CN117288151A

CN117288151A - 一种投影设备的三维姿态确定方法、装置和电子设备

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Publication number: CN117288151A
Application number: CN202311553117.8A
Authority: CN
Inventors: 刘正华; 孙涛
Original assignee: Shenzhen Chengzi Digital Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Chengzi Digital Technology Co ltd
Priority date: 2023-11-21
Filing date: 2023-11-21
Publication date: 2023-12-26
Anticipated expiration: 2043-11-21
Also published as: CN117288151B

Abstract

本申请公开了一种投影设备的三维姿态确定方法、装置和电子设备，所述方法包括：获取投影设备在静止状态下的三维加速度数据，三维加速度数据包括在N个连续时刻的N个三维加速度坐标；根据三维加速度数据获得当前滚动角和第一俯仰角；通过多点DTOF测量当前投影画面，获得当前巡航角和第二俯仰角；通过预设俯仰角融合模型对第一俯仰角和第二俯仰角进行数据融合得到当前俯仰角。本发明具有优点：基于多点DTOF和三轴加速度计获取当前的整机姿态数据，并通过融合模型对整机姿态数据进行融合以得到最终姿态数据，建立了投影画面到姿态端的直接计算过程，不用投射样图，用户是无感的，提高了姿态估计及自动梯形校正精度，且计算过程简单。

Description

一种投影设备的三维姿态确定方法、装置和电子设备

技术领域

本发明主要涉及投影设备领域，尤其涉及一种投影设备的三维姿态确定方法、装置和电子设备。

背景技术

目前，投影仪都开始具备自动梯形校正功能，其核心流程通常都是通过投射设计好的特征图，再基于光学原理计算出需要校正姿态进而实现自动梯形校正，即整个过程是用户可感知的，并且计算投影仪姿态算法耗时较长，无法使用快速校正。同时，基于光学结构的校正会受到各种因素影响，引起标定的光学结构失效，从而可能会出现用户无法正常进行自动梯形校正的情形。

因此，如何设计一种无感地、快速地且准确地的投影仪姿态确定方法，是待解决的技术问题。

发明内容

基于此，有必要针对现有的问题，提供一种投影设备的三维姿态确定方法、装置和电子设备。

第一方面，本申请实施例提供了一种投影设备的三维姿态确定方法，包括：

获取所述投影设备在静止状态下的三维加速度数据，所述三维加速度数据包括所述投影设备在N个连续时刻的N个三维加速度坐标；

根据所述三维加速度数据获得所述投影设备的当前滚动角和第一俯仰角；

通过多点DTOF测量当前投影画面，获得所述投影设备的当前巡航角和第二俯仰角；

通过预设俯仰角融合模型对所述第一俯仰角和所述第二俯仰角进行数据融合得到所述投影设备的当前俯仰角；

其中，所述预设俯仰角融合模型通过公式（1）表示：

（1）；

其中，为当前俯仰角，/>为第一俯仰角，/>为第二俯仰角，/>为加权系数，/>为常数且/>。

优选地，所述根据所述三维加速度数据获得所述投影设备的当前滚动角和第一俯仰角，包括：

根据所述N个三维加速度坐标获得所述投影设备的三维平均加速度坐标；

根据所述三维平均加速度坐标获得所述投影设备的当前滚动角roll和第一俯仰角pitch。

优选地，所述根据所述N个三维加速度坐标获得所述投影设备的三维平均加速度坐标，包括：

根据公式（2）、（3）和（4）计算得出三维平均加速度坐标（）：

（2）；

（3）；

（4）；

其中，（）为所述投影设备在第一时刻的三维加速度坐标，（）为所述投影设备在第二时刻的三维加速度坐标，（/>）为所述投影设备在第N时刻的三维加速度坐标；其中，N为大于零的自然数。

优选地，根据所述三维平均加速度坐标获得所述投影设备的当前滚动角roll和第一俯仰角pitch1，包括：

根据公式（5）获得所述当前滚动角roll及根据公式（6）获得所述第一俯仰角pitch1：

（5）；

（6）。

优选地，所述通过多点DTOF测量当前投影画面，获得所述投影设备的当前巡航角和第二俯仰角，包括：

将当前投影画面对应的SPAD区域划分为个SPAD子区域，所述/>个SPAD子区域分别为SPAD区域1、SPAD区域2……SPAD区域/>；

通过多个DTOF单元获取所述个SPAD区域到所述投影设备的匀光透镜的光轴中心的距离数据/>、/>……/>；

将所述距离数据分别输入预设巡航角处理模型和预设俯仰角处理模型，获得所述当前巡航角和所述第二俯仰角；

其中，为大于1的自然数。

优选地，的取值为9。

优选地，将所述距离数据输入预设巡航角处理模型，获得所述当前巡航角，包括：

将SPAD区域4的距离数据和SPAD区域6的距离数据/>输入预设巡航角处理模型，获得当前巡航角yaw；

其中，所述预设巡航角处理模型由公式（7）、（8）、（9）和（10）表示：

（7）；

（8）；

（9）；

（10）；

其中，为单个SPAD单元的x轴方向的长度，/>为匀光透镜的焦距。

优选地，将所述距离数据输入预设俯仰角处理模型，获得所述第二俯仰角，包括：

将SPAD区域2的距离数据和SPAD区域8的距离数据/>输入所述预设俯仰角处理模型，获得第二俯仰角pitch2；

其中，所述预设俯仰角处理模型由公式（11）、（12）、（13）和（14）表示：

（11）；

（12）；

（13）；

（14）；

其中，为单个SPAD单元的y轴方向的长度，/>为匀光透镜的焦距。

第二方面，本申请实施例提供了一种投影设备的三维姿态确定装置，包括：

加速度获取单元，获取所述投影设备在静止状态下的三维加速度数据，所述三维加速度数据包括所述投影设备在N个连续时刻的N个三维加速度坐标；

第一角度获取单元，根据所述三维加速度数据获得所述投影设备的当前滚动角和第一俯仰角；

第二角度获取单元，通过多点DTOF测量当前投影画面，获得所述投影设备的当前巡航角和第二俯仰角；

角度数据融合单元，通过预设俯仰角融合模型对所述第一俯仰角和所述第二俯仰角进行数据融合得到所述投影设备的当前俯仰角。

第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现上述的方法步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明基于多点DTOF特性和三轴加速度计获取投影仪当前的整机姿态数据（俯仰角，滚动角，巡航角），并通过预设融合模型对当前的整机姿态数据进行数据融合，从而得到投影设备的最终整机姿态数据，最后根据确定的整机姿态数据对投影姿态进行自动梯形校正，模型建立过程简单，方法建立起了投影画面到姿态端的直接计算过程，不需要投射样图，并且整个过程用户是无感的，进一步提高了投影设备姿态估计的精度及自动梯形校正的精度，且计算过程简单。此外，用户后期可自行进行模型修正，从而进一步提高自动梯形校正精度，提升了用户体验。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1为根据本申请一示例性实施例提供的一种投影设备的三维姿态确定方法的流程图；

图2为根据本申请一示例性实施例提供的SPAD阵列成像系统的结构示意图；

图3为根据本申请一示例性实施例提供的SPAD阵列成像系统的光学系统示意图；

图4示出了本申请一示例性实施例提供的一种投影设备的三维姿态确定装置的结构示意图；

图5示出了本申请一示例性实施例提供的一种电子设备的示意图。

附图标记

1-SPAD阵列；2-匀光透镜；3-匀光透镜的光轴中心；4-SPAD单元；5-焦平面。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本申请实施例提供一种投影设备的三维姿态确定方法，下面结合附图进行说明。

参照图1，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种投影设备的三维姿态确定方法，如图所示，方法可以包括以下步骤：

S101：获取投影设备在静止状态下的三维加速度数据，三维加速度数据包括投影设备在N个连续时刻的N个三维加速度坐标；

具体地，在投影设备处于静止状态时，通过三轴加速度计来获取投影仪的三维加速度数据，为了保证数据的准确性，需要采集一段连续时间内投影仪的三维加速度数据，本实施例中，采集N个连续时刻的三维加速度计的数据，该数据就包括N帧三维加速度坐标（）、（/>）……（/>）。

S102：根据三维加速度数据获得投影设备的当前滚动角和第一俯仰角；

具体地，步骤S102包括如下详细步骤：

S1021：根据N个三维加速度坐标获得投影设备的三维平均加速度坐标；

具体地，根据公式（2）、（3）和（4）计算得出三维平均加速度坐标（）：

（2）；

（3）；

（4）；

其中，（）为投影设备在第一时刻的三维加速度坐标，（/>）为投影设备在第二时刻的三维加速度坐标，（/>）为投影设备在第N时刻的三维加速度坐标；其中，N为大于零的自然数。

S1022：根据所述三维平均加速度坐标获得所述投影设备的当前滚动角roll和第一俯仰角pitch。

具体地，在获得三维平均加速度坐标之后，根据三轴加速度计的设置方向获取投影仪的姿态数据俯仰角和滚动角，具体地，投影仪放置在水平面上，其三维中心位置为坐标原点O，沿着投影画面的垂直方向为Z轴，跟水平面垂直的方向为Y轴，水平面上跟Z轴垂直的方向为X轴。在确定好坐标系之后，根据公式（5）获得当前滚动角roll：

（5）；

根据公式（6）获得第一俯仰角pitch1：

（6）；

S103：通过多点DTOF测量当前投影画面，获得投影设备的当前巡航角和第二俯仰角；

在一些实施例中，可通过摄像头采集用户实际使用情况下的投影仪画面图像，该摄像头可以设置在投影仪内部，也可以独立于投影仪外部。

DTOF是TOF技术的细分类目，指的是“直接飞行”，顾名思义就是直接向测量物体发射光脉冲，然后测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔，从而得到光的飞行时间。DTOF的精度取决于其脉冲持续的时间，所以测量精度、抗干扰能力不会随距离增长而显著降低，在不同距离的误差相对大多数方案更加稳定，在远距离也能捕获相对高精度、低噪声、高可信度的深度信息。

而SPAD（Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管）是DTOF传感器常见的探测单元。SPAD是一种可以检测弱光的像素结构，即利用雪崩倍增效应放大来自单个入射光子产生的电子，从而可以探测微弱的光。将SPAD作为激光雷达DTOF传感器中的探测单元，可以实现远距离、高精度的深度测量。

在本实施例中，通过SPAD阵列成像系统来实现探测，通过对SPAD阵列区域进行子区域划分，来探测不同子区域的表现，从而根据预设模型计算得到俯仰角和巡航角。即，步骤S103包括如下步骤：

S1031：将当前投影画面对应的SPAD区域划分为个SPAD子区域，/>个SPAD子区域分别为SPAD区域1、SPAD区域2……SPAD区域/>；

优选地，参照图2，本实施例中的取值为9，即将当前投影画面对应的SPAD区域划分为3*3个子SPAD区域，分别为SPAD区域1、SPAD区域2……SPAD区域9。在其它优选的实施例中，/>也可以是其他合适的数值。

S1032：通过多个DTOF单元获取个SPAD区域到投影设备的匀光透镜2的光轴中心的距离数据/>、/>……/>；

本实施例中，的取值为9，所说义距离数据就包括9个距离，分别为/>、/>……/>。

S1033：将距离数据分别输入预设巡航角处理模型和预设俯仰角处理模型，获得当前巡航角和第二俯仰角。

参照图3，其示出了整个SPAD阵列成像系统的光学系统示意图，图示是Z方向切面图的X方向的SPAD阵列区域1示意图，若干个SPAD单元设置的表面朝着透镜的一面组成了焦平面5，焦平面5到匀光透镜2的光轴中心3的距离形成了焦距。具体地，每个SPAD单元4的FOV以及每个SPAD区域的FOV均可以通过直角三角形求角度后的加减获得，每个SPAD区域中心点到匀光透镜2的距离也可以通过焦距/>和SPAD区域的物理尺寸计算出来。接下来，按照设计的规则，俯仰角是通过SPAD区域2和SPAD区域8的夹角的获得的，巡航角则是通过SPAD区域4和SPAD区域6的夹角来获得的，就可以通过图2和类似的Y方向图，通过直角三角形反正切计算出来。

在优选的实施例中，单个SPAD单元的物理尺寸为：x轴方向大小为16.8微米，y轴方向大小：38.8微米。匀光透镜2的焦距可以是400微米。

本实施例中，将距离数据输入预设巡航角处理模型，获得当前巡航角，包括：

其中，预设巡航角处理模型由公式（7）、（8）、（9）和（10）表示：

（7）；

（8）；

（9）；

（10）；

具体地，将距离数据输入预设俯仰角处理模型，获得第二俯仰角，包括：

将SPAD区域2的距离数据和SPAD区域8的距离数据/>输入预设俯仰角处理模型，获得第二俯仰角pitch2；

其中，预设俯仰角处理模型由公式（11）、（12）、（13）和（14）表示：

（11）；

（12）；

（13）；

（14）；

S104：通过预设俯仰角融合模型对第一俯仰角和第二俯仰角进行数据融合得到投影设备的当前俯仰角；

具体地，预设俯仰角融合模型通过公式（1）表示：

（1）；

通过融合之后能够综合不同俯仰角的计算，使得俯仰角的精确度更高，且计算规则较为简单，能进一步增加方法的计算速度和精确度。

在上述的实施例中，提供了一种方法，与之相对应的，本申请还提供一种装置。本申请实施例提供的装置可以实施上述方法，该装置可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。例如，该装置可以包括集成的或分开的功能模块或单元来执行上述各方法中的对应步骤。

在本申请实施例的一些实施方式中本申请实施例提供的装置20，与本申请前述实施例提供的方法出于相同的发明构思，具有相同的有益效果。

如图4所示，装置20可以包括：

加速度获取单元201，获取所述投影设备在静止状态下的三维加速度数据，所述三维加速度数据包括所述投影设备在N个连续时刻的N个三维加速度坐标；

第一角度获取单元202，根据所述三维加速度数据获得所述投影设备的当前滚动角和第一俯仰角；

第二角度获取单元203，通过多点DTOF测量当前投影画面，获得所述投影设备的当前巡航角和第二俯仰角；

角度数据融合单元204，通过预设俯仰角融合模型对所述第一俯仰角和所述第二俯仰角进行数据融合得到所述投影设备的当前俯仰角。

本申请实施方式还提供一种与前述实施方式所提供的方法对应的电子设备，所述电子设备可以是用于服务端的电子设备，例如服务器，包括独立的服务器和分布式服务器集群等，以执行上述方法；所述电子设备也可以是用于客户端的电子设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行上述方法。

请参考图5，其示出了本申请的一些实施方式所提供的一种电子设备的示意图。如图4所示，所述电子设备40包括：处理器400，存储器401，总线402和通信接口403，所述处理器400、通信接口403和存储器401通过总线402连接；所述存储器401中存储有可在所述处理器400上运行的计算机程序，所述处理器400运行所述计算机程序时执行本申请前述方法。

其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器（RAM：Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口403（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网、广域网、本地网、城域网等。

总线402可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。其中，存储器401用于存储程序，所述处理器400在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本申请实施例任一实施方式揭示的方法可以应用于处理器400中，或者由处理器400实现。

处理器400可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器400中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器400可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器400读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本申请实施例提供的电子设备与本申请实施例提供的方法出于相同的发明构思，具有与其采用、运行或实现的方法相同的有益效果。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。

Claims

1.一种投影设备的三维姿态确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

其中，所述预设俯仰角融合模型通过公式（1）表示：

（1）；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述三维加速度数据获得所述投影设备的当前滚动角和第一俯仰角，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述N个三维加速度坐标获得所述投影设备的三维平均加速度坐标，包括：

（2）；

（3）；

（4）；

其中，（）为所述投影设备在第一时刻的三维加速度坐标，（/>）为所述投影设备在第二时刻的三维加速度坐标，（/>）为所述投影设备在第N时刻的三维加速度坐标；其中，N为大于零的自然数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述三维平均加速度坐标获得所述投影设备的当前滚动角roll和第一俯仰角pitch1，包括：

（5）；

（6）。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过多点DTOF测量当前投影画面，获得所述投影设备的当前巡航角和第二俯仰角，包括：

其中，为大于1的自然数；/>为SPAD区域1到匀光透镜的光轴中心的距离，/>为SPAD区域2到匀光透镜的光轴中心的距离，/>SPAD区域/>到匀光透镜的光轴中心的距离。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，的取值为9。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述距离数据输入预设巡航角处理模型，获得所述当前巡航角，包括：

（7）；

（8）；

（9）；

（10）；

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述距离数据输入预设俯仰角处理模型，获得所述第二俯仰角，包括：

（11）；

（12）；

（13）；

（14）；

9.一种投影设备的三维姿态确定装置，其特征在于，包括：

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

处理器；

用于存储所述处理器可执行指令的存储器；

所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述可执行指令以实现上述权利要求1至8中任一项所述的方法。