CN117255184B - 一种投影仪侧投模糊的校正方法 - Google Patents

一种投影仪侧投模糊的校正方法 Download PDF

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本发明属于投影显示技术领域，具体涉及一种投影仪侧投模糊的校正方法，包括：S1：采集多台投影仪的水平转动角度、以及进行梯形变形后调整至画面清晰时的清晰百分比，创建偏航角‑清晰百分比的模型；S2：调整投影仪位置，并记录其位姿、以及对应位姿下的平面法向量；S21：调整投影仪至基准位置，记录基准位姿、以及基准位姿下的基准法向量；S22：任意调整投影仪位置，记录当前位姿、以及当前位姿下的平面法向量；S3：结合比对基准位姿和任意位姿，基于基准法向量和平面法向量，得到偏航角变化量；S4：基于偏航角变化量，计算获取最终变形坐标；S5：将最终变形坐标输出至变形芯片进行投影画面变形，并自动对焦，使得投影画面清晰。

Description

一种投影仪侧投模糊的校正方法
技术领域
本发明属于投影显示技术领域，具体涉及一种投影仪侧投模糊的校正方法。
背景技术
投影仪作为一种重要的光学设备，能够给消费者提供丰富的精彩内容，且由于自身小巧轻便的特性，备受年轻人的青睐。虽然现有的投影仪在正投影方面的表现已经做的尽善尽美了，但在侧投方面仍存在一定局限性，例如，由于投影仪的光学特性和显示芯片的限制，不能够将景深做的很大，进而导致侧投时画面会出现一部分清晰、一部分模糊的现象，且这种现象会随着侧投角度增大而加深，从而影响用户的观影体验效果。
此外，现有的技术主要是通过硬件成本、加大焦点平面的景深等方式处理侧投问题，但这会增加制造成本，并同时降低了低价投影仪的市场竞争力。
发明内容
本发明在于提供一种投影仪侧投模糊的校正方法，通过采集偏航角和画面清晰百分比的数据构建偏航角-清晰百分比的模型，并结合基准位姿和任意位姿求解实际偏航状态，进而得到需调整的清晰百分比，并计算输出最终变形坐标，调整后对焦获取清晰度更高的投影画面，降低投影仪侧投模糊，以提升景深较小的投影仪投影画面的清晰度观感。
一种投影仪侧投模糊的校正方法，包括如下步骤：
S1：采集多台投影仪的水平转动角度、以及进行梯形变形后调整至画面清晰时的清晰百分比，创建偏航角-清晰百分比的模型；
S2：调整投影仪位置，并记录其位姿、以及对应位姿下的平面法向量；
S21：调整投影仪至基准位置，记录基准位姿、以及基准位姿下的基准法向量；
S22：任意调整投影仪位置，记录当前位姿、以及当前位姿下的平面法向量；
S3：结合比对基准位姿和任意位姿，基于基准法向量和平面法向量，得到偏航角变化量；
S4：基于偏航角变化量，计算获取最终变形坐标；
S5：将最终变形坐标输出至变形芯片进行投影画面变形，并自动对焦，使得投影画面清晰。
通过采集偏航角和画面清晰百分比的数据构建偏航角-清晰百分比的模型，并结合基准位姿和任意位姿求解实际偏航状态，进而得到需调整的清晰百分比，并计算输出最终变形坐标，调整后对焦获取清晰度更高的投影画面，降低投影仪侧投模糊，以提升景深较小的投影仪投影画面的清晰度观感。
进一步的，所述S1中，创建偏航角-清晰百分比模型的过程具体包括如下步骤：
S11：利用转盘和多台投影机，水平转动转盘、并调整光机马达的位置，直至画面清晰比例最大，采集记录不同的偏航角yaw、以及其对应的清晰百分比sharpnessPercent的数据；
S12：将偏航角yaw作为输入、以及其对应的清晰百分比sharpnessPercent作为输出，拟合多项式关系式，并求解最佳拟合参数，构建偏航角-清晰百分比模型，即yaw-sharpnessPercent模型。
进一步的，所述S12中，多项式关系式采用曲线二次多项式，其表达式为：
；
式中，为输出，/>为输入，/>、/>、/>为参数。
进一步的，所述S21中，调整投影仪至基准位姿，记录基准位姿、以及基准位姿下的基准法向量的过程具体包括如下步骤：
S211：调整投影仪位置，使投影画面正对投影面、且投影画面呈标准矩形时，投射预设定的pattern图片；
S212：利用摄像头记录当前投影仪的位姿作为基准位姿standerPosition，并保存记录；
S213：基于摄像头和投影仪的内外参数以及各自视角下的共同角点信息，计算并记录当前平面的法向量作为基准位姿下的基准法向量。
进一步的，所述S22中，任意调整投影仪位置，记录当前位姿、以及当前位姿下的平面法向量的过程具体包括如下步骤：
S221：任意调整投影仪位置、且该位置非基准位置，投射预设定的pattern图片；
S222：利用摄像头记录当前投影仪的位姿作为当前位姿currentPosition，并保存记录；
S223：基于摄像头和投影仪的内外参数以及各自视角下的共同角点信息，计算并记录当前平面的法向量作为当前位姿下的平面法向量。
进一步的，所述S221中，任意调整投影仪位置、且该位置非基准位置时，调整投影仪位置相较于基准位置的角度范围为[-30°,30°]。
进一步的，所述S3中，结合比对基准位姿和任意位姿，基于基准法向量和平面法向量，得到偏航角变化量的过程具体包括如下步骤：
S31：结合基准法向量和平面法向量/>，求解旋转矩阵G；
S32：对所求得的旋转矩阵G进行欧拉角分解，获取偏航角变化量。
进一步的，所述S4中，基于偏航角变化量，计算获取最终变形坐标的过程具体包括如下步骤：
S41：采用中心扩展的方式获取当前位姿下投射画面中的原始最大矩形，并获取投影画面对应坐标系下该矩形的四角坐标originalPoints；
S42：基于所得到的偏航角变化量，将其作为输入代入yaw-sharpnessPercent模型中，得到对应的清晰百分比/>；
S43：基于所求得的清晰百分比，对所获取的原始最大矩形进行缩放，并获取缩放后该矩形的四角坐标midPoints；
S44：基于缩放后该矩形的四角坐标midPoints，将其逆变换至相机坐标系下，得到最终变形坐标finalPoints。
进一步的，所述S41中，原始最大矩形的长宽比为16:9。
进一步的，所述S42中，基于偏航角变化量得到的对应清晰百分比的比例不超过30%。
本发明的有益效果为：
本发明通过采集偏航角和画面清晰百分比的数据构建偏航角-清晰百分比的模型，并结合基准位姿和任意位姿求解实际偏航状态，进而得到需调整的清晰百分比，并计算输出最终变形坐标，调整后对焦获取清晰度更高的投影画面，降低投影仪侧投模糊，以提升景深较小的投影仪投影画面的清晰度观感。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为预设定的pattern图片；
图3为左摄像头、右摄像头以及投影点的关系示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本公开，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
图1所示的是一种投影仪侧投模糊的校正方法，通过采集偏航角和画面清晰百分比的数据构建偏航角-清晰百分比的模型，并结合基准位姿和任意位姿求解实际偏航状态，进而得到需调整的清晰百分比，并计算输出最终变形坐标，调整后对焦获取清晰度更高的投影画面，降低投影仪侧投模糊，以提升景深较小的投影仪投影画面的清晰度观感。具体包括如下步骤：
S1：采集多台投影仪的水平转动角度、以及进行梯形变形后调整至画面清晰时的清晰百分比，创建偏航角-清晰百分比的模型；
其中，创建偏航角-清晰百分比模型的过程具体包括如下步骤：
S11：利用转盘和多台投影机，水平转动转盘、并调整光机马达的位置，直至画面清晰比例最大，采集记录不同的偏航角yaw、以及其对应的清晰百分比sharpnessPercent的数据；
S12：将偏航角yaw作为输入、以及其对应的清晰百分比sharpnessPercent作为输出，拟合多项式关系式，并求解最佳拟合参数，构建偏航角-清晰百分比模型，即yaw-sharpnessPercent模型。
在本实施例中，多项式关系式采用曲线二次多项式，其表达式为：
；
式中，为输出，/>为输入，/>、/>、/>为参数。
S2：调整投影仪位置，并记录其位姿、以及对应位姿下的平面法向量；
S21：调整投影仪至基准位置，记录基准位姿、以及基准位姿下的基准法向量；
S211：调整投影仪位置，使投影画面正对投影面、且投影画面呈标准矩形时，投射预设定的pattern图片；
如图2所示的是预设定的pattern图片，即为投影投射出的原始图片。
S212：利用摄像头记录当前投影仪的位姿作为基准位姿standerPosition，并保存记录；
S213：基于摄像头和投影仪的内外参数以及各自视角下的共同角点信息，计算并记录当前平面的法向量作为基准位姿下的基准法向量。
其中，如图3所示，平面为左摄像头平面，平面/>为右摄像头平面，/>为三维空间中一点，/>为左摄像头，/>为右摄像头，/>、/>分别为在左、右摄像头下在看到的/>点。
基于摄像头和投影仪的已知外参数，在相机坐标系下利用平面、共线的关系，得到方程为：
；
式中，记为/>，其为相机坐标系下在/>、或/>点看到/>点的坐标，即/>、/>点坐标；/>记为/>，其为在世界坐标系下/>点坐标；/>为旋转矩阵R；/>为平移矩阵T；通过该方程实现世界坐标系与相机坐标系的转换。
基于摄像头和投影仪的已知内参数，结合小孔成像模型，得到方程为：
；
式中，为图像坐标系下/>、或/>点坐标，/>为摄像头的内参矩阵，其中，，/>，/>为摄像头的焦距，/>、/>分别为单位像素的长和宽，/>为像素坐标系下图像中未知坐标；通过该方程实现相机坐标系与像素坐标系的转换。
求解、或/>的坐标/>，其计算表达式为：
；
基于左摄像头和右摄像头的匹配的同名点和/>、以及/>和/>，结合小孔成像模型，可知左摄像头和右摄像头的坐标分别为/>、/>。
对摄像头平面进行归一化处理，即得到归一化坐标的表达式为：
；
其中，左摄像头下归一化坐标的计算表达式为：
；
即可得，左摄像头下归一化坐标为；
其中，右摄像头下归一化坐标的计算表达式为：
；
即可得，右摄像头下归一化坐标为；
结合左摄像头和右摄像头下的归一化坐标，求解世界坐标系下三维点坐标；并将三维点坐标作为求解未知数分别构建左摄像头和右摄像头下的方程组。
其中，左摄像头下构建的方程组为：
；
其中，右摄像头下构建的方程组为：
；
基于上述，可知，该问题为坐标点未知数为3、方程组为4的超定问题，将其转换为“”的矩阵形式，即为：
；
其中，系数矩阵为：
；
对该系数矩阵进行SVD分解，得到V矩阵；其中，V矩阵的最后一列/>即为该方程的解。但该方程的解是一个模为1的特征向量，即可得到所求三维点/>坐标为。
采用最小二乘法拟合投影平面方程，求解该投影平面下的法向量，即为基准位姿下的基准法向量/>。
S22：任意调整投影仪位置，记录当前位姿、以及当前位姿下的平面法向量；
S221：任意调整投影仪位置、且该位置非基准位置，投射预设定的pattern图片；
在本实施例中，任意调整投影仪位置、且该位置非基准位置时，调整投影仪位置相较于基准位置的角度范围为[-30°,30°]。
S222：利用摄像头记录当前投影仪的位姿作为当前位姿currentPosition，并保存记录；
S223：基于摄像头和投影仪的内外参数以及各自视角下的共同角点信息，计算并记录当前平面的法向量作为当前位姿下的平面法向量。
类似S213，同理，求解当前位姿下的平面法向量。
S3：结合比对基准位姿和任意位姿，基于基准法向量和平面法向量，得到偏航角变化量；
S31：结合基准法向量和平面法向量/>，求解旋转矩阵G；
其中，求解旋转矩G的过程具体包括：
S311：基于基准法向量和平面法向量/>，求解两个向量间的角度；
S312，构建一个单位向量，且该单位向量方向是从基准法向量到平面法向量/>；
S313：基于角度和单位向量，计算求解旋转矩阵G；
S32：对所求得的旋转矩阵G进行欧拉角分解，获取偏航角变化量。
S4：基于偏航角变化量，计算获取最终变形坐标；
S41：采用中心扩展的方式获取当前位姿下投射画面中的原始最大矩形，并获取投影画面对应坐标系下该矩形的四角坐标originalPoints；
其中，原始最大矩形的长宽比为16:9。
其中，投影画面对应坐标系下该矩形的四角坐标originalPoints的获取过程具体为：
S411：取S31中所求得的旋转矩阵G的前两列、并记为；
S412：结合平移向量t，共同形成，并构建单应性矩阵/>；
其中，为比例因子和内参矩阵的乘积，即/>。
S413：采用，进而将预设定pattern图片坐标转化为投影画面对应坐标系下获取原始最大矩形的四角坐标。
其中，为相机坐标系坐标，/>为投影画面对应坐标系坐标。
设定旋转矩阵G前两列为、平移向量t，共同形成/>，并构建采用
S42：基于所得到的偏航角变化量，将其作为输入代入yaw-sharpnessPercent模型中，得到对应的清晰百分比/>；
在本实施例中，基于偏航角变化量得到的对应清晰百分比/>的比例不超过30%。
S43：基于所求得的清晰百分比，对所获取的原始最大矩形进行缩放，并获取缩放后该矩形的四角坐标midPoints进行裁剪；
S44：基于缩放后该矩形的四角坐标midPoints，将其逆变换至相机坐标系下，得到最终变形坐标finalPoints。
S5：将最终变形坐标输出至变形芯片进行投影画面变形，并自动对焦，使得投影画面清晰。
在本实施例中，自动对焦时，通过摄像头拍摄转动转盘每个位置的图片，将图片换算为清晰度分数，取清晰度分数最大值对应我的位置为清晰位置，控制转动转盘运动到该位置时即可得到投影画面清晰度最高的画面。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集多台投影仪的水平转动角度以及调整至画面清晰时的清晰百分比，创建偏航角-清晰百分比的模型；
调整投影仪至基准位置，记录基准位姿以及基准位姿下的基准法向量；
任意调整投影仪位置，记录当前位姿以及当前位姿下的平面法向量；
结合比对基准位姿和任意位姿，基于基准法向量和平面法向量，得到偏航角变化量；
基于偏航角变化量，代入偏航角-清晰百分比的模型中，计算获取当前位姿下投影画面中原始最大矩形的最终变形坐标；
将最终变形坐标输出至变形芯片进行投影画面变形，并自动对焦，使得投影画面清晰；
基于偏航角变化量，代入偏航角-清晰百分比的模型中，计算获取当前位姿下投影画面中原始最大矩形的最终变形坐标的过程具体包括如下步骤：
采用中心扩展的方式获取当前位姿下投射画面中的原始最大矩形，并获取投影画面对应坐标系下该矩形的四角坐标originalPoints；
基于所得到的偏航角变化量，将其作为输入代入偏航角-清晰百分比模型中，得到对应的清晰百分比/>；
基于所求得的清晰百分比，对所获取的原始最大矩形进行缩放，并获取缩放后该矩形的四角坐标midPoints；
基于缩放后该矩形的四角坐标midPoints，将其逆变换至相机坐标系下，得到最终变形坐标finalPoints。
2.根据权利要求1所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，创建偏航角-清晰百分比模型的过程具体包括如下步骤：
利用转盘和多台投影机，水平转动转盘、并调整光机马达的位置，直至画面清晰比例最大，采集记录不同的偏航角yaw以及其对应的清晰百分比sharpnessPercent的数据；
将偏航角yaw作为输入以及其对应的清晰百分比sharpnessPercent作为输出，拟合多项式关系式，并求解最佳拟合参数，构建偏航角-清晰百分比模型，即yaw-sharpnessPercent模型。
3.根据权利要求2所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，多项式关系式采用曲线二次多项式，其表达式为：
；
式中，为输出，/>为输入，/>、/>、/>为参数。
4.根据权利要求2所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，调整投影仪至基准位姿，记录基准位姿以及基准位姿下的基准法向量的过程具体包括如下步骤：
调整投影仪位置，使投影画面正对投影面、且投影画面呈标准矩形时，投射预设定的pattern图片；
利用摄像头记录当前投影仪的位姿作为基准位姿standerPosition，并保存记录；
基于摄像头和投影仪的内外参数以及各自视角下的共同角点信息，计算并记录基准位姿下投影画面的平面的法向量作为基准位姿下的基准法向量。
5.根据权利要求4所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，任意调整投影仪位置，记录当前位姿以及当前位姿下的平面法向量的过程具体包括如下步骤：
任意调整投影仪位置、且该位置非基准位置，投射预设定的pattern图片；
利用摄像头记录当前投影仪的位姿作为当前位姿currentPosition，并保存记录；
基于摄像头和投影仪的内外参数以及各自视角下的共同角点信息，计算并记录当前任意位姿下投影画面的平面的法向量作为当前位姿下的平面法向量。
6.根据权利要求5所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，任意调整投影仪位置、且该位置非基准位置时，调整投影仪位置相较于基准位置的角度范围为[-30°,30°]。
7.根据权利要求5所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，结合比对基准位姿和任意位姿，基于基准法向量和平面法向量，得到偏航角变化量的过程具体包括如下步骤：
结合基准法向量和平面法向量/>，求解旋转矩阵G；
对所求得的旋转矩阵G进行欧拉角分解，获取偏航角变化量。
8.根据权利要求1所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，原始最大矩形的长宽比为16:9。
9.根据权利要求1所述的一种投影仪侧投模糊的校正方法，其特征在于，基于偏航角变化量得到的对应清晰百分比/>的比例不超过30%。
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