CN113341635A - 投影装置的测距调焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种投影装置的测距调焦方法，包含：投影装置存储有第一尺寸；投影镜头于目标投影面上投射形成第一影像，图像撷取单元撷取目标投影面的第一图像，第一图像中包含对应第一影像的第二图像；定义第一图像于第一方向上的中心点为第一中心点；定义第二图像于第一方向上的中心点为第二中心点；确认第一图像中第一中心点与第二中心点之间的第一像素数量，根据第一像素数量及第一尺寸确认第一中心点与第二中心点对应于参考投影面上的第三距离；投影镜头至目标投影面的第四距离等于第二距离与第一距离的乘积再除去第三距离的商；投影装置根据第四距离调整投影镜头的焦距。本发明可在投影装置位移后自动测量与目标投影面的距离以进行调焦。

Description

投影装置的测距调焦方法

技术领域

本发明涉及一种投影装置的测距调焦方法，尤其是指在投影装置发生移动后立即进行测距调焦的方法。

背景技术

投影机是一种可以将图像或视频投射到目标投影面上的设备，其投影到目标投影面上的图像或者视频在保持清晰度的情况下呈现数倍或者数十倍进行放大，方便人们观看，也给予人们开阔的视野，因此，投影机深受用户的欢迎。投影机正在作为一款日常消费品逐步进入人们的视野，并在工程以及家庭环境中得以越来越广泛的应用。投影机在放置到新的环境时，都需要重新进行对焦，否则无法呈现清楚的影像。如何侦测投影机与目标投影面之间的距离以进行后续的焦距调整成为研究的课题之一。

发明内容

本发明的目的在于提供投影装置的测距调焦方法，以便于投影装置的位置发生移动后立即进行测距调焦，以使得投影装置能够提供清晰影像。

为了达到上述目的，本发明提出一种投影装置的测距调焦方法，该投影装置具有投影镜头以及图像撷取单元，该投影镜头与该图像撷取单元之间具有第一距离；该测距调焦方法包含：

步骤A，该投影镜头于目标投影面上投射形成第一影像，该图像撷取单元撷取该目标投影面的第一图像，该第一图像包含第二图像，其中，该第二图像对应该第一影像；

步骤B，定义该第一图像于第一方向上的中心点为第一中心点；定义该第二图像于该第一方向上的中心点为第二中心点；确认该第一图像中该第一中心点与该第二中心点之间于第一方向上的第一像素数量，定义一距离该投影镜头第二距离的投影面为参考投影面；根据该第一像素数量以及预先储存于该投影装置中的第一数值确认该第一中心点与该第二中心点对应于该参考投影面上的第三距离；

步骤C，定义该投影镜头至该目标投影面的距离为第四距离，根据该第一距离、该第二距离及该第三距离确认该第四距离；以及

步骤D，该投影装置根据该第四距离调整该投影镜头的焦距。

于一实施例中，该投影镜头具有第一中心轴，该图像撷取单元具有第二中心轴，该第一中心轴与该第二中心轴平行，当该投影装置正对该目标投影面时，该第一中心轴与该第二中心轴于该第一方向上具有该第一距离。

于一实施例中，步骤B还包括，

步骤B11，提供该参考投影面，该投影装置正对该参考投影面，且该投影镜头与该参考投影面之间具有该第二距离；

步骤B12，该投影镜头于该参考投影面上投射形成第二影像；量测该第二影像于该第一方向上的长度，并定义为第一长度；

步骤B13，该图像撷取单元撷取该参考投影面的第三图像，该第三图像中包含第四图像，其中，该第四图像对应该第二影像；

步骤B14，确认该第四图像于该第一方向上的像素数量，记为第二像素数量；以及

步骤B15，将该第一长度与该第二像素数量的商作为该第三图像中每一像素于该参考投影面的该第一方向上对应的第一尺寸，该第一尺寸作为该第一数值。

于一实施例中，该第四距离等于该第二距离与该第一距离的乘积再除去该第三距离的商。

于一实施例中，步骤B包括，

步骤B21，于第一坐标系中，确认该第一图像的该第一中心点于该第一方向上的坐标值，记为第一坐标值；

步骤B22，确认该第二图像于该第一方向上两侧边的坐标值，记为第二坐标值及第三坐标值，则该第二中心点于该第一方向上的坐标值等于该第二坐标值与该第三坐标值的平均值，记为第四坐标值；

步骤B23，根据该第四坐标值与该第一坐标值的差值确认该第一中心点与该第二中心点之间的该第一像素数量；以及

步骤B24，该第一中心点与该第二中心点之间对应于该参考投影面上的该第三距离等于该第一像素数量与该第一数值的乘积。

于一实施例中，该第一坐标系于该第一方向上以该第一图像的分辨率作为坐标值。

于一实施例中，该第二影像的至少两个对角为亮点，并据此计算出该第二坐标值及该第三坐标值。

于一实施例中，于步骤A前还包括，判断该投影装置是否发生移动，若是，执行步骤A。

于一实施例中，步骤A与步骤B之间还包括，判断该第一图像中的该第一中心点和/或该第二中心点是否可辨识出，若是，执行步骤B；若否，执行步骤A。

于一实施例中，该第一方向为水平方向。

本发明的投影装置的测距调焦方法，当投影装置需要进行测距对焦时，藉由投影镜头朝向目标投影面投射影像，而后图像撷取单元撷取目标投影面的图像，不管投影装置位置移动后是否正对目标投影面，均能够利用图像撷取单元撷取影像的原理，结合储存于投影装置中的投影镜头与图像撷取单元之间的距离、投影镜头与参考投影面之间的距离等以及时计算出投影镜头与目标投影面之间的距离，从而可以及时调整焦距，确保投影效果。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的投影装置的测距调焦方法的流程图；

图2为本发明的投影装置投射影像至目标投影面时的俯视图；

图3为本发明的投影装置投射影像至目标投影面时影像撷取装置所撷取的第一图像的示意图；

图4为本发明的投影装置投射影像至目标投影面时另一示意图；

图5为本发明的投影装置投射影像至参考投影面时的俯视图；

图6为本发明的投影装置投射影像至参考投影面时影像撷取装置所撷取的第三图像的示意图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

请参考图1至图6，图1为本发明的投影装置的测距调焦方法的流程图；图2为本发明的投影装置投射影像至目标投影面时的俯视图；图3为本发明的投影装置投射影像至目标投影面时影像撷取装置所撷取的第一图像的示意图；图4为本发明的投影装置投射影像至目标投影面时另一示意图；图5为本发明的投影装置投射影像至参考投影面时的俯视图；图6为本发明的投影装置投射影像至参考投影面时影像撷取装置所撷取的第三图像的示意图。

如图1至图6所示，本发明的投影装置的测距调焦方法，投影装置100具有投影镜头110以及图像撷取单元120，投影镜头110与图像撷取单元120之间具有第一距离d1。投影装置100的测距调焦方法包含：

步骤A(S110)，投影镜头110于目标投影面S0上投射形成第一影像，图像撷取单元120撷取目标投影面S0的第一图像f1，第一图像f1中包含第二图像f2，其中，第二图像f2对应投影镜头110所投射形成的前述第一影像。

步骤B(S120)，定义第一图像f1于第一方向上的中心点为第一中心点；定义第二图像f2于第一方向上的中心点为第二中心点；确认第一图像f1中第一中心点与第二中心点之间于第一方向上的第一像素数量q1，定义一距离投影镜头110第二距离d2的投影面为参考投影面S1；根据第一像素数量q1及预先储存于投影装置100中的第一数值确认第一中心点与第二中心点对应于参考投影面S1上的第三距离d3。

步骤C(S130)，定义投影镜头110至目标投影面S0的距离为第四距离d4，根据第一距离d1、第二距离d2及第三距离d3确认前述第四距离d4。

步骤D(S140)，投影装置100根据第四距离d4调整投影镜头110的焦距。

于一实施例中，于步骤A中，投影镜头110具有第一中心轴a1，图像撷取单元120具有第二中心轴a2，第一中心轴a1与第二中心轴a2平行，第一中心轴a1与第二中心轴a2之间具有前述第一距离d1。实际操作中，在设计投影装置100时，第一距离d1可为预设值而被确定，从而在投影装置100组装完成时，第一距离d1为已知的预设值。图像撷取单元120例如为相机。

本实施例中，第一方向为水平方向，具体可为水平横向，亦可称为x轴方向。实际操作中，投影装置100组装完成时，将投影装置100水平放置且第一中心轴a1和第二中心轴a2均垂直于第一方向时，第一中心轴a1与第二中心轴a2之间于第一方向上具有第一距离d1。投影镜头110的第一中心轴a1与图像撷取单元120的第二中心轴a2于第二方向上齐平或错开，其中第二方向可为z轴方向。

本实施例中，投影镜头110与参考投影面S1或目标投影面S0之间的距离可认为是投影镜头110的端面C(绘示于图4中)与参考投影面S1/目标投影面S0之间的距离。本实施例中，投影镜头110的端面C与图像撷取单元120的端面D(绘示于图4中)对齐，从而可知，当投影装置100正对目标投影面S0时，投影镜头110与目标投影面S0之间的距离等于图像撷取单元120与目标投影面S0之间的距离。实际操作中，投影镜头110的端面亦可不与图像撷取单元120的端面对齐，而是会沿第一中心轴a1的方向上具有预设距离。那么可先将投影镜头110的端面与图像撷取单元120的端面于沿第一中心轴a1的方向上的距离考虑在内(例如计算时先减掉以便认为投影镜头110的端面C与图像撷取单元120的端面D对齐)，再进行后续的一系列计算。

于一实施例中，步骤B(S120)还包括，

步骤B21，如图3所示，于第一坐标系xy中，确认第一图像f1的第一中心点于第一方向上的坐标值，记为第一坐标值c1；

步骤B22，确认第二图像f2于第一方向上两侧边的坐标值，记为第二坐标值c2及第三坐标值c3，则第二中心点于第一方向上的坐标值等于第二坐标值c2与第三坐标值c3的平均值，记为第四坐标值c4；

步骤B23，根据第四坐标值c4与第一坐标值c1的差值确认第一中心点与第二中心点之间的第一像素数量q1。本实施例中，第一坐标系于第一方向上以第一图像f1的分辨率作为坐标值。

步骤B24，第一中心点与第二中心点之间对应于参考投影面S1上的第三距离d3等于第一像素数量q1与第一数值的乘积。

本实施例中，第一数值为投影镜头110于参考投影面S1之间具有第二距离d2时图像撷取单元所撷取的图像中一个像素于参考投影面的第一方向上对应的实际尺寸。

于一实施例中，步骤B还包括，

步骤B11，如图5所示，提供参考投影面S1，投影装置110正对参考投影面S1，且投影镜头110与参考投影面S1之间具有第二距离d2。

此时，图像撷取单元120与参考投影面S1之间同样具有前述第二距离d2。实际操作中，步骤B11至步骤B15所获得的数据可以是投影装置100在出厂前进行调校时所获得的数据，即在执行步骤B11至步骤B15时，第二距离d2可为预先设定的距离，例如1米、2米等。

步骤B12，投影镜头110于参考投影面S1上投射形成第二影像；量测第二影像于第一方向上的长度，并定义为第一长度L1。

本实施例中，第一方向为水平横向(x轴方向)。在出厂前的调校过程中，当投影镜头110在参考投影面S1上投射形成了第二影像之后，测试人员可以直接于参考投影面S1上量测第二影像于第一方向上的第一长度L1。

步骤B13，图像撷取单元120撷取参考投影面S1的第三图像f3，第三图像f3中包含第四图像f4，其中，第四图像f4对应前述投影镜头110所投射形成的第二影像。

本实施例中，如图5所示，图像撷取单元120所撷取图像的范围大于投影镜头110所投射影像的范围，从而，图像撷取单元120可完全撷取第二影像。于另一实施例中，图像撷取单元120于第一方向上的撷取范围大于投影镜头110的投影范围，于第二方向上的撷取范围小于投影镜头110的投影范围，从而图像撷取单元120于第一方向上的撷取范围包含第二影像于第一方向上的长度范围，但于第二方向上的撷取范围不完全包含第二影像于第二方向上的宽度范围。

步骤B14，确认第四图像f4于第一方向上的像素数量，记为第二像素数量q2。

于一实施例中，投影装置100还可包含图像识别单元(未绘示)，可通过例如图像识别单元来确认第三图像f3中所包含的第四图像f4于第一方向上的第二像素数量q2。实际操作中，参考投影面一般为纯色的投影幕布，而投射于其上的第二影像可与之明显区隔，从而便于图像识别单元自第三图像f3中确认第四图像f4的范围。具体的，图像识别单元可识别出第四图像f4于第一方向上的两侧边的边缘位置，并确定出坐标值，定义为第五坐标值c5和第六坐标值c6，然后将第六坐标值c6与第五坐标值c5之间的差值作为第二像素数量q2。实际操作中，图像撷取单元120亦可同时具有图像识别功能，则此时投影装置100不需额外设置图像识别单元。

步骤B15，将第一长度L1与第二像素数量q2的商作为第三图像f3中每一像素于参考投影面S1的第一方向上对应的第一尺寸m1，第一尺寸m1作为第一数值。

第一长度L1为第二影像投射于参考投影面S1上时于第一方向上的长度；第二像素数量q2为第二影像被图像撷取单元120所撷取时呈现于所撷取的第三图像f3上于第一方向上所对应的像素数量，故通过第一长度L1与第二像素数量q2的商即可得到第二影像所对应的第三图像f3中每一个像素于参考投影面S1的第一方向上的第一尺寸m1。

上述步骤B11至步骤B15可在投影装置100出厂前完成，从而仅将最后计算出的第一尺寸m1连同预先设定的第一距离d1和第二距离d2存储于投影装置100中。

本实施例中，将投影镜头110于参考投影面S1之间具有第二距离d2时图像撷取单元所撷取的图像中一个像素于参考投影面的第一方向上对应的实际尺寸作为第一数值。第四距离d4等于第二距离d2与第一距离d1的乘积再除去第三距离d3的商。实际操作中，第一数值还可以是其他数值，例如实际像素尺寸与第二距离的比值等。

于一实施例中，于步骤A前还包括，判断投影装置100是否发生移动，若是，执行步骤A。实际操作中，投影机100从一处移动至另一处再进行工作时，则会自动启动测距调焦方法。

本实施例中，第一影像和第二影像为相似影像，均为四角具有亮点的图像，从而方便图像撷取单元120和图像识别工具识别出第一影像和第二影像的侧边(尤其是于第一方向上的两侧边)。实际操作中，亦可第一影像的至少两个对角可为亮点，如此一来，可根据这两个对角快速计算出第一影像于第一方向上两侧边的第二坐标值c2及第三坐标值c3。

投影装置100发生位置移动后，投影镜头110朝向目标投影面S0投射形成第一影像。如图4所示，投影镜头110的端面C到达目标投影面S0上其所对应的直线距离点H之间的距离即为第四距离d4，亦可用端点表示为第四距离CH。实际操作中，投影装置100位置发生移动后，可能不会正对目标投影面S0，而是会与目标投影面S0之间呈一定夹角，如图2及图4所示。此时，投影镜头110投射至目标投影面S0上的第一影像的尺寸等相对于投影装置100正对目标投影面S0时的尺寸等会发生变化，但图像撷取单元120所撷取的图像却不会因为投影装置100没有正对目标投影面S0而发生变化。本发明正是利用这一点而通过图像撷取单元120来辅助确认投影镜头110与目标投影面S0之间的第四距离CH。

具体的，从图像撷取单元120的视角来看，投影装置100均可视为正对投影面进行影像投射。当投影镜头110投射影像至目标投影面S0时，投影镜头110于第一方向上的实际投影范围为端点FG之间，图像撷取单元120于第一方向上的实际撷取范围为端点MN之间，但图像撷取单元120根据直射反射原理所获得的第一图像f1却与投影装置100正对目标投影面S0所获得的图像是一样的。若此时将参考投影面S1以虚拟成像面的视角呈现，则如图4中第一虚拟成像面S1’所示；若此时将目标投影面S0以虚拟成像面的视角呈现，则如图4中第二虚拟成像面S0’所示。

对应至第一虚拟成像面S1’上，图像撷取单元120所撷取的整个范围是端点ST之间，亦即虚拟的第一图像于第一方向上的两侧边端点为S、T，两者的中点为端点R。对应至第一虚拟成像面S1’上，图像撷取单元120所撷取的第一影像的范围是端点UV之间，亦即虚拟的第二图像于第一方向上的两侧边端点是U、V，两者的中点为端点K。由图4可知，投影装置100视为正对第一虚拟成像面S1’和第二虚拟成像面S0’，端点CD的连线平行于第一虚拟成像面S1’和第二虚拟成像面S0’，且端点DQ的连线垂直于第一虚拟成像面S1’和第二虚拟成像面S0’。三角形DKR与三角形DHQ为相似三角形，其中，端点HQ之间的距离可视为等于端点CD之间的距离，等于第一距离d1，从而可记为第一距离CD和第一距离HQ；端点DR之间的距离等于投影镜头110与参考投影面之间的第二距离d2，从而可记为第二距离DR。根据结合端点K、R和步骤D所计算出的第一中心点与第二中心点对应于参考投影面S1上的第三距离d3，从而可以确认端点KR之间的距离等于第三距离d3，从而可记为第三距离KR。端点DQ之间的距离等于端点CH之间的距离(第四距离CH)，接下来根据相似三角形计算，端点DQ之间的距离(第四距离CH)/端点DR之间的距离(第二距离DR)等于端点HQ之间的距离(第一距离HQ)/端点KR之间的距离(第三距离KR)，由于第一距离HQ、第二距离DR为已知，第三距离KR通过步骤B可求出，从而可以求得第四距离CH之间的距离，亦即投影镜头110与目标投影面S0之间的距离。从而投影装置100可根据此距离来调整投影镜头110的焦距，以确保投射至目标投影面S0上的第一影像的投射效果。

于一实施例中，在步骤A与步骤B之间还包括，判断第一图像f1中的第一中心点c1和/或第二中心点c2是否可辨识出，若是，执行步骤B；若否，执行步骤A。实际操作中，环境光源、光机对角、投射墙面背景等等都可能造成第一图像中的第一中心点c1和/或第二中心点c2不能够被辨识。当辨识不出时，投影装置100将会自动执行重新执行投射影像及撷取图像的动作，此外，还可通过提示单元提示使用者，此时投影装置100所处的投影环境未达到较佳状态。

本发明的投影装置的测距调焦方法，当投影装置需要进行测距对焦时，藉由投影镜头朝向目标投影面投射影像，而后图像撷取单元撷取目标投影面的图像，不管投影装置位置移动后是否正对目标投影面，均能够利用图像撷取单元撷取影像的原理，结合储存于投影装置中的投影镜头与图像撷取单元之间的距离、投影镜头与参考投影面之间的距离等以及时计算出投影镜头与目标投影面之间的距离，从而可以及时调整焦距，确保投影效果。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种投影装置的测距调焦方法，该投影装置具有投影镜头以及图像撷取单元，该投影镜头与该图像撷取单元之间具有第一距离；其特征在于该测距调焦方法包含：

步骤A，该投影镜头于目标投影面上投射形成第一影像，该图像撷取单元撷取该目标投影面的第一图像，该第一图像包含第二图像，其中，该第二图像对应该第一影像；

步骤B，定义该第一图像于第一方向上的中心点为第一中心点；定义该第二图像于该第一方向上的中心点为第二中心点；确认该第一图像中该第一中心点与该第二中心点之间于该第一方向上的第一像素数量，定义一距离该投影镜头第二距离的投影面为参考投影面；根据该第一像素数量以及预先储存于该投影装置中的第一数值确认该第一中心点与该第二中心点对应于该参考投影面上的第三距离；

步骤C，定义该投影镜头至该目标投影面的距离为第四距离，根据该第一距离、该第二距离及该第三距离确认该第四距离；以及

步骤D，该投影装置根据该第四距离调整该投影镜头的焦距。

2.根据权利要求1所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：该投影镜头具有第一中心轴，该图像撷取单元具有第二中心轴，该第一中心轴与该第二中心轴平行，当该投影装置正对该目标投影面时，该第一中心轴与该第二中心轴于该第一方向上具有该第一距离。

3.根据权利要求1所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：步骤B还包括，

步骤B11，提供该参考投影面，该投影装置正对该参考投影面，且该投影镜头与该参考投影面之间具有该第二距离；

步骤B12，该投影镜头于该参考投影面上投射形成第二影像；量测该第二影像于该第一方向上的长度，并定义为第一长度；

步骤B13，该图像撷取单元撷取该参考投影面的第三图像，该第三图像中包含第四图像，其中，该第四图像对应该第二影像；

步骤B14，确认该第四图像于该第一方向上的像素数量，记为第二像素数量；以及

步骤B15，将该第一长度与该第二像素数量的商作为该第三图像中每一像素于该参考投影面的该第一方向上对应的第一尺寸，该第一尺寸作为该第一数值。

4.根据权利要求3所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：该第四距离等于该第二距离与该第一距离的乘积再除去该第三距离的商。

5.根据权利要求3所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：步骤B包括，

步骤B21，于第一坐标系中，确认该第一图像的该第一中心点于该第一方向上的坐标值，记为第一坐标值；

步骤B22，确认该第二图像于该第一方向上两侧边的坐标值，记为第二坐标值及第三坐标值，则该第二中心点于该第一方向上的坐标值等于该第二坐标值与该第三坐标值的平均值，记为第四坐标值；

步骤B23，根据该第四坐标值与该第一坐标值的差值确认该第一中心点与该第二中心点之间的该第一像素数量；以及

步骤B24，该第一中心点与该第二中心点之间对应于该参考投影面上的该第三距离等于该第一像素数量与该第一数值的乘积。

6.根据权利要求5所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：该第一坐标系于该第一方向上以该第一图像的分辨率作为坐标值。

7.根据权利要求5所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：该第二影像的至少两个对角为亮点，并据此计算出该第二坐标值及该第三坐标值。

8.根据权利要求1所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：于步骤A前还包括，判断该投影装置是否发生移动，若是，执行步骤A。

9.根据权利要求1所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：步骤A与步骤B之间还包括，判断该第一图像中的该第一中心点和/或该第二中心点是否可辨识出，若是，执行步骤B；若否，执行步骤A。

10.根据权利要求1所述的投影装置的测距调焦方法，其特征在于：该第一方向为水平方向。

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