CN115314689A - 投影校正方法、装置、投影仪和计算机程序产品 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种投影校正方法、装置、投影仪、存储介质和计算机程序产品，在投影仪中设置有摄像装置，首先投影仪将校正图案投影到投影仪对应的显示平面中，此时摄像装置可对显示内容进行图像采集得到对应的拍摄图像，之后获取拍摄图像中与校正图案的特征点对应的位置点的摄像头坐标系下的坐标，也即拍摄特征点坐标。然后结合预设投影特征点坐标和拍摄特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像变换到投影画面所需的单应矩阵，并依据单应矩阵和预设投影仪参数，进行校正分析，得到所需的校正参数，并以此进行投影校正操作。在有校正需求时，获取拍摄特征点坐标即可实现投影仪的自动校正，无需用户手动进行调整，有效提高投影仪的使用便利性。
Description
技术领域
本申请涉及投影技术领域，特别是涉及一种投影校正方法、装置、投影仪和计算机程序产品。
背景技术
投影仪是一种可以将图像或视频投射到显示平面进行显示的设备。随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的提高，投影仪在日常生产、生活和学习中使用越来越广泛，给人们带来了极大的便利。
投影仪在使用过程中，往往会由于投影仪移动或显示平面的变动，使得投影仪的镜头与显示平面之间出现偏差，最终投射到显示平面的图像或视频发生畸变，不利于用户查看。此时需要用户对镜头或显示平面(如幕布)等进行手动调整，导致传统的投影仪操作便利性较差。
发明内容
基于此，有必要提供一种投影校正方法、装置、投影仪和计算机程序产品，能够提高投影仪的操作便利性。
第一方面，本申请提供了一种投影校正方法，包括：
获取拍摄特征点坐标；所述拍摄特征点坐标为拍摄图像中与校正图案的特征点对应位置点，在摄像头坐标系下的坐标；所述拍摄图像为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，所述投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到；根据所述拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；所述预设投影特征点坐标为所述校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标；根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正。
上述投影校正方法，在投影仪中设置有摄像装置，在进行投影校正时，首先投影仪将校正图案投影到投影仪对应的显示平面中，此时摄像装置可对显示内容进行图像采集得到对应的拍摄图像，之后获取拍摄图像中与校正图案的特征点对应的位置点的摄像头坐标系下的坐标，也即拍摄特征点坐标。然后结合预设投影特征点坐标和拍摄特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像变换到投影画面所需的单应矩阵，并依据单应矩阵和预设投影仪参数，进行校正分析，得到所需的校正参数，并以此进行投影校正操作。上述方案，只需在投影仪配备摄像装置，在有校正需求时，获取拍摄特征点坐标之后，即可实现投影仪的自动校正，无需用户手动进行调整，有效提高投影仪的使用便利性。
第二方面，本申请还提供了一种投影校正装置，包括：
坐标获取模块，用于获取拍摄特征点坐标；所述拍摄特征点坐标为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，所述投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到的拍摄图像中，与所述校正图案的特征点对应的位置点在摄像头坐标系下的坐标；单应矩阵分析模块，用于根据所述拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；所述预设投影特征点坐标为所述校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标；校正参数分析模块，用于根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；校正控制模块，用于根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正。
第三方面，本申请还提供了一种投影仪。所述投影仪包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
获取拍摄特征点坐标；所述拍摄特征点坐标为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，所述投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到的拍摄图像中，与所述校正图案的特征点对应的位置点在摄像头坐标系下的坐标；根据所述拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；所述预设投影特征点坐标为所述校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标；根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正。
第四方面，本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取拍摄特征点坐标；所述拍摄特征点坐标为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，所述投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到的拍摄图像中，与所述校正图案的特征点对应的位置点在摄像头坐标系下的坐标；根据所述拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；所述预设投影特征点坐标为所述校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标；根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正。
附图说明
图1为本申请一实施例中投影校正方法应用场景示意图；
图2为本申请一实施例中投影校正方法流程示意图；
图3为本申请一实施例中投影画面显示梯形示意图；
图4为本申请另一实施例中投影画面显示梯形示意图；
图5为本申请一实施例中校正图案示意图；
图6为本申请另一实施例中校正图案示意图；
图7为本申请又一实施例中校正图案示意图；
图8为本申请一实施例中不同坐标系图像的单应变换示意图；
图9为本申请一实施例中不同坐标系图像的旋转平移示意图；
图10为本申请另一实施例中投影校正方法流程示意图；
图11为本申请又一实施例中投影校正方法流程示意图；
图12为本申请再一实施例中投影校正方法流程示意图；
图13为本申请另一实施例中投影校正方法流程示意图；
图14为本申请又一实施例中投影校正方法流程示意图；
图15为本申请一实施例中平面单应性测量示意图；
图16为本申请再一实施例中投影校正方法流程示意图；
图17为本申请另一实施例中投影校正方法流程示意图；
图18为本申请另一实施例中投影校正方法流程示意图；
图19为本申请又一实施例中投影校正方法流程示意图；
图20为本申请再一实施例中投影校正方法流程示意图；
图21为本申请一实施例中投影校正装置结构示意图；
图22为本申请另一实施例中投影校正装置结构示意图；
图23为本申请一实施例中投影仪的内部结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请实施例所公开的投影校正方法，应用于配置有摄像装置102的投影仪中，具体可结合参阅图1，本申请所提供的投影仪包括摄像装置102和投影仪本体104，投影仪投射的投影画面在显示平面106进行显示。显示平面106具体可以是投影幕布，也可以是墙面或桌面等，对此并不作限定。摄像装置102设置于投影仪本体104，且在投影仪本体104的具体位置并不是唯一的，可以是外置于投影仪本体104，也可以是设置在投影仪本体104的壳体内，只要能够实现对显示平面106的投影画面的拍摄采集均可。进一步地，摄像装置102的数量也并不是唯一的，可以是一个或多个，为了便于理解本申请的技术方案，也为了节省摄像资源，下面均以摄像装置102的数量为一个，且设置于投影仪本体104的壳体内进行解释说明。
请参阅图2，一种投影校正方法，包括步骤202、步骤204、步骤206和步骤208。
步骤202，获取拍摄特征点坐标。
具体地，拍摄特征点坐标为拍摄图像中与校正图案的特征点对应的位置点，在摄像头坐标系下的坐标；拍摄图像为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到。
校正图案即为预先存储在投影仪中，用来进行投影校验的图像，其可在投影仪生产过程中，预先存储在投影仪的存储器件(可以是单独的存储器，也可以是具备存储功能的处理器)中，当后续有投影校正需求时，直接调用校正图案即可。也可以是在投影仪生产完成后，出厂之前，存储在投影仪的存储器件中。也可以是通过其他方式存储在投影仪的存储器件中。
显示平面即为用来接收投影仪投射出来的图像或者视频的平面，显示平面的具体类型并不是唯一的，只要保证能够将投射到其表面的图像或者视频进行显示即可。例如，在一个实施例中，显示平面具体为与投影仪对应的显示幕布，对应的显示幕布表面即为显示平面。在另一个实施例中，还可以是直接将需要显示的图像或视频投影到墙壁进行显示，对应的墙面即可看作显示平面。
投影仪在进行投影的过程中，若镜头平面与显示平面不平行，或者投影仪投射方向与显示平面不垂直时，往往会导致最终投射在显示平面的投影图像发生畸变。例如，请参阅图3或图4，在一个实施例中，投影仪正投影时，显示平面正常显示的是矩形画面(也即图示中的ABCD所围成的矩形区域)，但当投影仪水平或者垂直有偏转时，投影到显示平面的将会是梯形画面(也即图示BCEF所围成的区域)。因此，对投影仪进行投影校正，使其显示矩形画面以供用户观看，显得尤为重要。
本申请所提供的投影仪中，除了与常规投影仪相同的投影仪本体之外，还设置有摄像装置，当有投影校正需求时，投影仪的处理器首先控制投影仪向显示平面投射出校正图案对应的显示画面，摄像装置可对投影仪投影到显示平面的内容进行图像采集，得到相应的图像数据。
摄像装置与投影仪的处理器相连，在一个实施例中，当投影仪有校正需求时，处理器可通过下发开启指令至摄像装置，从而控制摄像装置开启对校正图案在显示平面的显示内容进行图像采集，进而实现拍摄特征点坐标的获取。
可以理解，在另一个实施例中，还可以是投影仪开启之后，摄像装置也随之开启，在投影仪运行期间，摄像装置实时对显示平面的显示内容进行图像采集，并将图像采集结果发送至处理器。当投影仪有投影校正需求时，处理器只需控制投影仪输出校正图案，并接收摄像采集装置当前采集并发送的图像采集结果，即可实现相应的投影校正操作。
应当指出的是，校正图案的具体类型并不是唯一的，其可以是图5所示的AprilTag(视觉基准库)图案、图6所示的圆点图案或者是图7所示的棋盘格图案。还可以是AprilTag图案、圆点图案和棋盘格图案中的至少两种的组合，具体采用何种形式，结合实际场景进行选择即可。
可以理解，在一个较为详细的实施例中，投影仪只需设置一个摄像装置进行投影内容的图像采集，即可满足投影校正需求，避免不必要的摄像资源浪费。
步骤204，根据拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵。
具体地，单应变换分析即为通过已知的不同坐标系下的点，进行逆推得到其中一个坐标系下的点变换到另一个坐标系下的点时，所需满足的映射关系，该映射关系可以用单应矩阵体现。预设投影特征点坐标为校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标。投影画面为投影仪将所需投射的内容(可以是图像或者视频)投射到显示平面时，显示平面上所显示的内容。校正图案在投影仪中设置好之后，由于投影仪坐标系固定，对应的校正图案中各个特征点在投影仪坐标系中的坐标也就相对固定，并不会随着投影仪的使用时间增加而发生改变。校正图案中，选择哪些点作为特征点并不是唯一的，可以是校正图案的顶点、对角线上的点或者是对角线交点等，具体结合实际校正图案进行选取即可。因此，在该实施例的技术方案中，可将校正图案在投影仪坐标中的特征点的坐标(也即预设投影特征点坐标)预先测量存储在投影仪的存储器件中，在使用时直接从存储器件中调用即可。
单应也即单应性变换，又称射影变换，它把一个射影平面上的点映射到另一个射影平面上，并且把直线映射为直线，具有保线性质。在一个实施例中，单应矩阵可用一个3×3的非奇异齐次矩阵H表示，可结合参阅图8。在已经得知两个图像之间的单应的基础上，则可通过单应矩阵将两个图像关联起来，具体可表示为：
其中，X1表示第一个图像中的点，X2表示第二个图像中的点，也即可以通过单应矩阵H将第二个图像变换到第一个图像。
因此，本申请的技术方案，在获取拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标之后，将会进行计算分析得到能够使得拍摄图像变换到投影画面时所需的单应矩阵，以此进行投影校正，以保证最终校正之后的投影图案呈矩形显示，便于用户观看。
步骤206，根据单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数。
具体地，校正参数即为将当前发生畸变的投影画面校正为正常显示的投影画面时，投影仪所需的运行控制参数。预设投影仪参数即为投影仪中预先存储的投影仪自身相关的参数。处理器在得到单应矩阵之后，将会结合单应矩阵以及预设投影仪参数进行进一步分析，得到显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量和显示平面到投影仪坐标系的原点的距离。
应当指出的是，预设投影仪参数的具体类型并不是唯一的，在一个实施例中，预设投影仪参数包括摄像装置内参、投影仪内参、摄像头坐标系到投影仪坐标系的旋转矩阵和平移矩阵中的至少一种。进一步地，在一个较为详细的实施例中，预设投影仪参数可同时包括摄像装置内参、投影仪内参、摄像头坐标系到投影仪坐标系的旋转矩阵和平移矩阵。
为了便于理解上述的旋转矩阵和平移矩阵，下面以摄像头坐标系相对世界坐标系为例进行解释说明。请结合参阅图9，摄像装置相对世界坐标而言，有一定的视角和相对平移量，所以世界坐标系上的Pw点到摄像头坐标系上的点Pc需要通过旋转并平移，也就是旋转平移之后得到即：Pc＝R1*Pw+t1，其中R1为旋转矩阵，t1为平移矩阵。
对于同一投影仪，在摄像装置以及投影仪本体选定的情况下，摄像装置内参以及投影仪内参为固定值，其并不会随着使用时间而发生变化，故可通过预设的形式存储在投影仪的存储器件中，当需要使用时直接调用即可。同样的，在投影仪的摄像装置固定设置在投影仪本体，得到本申请的投影仪之后，摄像头坐标系到投影仪坐标系的旋转矩阵和平移矩阵也就随之确定。故同样可通过预先测定的方式，将旋转矩阵和平移矩阵预存在投影仪的存储器件中，后续投影校正过程中直接调用即可。
步骤208，根据校正参数对投影仪进行投影校正。
具体地，处理器在得到校正参数之后，直接以校正参数控制投影仪的镜头运行，使得最终投射到显示平面的投影画面正常显示，即可实现相应的校正操作。可以理解，具体地校正操作并不是唯一的，根据上述校正分析得到的校正参数不同，校正实现方式也会有一定的区别，具体应当结合实际得到的校正参数类型进行选择。
上述投影校正方法，在投影仪中设置有摄像装置，在进行投影校正时，首先投影仪将校正图案投影到投影仪对应的显示平面中，此时摄像装置可对显示内容进行图像采集得到对应的拍摄图像，之后获取拍摄图像中与校正图案的特征点对应的位置点的摄像头坐标系下的坐标，也即拍摄特征点坐标。然后结合预设投影特征点坐标和拍摄特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像变换到投影画面所需的单应矩阵，并依据单应矩阵和预设投影仪参数，进行校正分析，得到所需的校正参数，并以此进行投影校正操作。上述方案，只需在投影仪配备摄像装置，在有校正需求时，获取拍摄特征点坐标之后，即可实现投影仪的自动校正，无需用户手动进行调整，有效提高投影仪的使用便利性。
请参阅图10，在一个实施例中，步骤202包括步骤302和步骤304。
步骤302，接收投影仪的摄像装置发送的图像数据；步骤304，在摄像头坐标系下对图像数据进行特征点提取，得到拍摄特征点坐标。
具体地，图像数据通过摄像装置对校正图案投射到显示平面进行显示时的显示内容进行图像采集得到。本实施例的技术方案中，投影仪获取拍摄特征点坐标时，首先获取摄像装置发送的图像数据，之后处理器自身对接收的图像数据进行特征点提取，得到在摄像头坐标系下，各个特征点的坐标，也即得到最终的拍摄特征点坐标。
可以理解，特征点提取的方式并不是唯一的，只要保证所提取的特征点与预设投影特征点坐标中的特征点一致即可，例如，在一个实施例中，可采用SURF特征点提取算法、SIFT特征点提取算法或者Harris特征点提取算法等实现，对此本申请并不做具体限定。
通过本实施的技术方案，利用处理器对摄像装置采集并发送的图像数据进行分析计算，得到拍摄特征点坐标，摄像装置只需实现简单的图像采集操作即可。该方案对摄像装置的要求较低，即使采用低成本、低像素的摄像装置也能完成本申请所提供的投影校正方法，在一定程度上降低投影仪成本。
应当指出的是，在另外的实施例中，处理器进行拍摄特征点坐标获取时，还可以是将拍摄特征点坐标的计算分析放在摄像装置实现，摄像装置最终得到拍摄特征点坐标之后，将拍摄特征点坐标发送至投影仪的处理器即可。通过该方案，利用摄像装置实现拍摄特征点坐标的分析计算，可减少处理器的数据处理量，提高处理器的运行效率。
请参阅图11，在一些实施例中，步骤202之前，该方法还包括步骤201。
步骤201，检测投影仪是否满足投影校正条件。若满足投影校正条件，则执行获取拍摄特征点坐标的操作。
具体地，本申请所提供的投影校正方法是在投影仪有校正需求，也即投影仪投射到显示平面的投影画面出现畸变的情况下进行的，而在投影仪正常投射投影画面的情况下，也就没有投影校正的必要。因此，在本实施例的技术方案中，首先需要通过处理器进行投影仪是否满足投影校正条件的检测操作，在满足投影校正条件的情况下，才会开启执行相应的校正操作。通过本实施例的技术方案，可在投影仪满足投影校正条件的情况下，开启进行校正操作，从而有效避免投影画面显示畸形。
应当指出的是，在一个实施例中，投影仪在上电开启运行之后，将会持续进行是否满足投影校正条件的检测操作，以便于当投影仪的投影画面出现畸变(例如投影画面呈梯形)时，处理器能够及时通过本申请所提供的投影校正方法进行校正操作，保证投影画面的正常显示。
可以理解，处理器在对投影仪进行是否满足投影校正条件的检测时，具体检测方式并不是唯一的，请参阅图12，在一些实施例中，步骤201包括步骤122和步骤124。
步骤122，获取投影仪的加速度检测器采集并发送的加速度参数；步骤124，将加速度参数与预设参数阈值进行比较。若加速度参数大于预设参数阈值，则认为满足投影校正条件。
具体地，加速度检测器是一种能够感受加速度并转换成电信号进行输出的器件。投影仪本体设置有加速度检测器，当投影仪发生移动时，能够被加速度检测器检测得到，并转换为电信号(也即加速度参数)输出至处理器。处理器将接收的加速度参数与其预存的预设参数阈值进行比较分析，若判断加速度参数大于预设参数阈值，则说明投影仪发生较大的移动，该移动足以导致投影仪的镜头与投影平面之间出现偏差，使得投射到显示平面的投影画面畸变。故在加速度参数大于预设参数阈值的情况下，处理器将会开启执行本申请各个实施例所提供的投影校正方法，进行投影校正操作。相应的，若加速度参数小于预设参数阈值，则认为投影仪未发生移动，或者仅是微小的变动，不足以使得投影仪的镜头与显示平面之间出现偏差，此时则无需开启进行投影校正，只需进行正常的投影显示即可。
上述方案，在投影仪中设置有加速度检测器，该加速度检测实时进行投影机加速度的检测操作，即使是投影仪未进行投影操作，也能在投影仪发生较大移动时，启动投影校正操作，保证投影仪发生较大移动后，仍能在显示平面实现正常的投影显示。
请参阅图13，在一些实施例中，步骤201包括步骤132和步骤134。
步骤132，获取投影仪的摄像装置对显示平面的投影画面进行图像采集并发送的图像参数；步骤134，根据图像参数判断投影画面是否发生变形，若投影画面发生变形，则认为满足投影校正条件。
具体地，投影画面发生变形指的是投影画面呈梯形，或者是投影画面无法在显示平面完全显示等。本实施例的技术方案中，摄像装置除了在进行投影校正过程中，对校正图案投射到显示平面的显示内容进行图像采集之外，在校正操作未开启之前，还能对投影仪投射到显示平面的投影画面进行图像采集，得到对应的图像参数，并发送至处理器。之后处理器结合所接收的图像参数进行分析，即可判断出投影画面是否发生变形。
可以理解，判断投影画面是否发生变形的实现方式并不是唯一的，在一个实施例中，可以是通过图像识别技术，识别出图像参数中投影画面的轮廓和显示平面的边缘，判断投影画面的轮廓是否位于显示平面的边缘所围成的区域中，或者是判断投影画面的轮廓是否呈矩形，且投影画面的四条边是否分别与显示平面的边缘所在直线平行等。
上述方案，通过实际检测投影仪开投射形成的投影画面是否发生变形，实现投影仪是否需要开启进行投影校正的检测，将校正操作与实际投射内容相结合，具有检测精度高的优点。
请参阅图14，在一些实施例中，步骤204包括步骤142。
步骤142，根据拍摄特征点坐标、预设投影特征点坐标和预设归一化模型进行计算，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵。
具体地，可将投影仪本体看成是一个相机系统，摄像装置作为另一个相机系统，则投影校正的问题，可转换为两个不同相机之间对平面的单应性测量，可结合参阅图15。在空间中，设投影面在投影仪坐标系下的平面为
其中
为平面法向量，为投影仪原点到平面的距离，则投影面上的点P，满足：nTP+d＝0。
经过整理可得到：
假设投影仪坐标系上的点到摄像头坐标系时，需要经过旋转、平移的矩阵分别为R、t，则投影仪坐标系的点P，在摄像头坐标系下的坐标为：P′＝RP+t，其归一化后在拍摄的图像中满足p1＝K1P′，其中，p1为投影仪坐标系下的一点，K1为摄像头的内参，则有：
其中，K2为投影仪内参，p2为投影仪坐标系下的一个点，n为显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量的坐标。
因此，可到预设归一化模型：p1＝H21*p2，其中，H21为单应矩阵。再该归一化模型中，p1为摄像头坐标系中的一个点，可以替换为拍摄特征点坐标，对应的，p2为投影仪坐标系中的一个点，可将其替换为预设投影仪参数。综上，结合预设归一化模型：p1＝H21*p2，将各个拍摄特征点坐标和对应的预设投影特征点坐标带入，即可计算得到单应矩阵。
请参阅图16，在一些实施例中，校正参数包括显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量，步骤206包括步骤162。
步骤162，根据单应矩阵、预设投影仪参数和预设单应矩阵模型进行校正分析，得到平面法向量。
具体地，如上述实施例所示，结合预设归一化模型、拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行计算，可得到单应矩阵H21。而通过上述理论推导可知，单应矩阵
也即可得到预设单应矩阵模型为：
在上述单应矩阵模型中，在投影仪确定的情况下，K1、K2、R、t均为固定值，以预设的形式存储在投影仪的存储器件中，因此，将所计算得到的单应矩阵带入分析，即可得到n和d。n为显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量的坐标，也即得到显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量
由于单应矩阵计算时所带入的坐标点，分别为摄像头坐标系下的拍摄特征点坐标和投影仪坐标系下的预设投影特征点坐标，而拍摄特征点坐标基于显示对平面显示内容进行拍摄得到。那么所计算得到的n为显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量的坐标，也即得到显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量
进一步地，在一些实施例中，请结合参阅图17，步骤208包括步骤172。
步骤172，根据平面法向量进行投影反变换，对投影仪投射到显示平面的投影画面进行梯形校正。
具体地，投影反变换也即将投影画面(本身为矩形，被投射为梯形)做一次投射变换的纠正(也即反梯形变换)，可让投射出去的画面回归矩形。处理器在计算得到平面法向量之后，结合该平面法向量即可得到当前投影画面相对正常显示时所需的偏转角，结合平面法向量分析得到该偏转角大小之后，控制投影仪的镜头进行对应大小的偏转，即可将投射为矩形的投影画面校正为正常矩形显示。通过该方案，可实现投影画面的梯形自动校正，避免投影仪在投影过程中出现梯形画面，提高投影仪的投影画面显示可靠性。
请参阅图18，在一些实施例中，校正参数还包括显示平面到投影仪坐标系的原点的距离，步骤206包括步骤182。
步骤182，根据单应矩阵、预设投影仪参数和预设单应矩阵模型进行校正分析，得到距离。
具体地，与上述平面法向量的分析方式一致，结合预设归一化模型、拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行计算，可得到单应矩阵H21。而通过上述理论推导可知，单应矩阵
也即可得到预设单应矩阵模型为：
在上述单应矩阵模型中，在投影仪确定的情况下，K1、K2、R、t均为固定值，以预设的形式存储在投影仪的存储器件中。因此，将所计算得到的单应矩阵带入分析，即可得到d。
请结合参阅图19，在一些实施例中，步骤208包括步骤192。
步骤192，根据距离对投影仪进行对焦校正。
具体地，当计算得到的显示平面到投影仪坐标系的原点的距离之后，可用来进行投影仪的快速对焦校正。根据计算得到的距离，控制步进电机运行，从而推动镜头移动到所需位置，可实现快速甚至无感对焦，提高投影仪的投影画面显示可靠性。
可以理解，在一个较为详细的实施例中，校正参数同时包括显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量，以及显示平面到投影仪坐标系的原点的距离。故在该实施例的方案中，可同时根据单应矩阵、预设投影仪参数和预设单应矩阵模型进行校正分析，得到平面法向量以及距离。最终在进行投影校正时，梯形校正与对焦校正，可分别单独进行，也可同时进行，在第一实施例中，可根据平面法向量进行投影反变换，对投影仪投射到显示平面的投影画面进行梯形校正。在第二实施例中，则可根据距离对投影仪进行对焦校正。在第三实施例中，则可以在根据平面法向量实现梯形校正的同时，根据距离对投影仪进行对焦校正。
上述方案，校正参数同时包括显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量，以及显示平面到投影仪坐标系的原点的距离。此时可根据实际情况，对有梯形校正和投影校正类型的投影仪，选择平面法向量进行梯形校正的同时，利用距离实现对焦校正，有效提高投影仪的投影校正效率。
请参阅图20，在一些实施例中，步骤192包括步骤212和步骤214。
步骤212，根据距离和预设对焦模型进行对焦分析，得到投影仪的镜头位置参数；步骤214，控制投影仪的镜头移动到镜头位置参数对应的位置。
具体地，与摄像装置相同，投影仪的镜头也是透镜，只是投影仪的发光位置作为物距，变化范围较小，成像面却是有较大的范围，但在投影仪中同样满足：
其中，u为物距，v为相距，f为焦距。投影仪对焦时，可理解为微调物距u(也即发光位置)进而改变相距v，使得此时的相距刚好和投影仪与显示平面的距离一致，即可成清晰的投影画面。若预知相距，可大幅度提升对焦速度。因此，该实施例的技术方案中，投影仪的焦距f为固定值，可预先存储在处理器中，将显示平面到投影仪坐标系的原点的距离d作为相距v，带入预设对焦模型
中，即可计算出镜头应该处在的位置u，也即镜头位置参数。之后处理器结合该镜头位置参数，推动步进电机运动一定大小，刚好使得镜头运动到镜头位置参数对应的位置，即可完成快速甚至无感对焦。
为了便于理解本申请的技术方案，下面结合一个比较详细的实施例对本申请进行解释说明。投影仪具体包括投影仪本体和摄像装置两部分，而在投影仪本体中，进一步设置有加速度检测器和处理器，处理器具备存储功能，存储有预设投影仪参数、预设投影特征点坐标、校正图案、预设归一化模型以及预设单应矩阵模型等。投影仪安装完成并接通电源之后，无论是投影仪处于使用过程中还是待机状态，设置于投影仪的加速度检测器均会实时进行加速度检测，得到加速度参数并发送至处理器。在投影仪发生较大移动时，处理器分析得到加速度参数大于预设参数阈值，此时将会开启进行投影校正操作。
首先，在处理器的控制下，投影仪向显示平面投射校正图案，同时处理器控制摄像装置开启运行，对投射到显示平面的内容进行图像采集，得到拍摄图像对应的图像数据，并将图像数据传输到处理器。处理器接收图像数据之后进行特征点提取，得到与校正图案的特征点相同位置点在摄像头坐标系下的坐标，也即得到拍摄特征点坐标。之后处理器调用预设投影特征点坐标和预设归一化模型：p1＝H21*p2，将p1替换为拍摄特征点坐标，p2替换为预设投影特征点坐标，将各个坐标数据依次带入，即可计算得到单应矩阵H21。
然后处理器将计算得到的单应矩阵H21、预设投影仪参数(包括摄像装置内参K1、投影仪内参K2、旋转矩阵R和平移矩阵t)带入预设单应矩阵模型
即可得到显示平面相对投影仪坐标系的平面法向量和显示平面到投影仪坐标系的原点的距离。
最终处理器结合平面法向量进行所需调整的夹角分析，控制投影仪的镜头旋转对应角度，对投射至显示平面的投影画面进行反梯形变换，保证最终显示的投影画面呈矩形，便于用户观察。同时，还将距离带入预设对焦模型
中，用距离替换相距v，带入已知的焦距f，求解出所需的物距u，也即镜头位置参数，通过控制步进电机将镜头移动到镜头位置参数对应的位置，实现快速对焦。
应该理解的是，虽然如上的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
基于同样的构思，本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的投影校正方法的投影校正装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个投影校正装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于投影校正方法的限定，在此不再赘述。
在一些实施例中，如图21所示，提供了一种投影校正装置，包括：坐标获取模块211、单应矩阵分析模块213、校正参数分析模块215和校正控制模块217。
坐标获取模块211用于获取拍摄特征点坐标；拍摄特征点坐标为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到的拍摄图像中，与校正图案的特征点对应的位置点在摄像头坐标系下的坐标；单应矩阵分析模块213用于根据拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；预设投影特征点坐标为校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标；校正参数分析模块215用于根据单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；校正控制模块217用于根据校正参数对投影仪进行投影校正。
在一些实施例中，坐标获取模块211还用于接收投影仪的摄像装置发送的图像数据；在摄像头坐标系下对图像数据进行特征点提取，得到拍摄特征点坐标。
请参阅图22，在一些实施例中，坐标获取模块211之前，该装置还包括投影校正判断模块222。投影校正判断模块222用于检测投影仪是否满足投影校正条件。若满足投影校正条件，则控制坐标获取模块211执行获取拍摄特征点坐标的操作。
在一些实施例中，投影校正判断模块222还用于获取投影仪的加速度检测器采集并发送的加速度参数；将加速度参数与预设参数阈值进行比较。若加速度参数大于预设参数阈值，则认为满足投影校正条件。
在一些实施例中，投影校正判断模块222还用于获取投影仪的摄像装置对显示平面的投影画面进行图像采集并发送的图像参数；根据图像参数判断投影画面是否发生变形。若投影画面发生变形，则认为满足投影校正条件。
在一些实施例中，单应矩阵分析模块213还用于根据拍摄特征点坐标、预设投影特征点坐标和预设归一化模型进行计算，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵。
在一些实施例中，校正参数分析模块215还用于根据单应矩阵、预设投影仪参数和预设单应矩阵模型进行校正分析，得到平面法向量。
在一些实施例中，校正参数分析模块215还用于根据单应矩阵、预设投影仪参数和预设单应矩阵模型进行校正分析，得到距离。
在一些实施例中，校正控制模块217还用于根据平面法向量进行投影反变换，对投影仪投射到显示平面的投影画面进行梯形校正。
在一些实施例中，校正控制模块217还用于根据距离对投影仪进行对焦校正。
在一些实施例中，校正控制模块217还用于根据距离和预设对焦模型进行对焦分析，得到投影仪的镜头位置参数；控制投影仪的镜头移动到镜头位置参数对应的位置。
上述投影校正装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
上述投影校正装置，在投影仪中设置有摄像装置，在进行投影校正时，首先投影仪将校正图案投影到投影仪对应的显示平面中，此时摄像装置可对显示内容进行图像采集得到对应的拍摄图像，之后获取拍摄图像中与校正图案的特征点对应的位置点的摄像头坐标系下的坐标，也即拍摄特征点坐标。然后结合预设投影特征点坐标和拍摄特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像变换到投影画面所需的单应矩阵，并依据单应矩阵和预设投影仪参数，进行校正分析，得到所需的校正参数，并以此进行投影校正操作。上述方案，只需在投影仪配备摄像装置，在有校正需求时，获取拍摄特征点坐标之后，即可实现投影仪的自动校正，无需用户手动进行调整，有效提高投影仪的使用便利性。
在一个实施例中，提供了一种投影仪，其内部结构图可以如图23所示。该投影仪包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口和输入装置。其中，该投影仪的处理器用于提供计算和控制能力。该投影仪的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该投影仪的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、移动蜂窝网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种投影校正方法。
本领域技术人员可以理解，图23中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的投影仪的限定，具体的投影仪可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，本申请还提供了一种投影仪，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取拍摄特征点坐标；根据拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；根据单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；根据校正参数对投影仪进行投影校正。
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取拍摄特征点坐标；根据拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；根据单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；根据校正参数对投影仪进行投影校正。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory，PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory，DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
上述投影仪和计算机程序产品，在进行投影校正时，首先投影仪将校正图案投影到投影仪对应的显示平面中，此时摄像装置可对显示内容进行图像采集得到对应的拍摄图像，之后获取拍摄图像中与校正图案的特征点对应的位置点的摄像头坐标系下的坐标，也即拍摄特征点坐标。然后结合预设投影特征点坐标和拍摄特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像变换到投影画面所需的单应矩阵，并依据单应矩阵和预设投影仪参数，进行校正分析，得到所需的校正参数，并以此进行投影校正操作。上述方案，只需在投影仪配备摄像装置，在有校正需求时，获取拍摄特征点坐标之后，即可实现投影仪的自动校正，无需用户手动进行调整，有效提高投影仪的使用便利性。
以上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申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (14)
1.一种投影校正方法，其特征在于，包括：
获取拍摄特征点坐标；所述拍摄特征点坐标为拍摄图像中与校正图案的特征点对应位置点，在摄像头坐标系下的坐标；所述拍摄图像为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，所述投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到；
根据所述拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；所述预设投影特征点坐标为所述校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标；
根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；
根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正。
2.根据权利要求1所述的投影校正方法，其特征在于，所述获取拍摄特征点坐标，包括：
接收投影仪的摄像装置发送的图像数据；所述图像数据通过所述摄像装置对所述校正图案投射到所述显示平面进行显示时的显示内容进行图像采集得到；
在摄像头坐标系下对所述图像数据进行特征点提取，得到拍摄特征点坐标。
3.根据权利要求1所述的投影校正方法，其特征在于，所述获取拍摄特征点坐标之前，还包括：
检测投影仪是否满足投影校正条件；
若满足所述投影校正条件，则执行所述获取拍摄特征点坐标的步骤。
4.根据权利要求3所述的投影校正方法，其特征在于，所述检测投影仪是否满足投影校正条件，包括：
获取投影仪的加速度检测器采集并发送的加速度参数；
将所述加速度参数与预设参数阈值进行比较；
若所述加速度参数大于所述预设参数阈值，则认为满足投影校正条件。
5.根据权利要求3所述的投影校正方法，其特征在于，所述检测投影仪是否满足投影校正条件，包括：
获取投影仪的摄像装置对显示平面的投影画面进行图像采集并发送的图像参数；
根据所述图像参数判断所述投影画面是否发生变形；若所述投影画面发生变形，则认为满足投影校正条件。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的投影校正方法，其特征在于，所述根据所述拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵，包括：
根据所述拍摄特征点坐标、所述预设投影特征点坐标和预设归一化模型进行计算，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的投影校正方法，其特征在于，所述校正参数包括所述显示平面相对所述投影仪坐标系的平面法向量，所述根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数，包括：
根据所述单应矩阵、预设投影仪参数和预设单应矩阵模型进行校正分析，得到所述平面法向量。
8.根据权利要求7所述的投影校正方法，其特征在于，所述根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正，包括：
根据所述平面法向量进行投影反变换，对所述投影仪投射到显示平面的投影画面进行梯形校正。
9.根据权利要求8所述的投影校正方法，其特征在于，所述校正参数还包括所述显示平面到所述投影仪坐标系的原点的距离，所述根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数，包括：
根据所述单应矩阵、预设投影仪参数和预设单应矩阵模型进行校正分析，得到所述距离。
10.根据权利要求9所述的投影校正方法，其特征在于，所述根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正，包括：
根据所述距离对所述投影仪进行对焦校正。
11.根据权利要求10所述的投影校正方法，其特征在于，所述根据所述距离对所述投影仪进行对焦校正，包括：
根据所述距离和预设对焦模型进行对焦分析，得到所述投影仪的镜头位置参数；
控制所述投影仪的镜头移动到所述镜头位置参数对应的位置。
12.一种投影校正装置，其特征在于，包括：
坐标获取模块，用于获取拍摄特征点坐标；所述拍摄特征点坐标为投影仪的校正图案投射到显示平面进行显示时，所述投影仪的摄像装置对显示内容进行图像采集得到的拍摄图像中，与所述校正图案的特征点对应的位置点在摄像头坐标系下的坐标；
单应矩阵分析模块，用于根据所述拍摄特征点坐标和预设投影特征点坐标进行单应变换分析，得到拍摄图像到投影画面的单应矩阵；所述预设投影特征点坐标为所述校正图案的特征点在投影仪坐标系下的坐标；
校正参数分析模块，用于根据所述单应矩阵和预设投影仪参数进行校正分析，得到所需的校正参数；
校正控制模块，用于根据所述校正参数对所述投影仪进行投影校正。
13.一种投影仪，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至11中任一项所述投影校正方法的步骤。
14.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至11中任一项所述投影校正方法的步骤。
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