投影仪投影校正方法、装置及投影仪
技术领域
本公开涉及投影仪技术领域,特别是涉及一种投影仪投影校正方法、装置及投影仪。
背景技术
当投影仪的摆放位置与投影墙壁的不正时,投射在投影墙壁上的投影画面会呈梯形或不规则的凸四边形,影响用户的正常观看。因此,需要对投影仪进行梯形校正,以将投影画面进行校正得到更为标准的矩形。
相关场景中,通过手动梯形校正实现梯形校正,具体地址,通过投影仪特定的操作界面,对投影画面的四角逐一进行上下左右的调整,进而能够得到肉眼可判断的相对标准的矩形。然而,这种方式操作复杂,一般用户难以掌握,并且调整过程耗费时间,对于需要经常移动的便携式投影,需要经常进行调整,便捷性较低。
发明内容
基于此,有必要针对通过手动校正存在的操作复杂、便捷性较低的问题,提供一种投影仪投影校正方法、装置及投影仪。
本公开第一方面,提供一种投影仪投影校正方法,所述方法包括:
在标准状态下,构建系统空间坐标系,并在所述系统空间坐标系中确定投影到投影幕布上的投射影像中各投影角点的原始坐标;
确定所述投影仪当前的摆放位置相对所述标准状态下的摆放位置的位姿变换信息;
根据所述位姿变换信息以及旋转矩阵,确定将各所述投影角点的原始坐标经过变换后的变换坐标,所述旋转矩阵是根据所述位姿变换信息确定的;
根据所述投影仪与所述投影幕布的投影距离,以及所述变换坐标,确定各所述投影角点与所述系统空间坐标系的坐标原点的连线,与所述系统空间坐标系的Z轴平面的第一交点的坐标;
根据各所述第一交点的坐标,确定所述第一交点的重心坐标;
以所述重心坐标为中心坐标,在所述第一交点的坐标组成的第一投影面内,确定面积最大的与所述原始坐标组成的第二投影面的长宽比相同的第三投影面;
确定所述第三投影面中各投影角点的虚拟投影坐标;
确定所述虚拟投影坐标与所述坐标原点的连线,与所述变换坐标组成的第四投影面的第二交点的坐标;
根据所述旋转矩阵,对所述第二交点的坐标进行逆运算,确定各所述第二交点在所述第二投影面内的目标投影坐标,并将所述目标投影坐标作为所述投射影像中各投影角点的最终投影坐标,得到投射影像。
在其中一种实施方式中,所述旋转矩阵是通过如下方式建立的:
根据所述位姿变换信息中的偏航角,确定偏航矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的俯仰角,确定俯仰矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的翻滚角,确定翻滚矩阵参数;
根据所述偏航矩阵参数、所述俯仰矩阵参数以及所述翻滚矩阵参数,组成所述旋转矩阵。
在其中一种实施方式中,所述旋转矩阵RzRyRx的辨析式为:
其中,Rz为所述偏航矩阵参数,Ry为所述俯仰矩阵参数,Rx为所述翻滚矩阵参数,yaw为所述偏航角,pitch为所述俯仰角,roll为所述翻滚角。
在其中一种实施方式中,所述投影仪与所述投影幕布的投影距离是通过如下方式确定的:
获取所述投射影像的显示物理像素宽度以及所述投影仪的投射比;
根据所述显示物理像素宽度以及所述投射比,确定所述投影仪与所述投影幕布的投影距离。
在其中一种实施方式中,所述投影仪与所述投影幕布的投影距离D为:
D=W*f
其中,W为所述显示物理像素宽度,f为所述投射比。
在其中一种实施方式中,所述在标准状态下,构建系统空间坐标系的步骤,包括:
在标准状态下,以投影仪的镜头位置为坐标原点,以垂直所述镜头所在平面过所述坐标原点构建二维坐标系;
以投影幕布的中心点与所述坐标原点的连线为Z轴,构建所述系统空间坐标系。
本公开第二方面,提供一种投影仪投影校正装置,所述装置包括:
构建模块,被配置为用于在标准状态下,构建系统空间坐标系,并在所述系统空间坐标系中确定投影到投影幕布上的投射影像中各投影角点的原始坐标;
第一确定模块,被配置为用于确定所述投影仪当前的摆放位置相对所述标准状态下的摆放位置的位姿变换信息;
第二确定模块,被配置为用于根据所述位姿变换信息以及旋转矩阵,确定将各所述投影角点的原始坐标经过变换后的变换坐标,所述旋转矩阵是根据所述位姿变换信息确定的;
第三确定模块,被配置为用于根据所述投影仪与所述投影幕布的投影距离,以及所述变换坐标,确定各所述投影角点与所述系统空间坐标系的坐标原点的连线,与所述系统空间坐标系的Z轴平面的第一交点的坐标;
第四确定模块,被配置为用于根据各所述第一交点的坐标,确定所述第一交点的重心坐标;
第五确定模块,被配置为用于以所述重心坐标为中心坐标,在所述第一交点的坐标组成的第一投影面内,确定面积最大的与所述原始坐标组成的第二投影面的长宽比相同的第三投影面;
第六确定模块,被配置为用于确定所述第三投影面中各投影角点的虚拟投影坐标;
第七确定模块,被配置为用于确定所述虚拟投影坐标与所述坐标原点的连线,与所述变换坐标组成的第四投影面的第二交点的坐标;
第八确定模块,被配置为用于根据所述旋转矩阵,对所述第二交点的坐标进行逆运算,确定各所述第二交点在所述第二投影面内的目标投影坐标,并将所述目标投影坐标作为所述投射影像中各投影角点的最终投影坐标,得到投射影像。
在其中一种实施方式中,所述第二确定模块,被配置为用于:
根据所述位姿变换信息中的偏航角,确定偏航矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的俯仰角,确定俯仰矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的翻滚角,确定翻滚矩阵参数;
根据所述偏航矩阵参数、所述俯仰矩阵参数以及所述翻滚矩阵参数,组成所述旋转矩阵。
在其中一种实施方式中,所述旋转矩阵RzRyRx的辨析式为:
其中,Rz为所述偏航矩阵参数,Ry为所述俯仰矩阵参数,Rx为所述翻滚矩阵参数,yaw为所述偏航角,pitch为所述俯仰角,roll为所述翻滚角。
在其中一种实施方式中,所述装置包括:第九确定模块,被配置为用于通过如下方式确定投影仪与所述投影幕布的投影距离:
获取所述投射影像的显示物理像素宽度以及所述投影仪的投射比;
根据所述显示物理像素宽度以及所述投射比,确定所述投影仪与所述投影幕布的投影距离。
在其中一种实施方式中,所述投影仪与所述投影幕布的投影距离D为:
D=W*f
其中,W为所述显示物理像素宽度,f为所述投射比。
在其中一种实施方式中,构建模块,被配置为用于在标准状态下,以投影仪的镜头位置为坐标原点,以垂直所述镜头所在平面过所述坐标原点构建二维坐标系;
以投影幕布的中心点与所述坐标原点的连线为Z轴,构建所述系统空间坐标系。
本公开第三方面,提供一种投影仪,包括:
存储器,其上存储有计算机程序;
处理器,用于执行所述存储器中的所述计算机程序,以实现第一方面中任意一项所述投影仪投影校正方法的步骤。
上述投影仪投影校正方法至少可以达到以下技术效果:
(1)、通过在标准状态下构建空间坐标系,并根据所述位姿变换信息以及旋转矩阵,准确地计算投射影像的原始坐标。不同于平面几何模型只能在一维或者二维的空间做自动校正,可以扩展使用场景。降低操作复杂性,减少调整耗时,提高校正便捷性。
(2)、通过计算得到投射影像的特征,亦通过计算得到数字校正目标的坐标,可以快速进行自动校正。
(3)、通过以四边形的重心为梯形校正后的矩形中心,可以使校正后得到的矩形亮度相对均匀,损失掉画面亮度低的部分,保留住画面亮度高的部分,可以克服因为投影仪成像的光学特性,投影画面不是矩形,存在形变的情况下,画面的亮度的变化。
(4)、通过在投影后的不规则四边形中确定面积最大的矩形,使画质的损失最小。对于投影仪各种角度放置产生的任意不规则凸四边形,以重心为校正矩形的中心,可以保证得到相对最大的矩形。
附图说明
图1为其中一个实施例的投影仪投影校正方法的流程图。
图2为其中一个实施例的校正前后的投影画面对比示意图。
图3为其中一个实施例的投影仪投影校正装置的框图。
具体实施方式
为使本公开的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本公开的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开。但是本公开能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本公开内涵的情况下做类似改进,因此本公开不受下面公开的具体实施例的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
图1为其中一个实施例的投影仪投影校正方法的流程图,应用于投影仪控制器,如图1所示,该方法包括以下步骤:
在步骤S11中,在标准状态下,构建系统空间坐标系,并在所述系统空间坐标系中确定投影到投影幕布上的投射影像中各投影角点的原始坐标;
在步骤S12中,确定所述投影仪当前的摆放位置相对所述标准状态下的摆放位置的位姿变换信息;
在步骤S13中,根据所述位姿变换信息以及旋转矩阵,确定将各所述投影角点的原始坐标经过变换后的变换坐标,所述旋转矩阵是根据所述位姿变换信息确定的;
在步骤S14中,根据所述投影仪与所述投影幕布的投影距离,以及所述变换坐标,确定各所述投影角点与所述系统空间坐标系的坐标原点的连线,与所述系统空间坐标系的Z轴平面的第一交点的坐标;
在步骤S15中,根据各所述第一交点的坐标,确定所述第一交点的重心坐标;
在步骤S16中,以所述重心坐标为中心坐标,在所述第一交点的坐标组成的第一投影面内,确定面积最大的与所述原始坐标组成的第二投影面的长宽比相同的第三投影面;
在步骤S17中,确定所述第三投影面中各投影角点的虚拟投影坐标;
在步骤S18中,确定所述虚拟投影坐标与所述坐标原点的连线,与所述变换坐标组成的第四投影面的第二交点的坐标;
在步骤S19中,根据所述旋转矩阵,对所述第二交点的坐标进行逆运算,确定各所述第二交点在所述第二投影面内的目标投影坐标,并将所述目标投影坐标作为所述投射影像中各投影角点的最终投影坐标,得到投射影像。
在其中一种实施方式中,所述旋转矩阵是通过如下方式建立的:
根据所述位姿变换信息中的偏航角,确定偏航矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的俯仰角,确定俯仰矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的翻滚角,确定翻滚矩阵参数;
根据所述偏航矩阵参数、所述俯仰矩阵参数以及所述翻滚矩阵参数,组成所述旋转矩阵。
在其中一种实施方式中,所述旋转矩阵RzRyRx的辨析式为:
其中,Rz为所述偏航矩阵参数,Ry为所述俯仰矩阵参数,Rx为所述翻滚矩阵参数,yaw为所述偏航角,pitch为所述俯仰角,roll为所述翻滚角。
在其中一种实施方式中,所述投影仪与所述投影幕布的投影距离是通过如下方式确定的:
获取所述投射影像的显示物理像素宽度以及所述投影仪的投射比;
根据所述显示物理像素宽度以及所述投射比,确定所述投影仪与所述投影幕布的投影距离。
在其中一种实施方式中,所述投影仪与所述投影幕布的投影距离D为:
D=W*f
其中,W为所述显示物理像素宽度,f为所述投射比。
在其中一种实施方式中,在步骤S12中,所述在标准状态下,构建系统空间坐标系的步骤,包括:
在标准状态下,以投影仪的镜头位置为坐标原点,以垂直所述镜头所在平面过所述坐标原点构建二维坐标系;
以投影幕布的中心点与所述坐标原点的连线为Z轴,构建所述系统空间坐标系。
下面以示例性对本申请的技术方案进行说明,首先,构建系统空间坐标系,将摄像头作为坐标原点,投影幕布作为空间中的一个面,在这个面上,投影画面的四角顶点分别为A、B、C、D,当投影机放置在理想状态下,z轴垂直于幕布面,此时画面为标准矩形,且矩形中心为z轴与幕布面的交点。求出A、B、C、D的空间坐标。
进一步地,当投影仪放置位置变化时,通过例如运动传感器、TOF传感器、摄像头或其它装置,获取当前位置相对于理想状态位置的偏航角(Yaw)、俯仰角(Pitch)、翻滚角(Roll),利用三维空间的旋转矩阵公式,计算出A、B、C、D旋转后的点A1、B1、C1、D1的空间坐标。
进一步地,定义投影的显示物理像素宽:Width = W,投影仪的投射比为f,则投影距离幕布的距离D=W*f。利用空间直线向量公式,计算出OA1与平面z=D的交点A2的坐标,按照相同的计算方法,依次计算出B2、C2、D2的空间坐标。
进一步地,四顶点A2、B2、C2、D2组成的四边形即为投射后呈现的不规则四边形画面。计算四边形A2、B2、C2、D2的重心G,以G为矩形中心,在A2、B2、C2、D2范围内找出一个与A、B、C、D构成的原画面长宽比相等,且面积最大的矩形abcd。
进一步地,计算空间直线Oa与投影面A1B1C1D1的交点a1的坐标,按照相同的计算方法,依次计算出b1、c1、d1的空间坐标;利用三维空间的旋转矩阵公式做逆运算,求出a1、b1、c1、d1在平面ABCD上的坐标a2、b2、c2、d2,并调节系统的图像处理模块,将A移至a2,B移至b2,C移至c2,D移至d2。则投影后画面有效显示范围即为矩形a2b2c2d2。参见图2所示为校正前后的投影画面对比示意图,即效果图。
基于相同的发明构思,本公开还提供一种投影仪投影校正装置,图3为其中一个实施例的投影仪投影校正装置的框图,如图3所示,所述装置300包括:
构建模块310,被配置为用于在标准状态下,构建系统空间坐标系,并在所述系统空间坐标系中确定投影到投影幕布上的投射影像中各投影角点的原始坐标;
第一确定模块320,被配置为用于确定所述投影仪当前的摆放位置相对所述标准状态下的摆放位置的位姿变换信息;
第二确定模块330,被配置为用于根据所述位姿变换信息以及旋转矩阵,确定将各所述投影角点的原始坐标经过变换后的变换坐标,所述旋转矩阵是根据所述位姿变换信息确定的;
第三确定模块340,被配置为用于根据所述投影仪与所述投影幕布的投影距离,以及所述变换坐标,确定各所述投影角点与所述系统空间坐标系的坐标原点的连线,与所述系统空间坐标系的Z轴平面的第一交点的坐标;
第四确定模块350,被配置为用于根据各所述第一交点的坐标,确定所述第一交点的重心坐标;
第五确定模块360,被配置为用于以所述重心坐标为中心坐标,在所述第一交点的坐标组成的第一投影面内,确定面积最大的与所述原始坐标组成的第二投影面的长宽比相同的第三投影面;
第六确定模块370,被配置为用于确定所述第三投影面中各投影角点的虚拟投影坐标;
第七确定模块380,被配置为用于确定所述虚拟投影坐标与所述坐标原点的连线,与所述变换坐标组成的第四投影面的第二交点的坐标;
第八确定模块390,被配置为用于根据所述旋转矩阵,对所述第二交点的坐标进行逆运算,确定各所述第二交点在所述第二投影面内的目标投影坐标,并将所述目标投影坐标作为所述投射影像中各投影角点的最终投影坐标,得到投射影像。
在其中一种实施方式中,所述第二确定模块330,被配置为用于:
根据所述位姿变换信息中的偏航角,确定偏航矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的俯仰角,确定俯仰矩阵参数;
根据所述位姿变换信息中的翻滚角,确定翻滚矩阵参数;
根据所述偏航矩阵参数、所述俯仰矩阵参数以及所述翻滚矩阵参数,组成所述旋转矩阵。
在其中一种实施方式中,所述旋转矩阵RzRyRx的辨析式为:
其中,Rz为所述偏航矩阵参数,Ry为所述俯仰矩阵参数,Rx为所述翻滚矩阵参数,yaw为所述偏航角,pitch为所述俯仰角,roll为所述翻滚角。
在其中一种实施方式中,所述装置300包括:第九确定模块,被配置为用于通过如下方式确定投影仪与所述投影幕布的投影距离:
获取所述投射影像的显示物理像素宽度以及所述投影仪的投射比;
根据所述显示物理像素宽度以及所述投射比,确定所述投影仪与所述投影幕布的投影距离。
在其中一种实施方式中,所述投影仪与所述投影幕布的投影距离D为:
D=W*f
其中,W为所述显示物理像素宽度,f为所述投射比。
在其中一种实施方式中,构建模块,被配置为用于在标准状态下,以投影仪的镜头位置为坐标原点,以垂直所述镜头所在平面过所述坐标原点构建二维坐标系;
以投影幕布的中心点与所述坐标原点的连线为Z轴,构建所述系统空间坐标系。
本公开实施例还提供一种投影仪,包括:
存储器,其上存储有计算机程序;
处理器,用于执行所述存储器中的所述计算机程序,以实现前述中任意一项所述投影仪投影校正方法的步骤。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本公开的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对公开专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本公开构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本公开的保护范围。因此,本公开专利的保护范围应以所附权利要求为准。