CN115022606A - 一种投影设备及避障投影方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种投影设备及避障投影方法，控制器通过获取投影内容图像，对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集。根据所述障碍物轮廓坐标集确定所述投影内容图像中的非障碍物区域。在所述非障碍物区域中提取预投射区域，所述预投射区域为在所述非障碍物区域内的矩形区域。根据所述预投射区域和所述相机的拍摄参数计算所述投影面中的投影区域，以及控制所述光机将播放内容投射至所述投影区域。以解决投影设备出现障碍物检测失败或障碍物检测后投影区域面积小，降低用户使用体验的问题。

Description

一种投影设备及避障投影方法

本申请要求于2021年11月16日提交到国家知识产权局、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避障投影方法。

背景技术

投影设备是一种可以将图像或视频投射到屏幕上的显示设备。投影设备可以将特定颜色的激光光线通过光学透镜组件的折射作用，投射到投影区域中并形成具体影像。基于投影设备的便携性，用户能够在投影过程中对其进行移动，以使图像或视频投影至不同方向。

通常，如果投影区域中存在障碍物，基于障碍物的遮挡会导致投影影像显示于障碍物上。进而，需要投影设备在投影区域内进行障碍物检测。如果检测到投影区域中存在障碍物，则避开障碍物进行投影。

然而，由于进行障碍物检测的过程中受环境变化影响较大，导致检测结果不稳定。这样，就会出现障碍物检测失败或障碍物检测后投影区域面积小，不满足用户的投影需求，降低用户的使用体验。

发明内容

本申请一些实施例中提供了一种投影设备及避障投影方法，以解决投影设备出现障碍物检测失败或障碍物检测后投影区域面积小，降低用户的使用体验的问题。

一方面，本申请一些实施例中提供一种投影设备，包括：光机，被配置为将播放内容投射至投影面中的投影区域；相机，被配置为拍摄所述投影面中投影内容图像；控制器，被配置为：获取用户输入的投影指令；响应于所述投影指令，获取所述投影内容图像；对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集；根据所述障碍物轮廓坐标集确定所述投影内容图像中的非障碍物区域；在所述非障碍物区域中提取预投射区域，所述预投射区域为在所述非障碍物区域内的矩形区域；根据所述预投射区域和所述相机的拍摄参数计算所述投影面中的投影区域，以及控制所述光机将播放内容投射至所述投影区域。

另一方面，本申请的一些实施例中还提供一种避障投影方法，应用于投影设备，所述投影设备包括光机、相机以及控制器；所述避障投影方法包括：获取用户输入的投影指令；响应于投影指令，获取投影内容图像；对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集；根据所述障碍物轮廓坐标集确定所述投影内容图像中的非障碍物区域；在所述非障碍物区域中提取预投射区域，所述预投射区域为在所述非障碍物区域内的矩形区域；根据所述预投射区域和所述相机的拍摄参数计算所述投影面中的投影区域，以及控制所述光机将播放内容投射至所述投影区域。

由以上技术方案可知，本申请提供一种投影设备及避障投影方法，控制器通过获取投影内容图像，对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集。根据所述障碍物轮廓坐标集确定所述投影内容图像中的非障碍物区域。在所述非障碍物区域中提取预投射区域，所述预投射区域为在所述非障碍物区域内的矩形区域。根据所述预投射区域和所述相机的拍摄参数计算所述投影面中的投影区域，以及控制所述光机将播放内容投射至所述投影区域。以解决投影设备出现障碍物检测失败或障碍物检测后投影区域面积小，降低用户使用体验的问题。

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为本申请实施例中投影设备投影摆放状态示意图；

图2为本申请实施例中投影设备光路示意图；

图3为本申请实施例中投影设备的电路架构示意图；

图4为本申请实施例中投影设备结构示意图；

图5为本申请实施例中投影设备的镜头结构示意图；

图6为本申请实施例中投影设备的距离传感器和相机结构示意图；

图7为本申请实施例中投影设备实现显示控制的系统框架示意图；

图8为本申请实施例中投影设备进行避障投影的流程示意图；

图9为本申请实施例中障碍物集合以及轮廓层级的示意图；

图10为本申请实施例中矩形网格和非障碍物区域的示意图；

图11为本申请实施例中投影设备生成第二目标集合的示意图；

图12为本申请实施例中投影设备生成第三目标集合的示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的和实施方式更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。

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他组件。

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。

本申请实施例可以应用于各种类型的投影设备。下文中将以投影设备为例，对投影设备以及自动调焦方法进行阐述。

投影设备是一种可以将图像或视频投射到屏幕上的设备，投影设备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(Digital Versatile 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。投影设备广泛应用于家庭、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状态示意图，图2示出了本申请一实施例投影设备光路示意图。

在一些实施例中，参考图1-2，本申请提供的一种投影设备包括投影屏幕1和投影设备2。投影屏幕1固定于第一位置上，投影设备2放置于第二位置上，使得其投影出的画面与投影屏幕1吻合。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2的激光光源100包括激光器组件110和光学镜片组件120，激光器组件110发出的光束可透过光学镜片组件120进而为光机200提供照明。其中，例如，光学镜片组件120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2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，投影设备2的发光部件还可以通过LED光源实现。

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2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2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。

该显示控制电路10可以获取每个激光器的驱动电流对应的第二亮度值，并在确定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时，确定该激光器发生COD故障；则显示控制电路可以调整激光器的对应的激光器驱动组件的电流控制信号，直至该差值小于等于该差值阈值，从而消除该蓝色激光器的COD故障；该投影设备2能够及时消除激光器的COD故障，降低激光器的损坏率，提高投影设备2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2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2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均为模块轻量化(Mirai Console Loader，MCL)封装激光器，其体积小，利于光路的紧凑排布。

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2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2可以配置相机，用于和投影设备2协同运行，以实现对投影过程的调节控制。例如，投影设备2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设备2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设备2内置的光机200进行投射。

其中，相机可以用于拍摄投影面中显示的图像，可以是摄像头。摄像头可以包括镜头组件，镜头组件中设有感光元件和透镜。透镜通过多个镜片对光线的折射作用，使景物的图像的光能够照射在感光元件上。感光元件可以根据摄像头的规格选用基于电荷耦合器件或互补金属氧化物半导体的检测原理，通过光感材料将光信号转化为电信号，并将转化后的电信号输出成图像数据。

图5示出了在一些实施例中投影设备2的镜头结构示意图。为了支持投影设备2的自动调焦过程，如图5所示，投影设备2的镜头300还可以包括光学组件310和驱动马达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，驱动马达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，实现自动调焦功能。

需要说明的是，本申请部分实施例中所述的调焦过程是指通过驱动马达320改变移动镜片311的位置，从而调整移动镜片311相对于固定镜片312之间的距离，即调整像面位置，因此光学组件310中镜片组合的成像原理，所述调整焦距实则为调整像距，但就光学组件310的整体结构而言，调整移动镜片311的位置等效于调节光学组件310的整体焦距调整。

当投影设备2与投影面之间相距不同距离时，需要投影设备2的镜头调整不同的焦距从而在投影面上透射清晰的图像。而在投影过程中，投影设备2与投影面的间隔距离会受用户的摆放位置的不同而需要不同的焦距。因此，为适应不同的使用场景，投影设备2需要调节光学组件310的焦距。

图6示出了在一些实施例中距离传感器和相机结构示意图。如图6所示，投影设备2还可以内置或外接相机700，相机700可以对投影设备2投射的画面进行图像拍摄，以获取投影内容图像。投影设备2再通过对投射内容图像进行清晰度检测，确定当前镜头焦距是否合适，并在不合适时进行焦距调整。基于相机700拍摄的投影内容图像进行自动调焦时，投影设备2可以通过不断调整镜头位置并拍照，并通过对比前后位置图片的清晰度找到调焦位置，从而将光学组件中的移动镜片311调整至合适的位置。例如，控制器500可以先控制驱动马达320将移动镜片311调焦起点位置逐渐移动至调焦终点位置，并在此期间不断通过相机700获取投影内容图像。再通过对多个投影内容图像进行清晰度检测，确定清晰度最高的位置，最后控制驱动马达320将移动镜片311从调焦终端调整到清晰度最高的位置，完成自动调焦。

图7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，投影设备2具备长焦微投的特点，其控制器通过预设算法可对投影光图像进行显示控制，以实现显示画面自动梯形校正、自动入幕、自动避障、自动调焦以及防射眼等功能。

在一些实施例中，投影设备2配置有陀螺仪传感器；设备在移动过程中，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已采集数据发送至应用程序服务层，支撑用户界面交互、应用程序交互过程中所需应用数据，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，投影设备2配置有飞行时间传感器，在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；上述飞行时间服务获取数据后，将采集数据通过进程通信框架发送至应用程序服务层，数据将用于控制器的数据调用、用户界面、程序应用等交互使用。

在一些实施例中，投影设备2配置的相机700可以是双目相机、深度相机或3D相机等；相机700采集数据将发送至摄像头服务，然后由摄像头服务将采集图像数据发送至进程通信框架和/或投影设备校正服务；所述投影设备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对应的控制算法。

在一些实施例中，通过进程通信框架、与应用程序服务进行数据交互，然后经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设备2操作系统，以生成控制信令，并将控制信令发送至光机200控制驱动以控制光机200工况、实现显示图像的自动校正。

在一些实施例中，当检测到图像校正指令时，投影设备2可以对投影图像进行校正。对于投影图像的校正，可预先创建距离、水平夹角及偏移角之间的关联关系。然后投影设备2中的控制器通过获取光机200至投影面的当前距离，结合所属关联关系确定该时刻光机200与投影面的夹角，实现投影图像校正。其中，所述夹角具体实施为光机200中轴线与投影面的夹角。

在一些实施例中，投影设备2自动完成校正后重新调焦，控制器将检测自动调焦功能是否开启；当自动调焦功能未开启时，控制器将结束自动调焦业务；当自动调焦功能开启时，投影设备2将通过中间件获取飞行时间传感器的检测距离进行计算。

控制器根据获取的距离查询预设的映射表，以获取投影设备2的焦距；然后中间件将获取焦距设置到投影设备2的光机200；其中，中间件为一系列关于调焦控制过程的应用程序。光机200以上述焦距进行发出激光后，摄像头将执行拍照指令；控制器根据获取的拍摄图像、评价函数，判定投影设备2的调焦过程是否完成。

如果判定结果符合预设完成条件，则控制自动调焦流程结束；如果判定结果不符合预设完成条件，中间件将微调投影设备2光机200的焦距参数，例如可以预设步长逐渐微调焦距，并将调整的焦距参数再次设置到光机200；从而实现反复拍照、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调焦。

在一些实施例中，当用户开启投影设备2后，投影设备2可以将用户预先设置好的内容投射到投影面中，所述投影面可以是墙面或者幕布，投影面中可以显示出投影图像，以供用户进行观看。

在一些实施例中，通过使用自动避障算法，投影设备2可以进行障碍物检测，进而可识别幕布。并利用投影变化，将投影画面校正至幕布内显示，实现与幕布边沿对齐的效果。

然而，如果投影设备2不具备避障功能时，就会出现障碍物检测失败的情况。如果投影设备2具备避障功能，由于进行障碍物检测的过程中受环境变化影响较大，导致检测结果不稳定。这样，同样就会出现障碍物检测失败或障碍物检测后投影区域面积小，不满足用户的投影需求，降低用户的使用体验。

为此，本申请提出了一种投影设备2可以包括光机200、相机700和控制器。其中，光机200用于将播放内容投射至投影面中的投影区域，投影面可以是墙面或者幕布。相机700用于拍摄所述投影面中投影内容图像。以解决用户在使用投影设备2的移动过程，投影设备2出现障碍物检测失败或障碍物检测后投影区域面积小的问题。

以下结合图8对本申请一些实施例提供的避障投影的过程进行进一步阐述。

在一些实施例中，图8示出了本申请实施例中投影设备进行避障投影的流程示意图。参见图8，投影设备2中的控制器被配置为：

S1、获取用户输入的投影指令；响应于投影指令，获取投影内容图像。对投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集。

当投影设备2在投影面的投影区域中投射的投影图像之前，投影设备2可以自动对投影区域进行障碍物检测，并通过障碍物检测结果确定投影区域中没有障碍物后投射投影图像，从而实现自动避障功能。也就是说，如果投影区域中存在障碍物，投影设备2在执行避障过程之前的投影区域与完成避障过程的投影区域是不同的。具体可以设置为，投影设备2接收到投影指令，响应于接收到的投影指令，开启自动避障功能。投影指令是指用于触发投影设备2自动进行避障过程的控制指令。

在一些实施例中，投影指令可以是用户主动输入的指令。例如，在接通投影设备2的电源后，投影设备2可以在投影面中的投影区域上投射出图像。此时，用户可以按下投影设备2中预先设置的自动避障开关，或投影设备2配套遥控器上的自动避障按键，使投影设备2开启自动避障功能，自动对投影区域进行障碍物检测。

在一些实施例中，控制器响应于投影指令，控制光机200投射白色图卡至投影面中的投影区域。在投射白色图卡之后，控制相机700拍摄投影面图像。由于相机700拍摄的投影面图像的图像区域大于投影区域的图像区域。因此，为了获取投影区域的图像即投影内容图像，控制器被配置为：获取基于相机700拍摄的投影面图像，计算得到投影区域的四个角点与四个边缘中点在光机200坐标系下的坐标值。并基于坐标值拟合平面获取投影面与光机200的夹角关系。根据夹角关系获取四个角点与四个边缘中点在投影面的世界坐标系中的对应坐标。获取白色图卡在光机坐标系下的坐标与投影面对应点的坐标，可计算得到单应性矩阵。最后，通过单应性矩阵将投影区域的四个角点与四个边缘中点在光机坐标系下的坐标值转换为对应在相机坐标系下的坐标值。以根据四个角点与四个边缘中点在相机坐标系下的坐标值确定投影区域在投影面图像中的位置和区域面积。

在一些实施例中，控制器在对投影内容图像执行障碍物的轮廓检测的过程中，基于投影内容图像采用图像轮廓检测算法得到多轮廓区域信息。其中，多轮廓区域信息包括障碍物轮廓坐标集。障碍物轮廓坐标集用于表征多个障碍物轮廓坐标构成的集合。并根据障碍物轮廓坐标集获取障碍物集合，障碍物集合包括至少一个障碍物以及对应的轮廓层级；轮廓层级用于表征障碍物之间的外包或内嵌关系。需要说明的是，在执行障碍物的轮廓检测之前，控制器需将投影面图像的四边坐标剔除，以防止投影面图像的四边坐标对轮廓检测产生影响。

在一些实施例中，障碍物对应的轮廓层级可以用轮廓参数表示。例如，轮廓参数包括后一个轮廓、前一个轮廓、父轮廓、子轮廓的索引编号。如果障碍物的轮廓参数中没有对应的索引编号，则将索引编号赋值为负数(如用-1表示)。

下面示例性对轮廓参数进行解释。

如果轮廓A包含轮廓B、轮廓C、轮廓D，则轮廓A即为父轮廓；轮廓B、轮廓C、轮廓D均为轮廓A的子轮廓。如果轮廓C的轮廓位置在轮廓B的顶部位置，则轮廓C为轮廓B的前一轮廓，同理，轮廓B为轮廓C的后一轮廓。

图9示出了本申请实施例中障碍物集合以及轮廓层级的示意图。参见图9，示例性的，障碍物集合包括轮廓1、轮廓2、轮廓2a、轮廓3和轮廓4五个闭合轮廓。其中，轮廓1、轮廓2是最外层轮廓，即为同一等级关系，设为0级。轮廓2a是轮廓2的子轮廓，即轮廓2a为一个等级，设为1级。轮廓3和轮廓4是轮廓2a的子轮廓，即轮廓3、轮廓4处于一个等级，设为2级。因此，对于轮廓2的轮廓参数表征为[-1，1，2a，-1]。

在一些实施例中，控制器被配置为：根据轮廓层级对障碍物集合进行筛选，得到第一目标集合；其中，第一目标集合包括至少一个轮廓层级为最外层的障碍物。也就是说，如果多个障碍物之间的轮廓关系存在外包或内嵌关系，只需提取出最外层轮廓对应的障碍物即可。目的是在实现避障功能的过程中，如果规避了最外层轮廓对应的障碍物，即使存在相对于最外层轮廓对应内嵌轮廓的障碍物也会同样被规避。示例性的，继续参见图9，从轮廓1、轮廓2、轮廓2a、轮廓3和轮廓4五个闭合轮廓中筛选等级为0的轮廓，即为最外层轮廓。进而，根据最外层轮廓生成第一目标集合。其中，第一目标集合包括轮廓1和轮廓2。

在一些实施例中，参见图11，控制器被配置为：根据投影内容图像的图像面积对第一目标集合进行更新，得到第二目标集合，以根据第二目标集合确定非障碍物区域。在根据投影内容图像的图像面积更新第一目标集合的步骤中，具体设置为：控制器获取第一目标集合中每个障碍物对应的中心坐标、宽度和高度。根据中心坐标、宽度和高度计算得到障碍物对应的障碍物面积。计算障碍物面积与图像面积的第一比值。如果第一比值小于第一比例阈值，则删除第一目标集合中障碍物，以根据删除后的第一目标集合生成第二目标集合。

示例性的，第一目标集合包括轮廓1和轮廓2。根据轮廓1和轮廓2对应的中心坐标、宽度和高度计算得到轮廓1对应的轮廓1区域面积以及轮廓2对应的轮廓2区域面积。例如：轮廓1区域面积占用5个像素点，轮廓2区域面积占用30个像素点，图像面积占用100个像素点，第一比例阈值为四分之一。进而，轮廓1对应的第一比值为0.05，轮廓2对应的第一比值为0.3。可见，轮廓1对应的区域面积相对于图像面积较小。此时将第一目标集合中的轮廓1删除，以完成对第一目标集合的更新。

在一些实施例中，在对投影内容图像执行障碍物的轮廓检测的步骤之前，控制器被配置为：将投影内容图像进行灰度处理，得到灰度图像。利用边缘检测算法提取灰度图像中的边缘图像。对边缘图像进行去除噪声处理，得到去除噪声后的图像。利用阈值二值化算法分割去除噪声后的图像，得到前景图像和背景图像，以根据前景图像和背景图像执行障碍物的轮廓检测。

以下对上述去除噪声处理进行具体解释。

在去除噪声处理的过程中，首先对边缘图像进行膨胀算法操作。即依次读取边缘图像中的像素点坐标并设置结构元素和卷积核阈值，其中，结构元素为3×3的结构元素如卷积核。将全部像素点坐标与卷积核进行卷积计算，得到第一卷积结果。如果第一卷积结果大于卷积阈值，则将该像素点设置为1，反之为0。这样，在使用该卷积核依次遍历图像中的像素点时，若卷积核中出现数值为1时，即将边缘图像中对应的卷积核原点位置的像素点赋值为1，反之为0。因此，通过膨胀算法可以将纤细的图像边缘部分完成闭合。

需要说明的是，结构元素可以是3×3、5×5等不同尺寸比例的结构图。本申请仅以3×3的结构图，以及将像素点赋值为0或1作为示例。可根据具体的计算逻辑和算法参数自行设置结构元素以及对像素点赋值。

其次，对膨胀后图像进行腐蚀算法操作。具体为：依次读取膨胀后图像中的像素点坐标并与卷积核进行卷积计算，得到第二卷积结果。当第二卷积结果中的像素点均为1时，则该膨胀后图像中的对应像素点为1，反之为0。进而完成去除膨胀后图像中的噪声污点。同时，在纤细边缘图像中的边缘坐标点处可以分离物体，以及平滑较大物体的边界的同时不会明细改变较大物体的面积。

为了提取前景图像和背景图像，在一些实施例中，本申请利用阈值二值化算法分割去除噪声后的图像。具体为：控制器将去除噪声后的图像分割由相邻像素点所组合的多个图像区域。计算图像区域的像素值均值和方差。基于均值和方差确定图像区域中像素点的像素点阈值。遍历图像区域中的像素点。如果像素点的像素值大于像素点阈值，则基于像素点所在的区域生成前景图像。如果像素点的像素值小于像素点阈值，则基于像素点所在的区域生成背景图像。

示例性的，将去除噪声后的图像以R×R的图像块进行分割，得到m×n个图像块。其中，每个图像块对应一个图像区域。分别计算每个图像块中像素点的均值和方差，并以均值和方差作为入参数据。遍历当前图像块的像素点，如果像素点大于像素点阈值，则将当前图像块设置为前景图像。如果像素点小于像素点阈值，则将当前图像块设置为背景图像。

为了提高障碍物的轮廓检测的检测精度，在一些可实现方式中，在将边缘图像分割成前景图像和背景图像之后，控制器可以根据前景图像和背景图像执行障碍物的轮廓检测。或者控制器还可以仅根据前景图像执行障碍物的轮廓检测。再或者控制器还可以根据投影内容图像执行障碍物的轮廓检测。

S2、根据障碍物轮廓坐标集确定投影内容图像中的非障碍物区域。

为了确定投影内容图像中的非障碍物区域，其中，非障碍物区域为投影内容图像中除障碍物对应的区域之外的区域。在一些可实现方式中，控制器获取第二目标集合中每个障碍物对应的轮廓坐标。在投影内容图像中移除轮廓坐标，以根据移除轮廓坐标后的投影内容图像确定非障碍物区域。这样，控制器通过获取全部障碍物对应的轮廓坐标，并在投影内容图像中移除全部障碍物对应的轮廓坐标，即可实现在投影内容图像中移除全部障碍物。进而，将移除全部障碍物后的投影内容图像对应的区域确定为非障碍物区域。通常，非障碍物区域为多边形区域。

S3、在非障碍物区域中提取预投射区域，预投射区域为在非障碍物区域内的矩形区域。并根据预投射区域和相机的拍摄参数计算投影面中的投影区域，以及控制光机将播放内容投射至投影区域。

在提取预投射区域的过程中，在一些可实现方式中，图10示出了本申请实施例中矩形网格和非障碍物区域的示意图。参见图10，控制器获取投影图像的角点坐标，其中，角点坐标为投影图像四个顶点和/或四边中点对应的坐标。基于角点坐标构造矩形网格，矩形网格包括M×N个网格。接着，遍历全部网格，判断每个网格和非障碍物区域的包含关系。如果网格位于非障碍物区域中，则将该网格的网格标识赋值为1。如果网格不位于非障碍物区域中，则将该网格的网格标识赋值为0。这样，控制器可以在矩形网格中查找由网格标识为1的网格构成的矩形区域，并将矩形区域确定为预投射区域。进而，根据相机700的拍摄参数将投影图像中的预投射区域转换至投影面中的投影区域，并控制光机200将播放内容投射至投影区域中，实现自动避障功能。

为了使用户能看到更多的播放内容从而提高用户的使用体验，控制器在矩形网格中查找由网格标识为1的网格构成的矩形区域过程中，应查找由网格标识为1的网格构成的最大矩形区域，即获取非障碍物区域中最大的矩形区域。在一些可实现方式中，遍历全部由网格标识为1的网格构成的矩形区域，得到每个矩形区域的像素点个数。提取像素点个数最多的矩形区域，并将该矩形区域确定为非障碍物区域中最大的矩形区域。

在一些实施例中，为了避免出现预投射区域的区域面积过小影响用户的观看体验，在获取非障碍物区域中的矩形区域的步骤之后，控制器计算矩形区域的区域面积与投影图像的图像面积的第二比值，并设定第二比例阈值。如果第二比值大于第二比例阈值，说明矩形区域的区域面积满足区域面积条件，则将矩形区域确定为预投射区域。

需要说明的是，为了确保非障碍物区域是否符合用户实际环境和用户视觉机制，控制器在确定预投射区域时，如果查找的最大的矩形区域数量为多个，则在多个最大的矩形区域中提取以投影图形的中心点为扩展基线的矩形区域，以根据提取的矩形区域计算第二比值。

在一些实施例中，如果第二比值小于第二比例阈值，即非障碍物区域中最大的矩形区域的区域面积相对于投影图像的图像面积较小。控制器则执行更新非障碍物区域的过程。并在更新后的非障碍物区域中再次提取预投射区域，以根据预投射区域确定投影面中的投影区域。

在更新非障碍物区域的过程中，参见图12，控制器被配置为：计算第二目标集合中障碍物的质心坐标与投影内容图像的中心坐标之间的距离。提取第二目标集合中第一障碍物和第二障碍物；其中，第一障碍物为距离最小的障碍物，第二障碍物为障碍物面积最大的障碍物。计算第一障碍物的障碍物面积和第二障碍物的障碍物面积的第三比值。如果第三比值小于第三比例阈值，则删除第二目标集合中第一障碍物，以根据删除后的第二目标集合生成第三目标集合。进而，通过第三目标集合更新非障碍区域。其中，更新非障碍区域的步骤同上述基于第二目标集合确定非障碍区域的步骤，在此不再赘述。

在一些实施例中，在计算障碍物的中心坐标与投影内容图像的中心坐标之间的距离之前，控制器还被配置为：对第二目标集合中的障碍物进行面积排序，得到排序后的第二目标集合。例如，排序后的第二目标集合为[C₁，C₂，…，C_n]，即障碍物C₁面积最大，障碍物C_n面积最小。

可以理解的是，更新非障碍物区域的过程即为更新第二目标集合的过程。为了对第二目标集合进行更新，控制器被配置为：基于第二目标集合中障碍物的中心坐标与投影内容图像的中心坐标之间的距离，计算第二目标集合中障碍物对应的可信度参数。以根据可信度参数更新第二目标集合。其中，可信度参数用于表征障碍物与投影图像中心之间的距离。示例性的，可信度参数的数值范围[0，1]。如果障碍物对应的可信度参数数值越大，即表示障碍物的可信度高以及与投影图像中心之间的距离越小。反之，如果障碍物对应的可信度参数数值越小，即表示障碍物的可信度低以及与投影图像中心之间的距离越大。

示例性的，在计算可信度参数的步骤中，控制器执行图像几何矩形算法得到第二目标集合中每个障碍物对应的轮廓质心。将每个障碍物对应的轮廓质心执行欧式距离计算即可得到障碍物对应的可信度参数。

在一些实施例中，在基于可信度参数更新第二目标集合的过程中，例如，排序后的第二目标集合为[C₁，C₂，…，C_n]，可信度参数最大的障碍物为障碍物C_n-1。提取第二目标集合中可信度参数值最大的障碍物即障碍物C_n-1和障碍物面积最大的障碍物即障碍物C₁。计算障碍物C_n-1的障碍物面积和障碍物C₁的障碍物面积的第三比值，如果第三比值小于第三比例阈值，说明障碍物C_n-1对应的区域面积相对于障碍物C₁的障碍物面积较小。进而，可以将障碍物C_n-1对应的区域不作为障碍物处理。控制器在判定第三比值小于第三比例阈值后，删除第二目标集合中的障碍物C_n-1，进而完成第二目标集合的更新。

需要说明的是，如果基于更新后的第二目标集合确定的非障碍物区域仍无法确定预投射区域，控制器则再次执行更新第二目标集合的过程，直至在非障碍物区域提取预投射区域。

在上述根据可信度参数选择障碍物的过程中，本申请仅以选取可信度参数最大的障碍物为示例，优选的还可以选取可信度参数值在[0.5，1]范围内的障碍物。

由以上技术方案可知，本申请提供一种投影设备，投影设备中的控制器通过获取投影内容图像，对投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集。根据障碍物轮廓坐标集确定投影内容图像中的非障碍物区域。在非障碍物区域中提取预投射区域，预投射区域为在非障碍物区域内的矩形区域。根据预投射区域和相机700的拍摄参数计算投影面中的投影区域，以及控制光机200将播放内容投射至投影区域。以解决投影设备出现障碍物检测失败或障碍物检测后投影区域面积小，降低用户使用体验的问题。

在一些实施例中，本申请提出一种避障投影方法，应用于投影设备，投影设备包括光机、相机以及控制器；所述避障投影方法包括：获取用户输入的投影指令；响应于投影指令，获取投影内容图像；对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集；根据所述障碍物轮廓坐标集确定所述投影内容图像中的非障碍物区域；所述非障碍物区域中提取预投射区域，所述预投射区域为在所述非障碍物区域内的矩形区域；根据所述预投射区域和所述相机的拍摄参数计算所述投影面中的投影区域，以及控制所述光机将播放内容投射至所述投影区域。

在一些实施例中，方法还包括：根据所述障碍物轮廓坐标集获取障碍物集合，所述障碍物集合包括至少一个所述障碍物以及对应的轮廓层级；所述轮廓层级用于表征障碍物之间的外包或内嵌关系；根据所述轮廓层级对所述障碍物集合进行筛选，得到第一目标集合；其中，所述第一目标集合包括至少一个轮廓层级为最外层的障碍物；根据所述投影内容图像的图像面积对所述第一目标集合进行更新，得到第二目标集合，以根据第二目标集合确定所述非障碍物区域。

在一些实施例中，方法还包括：在根据所述投影内容图像的图像面积更新所述第一目标集合的步骤中，获取所述第一目标集合中每个障碍物对应的中心坐标、宽度和高度；据所述中心坐标、宽度和高度计算得到所述障碍物对应的障碍物面积；计算所述障碍物面积与所述图像面积的第一比值；如果所述第一比值小于第一比例阈值，则删除所述第一目标集合中所述障碍物，以根据删除后的所述第一目标集合生成所述第二目标集合。

在一些实施例中，方法还包括：在确定所述非障碍物区域的步骤中，获取所述第二目标集合中每个所述障碍物对应的轮廓坐标；在所述投影内容图像中移除所述轮廓坐标，以根据移除所述轮廓坐标后的所述投影内容图像确定所述非障碍物区域。

在一些实施例中，方法还包括：在所述非障碍物区域中提取预投射区域的步骤中，获取所述非障碍物区域中的矩形区域；遍历所述矩形区域内的像素点个数；提取像素点个数最多的所述矩形区域，以及计算所述矩形区域的区域面积与所述图像面积的第二比值；如果所述第二比值大于第二比例阈值，则将所述矩形区域确定为所述预投射区域。

在一些实施例中，方法还包括：计算所述第二目标集合中障碍物的质心坐标与所述投影内容图像的中心坐标之间的距离；提取所述第二目标集合中第一障碍物和第二障碍物；其中，所述第一障碍物为所述距离最小的障碍物，所述第二障碍物为所述障碍物面积最大的障碍物；计算所述第一障碍物的障碍物面积和所述第二障碍物的障碍物面积的第三比值；如果所述第三比值小于第三比例阈值，则删除所述第二目标集合中所述第一障碍物，以根据删除后的所述第二目标集合生成第三目标集合。

在一些实施例中，方法还包括：如果所述第二比值小于所述第二比例阈值，则根据所述第三目标集合更新所述非障碍物区域；在更新后的所述非障碍物区域中再次提取所述预投射区域，以根据所述预投射区域确定所述投影面中的所述投影区域。

在一些实施例中，方法还包括：在对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测的步骤之前，将所述投影内容图像进行灰度处理，得到灰度图像；利用边缘检测算法提取所述灰度图像中的边缘图像；对所述边缘图像进行去除噪声处理，得到去除噪声后的图像；利用阈值二值化算法分割所述去除噪声后的图像，得到前景图像和背景图像，以根据所述前景图像和背景图像执行障碍物的轮廓检测。

在一些实施例中，方法还包括：在利用阈值二值化算法分割所述去除噪声后的图像的步骤中，将所述去除噪声后的图像分割由相邻像素点所组合的多个图像区域；计算所述图像区域的像素值均值和方差；基于所述均值和方差确定所述图像区域中所述像素点的像素点阈值；遍历所述图像区域中的像素点；如果所述像素点的像素值大于所述像素点阈值，则基于所述像素点所在的区域生成所述前景图像；如果所述像素点的像素值小于所述像素点阈值，则基于所述像素点所在的区域生成所述背景图像。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参照即可，在此不再赘述。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分的方法。

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地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，被配置为将播放内容投射至投影面中的投影区域；

相机，被配置为拍摄所述投影面中投影内容图像；

控制器，被配置为：

获取用户输入的投影指令；

响应于所述投影指令，获取所述投影内容图像；

对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集；

根据所述障碍物轮廓坐标集确定所述投影内容图像中的非障碍物区域；

在所述非障碍物区域中提取预投射区域，所述预投射区域为在所述非障碍物区域内的矩形区域；

根据所述预投射区域和所述相机的拍摄参数计算所述投影面中的投影区域，以及控制所述光机将播放内容投射至所述投影区域。

2.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：

根据所述障碍物轮廓坐标集获取障碍物集合，所述障碍物集合包括至少一个所述障碍物以及对应的轮廓层级；所述轮廓层级用于表征障碍物之间的外包或内嵌关系；

根据所述轮廓层级对所述障碍物集合进行筛选，得到第一目标集合；其中，所述第一目标集合包括至少一个轮廓层级为最外层的障碍物；

根据所述投影内容图像的图像面积对所述第一目标集合进行更新，得到第二目标集合，以根据第二目标集合确定所述非障碍物区域。

3.根据权利要求2所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：

在根据所述投影内容图像的图像面积更新所述第一目标集合的步骤中，获取所述第一目标集合中每个障碍物对应的中心坐标、宽度和高度；

根据所述中心坐标、宽度和高度计算得到所述障碍物对应的障碍物面积；

计算所述障碍物面积与所述图像面积的第一比值；

如果所述第一比值小于第一比例阈值，则删除所述第一目标集合中所述障碍物，以根据删除后的所述第一目标集合生成所述第二目标集合。

4.根据权利要求3所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：

在确定所述非障碍物区域的步骤中，获取所述第二目标集合中每个所述障碍物对应的轮廓坐标；

在所述投影内容图像中移除所述轮廓坐标，以根据移除所述轮廓坐标后的所述投影内容图像确定所述非障碍物区域。

5.根据权利要求4所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：

在所述非障碍物区域中提取预投射区域的步骤中，获取所述非障碍物区域中的矩形区域；

遍历所述矩形区域内的像素点个数；

提取像素点个数最多的所述矩形区域，以及计算所述矩形区域的区域面积与所述图像面积的第二比值；

如果所述第二比值大于第二比例阈值，则将所述矩形区域确定为所述预投射区域。

6.根据权利要求5所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：

计算所述第二目标集合中障碍物的质心坐标与所述投影内容图像的中心坐标之间的距离；

提取所述第二目标集合中第一障碍物和第二障碍物；其中，所述第一障碍物为所述距离最小的障碍物，所述第二障碍物为所述障碍物面积最大的障碍物；

计算所述第一障碍物的障碍物面积和所述第二障碍物的障碍物面积的第三比值；

如果所述第三比值小于第三比例阈值，则删除所述第二目标集合中所述第一障碍物，以根据删除后的所述第二目标集合生成第三目标集合。

7.根据权利要求6所述的投影设备，其特征在于，所述控制器还被配置为：

如果所述第二比值小于所述第二比例阈值，则根据所述第三目标集合更新所述非障碍物区域；

在更新后的所述非障碍物区域中再次提取所述预投射区域，以根据所述预投射区域确定所述投影面中的所述投影区域。

8.根据权利要求1所述的投影设备，其特征在于，所述控制器被配置为：

在对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测的步骤之前，将所述投影内容图像进行灰度处理，得到灰度图像；

利用边缘检测算法提取所述灰度图像中的边缘图像；

对所述边缘图像进行去除噪声处理，得到去除噪声后的图像；

利用阈值二值化算法分割所述去除噪声后的图像，得到前景图像和背景图像，以根据所述前景图像和背景图像执行障碍物的轮廓检测。

9.根据权利要求8所述的投影设备，其特征在于，所述控制器被配置为：

在利用阈值二值化算法分割所述去除噪声后的图像的步骤中，将所述去除噪声后的图像分割由相邻像素点所组合的多个图像区域；

计算所述图像区域的像素值均值和方差；

基于所述均值和方差确定所述图像区域中所述像素点的像素点阈值；

遍历所述图像区域中的像素点；

如果所述像素点的像素值大于所述像素点阈值，则基于所述像素点所在的区域生成所述前景图像；

如果所述像素点的像素值小于所述像素点阈值，则基于所述像素点所在的区域生成所述背景图像。

10.一种避障投影方法，其特征在于，应用于投影设备，所述投影设备包括光机、相机以及控制器；所述避障投影方法包括：

获取用户输入的投影指令；

响应于投影指令，获取投影内容图像；

对所述投影内容图像执行障碍物的轮廓检测，得到障碍物轮廓坐标集；

根据所述障碍物轮廓坐标集确定所述投影内容图像中的非障碍物区域；

在所述非障碍物区域中提取预投射区域，所述预投射区域为在所述非障碍物区域内的矩形区域；

根据所述预投射区域和所述相机的拍摄参数计算所述投影面中的投影区域，以及控制所述光机将播放内容投射至所述投影区域。

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