CN116489319A - 投影矫正方法及投影系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种投影矫正方法及投影系统,涉及投影技术领域。该投影矫正方法应用于投影系统,投影系统包括投影机、投影屏幕,投影屏幕设有标记点。该投影矫正方法包括:获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,及标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标;基于参考坐标及当前坐标获取标记点坐标系的各轴的偏移量;基于偏移量获取投影机的出光口的坐标矫正量;基于坐标矫正量调整投影机的位置。通过上述方式,本申请的投影矫正方法能快速矫正投影画面,实现投影画面自动铺满投影屏幕,且不会导致投影画面发生畸变。
Description
技术领域
本申请涉及投影技术领域,具体涉及一种投影矫正方法及投影系统。
背景技术
随着家用投影机的普及,越来越多的用户选择搭配投影屏幕使用投影机,例如为激光电视配菲涅尔屏幕来提高投影画面显示效果。在使用及安装过程中,存在调节投影画面与屏幕完全匹配难度较高的问题。现有矫正方式分为自动矫正与手动矫正:自动矫正需为投影机安装摄像头,摄像头捕捉投影画面形状并通过软件算法改变投影画面,但自动矫正只能使投影画面在投射平面上显示为矩形,无法使投影画面自动铺满投影屏幕;手动矫正则需要用户根据投影画面形状,手动控制投影画面周围的8个锚点,使投影画面铺满投影屏幕,使用不便,调节过程不智能,且调节后画面会产生畸变。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种投影矫正方法及TOF投影系统,能快速矫正投影画面,实现投影画面自动铺满投影屏幕,且不会导致投影画面发生畸变。
为解决上述技术问题,本申请采用的一个技术方案是:提供一种投影矫正方法,该投影矫正方法应用于投影系统,投影系统包括投影机、投影屏幕,投影屏幕设有标记点。该投影矫正方法包括:
获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,及标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标;基于参考坐标及当前坐标获取标记点坐标系的各轴的偏移量;基于偏移量获取投影机的出光口的坐标矫正量;基于坐标矫正量调整投影机的位置。
为解决上述技术问题,本申请采用的另一个技术方案是:提供一种TOF投影系统,该TOF投影系统包括:投影机、投影屏幕、标记点、测距件及控制机构。
投影机用于产生投影画面信息;投影屏幕用于显示投影画面信息;标记点设置在投影屏幕上;测距件设置在投影机上,用于测量标记点与测距件之间的距离;控制机构与测距件连接,用于基于距离及上述的投影矫正方法获取出光口的坐标矫正量,并基于出光口的坐标矫正量调节投影机的位置。
本申请的有益效果是:区别于现有技术的情况,本申请的投影矫正方法获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标;当投影机发生偏移,需要进行矫正时,获取标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标与参考坐标进行对比,获得标记点坐标系的各轴的偏移量,并基于偏移量获取投影机出光口的坐标矫正量,从而调整投影机的位置回到原位。通过这种方式,本申请能够快速准确获得投影机出光口的坐标矫正量,能快速矫正投影画面,实现投影画面的自动铺满投影屏幕,且不会导致投影画面发生畸变。这种方法实用性强,具有精度高、使用方便及智能化的优势。
附图说明
图1是本申请TOF投影系统一实施例的结构示意图;
图2是本申请投影矫正方法一实施例的流程示意图;
图3是图2中步骤S101的一具体流程示意图;
图4是本申请TOF投影系统一实施例影机位于基准位置的状态结构示意图;
图5是图2中步骤S101的一具体流程示意图;
图6是本申请TOF投影系统一实施例投影机位于当前位置的状态结构示意图;
图7是图2中步骤S102的一具体流程示意图;
图8是图7是图2中步骤S403的一具体流程示意图;
图9是本申请TOF投影系统一实施例在应用场景的状态结构示意图;
图10是本申请投影矫正方法另一实施例的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本申请首先提出一种投影系统100,如图1所示,本实施例投影系统100包括:投影机110、投影屏幕120、标记点130、测距件140及控制机构150。
投影机110用于产生投影画面信息;投影屏幕120用于显示投影画面信息;标记点130设置在投影屏幕120上;测距件140设置在投影机110上,用于测量标记点130与测距件140之间的距离;控制机构150与测距件140连接,用于基于距离及投影矫正方法获取出光口的坐标矫正量,并基于出光口的坐标矫正量调节投影机110的位置。
投影机110是一种可以将图像或视频投射到投影屏幕120上的设备,可以通过不同的接口同计算机、VCD、DVD、BD、游戏机、DV等设备进行连接,并播放相应的投影画面信号。投影屏幕120用于显示上述连接设备的投影画面信号。
测距件140可以为TOF测距传感器,TOF(Time of flight)直译为“飞行时间”。其测距原理是通过给目标连续发送光信号,然后用传感器接收从物体返回的光反射信号,通过探测光信号的往返时间来得到目标物距离。
传统TOF测距传感器利用调制后的激光在被测物表面发生漫反射,测量激光往返传感器探头与被测物表面的时间,或发送与接收光波的相位差来计算探头与被测物间的距离。
由于TOF测距传感器发射的调制激光光波准直性非常好,作为通用产品,TOF测距传感器使用的单光子雪崩二极管灵敏度非常高,可检测到目标物体表面漫反射产生的极微弱的回波,即能检测到任何反射率大于零的目标物体。这样一来,TOF测距传感器主要应用于方向已知的目标物体的测距,不适用于方向未知的目标物体的测距。
在本申请的实施例中,可在作为测距件140的TOF测距传感器的发射器前安装具有均匀散射作用的衍射光学器件,向外发射光信号,只要目标物体在视场角内,即可反射光反射信号到TOF测距传感器内,TOF测距传感器可通过调整光路或安装位置的方式改变调制激光发射朝向。为解决视场角内其他物体对接收的干扰问题,在目标物体上安装高反射率的标记点130,使目标物体反射的光反射信号远高于周围物体漫反射产生的漫反射信号;在TOF测距传感器的接收端不使用单光子雪崩二极管,而是通过模拟电路设计,实时读取反射信号强度,当强度达到设定阈值时,此信号即标记点130的光反射信号。
可选地,测距件140可以设置在投影机110上也可以设置在控制机构150上,不做限定。测距件140可以安装在投影机110的顶部位置或者侧面位置。
控制机构150可以是具有6个调整自由度,即相对于投影平面前、后、左、右、俯、仰六个调整方向的承载机构,当控制机构150接收到矫正指令及矫正量时,控制机构150基于6个自由度的矫正量控制投影机110进行平移或俯仰调整,实现投影画面呈矩形并完全铺满投影屏幕120的目的。
可选地,本实施例的标记点130包括反光件,用于对测距件140发出的光信号进行反射,测距件140基于光信号及光信号的光反射信号计算反光件与测距件140之间的距离。
标记点130包括反光件,反光件可以为三棱镜或者玻璃微珠中的任一种,在其他实施例中,任何具有高反射率的反光器件都能作为标记点130,在此不作限定。
采用三棱镜或玻璃微珠作为标记点130是因为其三棱镜和玻璃微珠的自反结构具有较高的反射率,当发射的光信号照射到其他位置时,其反射的信号强度较小,为漫反射信号,当发射的光信号照射到作为标记点130的三棱镜或玻璃微珠的自反结构,因三棱镜或玻璃微珠的自反结构的高反射率,其光信号被反射形成的光反射信号能量会远远大于其他位置的漫反射信号,因此三棱镜或玻璃微珠等反光件能够作为标记点130。
可选地,如图1所示,本实施例的标记点130设置在投影屏幕120的边框或边框外区域。
可选地,标记点130可以通过磁吸附或者可拆卸地设置在所述投影屏幕120。
为了不影响投影屏幕120画面信息的正常显示,标记点130可设置在投影屏幕120的边框或边框外区域,只要设置的标记点130与投影屏幕120处在三维空间的同一个平面即可。
可选地,本实施的投影系统100进一步包括调节机构(图未示),与控制机构150、投影机110及测距件140连接,用于在控制机构150的控制下调节投影机110的位置或调节测距件140的扫描角度,以使测距件140覆盖各个标记点130。
本申请进一步提出一种投影矫正方法,用于上述的TOF投影系统,如图2所示,本实施例的投影矫正方法具体包括步骤S101至S104:
步骤S101:获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,及标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标。
当投影机进行投影时,投影画面经常会出现在投射平面上显示为梯形或者投影画面在投射平面上显示为矩形但无法使投影画面自动铺满投影屏幕的情况。投影机位于基准位置即为投影机在投射平面上显示为矩形且投影画面铺满整个投影屏幕。
本申请提出的投影矫正方法进行投影矫正之前,首先控制机构用测距件获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,此时的投影机的基准位置可手动进行调整实现。
当投影机发生偏移时,则控制机构利用测距件获取标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标。
为了计算后续的坐标矫正量,投影屏幕上需设置至少三个标记点,投影机上需设置至少三个测距件。
可选地,本实施例可通过如图3所示的方法实现步骤S101中获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标的步骤,具体实施步骤包括步骤S201至步骤S204:
步骤S201:在投影机位于基准位置时,以出光口为坐标原点建立参考的投影机坐标系。
如图4所示,投影机位置在投影机位于基准位置时,建立以出光口为坐标原点建立参考的投影机坐标系。投影机位置在投影机位于基准位置时,向投影机发送位置确认指令。
步骤S202:获取在投影机位于基准位置时每个测距件在参考的投影机坐标系下的第一坐标。
在投影机坐标系下,在投影机上上顶部位置的三个任意位置安装三个TOF测距传感器,在投影机位于基准位置时,获取TOF测距传感器的第一坐标,设为Ri(xRi,yRi,zRi),其中,i分别为1、2、3。
步骤S203:获取每个测距件分别到每个标记点之间的参考距离。
TOF测距传感器的发射端的出光口P坐标为投影机坐标系的原点,将标记点的坐标设为Sj(xSj,ySj,zSj),投影机分别调节TOF测距传感器R1~R3的朝向,测得各TOF测距传感器距各标记点的参考距离dRi-Sj,其中i=1、2、3,j=1、2、3。
步骤S204:利用参考距离及第一坐标计算标记点在参考的投影机坐标系下的参考坐标。
基于两点之间的距离公式,通过第一坐标及参考距离dRi-Sj(i=1、2、3,j=1、2、3)可得到9个方程,有:
(xRi-xSj)2+(yRi-ySj)2+(zRi-zSj)2=dRi-Sj 2(i=1、2、3,j=1、2、3)
其中TOF测距传感器的第一坐标为Ri(xRi,yRi,zRi)与TOF测距传感器在投影机上的安装位置有关,为已知量;标记点的参考坐标为Sj(xSj,ySj,zSj),为未知量。3个标记点共9个未知量,通过解9组方程,可得投影机在基准位置时,标记点S1~S3在投影机参考的坐标系下的参考坐标,将其保存在投影机内。
可选地,本实施例可通过如图5所示的方法实现步骤S101中获取标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标的步骤,具体实施步骤包括步骤S301至步骤S304:
步骤S301:在投影机位于当前位置时,以出光口为坐标原点建立当前的投影机坐标系。
在投影机位于当前位置时,建立以出光口为坐标原点建立当前的投影机坐标系。
步骤S302:获取在投影机位于当前位置时每个测距件在当前的投影机坐标系下的第二坐标。
如图6所示,当投影机发生偏移,处于当前位置时,在投影机坐标系下,在投影机上上顶部位置的三个任意位置安装的三个TOF测距传感器相对于投影机而言,其位置不变坐标。获取TOF测距传感器的第二坐标与第一坐标一致,皆为Ri(xRi,yRi,zRi),其中,i分别为1、2、3。
步骤S303:获取每个测距件分别到每个标记点之间的当前距离。
TOF测距传感器的发射端的出光口P依旧为投影机坐标系的原点,此时,标记点的坐标发生变化,则设为Sj(x’Sj,y’Sj,z’Sj)。此时投影机发送位置调节指令,分别调节TOF测距传感器R1~R3的朝向,测得各TOF测距传感器距各标记点的当前距离d’Ri-Sj,其中i=1、2、3,j=1、2、3。
步骤S304:利用当前距离及第二坐标计算标记点在当前的投影机坐标系下的当前坐标。
基于两点之间的距离公式,及当前距离d’Ri-Sj(i=1、2、3,j=1、2、3)可得到9个方程,有:(xRi-x’Sj)2+(yRi-y’Sj)2+(zRi-z’Sj)2=d’Ri-Sj 2(i=1、2、3,j=1、2、3)
其中TOF测距传感器的坐标为Ri(xRi,yRi,zRi)与测距件在投影机上的安装位置有关,为已知量;标记点的当前坐标为Sj(x’sj,y’sj,z’sj),为未知量。3个标记点共9个未知量,通过解9组方程,可得投影机位于当前位置时,标记点S1~S3在投影机当前的投影机坐标系下的当前坐标。
步骤S102:基于参考坐标及当前坐标获取标记点坐标系的各轴的偏移量。
在空间内,由于标记点S1~S3位置未变,基于参考坐标及当前坐标可获取标记点坐标系的各轴的偏移量。
可选地,本实施例可通过如图7所示的方法实现步骤S102,具体实施步骤包括步骤S401至步骤S403:
步骤S401:基于参考坐标获取标记点的参考世界坐标系。
得到投影机位于基准位置时标记点S1~S3在参考投影机坐标系下的参考坐标后,基于上述参考坐标,可建立标记点的参考世界坐标系A(e1’,e2’,e3’),建立标记点的参考世界坐标系的公式如下所示:
e3′=e1′×e2′
步骤S402:基于当前坐标获取标记点的当前世界坐标系。
得到投影机发生偏移位于当前位置时,标记点S1~S3在当前的投影机坐标系下的当前坐标后,基于上述当前坐标,可建立标记点的当前世界坐标系B(e1”,e2”,e3”),建立标记点的当前参考坐标系的公式如下所示:
e3″=e1″×e2″
步骤S403:获取参考世界坐标系中各轴与当前世界坐标系中对应的轴之间的偏移量。
控制机构通过对比参考世界坐标系A及当前世界坐标系B,可以获取参考世界坐标系中各轴与当前世界坐标系中对应的轴之间的偏移量。
可选地,本实施例可通过如图8所示的方法实现步骤S403,具体实施步骤包括步骤S501至步骤S502:
步骤S501:计算参考世界坐标系到当前世界坐标系的变换矩阵。
基于参考世界坐标系A和当前世界坐标系B,其变换矩阵Q的计算公式如下:
Q=AB-1
步骤S502:基于变换矩阵获取参考世界坐标系中6轴与当前世界坐标系中对应的轴之间的偏移量。
基于变换矩阵可以获取参考世界坐标系A中6轴与当前世界坐标系B中对应的轴之间的偏移量。
步骤S103:基于偏移量获取投影机的出光口的坐标矫正量。
具体地,控制机构将标记点坐标系的6轴偏移量作为出光口的6轴坐标矫正量。
步骤S104:基于坐标矫正量调整投影机的位置。
控制机构基于坐标矫正量调整投影机的位置,使投影机回到参考位置。
控制机构可以是具有6个调整自由度(前、后、左、右、俯、仰)的承载平台,当控制机构接收到矫正指令及矫正量时,控制机构基于6轴矫正量控制投影机进行平移或俯仰调整,实现投影画面呈矩形并完全铺满投影屏幕的投影目的。
可选地,本实施的投影矫正方法进行测距之前,进一步包括:
判断测距件是否能够扫描到三个标记点。
若是,则获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,及标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标的步骤。
若否,则调整投影机的位置。
可选地,本实施例在获取当前坐标之前进一步包括:
调整测距件的扫描角度,以使测距件能够扫描到标记点。
在测量测距件与每个标记点之间的当前距离,要调整测距件的扫描角度,确保每个标记点都能被测距件扫描到,若标记点未被全部扫描,则计算不了当前标记点的当前坐标。
在一应用场景中,如图9所示,激光电视搭配100寸菲涅尔屏幕,屏幕尺寸2240mm*1260mm,选择扩散角为15°×15°的扩散膜(衍射光学器件),投影机安装完成后,手动控制投影机位置的控制机构,使投影画面铺满投影屏幕。
布置S1、S2、S3这3个标记点,向投影机发送位置确认指令,TOF测距传感器扫描屏幕周围区域,根据扫描过程中经过强度滤波后的光反射信号计算各TOF测距传感器到各标记点的距离,得到标记点的参考坐标及参考坐标系。计算标记点在投影机坐标系下坐标,投影机进行矫正时,用户向投影机发送位置调节指令,投影机上各TOF传感器开始扫描,若每个TOF测距传感器都扫描到3个标记点,则根据距标记点距离计算当前标记点坐标,计算标记点的参考坐标系与当前坐标系各轴变化量,并驱动投影机控制机构反向运行回参考坐标位置。
若某一TOF测距传感器未扫描到3个标记点,则提示用户将投影机摆放至屏幕正下方大致位置,重新扫描,直到每个TOF测距传感器都扫描到所有标记点为止。
本申请进一步提出一种投影矫正方法,如图10所示,具体步骤包括步骤S601至步骤S6010:
步骤S601:进行位置记忆,手动调节投影机至基准位置。
步骤S602:布置标记点S1、S2及S3。
步骤S603:发送投影机参考相对位置信息确认指令,各个测距件扫描标记点。
步骤S604:判断各个测距件是否扫描到所有标记点,若否,转至步骤S702。
步骤S605:若是,根据各个测距件到标记的距离计算标记点的参考坐标,根据标记点参考坐标构成参考世界坐标系并保存。
步骤S606:进行位置矫正时,调整投影机位置,发送投影机位置矫正指令,各个测距件扫描标记点。
步骤S607:判断各个测距件是否扫描到所有标记点,若否,转至步骤S706。
步骤S608:若是,根据各个测距件到标记的距离计算标记点的当前坐标,根据标记点当前坐标构成当前世界坐标系。
步骤S609:计算参考世界坐标系和当前世界坐标系的变换矩阵及投影机位置调节6轴的矫正量。
步骤S6010:对投影机进行矫正。
本申请的有益效果是:区别于现有技术的情况,本申请的投影矫正方法获取标记点在投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标;当投影机发生偏移,需要进行矫正时,获取标记点在投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标与参考坐标进行对比,获得标记点坐标系的各轴的偏移量,并基于偏移量获取投影机出光口的坐标矫正量,从而调整投影机的位置回到原位。通过这种方式,本申请能够快速准确获得投影机出光口的坐标矫正量,能快速矫正投影画面,实现投影画面的自动铺满投影屏幕,且不会导致投影画面发生畸变。这种方法实用性强,具有精度高、使用方便及智能化的优势。
以上所述仅为本申请的实施例,并非因此限制本申请的专利范围,凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种投影矫正方法,其特征在于,用于投影系统,所述投影系统包括投影机、投影屏幕,所述投影屏幕设有标记点,所述投影矫正方法包括:
获取所述标记点在所述投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,及所述标记点在所述投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标;
基于所述参考坐标及所述当前坐标获取标记点坐标系的各轴的偏移量;
基于所述偏移量获取所述投影机的出光口的坐标矫正量;
基于所述坐标矫正量调整所述投影机的位置。
2.根据权利要求1所述的投影矫正方法,其特征在于,所述基于所述参考坐标及所述当前坐标获取标记点坐标系的各轴的偏移量,包括:
基于所述参考坐标获取所述标记点的参考世界坐标系;
基于所述当前坐标获取所述标记点的当前世界坐标系;
获取所述参考世界坐标系中各轴与所述当前世界坐标系中对应的轴之间的偏移量。
3.根据权利要求2所述的投影矫正方法,其特征在于,所述获取所述参考世界坐标系中各轴与所述当前世界坐标系中对应的轴之间的偏移量,包括:
计算所述参考世界坐标系到所述当前世界坐标系的变换矩阵;
基于所述变换矩阵获取所述参考世界坐标系中6轴与所述当前世界坐标系中对应的轴之间的偏移量;
所述基于所述偏移量获取所述投影机的出光口的坐标矫正量,包括:
将所述标记点坐标系的6轴偏移量作为所述出光口的6轴坐标矫正量。
4.根据权利要求1所述的投影矫正方法,其特征在于,所述投影屏幕上设有至少三个所述标记点,所述投影机上设有至少三个测距组件,所述获取所述标记点在所述投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,及所述标记点在所述投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标,包括:
在所述投影机位于所述基准位置时,以所述出光口为坐标原点建立参考的投影机坐标系;
获取在所述投影机位于所述基准位置时每个所述测距件在所述参考的投影机坐标系下的第一坐标;
获取每个所述测距件分别到每个所述标记点之间的参考距离;
利用所述参考距离及所述第一坐标计算所述标记点在所述参考的投影机坐标系下的所述参考坐标;
在所述投影机位于所述当前位置时,以所述出光口为坐标原点建立当前的投影机坐标系;
获取在所述投影机位于所述当前位置时每个所述测距件在所述当前的投影机坐标系下的第二坐标;
获取每个所述测距件分别到每个所述标记点之间的当前距离;
利用所述当前距离及所述第二坐标计算所述标记点在所述当前的投影机坐标系下的所述当前坐标。
5.根据权利要求4所述的投影矫正方法,其特征在于,进一步包括:
判断所述测距件是否能够扫描到所述三个标记点;
若是,则执行所述获取所述标记点在所述投影机位于基准位置时在投影机坐标系下的参考坐标,及所述标记点在所述投影机位于当前位置时在投影机坐标系下的当前坐标的步骤;
若否,则调整所述投影机的位置。
6.根据权利要求4所述的投影矫正方法,其特征在于,所述获取每个所述测距件分别到每个所述标记点之间的当前距离,进一步包括:
调整所述测距件的扫描角度,以使所述测距件能够扫描到所述标记点。
7.一种投影系统,其特征在于,包括:
投影机,用于产生投影画面信息;
投影屏幕,用于显示所述投影画面信息;
标记点,设置在所述投影屏幕上;
测距件,设置在所述投影机上,用于测量所述标记点与所述测距件之间的距离;
控制机构,与所述测距件连接,基于所述距离及权利要求1至6任一项所述的投影矫正方法获取所述出光口的坐标矫正量,并基于所述坐标矫正量调节所述投影机的位置。
8.根据权利要求7所述的投影系统,其特征在于,所述标记点包括反光件,用于对所述测距件发出的光信号进行反射,所述测距件基于所述光信号及所述光信号的光反射信号计算所述反光件与所述测距件之间的距离。
9.根据权利要求7所述的投影系统,其特征在于,所述标记点设置在所述投影屏幕的边框或边框外区域。
10.根据权利要求7所述的投影系统,其特征在于,进一步包括调节机构,与所述控制机构、所述投影机及所述测距件连接,用于在所述控制机构的控制下调节所述投影机的位置或调节所述测距件的扫描角度。
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