CN1881070A - 投影仪 - Google Patents

Abstract

图像传感器安装在投影透镜附近。该图像传感器对投影和显示图像和屏幕进行成像。从图像传感器所成图像中检测出投影显示区域和屏幕区域。校正输入的图像数据以使得投影显示区域与屏幕区域匹配。待显示的图像以匹配于屏幕的显示表面的形状自动显示出来。

Description

投影仪

本申请是2003年7月23日提交的申请号为200510076184、发明名称为“投影仪”的申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种在屏幕上投影和显示图像的投影仪。

背景技术

迄今为止，通过垂直处理校正由于图像倾斜投影产生的梯形畸变是公知的方法，而在水平方向，投影仪通常安装在成直角面对屏幕的位置。

然而，近些年来随着水平梯形畸变的校正功能的出现，使得实现垂直、水平和对角的校正成为可能。

在这些校正方法中，屏幕的校正仍然依赖手工校正。如果仅仅是进行垂直或水平的梯形畸变的校正，那么很容易手工完成，但是手工很难进行对角畸变的校正。

有一些被提出来的系统(例如，在日本未审查的专利申请，公开号为No.2001-169211和No.2001-083949中公开的发明)，其中上述这些类型畸变的校正功能能够通过提供从观察点而不是投影仪处获得的图像的方法变得可能。

另外，还有一种检测从投影透镜到屏幕的距离并且根据检测结果计算倾斜角度的投影仪，因此使得自动提供畸变的校正成为可能(例如，在日本专利(Laid-open)No.4-355740中公开的，和日本未审查的专利申请公开号No.2000-122617中公开的发明)。

然而，上述的现有技术包括一个与投影仪主要功能无关的测距器，而且没有设法利用投影的图像。此外，检测多个点的距离时，就需要多个测距器。

此外，没有描述与要投影的图像的相对位置的关系。对投影图像而言，由于图像平面的位置和大小随投影透镜状态的变化有很大的改变，所以不知道是否仅仅通过检测投影仪与屏幕之间的位置关系就可真正实现对投影图像的充分校正。

而且，还是关于要检测的位置，由于测距器的安装误差和投影透镜和显示器件之间的机械位置关系的变化，所以不可能给出正确的位置。

此外，框架之类的结构存在于在屏幕外部并突出于末端，或所述屏幕本身安装得非常远等等情况下，测距器测得的位置与屏幕位置不总是匹配的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种投影仪，所述投影仪可以通过简单的结构，对投影并显示在屏幕上的图像的畸变实现对角方向上的校正。

本发明具体实施方式的投影仪包括：图像显示部分和用来将该图像显示部分所显示的图像投影到屏幕上的投影透镜，并进一步包括一个设置在投影透镜附近并对投影和显示图像和屏幕进行成像的图像传感器，用于从该图像传感器所成图像中检测投影显示区域的装置，用于从该图像传感器所成图像中检测屏幕区域的装置，校正输入的图像数据以使得投影显示区域与屏幕区域匹配的装置。

本发明另一个具体实施方式的投影仪包括：一个图像显示部分和用来将该图像显示部分所显示的图像投影到屏幕上的投影透镜，并进一步包括一个对投影和显示图像及屏幕进行成像的图像传感器，从图像传感器所成图像中计算出投影和显示图像内部的多个点与投影仪之间距离的装置，从该距离中检测出投影仪和屏幕之间的位置关系的装置，和校正输入的图像数据的装置，以使得在屏幕上显示出基于所述位置关系的目标形状的图像。

附图说明

本发明的上述和其他目的、特性和优点将通过下文结合附图的详细描述而更为清楚，其中：

图1为表示本发明第一具体实施方式的方框图；

图2为解释校准的视图；

图3为解释屏幕区域的检测的视图；

图4为表示屏幕区域检测部分的第一构造的视图；

图5为表示找到屏幕四个角的方法的视图；

图6为表示屏幕区域检测部分的第二构造的视图；

图7为解释边缘检测的视图；

图8为解释本发明的第二具体实施方式的视图；

图9为表示本发明第三具体实施方式的光学系统的方框图；

图10为表示本发明的第四具体实施方式的方框图；

图11为用以检测焦点的测试图案的实例视图；

图12为表示聚焦曲线实例的视图；

图13为表示投影仪和平面屏幕成直角互相正对的实例的视图；

图14为表示平面屏幕相对于投影仪倾斜的实例的视图；

图15为表示投影仪和平面屏幕成直角互相正对的实例的视图；

图16为表示平面屏幕相对于投影仪倾斜的实例的视图；

图17为表示本发明的第五具体实施方式的视图；

图18为表示本发明的第七具体实施方式的视图；

图19为表示图像传感器所成的所述图像的视图；

图20为表示图像传感器所成所述图像的视图；

图21为表示图像传感器所成的所述图像的视图；

图22为表示本发明第八实施方式的方框图；

图23为表示本发明第八实施方式的图像显示实例的视图；

图24为表示本发明第八实施方式的所述图像显示实例的视图；

图25为表示本发明第九实施方式的方框图；

图26为表示本发明第九实施方式的图像显示实例的视图；和

图27为表示本发明第九实施方式的所述图像显示实例的视图。

具体实施方式

[第一具体实施方式]

下文将描述本发明的第一实施方式。图1示出了本发明第一具体实施方式的方框图。投影仪10投影并且在屏幕40上显示一个图像。所述投影仪10包括光源101，显示器件102，投影透镜103，图像传感器105，图像捕获部分106，投影显示区域检测部分107，屏幕区域检测部分108，屏幕畸变检测部分109，图像输入部分110，图像畸变校正电路111，和显示器件驱动电路112。

投影图像通过所述光源101，显示器件102和投影透镜103显示在屏幕40上。一个照明灯被用做光源101。显示器件102采用的是一个液晶面板。所述图像传感器邻近投影透镜103并且位于很近的地方，以致跟至屏幕40的距离相比较，其距离可以被忽略。所述图像传感器105捕获投影和显示的图像和屏幕40的形状。所述图像传感器105通常可以使用光(luster)扫描的照相机。

在使用光扫描的照相机作为图像传感器105的情况下，所述图像捕获部分106捕获从照相机所成的图像，以将其识别为一张图片。图像传感器105可以捕获的图像区域(参见图2中的标号201)被认为大于整个投影仪显示的图像(参见图2中的标号202)。所述整个像平面在被投影和显示之前首先被图像传感器105成像，而且所述投影显示区域检测部分107存储在由图像传感器成像的图像区域201上将被投影和显示的整个投影和显示像平面的区域。

接着，设置投影仪10，使得被投影和显示图像覆盖整个屏幕40的表面，图像传感器105对所述屏幕40进行成像。屏幕区域检测部分108从图像捕获部分106捕获的图像区域201中检测出所述屏幕40的区域。通常的屏幕40为投影图像显示于其上的白色表面，或者该表面上有颜色，而光束在该表面上发生反射，而且所述表面外部的部分(框架)具有与用黑色表示的投影图像显示于其上的所述表面不同的颜色。屏幕颜色和屏幕40的外框的检测可以用识别在亮度和颜色上不同于图像传感器105所成图像的边界点并计算边界线的方法来实现。所述计算边界线可以由分别绘制屏幕40垂直和水平分隔位置的渐近线的方法实施。通过垂直和水平的分隔位置，也可以检测所述表面的四个角，它是分隔位置的交点，和显示投影图像。

所述屏幕畸变检测部分109将检测到的屏幕区域与上述整个投影和显示图像平面的检测结果进行比较，并区分出相关的区域。从所述相关区域中，可以找出在显示器件102上的图像显示位置以便校正畸变，并由此找出显示图像的形状，以达到畸变校正最终目标。

作为校正畸变的装置，例如可以是以下的装置(其申请号已经在日本专利申请No.2002-018407的说明书中提及)。为了显示校正畸变的图像，该图像畸变校正电路111预先把要输出到显示器件102上的图像信号的水平和垂直定位数据作为帧存储器的地址数据存储在地址存储器中。该图像畸变校正电路111与驱动显示器件102的时序信号同步，并读出存储在地址存储器中的帧存储器的地址数据。基于上面的结果，图像畸变校正电路111从帧存储器中的准确地址中读出图像信号，并通过显示器件驱动电路112将该图像信号所对应的图像显示在显示器件102上。

应用上述装置，当图像的畸变被校正以使得与检测的屏幕区域相匹配时，投影仪10可以将图像投影成恰好与目标屏幕相匹配的正确形状。

接下来，将描述本发明的第一具体实施方式的情况。

参考附图1，其中表示了以下的自动调整程序。

首先，在制造或校准所述投影仪10阶段中，图像输入部分110将一个特定的如全白或交叉阴影(棋盘形图案)的图像输入到显示器件102。投影显示区域检测部分107检测图像传感器105上的投影仪显示图像的整个区域(参见附图2中标号202)。

将图像传感器105设置为，在图像传感器所成的全部图像区域内形成整个的投影仪显示图像202。所述图像捕获部分106从图像传感器105中获取投影仪显示图像202。投影显示区域检测部分107在图像传感器所成的图像区域201中检测出投影仪显示图像202的区域。

图像传感器所成的投影仪显示图像202通常为梯形或轻微受约束的图像，这由图像传感器的安装精度和透镜畸变等等决定。

当让全白图像显示在显示器件102上时，可以很容易从投影仪显示图像202上的图像中检测到四个角地位置。当让交叉阴影信号或类似图像信号显示在显示器件102时，投影仪显示图像202的特定部分可以从交叉阴影或类似信号的线位置中大概区别出来。通过这些方法，可以在细节上发现在图像传感器105的哪些区域里捕获到投影仪显示图像202。

相似的，通过执行显示以在投影仪显示图像202上示出位置，可以定义投影仪显示图像202的区域和图像传感器所成图像区域201之间的关系。

校准是通过以下步骤进行：输入来自图像输入部分110的全白信号或交叉阴影等信号，认为图像畸变校正电路111中没有畸变存在，并通过显示器件驱动电路112在显示器件102上显示图像。该校准可以通过为显示器件驱动电路112提供一个测试图案产生电路，并由测试图案产生电路产生上述信号来实现投影仪显示。

当执行所述校准时，放大有图像在其上投影的屏幕使得由图像传感器所成全部图像区域201可以位于屏幕内部是很方便的。所述投影的投影仪显示图像202被图像传感器105成像，并作为图像数据由图像捕获部分106获取。

这时所成的图像如附图2所示。如上所述，虽然在投影仪显示图像202在被投影到屏幕40时是矩形的，但经图像传感器成像后发生了一些畸变。

投影显示区域检测部分107检测出由图像捕获部分106获取的图像区域。投影显示区域检测部分107表示出由图像传感器201所成图像区域201的相应水平和垂直方向位置x，y和投影仪显示图像202中的相应水平和垂直方向的显示位置xp，yp之间的一对一的关系。仅仅几个代表点就可以用简单的方式表示出上述位置关系。这些代表点为，例如投影和显示图像202的四个角的位置或投影和显示图像202的几个特征点。

通过实施上述过程，校准工作就完成了。校准工作的实施是在工厂里的生产时间或在初始设置时间被完成的。

接着，执行安装实际屏幕40并检测屏幕40的区域的步骤。为了在整个屏幕40上显示图像，所述投影仪10和屏幕40设置为可以使投影仪整个像平面的显示图像203覆盖整个屏幕40。一个图像的实例是附图3中的屏幕区域图像204，其中屏幕40安置在由图像传感器105成像的位置。

屏幕区域的检测实施可以利用事实，即反射表面为基本图像显示部分，并且框架部分具有不同的亮度和颜色。图像捕获部分106获取图像传感器105所成的图像作为数据。所述屏幕区域检测部分108基于图像捕获部分106获取的数据检测出屏幕40的区域。

屏幕区域检测部分108的第一结构如附图4所示，所成图像的图像亮度数据114输入到二进制装置115。该二进制装置115从全图的柱状图中确定了一个二进制阈值(参考Otsu[基于判别式和最小平方标准的自动阈值选择方法]，Denshi Tsushin Gakkai Ronbunshi，Vol.J63-D，No.4，pp.349-356)。该方法检测图像中每个像素的亮度并将其归类为亮部和暗部两个区域。由于屏幕40通常为白色并且比图像平面的其他部分颜色浅，所以作为亮部被分类。其结果为，在图像中的屏幕40区域如附图3所示被切掉。由二进制装置115输出的二进制图像数据被输入到直线检测装置116中。直线检测装置116对所述亮部和暗部之间的边界进行寻迹以获得边界线，并将所述边界线分成为若干直线部分。附图5示出了四条直线L1，L2，L3和L4的检测状态。另外，对于被检测的直线，交叉点检测装置117检测C1作为L1和L4的交叉点，C2为L1和L2的交叉点，C3为L2和L3的交叉点，C4为L3和L4的交叉点。如上所述，屏幕40的四角位置就被找到了。

屏幕区域检测部分108的第二结构由附图6所示。所成图像的图像亮度数据114输入到边缘检测装置119中。所述边缘检测装置119进行相邻像素值的相互比较，当像素值差大于预先设定的像素阈值时，就确定出在那个像素内存在边缘。于是，就获得了如附图7所示的边缘图像。根据所设定的阈值，检测出具有特定测定尺寸的边缘。然而，在这样的情况下，使用公知的加细方法使得输出具有约一个像素宽度的边缘图像。直线适用装置120将直线用于获得的边缘部分。实际上，将一个直线方程应用在边缘部分，判断直线L1到L4。与第一结构相似，交叉点检测装置117找到已获得直线的相邻线的交叉点，从而找到屏幕40的四个角的位置。

屏幕40四个角的已检测位置位于投影仪整个图像平面的显示图像203的内部。屏幕畸变检测部分109确定屏幕40的区域与显示器件102的显示区域之间的相对位置关系。基于该相对位置关系，所述屏幕畸变检测部分109找到校正数据，于是当向屏幕40投影时，在显示器件102上显示的图像就进入屏幕40。所述图像畸变校正电路111根据所述校正数据校正由图像输入部分110输入的数据。

通过实施上述过程，由图像输入部分110输入的图像信号通过图像畸变校正电路111，使得输入的图像转变成与所述屏幕40形状匹配的形状。被转换的图像通过显示器件驱动电路112显示在显示器件102上，并进一步被投影和显示在屏幕40上。

[第二具体实施方式]

下文将阐述本发明的第二具体实施方式。在第二具体实施方式中，如附图8所示，当检测屏幕区域时，屏幕区域图像204没有进入到投影仪整个图像平面的显示图像203的区域内。

在这种情况下，第一具体实施方式的步骤不能让使用者获得满意的图像。在此将参考附图8解释这种情况下的应对方法。屏幕区域检测部分108用与第一具体实施方式中同样的方法检测屏幕40的区域。屏幕畸变检测部分109类似地放大或缩小所述区域，如果需要的话，进一步执行位置移动。计算出图像的大小和位置，该图像满足使投影到屏幕40上的图像保持矩形并处于投影仪整个图像平面的显示图像203的区域内的要求。通过与该区域相对应的显示器件102的位置上显示图像，可以提供实际满足使用者的图像。

这可以通过将能够满足上述条件的处理过程包括在屏幕畸变检测部分109中来实现。

[第三具体实施方式]

下文将阐述本发明的第三具体实施方式。附图9是表示第三具体实施方式光学系统的方框图。投影仪10在显示器件102和投影透镜103之间有半反射镜113。半反射镜113将图像引导通过投影透镜103到达图像传感器105。如果半反射镜113为移动系统，其中，半反射镜113仅在由图像传感器105成像时才被放在显示器件102和投影透镜103之间，那么在正常使用时所述半反射镜113不会影响投影仪10。

[第四具体实施方式]

下文将阐述本发明的第四具体实施方式。附图10示出了本发明第四具体实施方式。所述第四具体实施方式包括焦点检测部分126，透镜焦点位置检测部分127，距离检测和校正系数计算部分128，它们取代了第一具体实施方式中的投影显示区域检测部分(附图1中的标号107)，屏幕区域检测部分(附图1中的标号108)，和屏幕畸变检测部分(附图1中的标号109)。

在普通墙壁作为屏幕40的情况下，不可能通过本发明第一具体实施方式的方法得到屏幕40的框架。这时，可以使用以下方法。

首先，阐述用于测量从投影透镜103到屏幕40之间距离的装置。

投影仪10到屏幕40的距离与投影和显示的图像被聚焦时投影透镜103焦点位置之间的关系(下文作为聚焦曲线)，在工厂制造投影仪10时已被事先存储在投影仪10中。

通过执行上述操作，由使用者使用的场景下聚焦状态下投影透镜103的焦点位置被检测，并与上述聚焦曲线进行比较，由此可能找出从投影仪10到屏幕40的聚焦距离。

实际上当图像被投影和显示到屏幕40上时，改变所述投影透镜103的焦点位置以找到显示图像四个角上的各自聚焦位置。通过将此时的投影透镜103的焦点位置与聚焦曲线进行比较，可以得到从投影仪10到投影到屏幕40的显示图像的四个角的各自距离。

现在将详细描述获得从投影仪10到显示图像四个角的距离的方法。

附图11为用以检测显示图像四个角的焦点的测试图案的实例的视图。附图11所示的外围代表显示器件2的显示区域。投影仪10投影和显示测试图案，如位于四个角的十字记号。焦点检测部分126检测十字记号的焦点。当所述位置被聚焦时，透镜焦点位置检测部分127得到透镜焦点位置。附图12是表示一个事先检测的聚焦曲线实例的视图。如上所述，所述聚焦曲线在投影仪10制造时就已经测得，并且存储在投影仪10内部。检测在显示图像四个角聚焦的透镜焦点位置并与所述聚焦曲线相比较，由此可以得到显示图像四个角与投影透镜103之间的距离。当聚焦曲线在图像四个角中稍稍偏移时，分别为四个角准备聚焦曲线是可取的。通过执行上述检测，就可能比现有技术更精确的得到投影透镜103与在屏幕40上的四个角的测试图案位置之间距离。

如果得到了投影仪10到显示图像四个角的距离，就可以得到投影仪10和屏幕40的位置关系。

假设屏幕40是平坦的，形成投影仪10的投影图像的该平坦表面的位置关系可以用x，y轴的倾斜角度表示。此外，在屏幕40为有框架的正方形的情况下，投影图像与屏幕平坦表面之间的位置关系中还要包括一个旋转角度。然而，如果仅仅单纯考虑投影图像的畸变，就不必考虑正方形屏幕40的正方形框架与投影图像之间的位置关系，只考虑其上有投影图像显示的平坦表面与投影仪10之间的位置关系就足够了。

假设屏幕40为平坦的，根据从投影仪10到显示图像四个角的距离可以计算出屏幕40第三维空间的倾斜，并基于该计算值得到要输入的校正系数。

相对于平坦屏幕40的倾斜程度在图像内改变投影和显示图像的放大率。一种情况如附图13和15所示，投影仪10和平坦屏幕40彼此正对着。一种情况如附图14和16所示，投影仪10和平坦屏幕40倾斜相对。

放大率的改变与投影距离的比率成比例。例如，以一米的投影距离进行投影和显示与按两米的投影距离进行投影和显示的情况相比较，后者的放大率为前者的两倍大。

投影图像的放大率可以由到图像中心距离的比率来表示。也就是，相对于投影图像四个角的各自位置1，2，3和4，测量到图像中心C的距离，并计算出该距离比率，由此可以计算出放大率的差。通过利用放大比率的差异，可以得到启动畸变校正装置的系数，所述方式在日本申请No.2002-018407等的说明书中公开。

参考附图10，自动调整的过程将在下文中阐述。

图像输入部分110使特定图案出现在投影图像的角上。通过启动投影透镜103的焦点调节，焦点检测部分126检测到相应特定图案的最佳聚焦点。

通过由透镜焦点位置检测部分127检测透镜焦点位置，以计算出最佳聚焦点的距离。

距离检测和校正系数计算部分128产生出对应于各个距离的校正系数。

距离检测和校正系数计算部分128分别从投影仪10与投影图像四个角之间的距离中得到屏幕40在x，y轴上的倾斜角度φ。距离检测和校正系数计算部分128计算该角度，因此得到放大率的差异。距离检测和校正系数计算部分128把用来校正放大率的校正系数输入到图像畸变校正电路111中。通过执行上述步骤，可以校正与检测到的屏幕倾斜相对应的图形畸变。

为了区分投影图像上多个代表性的点，特定的代表性点闪烁地显示出来，图像传感器105区分出这些闪烁状态，因此这样的状态可以作为图像上的特定位置被识别。

[第五具体实施方式]

下文将阐述本发明的第五具体实施方式。当屏幕40被限定为平坦表面时，可以对三个点而不是四个点执行距离检测。假设屏幕40为平坦表面，图像的投影状态可以由轴a和轴b的旋转表示，如附图17所示。为了表示轴a和b的旋转，如果表示轴b对于轴a的倾斜和位置的两个点，和表示轴b旋转角度的一个点都确定了，那么就能得到其倾斜角了。

[第六具体实施方式]

下文将阐述本发明的第六具体实施方式。即使在屏幕40为曲面的屏幕的情况下，检测距离的点以类似网孔的状态增加，且检测点之间插值可以通过线性内插法或高次曲线补偿法来实现，由此可以计算出图像畸变的校正系数从而实现图形畸变的自动校正。

[第七具体实施方式]

下文将阐述本发明的第七具体实施方式。在本发明所述的第一到第六具体实施方式中，为了自动校正因图像倾斜投影而产生的梯形，设置在投影仪中的图像传感器检测投影仪全屏显示图像区域的屏幕区域图像，接着校正该投影图像从而匹配所述屏幕。根据这种方法，必须通过校准事先检测投影仪全屏显示图像区域，而且这时的投影仪全屏显示图像区域为固定值。

此时，对于内置图像传感器的方法，可以用当图形通过投影透镜时由半反射镜引导并成像的方式设置传感器的方法，和在所述投影透镜的附近处指向投影方向放置所述图像传感器的方法。在投影透镜的位置与图像传感器的成像位置互相不匹配的情况下，如后面的例子那样，通过倾斜投影来改变图像传感器所成的投影仪全屏显示图像区域。倾斜投影的范围越宽，所述变化越大。因此，根据通过校准来事先检测投影仪全屏显示图像区域的方法，在倾斜投影时的图像传感器上的投影仪全屏显示图像区域与校准时的投影仪全屏显示图像区域不匹配。由于这个原因，当检测投影仪全屏显示图像区域的屏幕区域和以投影图像匹配屏幕的方式执行图像畸变校正时，产生了差异。其结果为，投影图像与所述屏幕不匹配。

为了防止这样的误差，在每次检测屏幕区域时，可以检测投影仪全屏显示图像区域。在应用屏幕区域检测的自动图像畸变校正中，投影仪全屏显示图像区域被投影，以至于完全覆盖了进行屏幕区域检测的屏幕。由此，投影仪全屏显示图像区域的边界线定位在屏幕外边。由于期望在屏幕的外边存在不同的材料主体，从图像传感器所成图像中直接检测边界线是困难的。

根据本发明的第七具体实施方式，在屏幕内显示一个图案，并检测该图案位置。根据该图案的位置，可以计算出投影仪全屏显示图像区域。

借助于该方法，即使图像传感器位于远离投影透镜的位置，也可以精确地计算出投影仪全屏显示图像区域。

附图18为本发明第七具体实施方式的方框图。

在第七具体实施方式中，在第一具体实施方式(附图1)上附加一个光学畸变校正电路131，一个投影仪全屏显示像区域计算部分132，和一个显示图案产生部分133。所述光学畸变校正电路131为校正图像传感器105的光学畸变的电路。所述显示图案产生部分133产生用来检测投影显示区域的图案。

所述第七具体实施方式的情况将参考附图18、19和20进行描述。

投影仪10这样安装：投影仪全屏显示图像203覆盖屏幕40。图像传感器对图像进行成像。图像捕获部分106获取该所成的像。光学畸变校正电路131校正图像传感器105的光学畸变。附图19表示出了由图像传感器105所成的图像。屏幕区域检测部分108检测屏幕区域图像204的边界，由此检测出屏幕区域。这里光学畸变校正电路131可以通过计算或用预先准备的光学畸变校正数据进行校正。

一种将两种类型的全白图案投影到屏幕40的内部以检测其区域，并根据其结果计算投影仪全屏显示图像区域的方法将在下面进行阐述。

首先，显示图案产生部分133输入全白图案，所述图案的纵向和横向长度占投影仪全屏显示图像区域的75％。投影仪10将该图案投影到屏幕40。图像传感器105对投影的图案进行成像。图像捕获部分106获取所成的像。光学畸变校正电路131校正所成图像中的图像传感器105的光学畸变。投影显示区域检测部分107从校正的所成图像中检测出投影显示区域，并将其发送到投影仪全屏显示区域计算部分132中。接着，显示图案产生装置133输入一个全白图案，所述图案的纵向和横向占投影仪全屏显示区域的50％。之后，执行如上所述的相同动作。

这时，成像后的75％的全白图案和50％的全白图案变得非常像75％全白显示图像304和50％全白显示图像305，如附图20所示。投影显示区域检测部分107检测出75％全白显示图像304的边界和50％全白显示图像305的边界，由此得到75％全白显示图像304和50％全白显示图像305的区域。投影仪全屏显示区域计算部分132根据75％全白显示图像304和50％全白显示图像305计算出投影仪全屏显示图像203的区域。

从屏幕区域检测部分108测得的屏幕区域与投影仪全屏显示区域计算部分132测得的投影仪全屏显示图像203之间的相对区域关系中，屏幕畸变检测部分109获得显示器件102上的屏幕40的区域。显示器件102上的屏幕40的区域所指的是，为了在全屏幕40上投影图像而输入到显示器件102的图像区域。通过这种方法，可以获得最终目标图像形状。图像畸变校正电路111校正来自图像输入部分110的图像信号，从而得到由屏幕畸变检测部分109测得的最终目标图像形状。

如上所述，通过图像畸变校正电路111执行校正畸变的方式，在日本专利申请No.2002-018407等说明书中有描述。通过使用上述校正方法，如果为了匹配检测的屏幕区域而执行了畸变校正，就可以以匹配目标屏幕表面的形状来投影该图像。

注意，上述两个图案不必一定为75％和50％的比例的尺寸，而且也不一定是全白色。

而且，在第七具体实施方式中，显示两种类型的全白75％和50％的图案，并检测出所述区域，由此计算出投影仪全屏显示图像203的区域。如附图21所示，可以显示出75％的全白显示图像304和表示了75％的全白显示图像304中心的中心显示图像306。这种情况下，投影仪全屏显示区域计算部分132用所述两个图像的相关区域计算出投影仪全屏显示图像203。

[第八具体实施方式]

下面，本发明第八具体实施方式将在下文中得到阐述。附图22表示出了本发明的第八实施方式的方框图。

在第八具体实施方式中，与第七具体实施方式中的方法相同，不直接执行图像传感器105的光学畸变校正。在第八具体实施方式中，用第七具体实施方式的方法进行图像畸变校正，之后，在图像畸变校正之后的投影仪全屏显示图像区域与屏幕区域进行比较，并通过反馈控制进行校正使两者得到匹配。

在第七具体实施方式中，从屏幕区域检测部分108测得的屏幕区域和投影仪全屏显示计算部分132计算得到的投影仪全屏显示图像203的区域中，屏幕畸变检测部分109获得相对位置关系。通过这样的方法，识别出显示器件102上的屏幕40的位置，并能够知道畸变校正的最终的目标图像形状。图像畸变校正电路111以投影仪全屏显示图像区域匹配屏幕区域的方法实现了畸变校正。投影透镜103投影一图像以匹配目标屏幕表面。然而，在图像传感器105中存在畸变且该畸变不能被光学畸变校正电路131校正的情况下，投影到屏幕40并受到图像畸变校正的图像区域与屏幕40的区域不匹配。即，在光学畸变复杂且难以计算或者难以事先准备光学畸变校正数据的情况下，类似第七具体实施方式的光学畸变校正方法就不能执行了。这种很难预先准备光学畸变校正信号的情况是这样的，例如为每个要制造的投影仪测量光学畸变特性并准备其数据要花费时间，而且是不现实的。

在本具体实施方式中，不采用第七具体实施方式(图18)的光学畸变校正电路131，而是添加了投影显示图像区域和屏幕区域比较部分141和图像畸变校正数据部分142。并且，显示图案产生部分133被输入到图像畸变校正电路111而不是显示器件驱动电路112中，以便将图像畸变校正用于已产生的图案输出。

首先，图像畸变校正电路111输出一个来自图像输入部分110的图像信号，即没有经过图像畸变校正的信号，到显示器件驱动电路112。屏幕区域检测部分108通过与第七具体实施方式相同的方法检测屏幕40的区域。投影仪全屏显示区域计算部分132计算出投影仪全屏显示图像区域。屏幕畸变检测部分109从所述相对位置关系中得到显示器件102上的屏幕40的位置，由此检测出畸变校正的最终目标图像形状。

接着，如图23所示，图像畸变校正数据部分142缩小并存储测得的投影仪全屏显示区域402，该投影仪全屏显示区域402与缩小的显示区域403相类似。图像畸变校正电路111基于存储在图像畸变校正数据部分142中的数据，实施图像畸变校正，由此允许投影经过校正的输出信号。此时，由于图像畸变校正数据部分142缩小并存储了屏幕畸变检测部分109的输出，所以该输出被显示在屏幕40的内侧，如图24所示。考虑到由图像传感器105的光学畸变，投影仪全屏显示区域计算部分132的计算误差503，在不会显示到屏幕40外边的范围内进行上述尺寸的缩小。

显示图案产生部分133输入100％的全白图案，即投影仪全屏显示图像尺寸的图案。图像传感器105将投影和显示的图案成像。图像捕获部分106获取所成的像。投影显示区域检测部分107检测出投影显示区域。由于屏幕畸变检测部分的输出经过上述的缩小处理，与缩小的显示区域502类似，该100％全白图案显示在屏幕40的内侧，如附图24所示。

在没有执行缩小的情况下，即如附图23所示，在对检测到的投影仪全屏显示区域402进行图像畸变校正的情况下，在没有缩小的显示区域501范围内进行校正，如附图24所示。由图像传感器105的光学畸变导致的误差此时成为图24所示的光学畸变所致的误差503的一部分。

然后，投影和显示图像区域和屏幕区域比较部分141比较由投影显示区域检测部分107测得的投影和显示图像的区域和由屏幕区域检测部分108测得的屏幕区域，并刷新图像畸变校正数据部分142的图像畸变校正数据，使得投影和显示屏幕区域在匹配屏幕区域的方向上变化。重复下面的步骤：形成显示的100％全白图案的图像，检测投影和显示屏幕区域，与屏幕区域进行比较，刷新图像畸变校正数据。最后，投影显示区域检测部分107测得的投影和显示屏幕区域和屏幕区域检测部分108检测得到的屏幕区域均受到控制，从而达到匹配。此时，由于不可能对投影到屏幕40外边的图案实施精确的位置检测，所以要更新图像畸变校正数据，以便总是从屏幕40的外边与屏幕40匹配。

[第九具体实施方式]

下面，将阐述本发明的第九具体实施方式。经常有投影到材料体上的情况，在第一到第八具体实施方式中所述的自动图像畸变校正就不能得到充分应用。在这种情况下，第九具体实施方式适用于上述自动图像畸变校正中使用的测试图案等，由此执行手工校正成为可能。为了结合第一到第八具体实施方式执行图像畸变校正，提供了一种将自动(不可能的)模式转变为手动模式的方式用于在用户界面上快速执行校正操作。

图25表示出了本发明第九实施方式的方框图。本实施方式是在如附图10所示的第四实施方式中增加了屏幕上的指针控制和显示部分151。

根据一个电路，对实际图像畸变校正操作施加了强制限制。因此，如附图26所示，使用者需要安装投影仪使得中心部分图像601和外部的外围图像602均被投影和显示，且屏幕40包括中心部分601而不超出外部外围图像602的范围。

这样的操作等于为使用者暗含地提供了图象畸变校正的操作区域，使得在自动校正电路受到限制的情况下执行校正操作成为可能。这样就不会出现由于自动校正电路受到限制而不可操作的情况。

然而，在图案等显示在屏幕的内部或屏幕外部框架的情况下或当使用了背面投影屏幕的情况下，进行屏幕区域的自动检测是非常困难的。

在这样的情况下，到目前为止，已经提供了完全不同的手动校正模式(例如，在日本未审查的专利申请公开No.2002-44571的描述中)。

根据本实施方式，采用上述自动校正时使用的中心部分图像，并将其四个角用一个指针来指示，以便手动执行图像校正，因此建立了流畅的操作流程。所以，使用者可以在尽可能最短的时间里执行图像畸变的校正操作。

所述第九实施方式的操作将在下文中阐述。将描述的是在自动调节的方法(例如在第一到第八实施方式中示出的方法)以失败而告终之后的操作。

如附图27所示，屏幕上的指针控制和显示部分151向使用者表示出：通过明显地显示出能指出诸如中心部分图像601的四个角中的各点的方法等，可以指示出它的各部分。

使用者可以使用一个为投影仪10提供的指针(未示出)，并使中心部分图像的四个角与屏幕的四个角匹配。通过检测指针的动作，在中心部分图像的四个角的初始位置和屏幕四个角的位置之间建立关系。通过使用在这里得到的这种关系，图像畸变校正电路111校正输入到图像输入部分110中的数据。

在使用妨碍图像畸变校正并仅可通过人眼进行检测的屏幕或墙体情况下，可以通过作为上述一系列方法的最后方法的第九实施方式进行畸变校正。

而且，中心部分图像和外部的外围图像均被显示，且安装屏幕使其包含中心部分图像并将其设置得比外部外围图像稍微靠内侧，从而可以将信号处理电路的限制值清楚地指示给用户。通过该方法，可以消除不能执行校正的情况。

如上所述，根据本发明，要显示的图像以形状与屏幕的显示表面相匹配的形式被自动显示。所以，其优点在于，正对着屏幕的观察者可以在全屏的范围内观察到矩形的正常图像。

虽然结合了几个优选实施方式阐述了本发明，可以理解本发明的发明主旨不限制于这些特定的实施方式。相反，所有的改变、修改和等同都可以包含在下面权利要求的精神范围内。

Claims (27)

1.一种投影设备，包括：

显示装置，用于显示图像；

投影透镜，用于投影所述图像；

图像传感器，其被放置在所述投影透镜附近；

校正系数计算器，用于计算校正系数；和

图像畸变校正电路，用于根据所述校正系数变换所提供的图像给所述显示装置，

其中所述投影透镜投影显示在所述显示装置上的测试图像，

所述图像传感器对所述投影的测试图像成像，并且

所述校正系数计算器基于所述成像的测试图像计算所述校正系数。

2.根据权利要求1的投影设备，进一步包括：

距离检测器，用于确定屏幕和所述投影透镜之间的位置关系，

其中多个测试图案被放置在所述测试图像的各个角附近，

所述距离检测器通过计算所述投影的测试图案与所述投影透镜之间的距离来确定所述位置关系，和

所述校正系数计算器基于所述位置关系计算所述校正系数。

3.根据权利要求2的投影设备，其中所述测试图案是十字记号。

4.根据权利要求2的投影设备，其中所述测试图像包括四个所述测试图案。

5.根据权利要求2的投影设备，其中所述测试图像仅包括三个所述测试图案。

6.根据权利要求2的投影设备，其中所述测试图像包括处于类似网孔状态的所述测试图案。

7.根据权利要求1的投影设备，进一步包括：

手动校正部分，用于手动控制所述图像畸变校正电路。

8.根据权利要求7的投影设备，其中所述手动校正部分是控制并且显示指针的指针控制和显示部分。

9.根据权利要求1的投影设备，其中所述图像传感器通过所述投影透镜对所述图像成像。

10.一种投影设备，包括：

显示装置，用于显示图像；

投影透镜，用于投影所述图像；

图像传感器，其被放置在所述投影透镜附近；

图像畸变校正电路，用于变换所提供的图像给所述显示装置，

其中所述图像传感器对屏幕成像，并且

所述图像畸变校正电路基于投影仪的整个图像平面和被成像的屏幕之间的位置关系变换所述提供的图像。

11.根据权利要求10的投影设备，其中所述图像畸变校正电路将所述提供的图像变换成与所投影的图像的形状相匹配，所述投影的图像是根据具有屏幕的区域的所述提供的图像产生的。

12.根据权利要求10的投影设备，其中所述图像畸变校正电路将所述提供的图像变换成与所投影的图像的形状相匹配，所述投影的图像是根据具有屏幕的减小的区域的所述提供的图像产生的。

13.根据权利要求12的投影设备，

其中所述图像传感器对所述投影的图像和所述屏幕成像，并且

所述图像畸变校正电路进一步将所述提供的图像变换成与所述投影的图像的形状相匹配，所述投影的图像是根据具有屏幕的区域的所述提供的图像产生的。

14.根据权利要求10的投影设备，其中所述投影仪的整个图像平面的位置是通过在制造阶段的校准预先确定的。

15.根据权利要求10的投影设备，其中所述投影仪的整个图像平面的位置是通过在初始设置时间的校准确定的。

16.根据权利要求10的投影设备，其中

所述投影透镜投影被显示在所述显示装置上的投影显示区域检测图案；

所述图像传感器对所述投影的投影显示区域检测图案进行成像，并且

基于所述成像的投影显示区域检测图案计算所述投影仪的整个图像平面。

17.根据权利要求10的投影设备，其中

所述投影透镜投影被显示在所述显示装置上的第一投影显示区域检测图案；

所述图像传感器对所述投影的第一投影显示区域检测图案进行成像，

所述投影透镜投影被显示在所述显示装置上的第二投影显示区域检测图案；

所述图像传感器对所述投影的第二投影显示区域检测图案进行成像，并且

基于所述成像的第一和第二投影显示区域检测图案计算所述投影仪的整个图像平面。

18.根据权利要求17的投影设备，其中

所述第一投影显示区域检测图案包括第一白色区域；并且

所述第二投影显示区域检测图案包括第二白色区域。

19.根据权利要求18的投影设备，其中

所述第一白色区域是横向和纵向为所述显示装置上的整个显示区域的3/4的减小的区域并且位于所述整个显示区域的中心，并且

所述第二白色区域是横向和纵向为所述显示装置上的整个显示区域的1/2的减小的区域并且位于所述整个显示区域的所述中心。

20.根据权利要求17的投影设备，其中

所述第一投影显示区域检测图案包括第一白色区域；并且

述第二投影显示区域检测图案表示所述显示装置的整个显示区域的中心。

21.根据权利要求20的投影设备，其中

所述第一白色区域是横向和纵向为所述显示装置上的整个显示区域的3/4的减小的区域并且位于所述整个显示区域的中心。

22.根据权利要求10的投影设备，其中

当所述成像的屏幕不被包括在所述投影仪的整个图像平面中时，所述图像畸变校正电路移动或者类似地放大或缩小所述提供的图像，以便根据所述提供的图像产生的投影的图像被包括在所述屏幕中。

23.根据权利要求10的投影设备，进一步包括：

手动校正部分，用于控制手动控制所述图像畸变校正电路。

24.根据权利要求23的投影设备，其中

所述手动校正部分是控制和显示指针的指针控制和显示部分。

25.根据权利要求10的投影设备，其中

所述图像传感器通过所述投影透镜对所述图像进行成像。

26.一种在投影设备中的图像畸变校正方法，包括：

通过投影透镜投影被显示在显示装置上的测试图像；

使用被放置在所述投影透镜附近的图像传感器对所投影的测试图像进行成像；

基于所成像的测试图像计算校正系数；并且

根据所述校正系数变换所提供的图像给所述显示装置。

27.一种在投影设备中的图像畸变校正方法，包括：

使用被放置在投影透镜附近的图像传感器对屏幕进行成像，并且

基于投影仪的整个图像平面和成像的屏幕之间的位置关系变换所提供的图像给显示装置。

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