CN112689133B - 一种图像校正系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于图像处理技术领域，特别是涉及一种图像校正系统及方法。随着移动便携式投影的发展，近几年来投影进入了人们的普通生活中。移动式的投影在每次使用时需要调整投影机器与投影面的相对位置，一般需要确保投影与画面居中垂直，才能获得最佳投影效果。在某些场合由于条件限制无法达到，这样投影画面即会产生形变，严重观影效果。本申请提供了一种图像校正系统，包括投影单元、姿态检测单元和运算控制单元，所述投影单元与所述姿态检测单元通信连接，所述姿态检测单元与所述运算控制单元通信连接，所述运算控制单元与智能终端连接，所述智能终端与所述投影单元通信连接。大大降低了操作复杂度，自适应调整。

Description

一种图像校正系统及方法

技术领域

本申请属于图像处理技术领域，特别是涉及一种图像校正系统及方法。

背景技术

近几年，随着微机电系统(MEMS)、LED光源和光学镜头的发展，光学投影在画面质量、均匀性、分辨率以及处理速度上有了很大的提升；应用处理器的计算能力也有了很大的提升。这两者的改进使得投影的体积与功耗得到了大大降低，便携式投影也在人们生活中越来越普及。传统固定式投影，投影与投射面的相对位置固定，且一般垂直居中，投影画面在投影安装好后即会调整好，后期无需再作调整配置。而便携式投影也正因为携带上的方便，每次使用时，由于摆放位置的不同往往需要先调整设置来校正画面，才能达到最佳显示效果。目前市面上常见的调整方法有机械式和按键式，这两种方式都需要使用者一边观察画面一边调整，使用上比较繁琐。

随着移动便携式投影的发展，近几年来投影进入了人们的普通生活中。移动式的投影在每次使用时需要调整投影机器与投影面的相对位置，一般需要确保投影与画面居中垂直，才能获得最佳投影效果。在某些场合由于条件限制无法达到，这样投影画面即会产生形变，严重观影效果。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于随着移动便携式投影的发展，近几年来投影进入了人们的普通生活中。移动式的投影在每次使用时需要调整投影机器与投影面的相对位置，一般需要确保投影与画面居中垂直，才能获得最佳投影效果。在某些场合由于条件限制无法达到，这样投影画面即会产生形变，严重观影效果的问题，本申请提供了一种图像校正系统及方法。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种图像校正系统，包括投影单元、姿态检测单元和运算控制单元，所述投影单元与所述姿态检测单元通信连接，所述姿态检测单元与所述运算控制单元通信连接，所述运算控制单元与智能终端连接，所述智能终端与所述投影单元通信连接；所述投影单元；用于将图像内容投射到投影面上；所述姿态检测单元，用于实时获取当前投影的空间姿态信息，将所述信息传输给运算控制单元；所述运算控制单元，用于通过校正算法把投影图像调整成最适合用户观看的图像，并将所述最适合用户观看的图像传送至智能终端，输出图像；所述智能终端，用于提供图像内容。

本申请提供的另一种实施方式为：所述投影单元包括光电转换模块。

本申请提供的另一种实施方式为：所述投影面为任意的平整平面。

本申请提供的另一种实施方式为：所述姿态检测单元包括陀螺仪芯片和归零按钮。

本申请还提供一种图像校正方法，采用所述的图像校正系统对图像进行校正。

本申请提供的另一种实施方式为：所述方法包括如下步骤：

1)获取投影参数；2)通过所述姿态检测单元对图像的投影形变校正；3)获得在保持长宽比不变的前提下求得一个面积最大的矩形区域，使投影图像在该区域内能无形变的显示。

本申请提供的另一种实施方式为：所述投影形变校正通过按下归零按钮，自动保存当前的陀螺仪角度值。

本申请提供的另一种实施方式为：所述投影形变包括水平方向的形变和垂直方向的形变。

本申请提供的另一种实施方式为：所述水平方向的形变校正包括水平形变梯形校正，所述水平形变梯形校正为假设顺时针旋转为正；当旋转角度为0时，无需校正；当旋转角度为正值时，投影图像以右下角为零点，按照比例修正；当旋转角度为负值时，投影图像以左下角为零点，按照比例修正。本申请提供的另一种实施方式为：所述垂直方向的形变包括垂直形变梯形校正，所述垂直形变梯形校正为当投影水平投射角大于垂直投射角时，以梯形高为基准，保持长宽比，然后按照比例分别修正梯形底边和正投影上底边；当投影水平投射角小于垂直投射角时，以梯形底边为基准，保持长宽比，然后按照比例修正投影上底边。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的图像校正系统的有益效果在于：

本申请提供的图像校正系统，使投影在一定范围内随意摆放，系统都可以自动调整画面，使有效内容保持矩形，达到较好显示效果。

本申请提供的图像校正系统，提供一种基于陀螺仪的低成本自动校准技术；硬件上只需增加一个三轴陀螺仪芯片即可通过软件实现自动梯形校正，成本极低，使用方便。

本申请提供的图像校正系统，采用一个陀螺仪芯片即可处理水平和垂直转动导致的画面形变。

本申请提供的图像校正系统，只需开机后做一次归零初始化，之后使用过程中可随意移动，系统自动完成各种形变校正。

本申请提供的图像校正系统，相比现有的手动投影校正系统，大大降低了操作复杂度，自适应调整。

本申请提供的图像校正系统，相比现有的投影校正系统，只需添加一个陀螺仪芯片，极大的降低了成本，结构简单，可靠性高。

附图说明

图1是本申请的图像校正系统示意图；

图2是本申请的投影形变示意图；

图3是本申请的水平方向形变校正示意图；

图4是本申请的垂直方向形变校正示意图；

图中：1-投影单元、2-姿态检测单元、3-运算控制单元。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

目前市面上的常规投影校正实现方法主要有下面三种：

机械调整式。在投影的光机设计上集成了机械的调整装置，通过微调镜头的相对位置实现画面的形变调整。这种技术在实现上原理相对简单，但是实现需要在设计光机时就加入校正机械结构，增加光机的设计难度，而且调整范围一般较小。

按键调整式。通过在投影系统内置一套调节软件，投影开始工作后由用户通过投影主机或遥控器上的按键调用该软件来调整画面的形变。该方式实现成本较低，但需要用户手动操作，每次移动后都要调整。

激光测距式。在投影上安装多个激光测距元件，工作时通过分析多个测距元件返回的距离值来判断投影与投影面的关系，从而修正画面。该方式实现成本较高，且激光有安全隐患，对工作环境也有特殊要求。

参见图1～4，本申请提供一种图像校正系统，包括投影单元1、姿态检测单元2和运算控制单元3，所述投影单元1与所述姿态检测单元2通信连接，所述姿态检测单元2与所述运算控制单元3通信连接，所述运算控制单元3与智能终端连接，所述智能终端与所述投影单元1通信连接；所述投影单元1；用于将图像内容投射到投影面上；所述姿态检测单元2，用于实时获取当前投影的空间姿态信息，将所述信息传输给运算控制单元；所述运算控制单元3，用于通过校正算法把投影图像调整成最适合用户观看的图像，并将所述最适合用户观看的图像传送至智能终端，输出图像；所述智能终端，用于提供图像内容。

投影单元1可以连接计算机等设备，把用户选择的视频信号通过内置的光电转换单元投射出来，本申请中投影面可以是任意的平整平面。

姿态检测单元2主要包含一个三轴陀螺仪芯片，该芯片为一种微机电芯片(MEMS)，在极小的空间内集成了电子和机械构件。里面的微机械结构为振动件，测量其旋转产生的科氏加速度来获得角速度，通过测量重力加速度方向来判断重力的方向，把它固定安装在投影内部，从而可以得知投影在空间中的姿态。

运算控制单元3一端连接着姿态检测单元2，另一端作为输入端连接在提供投影内容的计算机或其他设备上。当投影工作时，姿态检测单元2会把实时的空间姿态信息反馈到运算控制单元3，经过内置的算法计算出画面校正参数，并调整投影输出画面使其能较好地显示在观影面上。这里的智能终端为计算机、平板电脑、手机或者其他可以播放图像内容的设备。

进一步地，所述投影单元1包括光电转换模块。

进一步地，所述投影面为任意的平整平面。

进一步地，所述姿态检测单元2包括三轴陀螺仪芯片和归零按钮。

本申请还提供一种图像校正方法，采用所述的图像校正系统对图像进行校正。

投影在使用中由于摆放位置不垂直于投影面，会产生投影画面的形变。这些形变分解后主要分为两类，水平方向和垂直方向。本申请中的自动校正系统可以修正这些投影形变，在保持长宽比不变的前提下求得一个面积最大的矩形区域，使投影内容在该区域内能无形变的显示。从空间几何上来说，产生这些形变的主要原因就是投影机在空间上产生了旋转、平移、俯仰等，只要求取出这些参数即可通过公式得出校正方案。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

1)获取投影参数；2)通过所述姿态检测单元2对图像的投影形变校正；3)获得在保持长宽比不变的前提下求得一个面积最大的矩形区域，使投影图像在该区域内能无形变的显示。

进一步地，所述投影形变校正通过按下归零按钮，自动保存当前的陀螺仪角度值。

进一步地，所述投影形变包括水平方向的形变和垂直方向的形变。

进一步地，所述水平方向的形变校正包括水平形变梯形校正，所述水平形变梯形校正为假设顺时针旋转为正；当旋转角度为0时，无需校正；当旋转角度为正值时，投影图像以右下角为零点，按照比例修正；当旋转角度为负值时，投影图像以左下角为零点，按照比例修正。

进一步地，所述垂直方向的形变包括垂直形变梯形校正，所述垂直形变梯形校正为当投影水平投射角大于垂直投射角时，以梯形高为基准，保持长宽比，然后按照比例分别修正梯形底边和正投影上底边；当投影水平投射角小于垂直投射角时，以梯形底边为基准，保持长宽比，然后按照比例修正投影上底边。

下面针对两种形变分别处理。投影一旦选定后，它的一些相关参数即固定。此处设定投影的水平投射角度为α，垂直投射角度为β，投影画面默认长宽比为f。

水平形变如图3所示

如下图所示，投影由于向右侧转动了∠r，导致投影画面矩形ABRL变为梯形A'B'R'L'。为了在保持长宽比不变的情况下求取最大的画面宽B'W和高B'H。

由于投影画面长宽比固定为f，所以

B′W＝f×B′H

校正步骤：

1、使用者把投影垂直对着投影面摆放，使其投影面为一个标准的矩形ABRL，OM垂直于投影面，然后按下软件中的归零按钮，软件自动保存当前的陀螺仪角度值。

2、当投影发生水平方向转动后投影画面变为梯形A'B'R'L'，从此时陀螺仪的角度值减去之前归零时的角度值即可得出实际投影转动的角度值r。假设顺时针转动为正，当r为正值时投影画面右倾斜，当r为负值时投影画面左倾斜。

3、根据三角函数公式可得出OA'、OB'

4、再由于投影垂直投射角为β，可得出A'L'、B'R'

5、计算形变后梯形A'B'R'L'下边A'B'长

6、梯形A'B'R'L'形变后的∠s

化简为：

7、保持长宽比f不变，求取梯形内最大投影面

由于

B′W＝f×B′H

可得投影面水平形变后画面高度所需修正比例

由于投影保持长宽比不变，画面宽度所需修正比例亦为

8、进行梯形校正，假设顺时针旋转为正

当旋转角度r为0时，无需校正；

当旋转角度r为正值时，投影画面以右下角为零点，按照比例修正；

当旋转角度r为负值时，投影画面以左下角为零点，按照比例修正。

垂直形变如图4所示

如下图，当投影在垂直方向转动∠θ，则投影画面会由原矩形CDFE变为C'D'F'E'，其中OM为垂直，投影水平投射角为α，垂直投射角为β，投影画面长宽比为f。

校正步骤：

1、使用者把投影垂直对着投影面摆放，使其投影面为一个标准的矩形CDFE，OM垂直于投影面，然后按下软件中的归零按钮，软件自动保存当前的陀螺仪角度值。

2、当投影发生垂直方向转动后投影画面变为梯形C'D'F'E'，从此时陀螺仪的角度值减去之前归零时的角度值即可得出实际投影转动的角度值θ。假设仰角为正，当θ为正值时投影画面向上倾斜，当θ为负值时投影画面向下倾斜。

3、计算梯形下边沿C'D'：

4、计算梯形上边沿E'F'：

5、计算梯形高PQ：

PQ＝OM×tan(θ+β)-OM×tanθ

6、进行梯形校正，

1)当投影水平投射角α大于垂直投射角β时，以梯形高PQ为基准，保持长宽比f，则校正后投影水平宽度应为：

f×PQ＝f×OM×(tan(θ+β)-tanθ)

然后按照比例分别修正C'D'、E'F'

2)当投影水平投射角α小于垂直投射角β时，以梯形底边C'D'为基准，保持长宽比f，则校正后投影高度应为：

然后按照比例修正投影上底边E'F'。

实施例

如图2所示，移动式的投影在每次使用时需要调整投影机器与投影面的相对位置，一般需要确保投影与画面居中垂直，才能获得最佳投影效果。在某些场合由于条件限制无法达到，这样投影画面即会产生形变，严重观影效果。

采用以上校正系统及方法即可对图像进行校正。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的或范围所包含的全部修改。

Claims (3)

1.一种图像校正系统，其特征在于：包括投影单元、姿态检测单元和运算控制单元，所述投影单元与所述姿态检测单元通信连接，所述姿态检测单元与所述运算控制单元通信连接，所述运算控制单元与智能终端连接，所述智能终端与所述投影单元通信连接；

所述投影单元；用于将图像内容投射到投影面上；

所述姿态检测单元，用于实时获取所述投影单元当前投影的空间姿态信息，将所述空间姿态信息传输给运算控制单元，其中，所述姿态检测单元包括陀螺仪芯片和归零按钮；

所述运算控制单元，用于在保持长宽比不变的前提下在发生形变的投影画面内求得一个面积最大的矩形区域，通过校正算法使投影画面在所述矩形区域内无形变的显示；

所述智能终端，用于提供待投影的所述图像内容；

所述校正算法包括水平方向的形变校正和垂直方向的形变校正；

设定O表示投影单元的位置，OM为投影单元到投影面的垂直距离，投影单元的水平投射角度为α，垂直投射角度为β，设定投影单元无形变地投影时的矩形投影画面表示为ABRL，其长宽比为f；当所述投影单元在水平方向转动了角度值r时，会导致矩形投影画面ABRL变为梯形投影画面A'B'R'L'；设定所述梯形投影画面A'B'R'L'内面积最大的矩形区域的宽表示为B'W，高表示为B'H，

由于投影画面长宽比f保持不变，所以

B′W＝f×B′H

所述水平方向的形变校正包括以下步骤：

1)、使用者把所述投影单元垂直对着投影面摆放，使其投影的投影画面为一个标准的矩形ABRL，OM垂直于投影面，然后按下所述归零按钮，所述姿态检测单元自动保存当前的陀螺仪角度值；

2)、当所述投影单元水平方向转动角度值r后，矩形投影画面ABRL变为梯形投影画面A'B'R'L'，此时陀螺仪的角度值减去之前归零时的角度值即可得出投影单元转动的角度值r；假设顺时针转动为正，当r为正值时投影画面向右倾斜，当r为负值时投影画面向左倾斜；

3)、根据三角函数公式可得出OA'、OB'

4)、由于投影垂直投射角为β，可得出A'L'、B'R'

5)、计算形变后梯形A'B'R'L'下边A'B'长

6)、梯形投影画面A'B'R'L'的上边沿L'R'与水平方向的夹角记为角度值s，由三角函数公式可得其正切值为：

化简为：

7)、根据相似三角形对应角相等原理，tans又可以表示为：

由于

B′W＝f×B′H

可得水平形变后投影画面高度的修正比例为：

由于投影画面保持长宽比不变，水平形变后，投影画面宽度的修正比例亦为：

8)、在进行水平方向形变校正时，假设顺时针旋转为正：

当转动角度r为0时，无需校正；

当转动角度r为正值时，投影画面以右下角B'点为修正零点，按照步骤7)中获得的比例值分别修正投影画面的高度和宽度；

当旋转角度r为负值时，投影画面以左下角A'点为修正零点，按照步骤7)中获得的比例值分别修正投影画面的高度和宽度；

设定当所述投影单元在垂直方向转动角度值θ时，投影画面会由原矩形CDFE变为C'D'F'E'，其中OM为投影单元到投影面的距离；

所述垂直方向的形变校正包括以下步骤：

1)、使用者把所述投影单元垂直对着投影面摆放，使其投影的投影画面为一个标准的矩形CDFE，OM垂直于投影面，然后按下所述归零按钮，所述姿态检测单元自动保存当前的陀螺仪角度值；

2)、当所述投影单元垂直方向转动角度值θ后，矩形投影画面CDFE变为梯形投影画面C'D'F'E'，从此时陀螺仪的角度值减去之前归零时的角度值即可得出所述投影单元转动的角度值θ；假设仰角为正，当θ为正值时投影画面向上倾斜，当θ为负值时投影画面向下倾斜；

3)、计算梯形下边沿C'D'：

4)、计算梯形上边沿E'F'：

5)、计算梯形高PQ：

PQ＝OM×tan(θ+β)-OM×tanθ

6)、进行垂直方向形变校正：

当投影水平投射角α大于垂直投射角β时，以梯形高PQ为基准，保持长宽比f，则校正后投影水平宽度应为：

f×PQ＝f×OM×(tan(θ+β)-tanθ)

然后按照比例将C'D'修正为f×PQ、按照比例将E'F'修正为f×PQ；

当投影水平投射角α小于垂直投射角β时，以梯形下底边C'D'为基准，保持长宽比f，则校正后投影高度应为：

然后按照比例修正投影上底边E'F'。

2.如权利要求1所述的图像校正系统，其特征在于：所述投影单元包括光电转换模块。

3.如权利要求1所述的图像校正系统，其特征在于：所述投影面为任意的平整平面。

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