画面。
当投影机正常摆放时，根据所述1号摄像头4拍摄图像得到的数据分析计算后得出所述投影屏幕的上侧边长Lu-ΔLu，下侧边长Ld，此时为标准数据；
当投影机靠近所述投影屏幕的一侧翘起，高于远离所述投影屏幕的一侧，此时所述 1号摄像头4拍摄图像中投影屏幕的上侧边长大于下侧边长,由所述1号摄像头4拍摄图像所得到的数据，上侧边长为Lu,下侧边长为Ld；所述MCU模块分析比对标准数据，得出上侧边长多了ΔLu，而下侧边长不变，图像发生了垂直梯形，根据计算长度变化ΔLu 对比像素数据库,得到所述边角a和边角c需要收缩的像素点数Na和Nc，将Na和Nc 发送给图像处理单元，对图像处理后重新输出画面。
所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪底部分别安装有转向滑座6，所述滑座6可在定位滑轨7上滑动；所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪在定位滑轨7上滑动过程中投射画面始终朝向投影屏幕中心；所述激光校正投影仪通过定位滑轨7滑动到正对投影屏幕位置进行校正基准零位，所述激光校正投影仪经基准零位校正后移动至定位滑轨 7的测距端71后，所述摄像校正投影仪从摄像端72移动至正对投影屏幕位置进行校正基准零位；所述定位滑轨7轨迹是以投影屏幕中心为圆心的圆弧，所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪在定位滑轨7通过滑动改变位置完成基准零位校正和投影；所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪在不同位置同时对一块投影屏幕投影。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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 (9)

1.一种可自动对焦双向梯形校正的超短焦投影方法，其特征在于：包括投影屏幕、激光校正投影仪和摄像校正投影仪；所述激光校正投影仪包括激光测距模块、MCU模块、图像处理单元模块、马达模块、摄像头模块和镜头；所述投影屏幕的四个边角分别为边角a、边角b、边角c和边角d；所述激光测距模块对投影屏幕和投影机之间的距离进行测距，所述MCU模块接收激光测距模块的测距数据；所述MCU模块对数据进行处理后通过马达模块对镜头进行调节焦距；
所述摄像校正投影仪包括摄像头模块、MCU模块和图像处理单元模块，所述摄像头模块分别拍摄像校正投影仪左右侧和上下侧图像的变化，所述MCU模块根据摄像头模块拍摄的图像边长的变化查找数据库，分析计算出图像边角的调整点数，发送给所述图像处理单元进行图像缩放，再投影显示出来。
2.根据权利要求1所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：所述激光测距模块采用相位法测距，所述激光测距模块在测距时发射的光线对准投影屏幕；所述激光测距模块包括1号激光测距模块(1)、2号激光测距模块(2)和3号激光测距模块(3)；其中1号激光测距模块(1)监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离，2号激光测距模块(2)监测投影机的右侧投影屏幕之间距离，3号激光测距模块(3)监测投影机前后侧和投影屏幕的偏移距离；所述1号激光测距模块(1)监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离记为L1，所述2号激光测距模块(2)监测投影机的右侧投影屏幕之间距离记为L2。
3.根据权利要求2所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：当所述1号激光测距模块(1)监测投影机的左侧和投影屏幕之间距离大于2号激光测距模块(2)监测投影机的右侧和投影屏幕之间距离时，即L1＞L2，投影画面将出现左宽右窄的水平梯形现象；此时所述MCU模块将获取到L1和L2的数值，通过查询数据库，得到所述边角a需要向下收缩像素点数Na,边角b需要向上收缩像素点数Nb,同时将Na和Nb发送给所述图像处理单元模块，所述图像处理单元模块对图像处理后重新输出画面。
4.根据权利要求2所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：当投影机靠近所述投影屏幕的一侧翘起，高于远离所述投影屏幕的一侧，所述3号激光测距模块(3)监测投影机前后侧和投影屏幕的偏移距离为L3’；当投影机正常摆放时，所述3号激光测距模块(3)监测投影机前后侧和投影屏幕的距离为L3；由L3’-L3，得出偏移差值△L3；所述MCU模块获取△L3，同时查询数据库得到所述边角a和边角c需要收缩的像素点数Na和Nc，所述MCU模块将Na和Nc发送给图像处理单元，对图像处理后重新输出画面。
5.根据权利要求2-3任一项所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：所述MCU模块分别接收3组激光测距模块的数据L1、L2和L3，然后根据距离的数据，查找数据库得到水平方向或者垂直方向需要校正的图像四个边角像素点数量p1、p2、p3和p4，将需要调整的值发送给所述图像处理单元；所述图像处理单元将突出的边角收缩对应的像素点数，达到图像矩形效果。
6.根据权利要求1所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：所述摄像头模块包括1号摄像头(4)和2号摄像头(5)；所述1号摄像头(4)安装在投影机的左侧，拍摄所述投影屏幕的左视图；所述2号摄像头(5)安装在投影机的右侧，拍摄所述投影屏幕的右视图；所述MCU模块分别接收1号摄像头(4)和2号摄像头(5)的图像数据，然后根据图像数据，与校正的图像数据进行比对，得到水平方向或者垂直方向需要校正的图像四个边角像素点数量Na、Nb、Nc和Nd，将需要调整的值发送给所述图像处理单元，所述图像处理单元将突出的边角收缩对应的像素点数，达到图像矩形效果。
7.根据权利要求6所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：所述摄像头模块拍摄的投影屏幕左侧边长标记为L，投影屏幕右侧边长标记为R；由于所述1号摄像头(4)和2号摄像头(5)安装不居中，因此所述1号摄像头(4)拍摄的图像和2号摄像头(5)拍摄的图像不同；对所述1号摄像头(4)拍摄的图像而言，根据物距成像原理，L大于R；当投影机正常摆放时，所述1号摄像头(4)认定左边长L，右边长R-ΔR是标定值，所述2号摄像头(5)认定左边长L-ΔL，右边长R是标定值；
根据所述1号摄像头(4)拍摄图像得到的数据分析，得出左侧边长L+ΔL比标准长度L多出ΔL，而右侧边长不变；根据所述2号摄像头(5)拍摄图像得到的数据分析，得出左侧边长L比标准长度L-ΔL多出ΔL，而右侧边长不变，因此所述MCU模块计算判定图像发生上下梯形，并且左边图像需要调整像素，根据计算长度变化ΔL对比像素数据库，所述边角a需要向下调整像素数量Na，所述边角b需要向上调整像素数量Nb，所述MCU模块将Na和Nb发送给图像处理单元，图像重新处理后输出，得到正常矩形画面。
8.根据权利要求6所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：当投影机正常摆放时，根据所述1号摄像头(4)拍摄图像得到的数据分析计算后得出所述投影屏幕的上侧边长Lu-ΔLu，下侧边长Ld，此时为标准数据；
当投影机靠近所述投影屏幕的一侧翘起，高于远离所述投影屏幕的一侧，此时所述1号摄像头(4)拍摄图像中投影屏幕的上侧边长大于下侧边长,由所述1号摄像头(4)拍摄图像所得到的数据，上侧边长为Lu,下侧边长为Ld；所述MCU模块分析比对标准数据，得出上侧边长多了ΔLu，而下侧边长不变，图像发生了垂直梯形，根据计算长度变化ΔLu对比像素数据库,得到所述边角a和边角c需要收缩的像素点数Na和Nc，将Na和Nc发送给图像处理单元，对图像处理后重新输出画面。
9.根据权利要求1所述的一种可自动对焦的超短焦投影方法，其特征在于：所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪底部分别安装有转向滑座(6)，所述滑座(6)可在定位滑轨(7)上滑动；所述激光校正投影仪和摄像校正投影仪在定位滑轨(7)上滑动过程中投射画面始终朝向投影屏幕中心；所述激光校正投影仪通过定位滑轨(7)滑动到正对投影屏幕位置进行校正基准零位，所述激光校正投影仪经基准零位校正后移动至定位滑轨(7)的测距端(71)后，所述摄像校正投影仪从摄像端(72)移动至正对投影屏幕位置进行校正基准零位。
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