CN114885138A - 投影设备及自动对焦方法 - Google Patents
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Abstract
本申请一些实施例中提供的投影设备及自动对焦方法可以在接收到自动对焦指令后，通过相机或者传感器基于TOF原理获取投影设备与投影面之间的第一距离。基于预设对焦曲线与所述第一距离计算精调区间，使得调焦电机带动光学组件到达精调区间的调节起点或者调节终点，完成第一段粗调焦。粗调焦之后向所述调焦电机发送第一移动指令，以控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动，计算所述相机在所述光学组件移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高值的投影内容图像的拍摄位置，完成第二段精细调焦。
Description
本申请要求在2021年11月16日提交中国专利局、申请号为202111355866.0、发明名称为“一种投影设备及基于几何校正的显示控制方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请涉及显示设备技术领域，尤其涉及一种投影设备及自动对焦方法。
背景技术
投影设备是一种可以将图像、或视频投射到幕布上显示的设备，可通过不同接口同计算机、VCD、DVD、BD、游戏机、DV、广电信号源、视频信号源等连接，播放相应的视频信号。
投影设备通常采用激光、或LED光源，具有光源纯净、色彩鲜明、还原真实、支持显示高分辨率画面特点。投影画面通过漫反射、专业抗光增益屏反射进入人眼成像，影像呈现柔和自然、屏幕无电磁辐射、可减少眼部刺激、不易产生疲劳，无论日光环境、室内夜晚环境，投影仪都具有清晰显示的能力。
相关技术中，一般采用摄像头进行对焦，基于摄像头获取的投影画面调整镜头马达的位置，直至完成对焦。但是采用摄像头进行对焦时对焦速度较慢，随着用户对投影设备体验的需求越来越高，目前需要一种快速自动对焦的功能，提高投影设备的对焦速度，提升操作的便捷性。
发明内容
本申请提供了一种投影设备及自动对焦方法，以解决摄像头进行对焦时对焦速度较慢的问题。
一方面，本申请一些实施例中提供一种投影设备，包括：光机、镜头、相机以及控制器。其中所述光机被配置为投射播放内容至投影面；所述镜头包括光学组件和调焦电机；所述调焦电机连接所述光学组件，以调整所述光学组件的焦距；所述相机被配置为拍摄投影内容图像；所述控制器，被配置为：
获取自动对焦指令；
响应于所述自动对焦指令，获取投影设备与投影面之间的第一距离；
基于预设对焦曲线与所述第一距离计算精调区间；
向所述调焦电机发送第一移动指令，以控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动；
计算所述相机在所述光学组件移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；
向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高值的投影内容图像的拍摄位置。
另一方面，本申请的一些实施例还提供一种自动对焦方法，应用于投影设备，所述投影设备包括光机、镜头、相机以及控制器；其中，所述镜头包括光学组件和调焦电机，所述调焦电机连接所述光学组件，以调整所述光学组件的焦距；所述自动对焦方法包括：
获取自动对焦指令；
响应于所述自动对焦指令，获取投影设备与投影面之间的距离；
基于预设对焦曲线与所述距离计算精调区间；
向所述调焦电机发送第一移动指令，以控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动；
计算所述相机在所述光学组件移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；
向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高的投影内容图像的拍摄位置。
由以上技术方案可知，本申请一些实施例中提供的投影设备及自动对焦方法可以在接收到自动对焦指令后，通过相机或者传感器基于TOF原理(飞行时间测距原理)获取投影设备与投影面之间的第一距离。基于预设对焦曲线与所述第一距离计算精调区间，使得调焦电机带动光学组件到达精调区间的调节起点或者调节终点，完成第一段粗调焦。粗调焦之后向所述调焦电机发送第一移动指令，以控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动，计算所述相机在所述光学组件移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高值的投影内容图像的拍摄位置，完成第二段精细调焦。所述方法通过两段式对焦，在不增加对焦耗时的前提下，避免陷入局部对焦导致对焦不清晰的问题，提高对焦速度，提升用户体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了本申请一实施例投影设备的摆放示意图；
图2示出了本申请一实施例投影设备光路示意图；
图3示出了本申请一实施例投影设备的电路架构示意图；
图4示出了本申请一实施例投影设备的结构示意图；
图5示出了本申请一实施例投影设备的电路结构示意图；
图6示出了本申请一实施例投影设备实现显示控制的系统框架示意图；
图7中示例性示出了镜头投影光路示意图；
图8示例性示出了一些实施例的自动调焦方法流程示意图；
图9示例性示出了一些实施例的自动对焦方法流程图；
图10示例性示出了一些实施例的自动对焦方法流程图；
图11示例性示出了一些实施例的自动对焦方法流程图；
图12示例性示出了一些实施例的自动对焦方法中精细调焦过程示意图；
图13示例性示出了本申请实施例中自动对焦方法时序关系图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
术语“模块”是指任何已知或后来开发的硬件、软件、固件、人工智能、模糊逻辑或硬件或/和软件代码的组合，能够执行与该元件相关的功能。
投影仪是一种可以将图像、或视频投射到屏幕上的设备，投影仪可以通过不同的接口同计算机、广电网络、互联网、VCD(Video Compact Disc：视频高密光盘)、DVD(DigitalVersatile Disc Recordable：数字化视频光盘)、游戏机、DV等相连接播放相应的视频信号。投影仪广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所等。
图1示出了本申请一实施例投影设备的摆放示意图。
在一些实施例中，本申请提供的一种投影设备包括投影屏幕和投影设备。投影屏幕固定于所需位置上，投影设备放置于特定位置上，使得其投影出的画面与投影屏幕吻合，该步骤为专业售后技术人员操作，也即特定位置为投影设备的最佳摆放位置。
图2示出了本申请一实施例投影设备光路示意图。
本申请实施例提供了一种投影设备，包括激光光源100，光机200，镜头300，投影介质400。其中，激光光源100为光机200提供照明，光机200对光源光束进行调制，并输出至镜头300进行成像，投射至投影介质400形成投影画面。
在一些实施例中，投影设备的激光光源包括激光器组件和光学镜片组件，激光器组件发出的光束可透过光学镜片组件进而为光机提供照明。其中，例如，光学镜片组件需要较高等级的环境洁净度、气密等级密封；而安装激光器组件的腔室可以采用密封等级较低的防尘等级密封，以降低密封成本。
在一些实施例中，投影设备的光机200可实施为包括蓝色光机、绿色光机、红色光机，还可以包括散热系统、电路控制系统等。需要说明的是，在一些实施例中，投影仪的发光部件还可以通过LED光源实现。
在一些实施例中，本申请提供了一种投影设备，包括三色光机和控制器；其中，三色光机用于调制生成用户界面包含像素点的激光，包括蓝色光机、绿色光机和红色光机；控制器被配置为：获取用户界面的平均灰度值；判定所述平均灰度值大于第一阈值、且其持续时间大于时间阈值时，控制所述红色光机的工作电流值按照预设梯度值降低，以减小所述三色光机的发热。可以发现，通过降低三色光机中所集成红色光机的工作电流，可以实现控制所述红色光机的过热，以实现控制三色光机、及投影设备的过热。
在一些实施例中，投影设备的光学系统由光源部分和光机部分组成，光源部分的作用是为光机提供照明，光机部分的作用是对光源提供的照明光束进行调制，最后通过镜头出射形成投影画面。
在一些实施例中，光源部分具体包括壳体、激光器组件以及光学镜片组件，激光器组件出射的光束通过光学镜片组件进行整形合光，从而为光机提供照明。其中，激光器组件包括发光芯片，准直透镜，导线等多种器件，但通常为已封装好的组件，作为组件进行使用时，相比于光学镜片也作为精密部件，光学镜片对环境的洁净度要求会更高，因为如果镜片表面积灰，一方面会影响镜片对光的处理效果，导致出射的光亮度衰减，最终影响投影设备通过镜头投出图像的效果，另一方面，灰尘会吸收高能的激光光束形成热，极易使镜片发生损坏。
图3示出了本申请一实施例投影设备的电路架构示意图。
在一些实施例中，该投影设备可以包括显示控制电路10、激光光源20、至少一个激光器驱动组件30以及至少一个亮度传感器40，该激光光源20可以包括与至少一个激光器驱动组件30一一对应的至少一个激光器。其中，该至少一个是指一个或多个，多个是指两个或两个以上。
基于该电路架构，投影设备可以实现自适应调整。例如，通过在激光光源20的出光路径中设置亮度传感器40，使亮度传感器40可以检测激光光源的第一亮度值，并将第一亮度值发送至显示控制电路10。
在一些实施例中，显示控制电路10，还用于获取每个激光器的驱动电流对应的第二亮度值，若检测到该激光器的第二亮度值与该激光器的第一亮度值的差值大于差值阈值，表明该激光器发生COD故障，显示控制电路10可以调整激光器驱动组件30的电流控制信号，直至该差值小于等于该差值阈值，即通过降低激光器的驱动电流来消除该激光器的COD故障。在一些实施例中，若检测到的该激光器的第二亮度值与该激光器的第一亮度值的差值小于等于差值阈值，表明该激光器未发生COD故障，则显示控制电路10无需调整与该激光器对应的激光器驱动组件30的电流控制信号。
在一些实施例中，显示控制电路10可以根据至少一个亮度传感器40获取到的每一个激光器的第一亮度值，以及每个激光器的驱动电流对应的第二亮度值，实时监测每个激光器是否发生COD故障。并在确定任一个激光器发生COD故障时，及时消除该激光器的COD故障，减少激光器发生COD故障的持续时长，降低该激光器的损伤，确保投影设备的图像显示效果。
图4示出了本申请一实施例投影设备的结构示意图。
在一些实施例中，该投影设备中的激光光源20可以包括独立设置的蓝色激光器201、红色激光器202和绿色激光器203，该投影设备也可以称为三色投影设备，蓝色激光器201、红色激光器202和绿色激光器203均为MCL型封装激光器，其体积小，利于光路的紧凑排布。
图5示出了本申请一实施例投影设备的电路结构示意图。
在一些实施例中，激光器驱动组件30可以包括驱动电路301、开关电路302和放大电路303。该驱动电路301可以为驱动芯片。该开关电路302可以为金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，MOS)管。
其中，该驱动电路301分别与开关电路302、放大电路303以及激光光源20所包括的对应的激光器连接。该驱动电路301用于基于显示控制电路10发送的电流控制信号通过VOUT端向激光光源20中对应的激光器输出驱动电流，并通过ENOUT端将接收到的使能信号传输至开关电路302。
显示控制电路10还用于将放大后的驱动电压确定为激光器的驱动电流，并获取该驱动电流对应的第二亮度值。
在一些实施例中，放大电路303可以包括：第一运算放大器A1、第一电阻(又称取样功率电阻)R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4。
在一些实施例中，显示控制电路10，还用于当激光器的第二亮度值与激光器的第一亮度值的差值小于等于差值阈值时，恢复与激光器对应的激光器驱动组件的电流控制信号至初始值，该初始值为正常状态下对激光器的PWM电流控制信号的大小。从而，当激光器发生COD故障时，可以快速的识别，并及时采取降低驱动电流的措施，减轻激光器自身的持续损伤，帮助其自恢复，整个过程中不需要拆机和人为干涉，提高了激光器光源使用的可靠性，保证了激光投影设备的投影显示质量。
在一些实施例中控制器包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，视频处理器，音频处理器，图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，RAM Random AccessMemory，RAM)，ROM(Read-Only Memory,ROM)，用于输入/输出的第一接口至第n接口，通信总线(Bus)等中的至少一种。
在一些实施例中，投影设备的系统可以包括内核(Kernel)、命令解析器(shell)、文件系统和应用程序。内核、shell和文件系统一起组成了基本的操作系统结构，它们让用户可以管理文件、运行程序并使用系统。上电后，内核启动，激活内核空间，抽象硬件、初始化硬件参数等，运行并维护虚拟内存、调度器、信号及进程间通信(IPC)。内核启动后，再加载Shell和用户应用程序。应用程序在启动后被编译成机器码，形成一个进程。
在一些实施例中，将系统分为四层，从上至下分别为应用程序(Applications)层(简称“应用层”)，应用程序框架(Application Framework)层(简称“框架层”)，安卓运行时(Android runtime)和系统库层(简称“系统运行库层”)，以及内核层。
在一些实施例中，投影设备启动后可以直接进入上次选择的信号源的显示界面，或者信号源选择界面，其中信号源可以是预置的视频点播程序，还可以是HDMI接口，直播电视接口等中的至少一种，用户选择不同的信号源后，投影机可以显示从不同信号源获得的内容。
在一些实施例中，投影设备可以配置相机，用于和投影设备协同运行，以实现对投影过程的调节控制。例如，投影仪配置的相机可具体实施为3D相机，或双目相机；在相机实施为双目相机时，具体包括左相机、以及右相机；双目相机可获取投影仪对应的幕布，即投影面所呈现的图像及播放内容，该图像或播放内容由投影仪内置的光机进行投射。
图6示出了本申请一实施例投影设备实现显示控制的系统框架示意图。
在一些实施例中，本申请提供的投影设备的系统，包括应用程序服务层(APKService：Android application package Service)、服务层、以及底层算法库。
应用程序服务层用于实现投影仪和用户之间的交互；基于用户界面的显示，用户可对投影仪的各项参数以及显示画面进行配置，控制器通过协调、调用各种功能对应的算法服务，可实现投影仪在显示异常时自动校正其显示画面的功能。
服务层可包括校正服务、摄像头服务、飞行时间(TOF：Time of Flight)服务等内容，所述服务向上可对焦应用程序服务层(APK Service)，实现投影仪不同服务配置的对应特定功能；服务层向下对接算法库、相机、飞行时间传感器等数据采集业务，实现封装底层复杂逻辑、并将业务数据传送至对应服务层的功能。
底层算法库可提供校正服务、和投影仪实现各种功能的控制算法，所述算法库例如可基于OpenCV完成各种数学运算，以实现为校正服务提供基础能力。OpenCV是一个基于BSD许可(开源)发行的跨平台计算机视觉和机器学习软件库，可以运行在Linux、Windows、Android和Mac OS等操作系统上。
在一些实施例中，本申请提供的投影仪具备长焦微投的特点，投影仪包括控制器，所述控制器通过预设算法可对光机画面进行显示控制，以实现显示画面自动梯形校正、自动入幕、自动避障、自动对焦、以及防射眼等功能。
在一些实施例中，投影仪还配置有陀螺仪传感器；投影仪移动过程中，陀螺仪传感器可感知位置移动、并主动采集移动数据，然后通过系统框架层将以采集数据发送至应用程序服务层，以支撑用户界面交互、应用程序交互过程中所需应用数据，所述采集数据还可用于控制器在算法服务实现中的数据调用。
在一些实施例中，投影仪配置有飞行时间(TOF：Time of Flight)传感器，在所述飞行时间传感器采集到相应数据后，所述数据将被发送至服务层对应的飞行时间服务。
飞行时间服务继续将所述飞行时间传感器采集的数据通过进程通信框架(HSPCore)发送至投影仪的应用程序服务层，所述数据将用于控制器的数据调用、和用户界面、程序应用交互使用。
在一些实施例中，投影仪配置有用于采集图像的相机，所述相机例如可实施为双目相机、或深度相机等；其采集的数据将发送至摄像头服务，然后由摄像头服务将双目相机采集的图像数据发送至进程通信框架(HSP Core)和/或投影仪校正服务，用于投影仪功能的实现。
在一些实施例中，投影仪校正服务可接收摄像头服务发送的相机采集数据，控制器针对所需实现的不同功能可在算法库中调用各自对应控制算法。
在一些实施例中，可通过进程通信框架与应用程序服务进行数据交互，然后通过进程通信框架将计算结果反馈至校正服务，校正服务将获取的计算结果发送至投影仪操作系统，以生成对应控制信令，并将所述控制信令发送至光机控制驱动，控制光机工作状况、实现显示效果自动校正。
投影仪通过本申请提供的自动对焦方法，可实现长焦微投场景下的灵活位置移动；并且设备在每次移动过程中，针对可能出现的投影画面失真、投影画面异常等问题，控制器可控制投影仪实现自动对焦功能，使其自动恢复正常显示。
在一些实施例中，投影仪可利用飞行时间(ToF)传感器获取光机与投影面距离，基于所述距离在预设的映射表中查找最佳像距，并利用图像算法评价投影画面清晰程度，以此为依据实现微调像距。
在一些实施例中，投影仪通过自动对焦算法，利用其配置的激光测距可获得当前物距，以计算初始焦距、及搜索范围；然后投影仪驱动相机(Camera)进行拍照，并利用对应算法进行清晰度评价。
投影仪在上述搜索范围内，基于搜索算法查找可能的最佳焦距，然后重复上述拍照、清晰度评价步骤，最终通过清晰度对比找到最优焦距，完成自动对焦。
当需要对投影设备进行对焦时，通过TOF原理检测距离进行镜头的主动对焦和基于图像检测以及清晰度判断进行镜头的被动对焦，实现投影设备的自动对焦。但是在实际中如果对比条件设置不合适，会出现对焦尝试次数过多而导致对焦耗时过长。在一些实施例中，通过在投影设备中配置快速自动对焦功能，提高投影设备的对焦速度，提高操作的便捷性。
为了支持投影设备的自动对焦过程，在一些实施例中，如图7所示，投影设备的镜头300还可以包括光学组件310和调焦电机320。其中，光学组件310是由一个或多个透镜组成的透镜组，可以对光机200发射的光线进行折射，使光机200发出的光线能够透射到投影面上，形成透射内容影像。
光学组件310可以包括镜筒以及设置在镜筒内的多个透镜。根据透镜位置是否能够移动，光学组件310中的透镜可以划分为移动镜片311和固定镜片312，通过改变移动镜片311的位置，调整移动镜片311和固定镜片312之间的距离，改变光学组件310整体焦距。因此，调焦电机320可以通过连接光学组件310中的移动镜片311，带动移动镜片311进行位置移动，实现自动对焦功能。
调焦电机320可以通过特定的传动机构连接移动镜片311。传动机构的传动原理可以为任何将转动动作转化为移动动作的传动结构。例如，涡轮蜗杆传动结构、滚珠丝杠传动结构、螺纹螺杆传动结构等。对于螺纹螺杆传动结构，移动镜片311的外侧边缘设有镜框，镜框上可以设有螺纹。调焦电机320的动力输出轴连接螺杆，通过螺杆与镜框上的螺纹配合，使调焦电机320输出的转动动作可以转化为镜框的移动动作，从而带动移动镜片311在镜筒内移动。
由于移动镜片311处于不同的位置上时，对光学组件310整体焦距的影响也不同，因此投影设备可以通过调焦电机320转动特定的角度或圈数，使移动镜片311处在相对应的位置上。为了实现上述功能，调焦电机320可以为转动角度可控制的步进电机、伺服电机等。在调焦过程中，投影设备的控制器500可以向调焦电机320发送移动指令，移动指令中可以包括控制调焦电机320所需要旋转的角度数据。例如，对于步进电机形式的调焦电机320，控制器500所发送的移动指令中可以包括需要转动角度对应的脉冲信号，则在将移动指令方发给调焦电机320后，调焦电机320可以从移动指令中解析出脉冲信号，并根据脉冲信号进行转动。
需要说明的是，为了能够将移动镜片311调整至特定的位置，可以预先根据投影设备的内部结构，计算移动镜片311移动距离与调焦电机320转动角度之间的对应关系。移动距离与转动角度之间的对应关系可以为线性关系，受传动机构的传动比影响。则在进行调焦时，投影设备可以先计算移动镜片311的目标位置，再与移动镜片311的当前位置做差计算出调焦过程移动镜片311需要移动距离。再根据移动距离与转动角度之间的对应关系，计算出调焦电机320需要转动的角度，从而生成移动指令发送给调焦电机320。调焦电机320根据移动指令，控制移动镜片311移动所需距离。
本申请的一些实施例中还提供一种自动对焦方法，所述自动对焦方法可以兼顾上述投影设备对焦方法的优势，根据多段式调焦，实现快速调焦。所述自动对焦方法可以应用于投影设备，并且为了满足该自动对焦方法的实施，所述投影设备可以包括光机200、镜头300、传感器600、相机700以及控制器500。其中，如图8所示，控制器可以用于执行自动对焦方法的程序步骤，包括以下步骤：
获取自动对焦指令。其中，自动对焦指令是触发投影设备进行自动对焦的控制指令。控制器500可以接收与投影设备配套的遥控装置发出的指令，还可以接收用户通过其它设备(例如手机或者其他智能设备)发送的自动对焦指令。
本申请不对控制器500获取自动对焦指令的方式或途径进行限定。例如，用户可以通过按压遥控器指定的按键，由遥控器向投影设备发送相应的自动对焦指令；或者，用户可以向投影设备输出语音自动对焦指令。
在一些实施例中，自动对焦指令不仅可以通过用户手动输入，还可以根据投影设备配置的控制程序生成下发。例如，当投影设备检测到输入视频接口转换，生成自动对焦指令。再例如，当检测到投影设备首次开机或者恢复到出厂设置时，都生成自动对焦指令。
控制器500获取自动对焦指令后，自动开启快速自动对焦功能，其中快速自动对焦功能包括多段式调焦；在一些实施例中可以通过第一段粗调焦确定精调区间，根据控制器500发送的第一移动指令控制调焦电机320带动光学组件310在精细区间中移动，通过清晰度评价得到清晰度最高的位置，根据控制器500发送的第二移动指令控制调焦电机320带动光学组件310到达清晰度最高的位置，完成第二段精细调焦。其中，第一移动指令是控制器500控制调焦电机320带动光学组件310在精细区间中移动，第二移动指令是控制器500控制调焦电机320带动光学组件310到达清晰度最高的位置。
在第一段粗调焦过程中，在获取自动对焦指令后，控制器500响应于自动对焦指令，通过相机700或传感器600基于飞行时间测距原理(TOF原理)获取飞行时间数据通过连续发射光脉冲到投影面后，然后接收从投影面反射回去的光脉冲，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来计算投影面离相机700或传感器600的之间的距离即第一距离。
在获取第一距离之后，控制器500结合预设的对焦曲线，确定镜头300需要到达的位置即第一位置，通过将第一位置与当前位置的比对，得到两者之间的距离，控制器500根据该距离查询预设的映射表，获取该距离对应的调焦电机320的旋转步数即第一旋转步数。
其中，预设对焦曲线是在投影设备出厂前，以变焦参数为横坐标，对焦参数为纵坐标建立坐标系，镜头捕获待处理图像过程中的物距为定值，采用单调爬山算法，在所述坐标系确定预设变焦参数关键点，以及各所述预设变焦参数关键点对应的满足预设清晰条件的对焦参数点；根据各所述预设变焦参数关键点对应的满足预设清晰条件的对焦参数点的生成对焦曲线，该对焦曲线为预设对焦曲线。
预设映射表通过解析对焦曲线根据投影画面，投影距离制作得到，其中映射表中包含投影画面，投影距离，聚焦组移动量以及聚焦组旋转步数。其中预设对焦曲线和预设映射表存储在控制器500中。
其中，本申请一些实施例中预设映射表如表1所示。
表1
根据投影画面与投影设备的距离，查询预设的映射表可以得到需要的移动量以及旋转步数从而确定精细调焦的精调区间。
当确定调焦电机320的旋转步数即第一旋转步数之后，控制器500向所述调焦电机发送第三移动指令，即控制所述调焦电机320根据所述第一旋转步数将所述光学组件310移动至所述第一位置。
由于投影设备与投影面距离的不同，计算得到的第一位置可能在当前镜头300的前方或者后方，如果第一位置在当前镜头300的后方需要调整镜头300的方向，使得调焦电机320向相反方向旋转带动光学组件310移动，以确保镜头300到达第一位置。
例如：通过飞行数据计算得到投影设备与投影面之间的距离为1585mm，控制器500结合预设的对焦曲线确定镜头300从当前位置移动至第一位置，需要的移动量为0.047mm，通过查询预设的映射表，得到与该移动量对应的第一旋转步数为85步，则向调焦电机320发送第三移动指令，按照当前方向控制调焦电机320带动光学组件310向前移动85步，到达第一位置。
再例如：通过飞行数据计算得到投影设备与投影面之间的距离为3991mm，控制器500结合预设的对焦曲线确定镜头300从当前位置移动至第一位置，需要的移动量为-0.069mm，即第一位置在镜头300的后方，通过查询预设的映射表，得到与该移动量对应的第一旋转步数为-125步，则向调焦电机320发送第三移动指令，按照相反方向控制调焦电机320带动光学组件310向后移动125步，即后退125步，从而到达第一位置。
在一些实施例中，为了满足计算调焦量的需求，投影设备还可以配置多个功能单元，如策略选择单元、电机控制单元、图像采集单元(camera)、清晰度评价单元等，各功能单元可以相互独立工作。例如，策略选择单元确定基于投影内容图像的清晰度计算得到的第二位置后，可以确定精调区间，通知电机控制单元控制调焦电机320一次性带动光学组件310走完精调区间，无需停下等待拍照和清晰度计算。并且，对于单次调焦过程，控制器500可以在调焦电机320转动到特定状态时，向图像采集单元发送位置信息，并向图像清晰度评价单元写入位置信息，以实现三者的同步。
在控制器500发送第三移动指令的同时，相机700以特定频率进行拍照，得到所述光学组件310移动至所述第一位置过程中拍摄的投影内容图像，并将所述投影内容图像存储至对焦位置存储容器。
当调焦单机320将所述光学组件310移动至所述第一位置后，控制器500读取对焦位置存储容器中的投影内容图像。通过系统中清晰度评价单元中设置的清晰度评价函数计算所有投影内容图像的清晰度值，并将计算得到的所有清晰度值与预设的第一清晰度进行比较，筛选得到高于第一清晰度的投影内容图像，并确定拍摄该投影内容图像的拍摄位置，该拍摄位置为第二位置。
将第一位置确定为精调区间的调节起点，将第二位置确定为精调区间的调节终点，从而得到精调区间，完成第一段粗调焦，如图9所示。
在一些实施例中，清晰度评价单元配置有多种清晰度评价函数来进行清晰度评价。清晰度评函数可以为Brenner，Tenengrad，Laplacian，SMD，Variance，Energy等等。清晰度评价单元中出厂前预先设置第一清晰度以及第二清晰度，其中第二清晰度值高于第一清晰度值，第一清晰度用来评价第一段粗调焦步骤中获得投影内容图像的清晰度，第二清晰度用来评价第二段精细调焦步骤中获得投影内容图像的清晰度。
相机700拍照后如果接收到系统读取照片的指令，则给出最近一次的照片路径，否则做丢弃处理。清晰度评价单元则开始轮询存储对焦位置的存储容器是否为空，不为空则读取位置信息，并据此读取相应的照片计算图片清晰度，之后将结果存入清晰度存储容器中待用；清晰度评价可以基于清晰度评价单元中预设的频域函数、灰度函数、信息熵等多种方式实现。
在一些实施例中，用户可以自行修改第一清晰度以及第二清晰度值，但是第二清晰度必须高于第一清晰度；通过第一清晰度确定精调区间，执行精细调焦，在精调区间中寻找清晰度最高值的位置，如果第二清晰度低于第一清晰度，最终得到清晰度最高值可能会低于第一清晰度，无法实现精细调焦。
在一些实施例中，精调区间的调节起点和调节终点可能由于调焦电机320当前的位置而适应性交换，即第一位置可能是精调区间的调节终点，第二位置可能是精调区间的调节起点。
例如，第一位置距离调焦电机320当前位置(即原始位置)0.134mm，查表得到第一旋转步数为242步，调焦电机320根据第一旋转步数带动光学组件310向前方移动过程中，150步位置的投影内容图像清晰度高于第一清晰度，确定150步位置为第二位置，此时距离原始位置150-242步为精调区间，那第二位置为调节起点，第一位置为调节终点。
例如，第一位置距离调焦电机320当前位置(即原始位置)-0.087mm，查表得到第一旋转步数为-157步，调焦电机320根据第一旋转步数带动光学组件310向后方移动过程中，-50步位置的投影内容图像清晰度高于第一清晰度，确定-50步位置为第二位置，此时距离原始位置-157至-50步为精调区间，那第一位置为调节起点，第二位置为调节终点。
在一些实施例中，在调焦单机320将所述光学组件310移动至所述第一位置步骤中，控制器500还被配置为判断调焦后的投影图像的清晰度是否优于前一帧投影图像的清晰度，如果是，发送同向调焦信号给调焦电机320，否则发送反向调焦信号给调焦电机320。
其中，同向调焦信号中的投影设备的调焦电机320转动方向信息与前一次发送的调焦信号中的投影设备调焦电机320转动方向信息相同，反向调焦信号中的投影设备调焦电机320转动方向信息与前一次发送的调焦信号中的投影设备调焦电机320转动方向信息相反。
采用TOF原理测量投影面和投影设备之间的距离过程中，会因为每个TOF传感器或者相机的不同灵敏度范围以及每个TOF传感器或者相机不同的误差，因此导致在同一个位置测量得到的第一距离有波动。
基于此，在上述方法得到第一位置过程中，投影设备还通过采集多次飞行时间距离，求取均值，将均值代入系统配置的飞行时间测距预设线性回归模型计算得到投影设备与投影面之间的理论距离值；因为采集次数越多，均值越接近真实值，可以降低飞行时间测距过程中由于设备的不同所带来的影响。
在一些实施例中，控制器500每隔预设时间获取多个飞行数据，从而计算得到多个第一距离；并将多个第一距离取均值，得到平均距离；将所述平均距离输入飞行时间测距预设线性回归模型，得到投影设备与投影面之间的理论距离值，即第二距离；将第二距离结合预设的对焦曲线，确定镜头300需要到达的位置即第一位置。
在一些实施例中，可以人为设置30ms内测量5次飞行数据，从而得到五个第一距离并取均值，将均值代入TOF测距的线性回归模型(y＝mx+b，其中x为样本点，y为真实值)，得到TOF传感器或者相机在当前位置的理论距离值，从而减小由于设备的不同所带来的影响。其中，TOF测距的线性回归模型是投影设备出厂时，系统预设并保存到控制器500的磁盘分区中，该分区在程序升级以及其他操作均保留，作为设备的属性进行管理，当用户进行拆机、维修变更TOF传感器的位置时，需要进行一次新的校正，即再执行一遍数据采集，得到新的线性回归模型。
在一些实施例中，当调焦电机320在正向旋转后，再次进行反转时，会存在一个回程误差，此时调焦电机320根据第一旋转步数到达的位置不是目标位置，即不是第一位置，会影响后续的精细调焦过程。
所以在控制器500控制所述调焦电机320根据所述第一旋转步数将所述光学组件310移动至所述第一位置过程中，如图10所示，投影设备还根据调焦电机320当前的旋转方向，结合系统记录的上次旋转方向，判断是否要减去预设的回程误差，得到真实要旋转的步数，以使得调焦电机带动镜头准确的到达第一位置。
控制器500获取所述调焦电机320当前的旋转方向；将调焦电机320当前的旋转方向与调焦电机320上一次执行自动对焦的旋转方向进行比对，如果所述调焦电机320当前的旋转方向与所述调焦电机320上一次执行自动对焦的旋转方向不一致，判断本次自动调焦过程中会存在回程误差，将所述第一旋转步数加上预设回程误差得到第二旋转步数；当获得第二旋转步数之后，控制器500向所述调焦电机320发送第四移动指令，即控制所述调焦电机320根据所述第二旋转步数将所述光学组件310移动至所述第一位置。
其中，在投影设备出厂前进行回程误差的测量，通过调焦电机320的多次正转、多次反转，求得平均误差，最终得到预设回程误差，预设回程误差同样记载在控制器500磁盘分区中。
如图11所示，当控制器500获得精调区间后，进行第二段精细调焦。控制器500向所述调焦电机320发送第一移动指令，根据预设的旋转步数或者第一精调速度控制调焦电机320将光学组件310在精调区间内移动。
如图12所示，当控制器500发送第一移动指令的同时，相机700以特定频率进行拍照，拍摄当前位置的投影内容，当调焦电机320控制所述光学组件310到达调节起点或者调节终点之后，停止移动，记为一次精细调焦。当一次精细调焦结束之后，控制器500获取相机700在所述光学组件310移动过程中拍摄的多个投影内容图像，并计算所有投影内容图像的清晰度。将所有投影内容图像的清晰度进行排序，得到清晰度最高值。控制器500将清晰度最高值与预设的第二清晰度进行比较，如果所述清晰度最高值高于第二清晰度，确定清晰度最高值对应投影内容图像的拍摄位置，将所述拍摄位置记为清晰度最佳位置。控制器500向所述调焦电机320发送第二移动指令，控制所述调焦电机320将光学组件310移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高值的投影内容图像的拍摄位置。
例如：第一次粗调焦后，确定的精调区间为调焦电机320距离当前位置旋转步数为400-800之间，将调焦电机当前位置记为原始位置，控制器500发送第一移动指令控制调焦电机320带动光学组件310在精调区间内移动，当调焦电机320带动光学组件310从第一位置到达第二位置，即距离调焦电机320原始位置800步的位置，调焦电机320停止移动，此时系统的清晰度评价单元获取相机拍摄的投影内容图像，将各个位置的清晰度进行排序，得到清晰度最高值，该清晰度最高值对应的投影内容的拍摄位置在距离调节起点200步的位置，即距离调焦电机320原始位置600步的位置。此时，清晰度最高值高于第二清晰度，将距离调焦电机320原始位置600步的位置记为目标位置，控制器500发送第二移动指令，控制调焦电机320带动光学组件310从当前位置，即从调节终点移动至目标位置，即调焦电机320带动光学组件310以旋转步数为200步从调节终点至调节起点进行移动，最终完成本次自动对焦。
如果所述清晰度最高值低于或者等于第二清晰度，控制器500调整调焦电机320的旋转步数或者精调速度，控制调焦电机320将光学组件310在精调区间内移动，启新一轮的精细调焦。控制器500根据就近原则驱动调焦电机320从调节起点或者调节终点移动至精调区间的另一侧。例如：精调区间为调焦电机320距离原始位置旋转步数为400-800之间，上一次精细调焦后调焦电机320在第二位置，即距离调焦电机320原始位置800步的位置，在新一轮的精细调焦中，控制器500控制调焦电机320带动光学组件310从第二位置移动至第一位置，当调焦电机320带动光学组件310移动至第一位置时，再次通过清晰度评价单元对本次精细调焦过程中相机700拍摄的投影图像的清晰度进行计算，如果本次精细调焦的清晰度最高值仍不高于第二清晰度，则继续调整调焦电机320的旋转步数或者精调速度，开启新一轮的调焦，直至找到清晰度最佳的位置(该位置为清晰度最高值高于第二清晰度的投影内容图像的拍摄位置)。
在一些实施例中，控制器500记录精细调焦的次数，每启动新一轮的精细调焦之前，控制器500将记录的精细调焦的次数与预设阈值进行比较，如果记录的精细调焦的次数高于预设阈值，则不启动新一轮的精细调焦，控制器500发送第五移动指令，控制调焦电机320带动光学组件310移动至上一轮精细调焦过程中清晰度最高值对应的投影内容图像的拍摄位置，结束本次自动对焦。
例如：设定精细调焦的次数不超过20次，当启动20次精细调焦后，仍无法找到清晰度最佳的位置，即清晰度最高值不高于第二清晰度，不再启动新一轮的精细调焦，控制器500发送第五移动指令，控制调焦电机320带动光学组件310移动至第20次精细调焦过程中，清晰度最高值的投影画面图像对应的拍摄位置，结束自动调焦，避免自动对焦尝试次数过多而导致耗时过长。
在一些实施例中，可以在精调区间内设置多个特定位置，当调焦电机320带动光学组件310到达特定位置后，相机700进行拍照得到该特定位置的投影内容图像，将多个特定位置拍摄的投影内容图像的清晰度进行高低排序，逐步缩小精调区间，从而能够减少一次精细调焦的时间，从而节省时间，实现快速自动调焦。
例如：通过第一段粗调焦得到精调区间在距离原始位置400-900步的位置，在精调区间设置多个特定位置：特定位置1(距离原始位置500步的位置)，特定位置2(距离原始位置600步的位置)，特定位置3(距离原始位置700步的位置)以及特定位置4(距离原始位置800步的位置)；以距离原始位置400步的位置作为调节起点，控制器500控制调焦电机320带动光学组件310从调节起点移动至调节终点(距离原始位置900步的位置)，当达到特定位置时，相机700进行一次拍照，当调焦电机320带动光学组件310移动至调节终点，停止运动。
控制器500比对多个特定位置拍摄投影内容图像的清晰度，确定特定位置3为清晰度最高值，但是该清晰度最高值不高于第二清晰度，则启动下一轮精细调焦，在新一轮的精细调焦的精调区间不再是距离原始位置400-900步的位置，而是距离原始位置700-900步；控制器500控制调焦电机320带动光学组件310从调节终点向调节起点移动200步，在移动过程中，相机700以预设频率多次拍摄移动过程中的投影内容图像，计算所述投影内容图像，得到高于第二清晰度的清晰度最高值，清晰度最高值对应的投影内容图像的拍摄位置距离原始位置750步的位置为清晰度最佳位置，控制器500控制调焦电机320带动光学组件310移动至所述清晰度最佳位置，完成自动对焦。
在一些实施例中，由于相机700进行拍照过程不是在调焦电机320停止后才进行拍照的，而是在调焦电机320边运动边拍照，因此照片实际的拍摄位置和控制器500设定的位置存在一定的偏差，但是因为调焦电机320的速度和相机700的拍照频率是固定的，因此上述偏差会限定在一定的区间范围内，本申请通过引入补偿值来解决这个问题。当根据第二段精细调焦得到清晰度最佳的位置，即该位置为清晰度最高值高于第二清晰度的投影内容图像的拍摄位置，根据调焦电机320的步速和相机700的拍照频率计算得到补偿值，并根据补偿值在最佳位置前后移动特定步数计算清晰度理论值，即可得到最终的相对清晰度最佳位置。
例如：通过第二段精细调焦得到清晰度最佳位置是距离调节起点200步的位置，计算的平均位置补偿值是20步，则最终在距离调节起点180步，200步以及220步这三个位置，确定最终的相对清晰度最佳位置。
基于上述自动对焦方法，本申请的一些实施例还提供一种投影设备，包括：光机、镜头、相机、控制器，如图13所示。其中，所述光机被配置为投射播放内容至投影面；所述镜头包括光学组件和调焦电机；所述调焦电机连接所述光学组件，以调整所述光学组件的焦距；所述相机被配置为拍摄投影内容图像；控制器，被配置为：
获取自动对焦指令；
响应于所述自动对焦指令，获取投影设备与投影面之间的第一距离；
基于预设对焦曲线与所述第一距离计算精调区间；
向所述调焦电机发送第一移动指令，以控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动；
计算所述相机在所述光学组件移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；
向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高值的投影内容图像的拍摄位置。
由以上技术方案可知，上述实施例提供的投影设备在接收到自动对焦指令后，获取投影设备与投影面之间的第一距离，再根据预设调焦曲线以及第一距离计算得到精调区间，完成第一段粗调焦；当确定精调区间后，控制调焦电机将光学组件在精调区间移动，通过计算相机在光学组件在移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度，得到清晰度最高值的投影内容的拍摄位置，控制调焦电机将光学组件移动至该位置，完成自动对焦。所述投影设备根据多段式调焦，通过第一段粗调焦确定精调区间，通过第二段精细调焦在精调区间寻找清晰度最佳的位置，完成自动对焦，在不增加对焦耗时的前提下，避免陷入局部对焦导致对焦不清晰的问题，提高对焦速度，提升用户体验。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用所述实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。
Claims (10)
1.一种投影设备，其特征在于，包括：
光机，被配置为投射播放内容至投影面；
镜头，所述镜头包括光学组件和调焦电机；所述调焦电机连接所述光学组件，以调整所述光学组件的焦距；
相机，被配置为拍摄投影内容图像；
控制器，被配置为：
获取自动对焦指令；
响应于所述自动对焦指令，获取投影设备与投影面之间的第一距离；
基于预设对焦曲线与所述第一距离计算精调区间；
向所述调焦电机发送第一移动指令，以控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动；
计算所述相机在所述光学组件移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；
向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高值的投影内容图像的拍摄位置。
2.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述投影设备还包括传感器；所述控制器还被配置为：
获取投影设备与投影面之间的第一距离步骤中，利用所述相机或传感器基于飞行时间测距原理获取飞行时间数据；
根据所述飞行时间数据得到投影设备与投影面之间的第一距离。
3.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：
基于预设对焦曲线与所述第一距离计算精调区间步骤中，根据预设对焦曲线以及所述第一距离得到第一位置；
根据所述调焦电机的当前位置以及所述第一位置计算得到所述调焦电机的第一旋转步数；
向所述调焦电机发送第三移动指令，以控制所述调焦电机根据所述第一旋转步数将所述光学组件移动至所述第一位置，所述第一位置为精调区间的调节起点。
4.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述控制器进一步被配置为：
根据预设对焦曲线以及所述第一距离得到第一位置步骤中，每隔预设时间获取多个所述第一距离；
计算多个所述第一距离的均值，以获得平均距离；
将所述平均距离输入飞行时间测距预设线性回归模型，得到第二距离；所述第二距离为投影设备与投影面之间的理论距离值；
根据预设对焦曲线以及所述第二距离得到第一位置。
5.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述控制器进一步被配置为：
根据所述调焦电机的当前位置以及所述第一位置计算得到所述调焦电机的第一旋转步数步骤中，获取所述调焦电机当前的旋转方向；
如果所述调焦电机当前的旋转方向与所述调焦电机上一次执行自动对焦的旋转方向不一致，将所述第一旋转步数加上预设回程误差得到第二旋转步数；
向所述调焦电机发送第四移动指令，以控制所述调焦电机根据所述第二旋转步数将所述光学组件移动至所述第一位置。
6.根据权利要求3-5任一项所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：
计算所述相机在所述光学组件移动至所述第一位置过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；
筛选得到高于第一清晰度的所述投影内容图像；
根据所述第一位置以及第二位置确定精调区间，所述第二位置为高于第一清晰度的所述投影内容图像的拍摄位置，所述第二位置为精调区间的调节终点。
7.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：
根据第一精调速度控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动；
获取所述相机以预设频率在所述光学组件移动过程中拍摄的多个投影内容图像；
计算所述多个投影内容图像的清晰度，得到清晰度最高值；
向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置；所述目标位置为所述清晰度最高值的投影内容图像的拍摄位置。
8.根据权利要求7所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：
在向所述调焦电机发送第二移动指令步骤中，将所述清晰度最高值与第二清晰度进行比较；
如果所述清晰度最高值高于第二清晰度，向所述调焦电机发送第二移动指令。
9.根据权利要求8所述的投影设备，其特征在于，所述控制器进一步被配置为：
将所述清晰度最高值与第二清晰度进行比较步骤中，如果所述清晰度最高值等于或低于第二清晰度，按照第二精调速度控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动。
10.一种自动对焦方法，其特征在于，应用于投影设备，所述投影设备包括光机、镜头、相机以及控制器；其中，所述镜头包括光学组件和调焦电机，所述调焦电机连接所述光学组件，以调整所述光学组件的焦距；所述自动对焦方法包括：
获取自动对焦指令；
响应于所述自动对焦指令，获取投影设备与投影面之间的距离；
基于预设对焦曲线与所述距离计算精调区间；
向所述调焦电机发送第一移动指令，以控制所述调焦电机将所述光学组件在所述精调区间内移动；
计算所述相机在所述光学组件移动过程中拍摄的投影内容图像的清晰度；
向所述调焦电机发送第二移动指令，以控制所述调焦电机将光学组件移动至目标位置，所述目标位置为所述清晰度最高的投影内容图像的拍摄位置。
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