TWI489152B - 投影系統及其投影方法 - Google Patents

Description

投影系統及其投影方法

本案係關於一種投影系統，尤指一種能模擬人眼視覺之三維立體實物投影系統及其投影方法。

隨著科技的演進，各式各樣的投影設備，例如投影機(Projector)已被廣泛地應用於家庭、學校或者各種商務場合中，以用於將一影像訊號源所提供之影像訊號放大顯示於屏幕。近年來，由於科技水準不斷提昇，消費者需求也逐漸提高，進而期待投影設備除具備二維平面投影之功能外，更具備有三維立體影像投影之功能。

目前市面上已出現部分之實物投影機，其所採用之投影系統係透過感光元件直接擷取立體實物之影像，並經由投影模組進行投影。請參閱第1圖及第2圖，其係分別為傳統實物投影機之投影系統之架構方塊圖以及傳統實物投影機之投影方法流程圖。如第1圖及第2圖所示，傳統實物投影機之投影系統1包含影像擷取及處理模組11、控制模組12及投影模組13。其中影像擷取及處理模組11包含控制單元111、感光元件112、透鏡113及二維影像處理單元114，且控制模組12包含驅動訊號轉換器121。投影系統1所採用之投影方法之流程係先如步驟S1所示，影像擷取及處理模組11之 控制單元111控制感光元件112透過透鏡113擷取立體實物之一影像；其次，如步驟S2所示，影像擷取及處理模組11之二維影像處理單元114對該影像進行最佳化，以產生一視訊訊號；然後，如步驟S3所示，控制模組12對該視訊訊號進行視訊處理，以產生一投影資料；最後，如步驟S4所示，控制模組12之驅動訊號轉換器121轉換該投影資料為投影模組13相容之訊號格式，並輸出至投影模組13，俾透過投影模組13進行投影工作。

一般而言，上述之傳統實物投影機之投影系統1及其投影方法係可將欲取樣之立體實物投影呈現，亦即投影來源物件不限於以往常見之投影片或文件等，而可為立體物件。然而，該投影方法係透過單一感光元件112進行影像擷取，並經二維影像處理單元114進行影像最佳化，故即使擷取之投影來源物件為立體實物，投影模組13實際投影呈現之影像仍為二維之平面影像，並非如其字面上所示而投影呈現三維立體影像，自無法滿足現今之使用者需求。此外，於一些實物展示、教育學習或醫療用途上，二維立體影像更具有無法有效呈現物體之真實性及空間感，且受限於影像擷取之角度、距離及感光能力而無法精準呈現物體之實際尺寸及大小比例等缺點。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失，能模擬人眼視覺並實際投影呈現三維立體影像之投影系統及其投影方法，實為目前尚待解決之問題。

本案之主要目的為提供一種投影系統及其投影方法，俾解決習用實物投影機之投影系統無法投影立體影像，而無法滿足使用者需 求，且無法有效呈現物體之真實性及空間感，並因受限於影像擷取之角度、距離及感光能力而無法精準表現物體之實際尺寸及大小比例等缺點。

本案之另一目的為提供一種投影系統及其投影方法，藉由第一影像擷取模組、第二影像擷取模組及影像處理模組擷取影像並轉換為三維視訊訊號，進而可投影三維立體影像，以達到滿足使用者需求並有效呈現物體之真實性及空間感之功效。

本案之另一目的為提供一種投影系統及其投影方法，藉由第一影像擷取模組及第二影像擷取模組配置之二組感光元件及透鏡，而能模擬人眼視覺，進而可達到精準表現物體之實際尺寸及大小比例等功效。

為達上述目的，本案之一較佳實施態樣為提供一種投影系統，至少包括：一控制模組；一第一影像擷取模組，係與該控制模組相連接，且包括一第一感光元件及一第一透鏡，其中該第一感光元件係與該第一透鏡相連接，用以擷取一影像；一第二影像擷取模組，係與該控制模組相連接，且包括一第二感光元件及一第二透鏡，其中該第二感光元件係與該第一透鏡相連接，用以擷取該影像；一影像處理模組，係與該控制模組、該第一影像擷取模組及該第二影像擷取模組相連接，用以將該影像轉換為一三維視訊訊號；以及一投影模組，係與該控制模組相連接，用以進行一投影工作；其中，該控制模組係選擇性地控制該第一感光元件及該第二感光元件分別透過該第一透鏡及該第二透鏡擷取該影像，並對該影像處理模組轉換後之該三維視訊訊號進行視訊處理及訊號轉換，俾以該投影模組進行該投影工作。

為達上述目的，本案之另一較佳實施態樣為提供一種投影方法，至少包括步驟：提供一立體實物以及一投影系統，該投影系統包括一第一影像擷取模組、一第二影像擷取模組、一影像處理模組、一控制模組及一投影模組；該第一影像擷取模組及該第二影像擷取模組擷取該立體實物之一影像；該影像處理模組將該影像轉換為一三維視訊訊號；該控制模組對該三維視訊訊號進行視訊處理及訊號轉換；以及該投影模組進行一投影工作。

2‧‧‧投影系統

21‧‧‧控制模組

211‧‧‧控制單元

212‧‧‧驅動訊號轉換器

22‧‧‧第一影像擷取模組

221‧‧‧第一感光元件

222‧‧‧第一透鏡

23‧‧‧第二影像擷取模組

231‧‧‧第二感光元件

232‧‧‧第二透鏡

24‧‧‧影像處理模組

241‧‧‧影像處理單元

25‧‧‧投影模組

S1~S4‧‧‧步驟

S100~S500‧‧‧步驟

第1圖係為傳統實物投影機之投影系統之架構方塊圖。

第2圖係為傳統實物投影機之投影方法流程圖。

第3圖係為本案較佳實施例之投影系統之架構方塊圖。

第4圖係為本案較佳實施例之投影系統之細部架構方塊圖。

第5圖係為本案較佳實施例之投影方法流程圖。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，然其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第3圖，其係為本案較佳實施例之投影系統之架構方塊圖。如第3圖所示，本案之投影系統2係適用於三維立體實物投影機(3D Real Object Projector)，且包括控制模組21、第一影像擷取模組22、第二影像擷取模組23、影像處理模組24以及投影模組25。其中，控制模組21係與第一影像擷取模組22、第二影像擷取 模組23、影像處理模組24及投影模組25相連接，以架構於控制投影系統2之整體運作，且投影模組25係用以進行投影工作。第一影像擷取模組22包括第一感光元件221及第一透鏡222，第一感光元件221係與第一透鏡222相連接，用以擷取立體實物為影像，第二影像擷取模組23包括第二感光元件231及第二透鏡232，第二感光元件231係與第二透鏡232相連接，用以擷取立體實物為影像，且控制模組21係選擇性地控制第一感光元件221及第二感光元件231分別透過第一透鏡222及第二透鏡232擷取立體實物為影像。影像處理模組24係與控制模組21、第一影像擷取模組22及第二影像擷取模組23相連接，用以將第一感光元件221或第二感光元件231擷取之該影像轉換為三維視訊訊號，且控制模組21係對影像處理模組24轉換後之該三維視訊訊號進行視訊處理及訊號轉換，以建構三維立體影像之定位、深度、視角、尺寸及大小比例等資料，並轉換為投影模組25相容之訊號格式，俾以投影模組25進行投影工作，以呈現即時(Real time)之三維立體影像投影。由於本案之投影系統2可投影三維立體影像，故可達到滿足使用者需求並有效呈現物體之真實性及空間感之功效。

請參閱第4圖，其係為本案較佳實施例之投影系統之細部架構方塊圖。如第4圖所示，本案之控制模組21更包括控制單元211及驅動訊號轉換器212。其中，控制模組21之驅動訊號轉換器212係用以對三維視訊訊號進行訊號轉換，以轉換為投影模組25相容之訊號格式。控制單元211係與第一影像擷取模組22之第一感光元件221及第二影像擷取模組23之第二感光元件231相連接，以控制第一感光元件221透過第一透鏡222擷取影像或控制第二感光元件 231透過第二透鏡232擷取影像。於此實施例中，第一影像擷取模組22之第一感光元件221及第二影像擷取模組23之第二感光元件231係可為例如但不限於CMOS感光元件，並可藉由控制單元211之控制選擇性地擷取一完整影像或停用，或分別擷取部分影像。

於一些實施例中，第一影像擷取模組22係藉由控制單元211控制第一感光元件221透過第一透鏡222或控制第二感光元件231透過第二透鏡232擷取影像，並將擷取之影像傳送至影像處理模組24，再經影像處理模組24轉換為三維視訊訊號。於三維視訊訊號轉換完成後，控制模組21係接收三維視訊訊號，並對三維視訊訊號進行視訊處理，例如建構三維立體影像之定位、深度、視角、尺寸及大小比例等資料，但不以此為限，再透過驅動訊號轉換器212將建構完成之三維立體影像資料轉換為投影模組25相容而可進行投影之訊號格式，最後再由投影模組25進行投影工作，以呈現即時之三維立體影像投影。

根據本案之構想，影像處理模組24更包括影像處理單元241，例如但不限於二維轉三維影像處理單元(2D to 3D Video Processing Unit)，且第一影像擷取模組22、第二影像擷取模組23及影像處理模組24擷取影像並將該影像轉換為三維視訊訊號之方式，係可為擷取二維平面影像，並透過影像處理單元241以例如演算法之轉換方法，將該二維平面影像轉換為三維視訊訊號，再交由控制模組21及投影模組25完成投影工作，但不以此為限。

於一些實施例中，本案係可模擬人眼左右眼視覺以建構深度及定位更為精確之三維立體影像。亦即，該影像係可由一第一側影像及一第二側影像建構而成。其中，控制模組21係控制第一影像擷 取模組22之第一感光元件221及第二影像擷取模組23之第二感光元件231選擇性地同時啟動，第一感光元件221係透過第一透鏡222擷取立體實物為第一側影像，例如一左眼視覺側影像，且第二感光元件231係透過第二透鏡232擷取立體實物為第二側影像，例如一右眼視覺側影像，並以第一側影像及第二側影像建構該影像，然皆不以此為限。影像處理模組24之影像處理單元241遂根據第一側影像及第二側影像將影像轉換為三維視訊訊號，例如於接收第一影像擷取模組22及第二影像擷取模組23傳送之第一側影像及第二側影像後，根據第一側影像及第二側影像建構影像，並轉換為三維視訊訊號。於三維視訊訊號轉換完成後，控制模組21係接收三維視訊訊號，並對三維視訊訊號進行視訊處理，例如建構三維立體影像之定位、深度、視角、尺寸及大小比例等資料，但不以此為限，再透過驅動訊號轉換器212將建構完成之三維立體影像資料轉換為投影模組25相容而可進行投影之訊號格式，最後再由投影模組25進行投影工作，以呈現即時之三維立體影像投影。

於此實施例中，影像處理模組24之影像處理單元241係可為例如但不限於三維影像處理單元(3D Video Processing Unit)，且第一影像擷取模組22、第二影像擷取模組23及影像處理模組24擷取影像並將該影像轉換為三維視訊訊號之方式，係為擷取第一側影像及第二側影像，例如左眼視覺側影像及右眼視覺側影像，並透過影像處理單元241將左眼視覺側影像及右眼視覺側影像轉換為三維格式，並透過例如堆疊、重合、空間定位、深度及視角演算等方式，將包括第一側影像及第二側影像之影像轉換為三維視訊 訊號，再交由控制模組21及投影模組25完成投影工作，但不以此為限。藉此，本案之投影系統2能模擬人眼視覺，進而可達到精準表現物體之實際尺寸及大小比例等功效。

根據本案之構想，投影系統2係可依需求停用一組感光元件及透鏡，例如透過控制模組21控制第一感光元件221及第一透鏡222或第二感光元件231及第二透鏡232選擇性地停用，並以第二感光元件231及第二透鏡232或以第一感光元件221及第一透鏡222擷取影像，但不以此為限。舉例而言，當使用者欲使用投影系統2進行文件投影，例如但不限於進行投影片、論文或課本投影時，由於其不具有定位、深度、視角及空間感等特性，故可選擇性停用第一影像擷取模組22之第一感光元件221及第一透鏡222，或停用第二影像擷取模組23之第二感光元件231及第二透鏡232，而以第二影像擷取模組23之第二感光元件231及第二透鏡232或以第一影像擷取模組22之第一感光元件221及第一透鏡222進行影像擷取，並經影像處理模組24轉換為三維視訊訊號，再交由控制模組21及投影模組25完成投影工作。由於投影來源物件係為二維之平面文件，故該三維視訊訊號實質上係為一維固定之視訊訊號，且於投影之成像上係為顯示於立體空間中一軸固定之二維立體影像，例如垂直於地平面之一文件投影影像，但不以此為限。

當然，本案之投影系統2於進行三維立體實物投影時，亦可依需求停用一組感光元件及透鏡，並透過前述實施例之方式，藉由影像處理單元241以例如演算法之轉換方法，將第一感光元件221及第一透鏡222或第二感光元件231及第二透鏡232擷取之影像轉換為三維視訊訊號，再交由控制模組21及投影模組25完成投影工作 。

請參閱第5圖並配合第3圖，其中第5圖係為本案較佳實施例之投影方法流程圖。如第3圖及第5圖所示，本案之投影方法至少包括步驟：首先，如步驟S100所示，提供立體實物以及投影系統2，其中投影系統2包括第一影像擷取模組22、第二影像擷取模組23、影像處理模組24、控制模組21及投影模組25；然後，如步驟S200所示，第一影像擷取模組22及第二影像擷取模組23擷取立體實物之一影像，且於一些實施例中，影像係包括第一側影像及第二側影像，第一影像擷取模組22係擷取第一側影像，第二影像擷取模組23係擷取第二側影像，但不以此為限；接著，如步驟S300所示，影像處理模組24將該影像轉換為一三維視訊訊號；再來，如步驟S400所示，控制模組21對該三維視訊訊號進行視訊處理及訊號轉換；最後，俾如步驟S500所示，以投影模組25進行一投影工作。

綜上所述，本案提供一種投影系統及其投影方法，藉由第一影像擷取模組、第二影像擷取模組及影像處理模組擷取影像並轉換為三維視訊訊號，進而可投影三維立體影像，以達到滿足使用者需求並有效呈現物體之真實性及空間感之功效。此外，藉由第一影像擷取模組及第二影像擷取模組配置之二組感光元件及透鏡，能模擬人眼視覺，進而達到精準表現物體之實際尺寸、定位、深度、視角及大小比例等功效。

縱使本發明已由上述之實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

2‧‧‧投影系統

21‧‧‧控制模組

211‧‧‧控制單元

212‧‧‧驅動訊號轉換器

22‧‧‧第一影像擷取模組

221‧‧‧第一感光元件

222‧‧‧第一透鏡

23‧‧‧第二影像擷取模組

231‧‧‧第二感光元件

232‧‧‧第二透鏡

24‧‧‧影像處理模組

241‧‧‧影像處理單元

25‧‧‧投影模組

Claims (8)

1. 一種投影系統，至少包括：一控制模組；一第一影像擷取模組，係與該控制模組相連接，且包括一第一感光元件及一第一透鏡，其中該第一感光元件係與該第一透鏡相連接，用以擷取一影像；一第二影像擷取模組，係與該控制模組相連接，且包括一第二感光元件及一第二透鏡，其中該第二感光元件係與該第二透鏡相連接，用以擷取該影像；一影像處理模組，係與該控制模組、該第一影像擷取模組及該第二影像擷取模組相連接，用以將該影像轉換為一三維視訊訊號；以及一投影模組，係與該控制模組相連接，用以進行一投影工作；其中，該控制模組係選擇性地控制該第一感光元件及該第二感光元件分別透過該第一透鏡及該第二透鏡擷取該影像，並對該影像處理模組轉換後之該三維視訊訊號進行視訊處理及訊號轉換，俾以該投影模組進行該投影工作；其中，該第一感光元件以及該第二感光元件係選擇性地同時啟動以擷取該影像，該第一感光元件係透過該第一透鏡擷取一第一側影像，且該第二感光元件係透過該第二透鏡擷取一第二側影像，並以該第一側影像及該第二側影像建構該影像。
2. 如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該控制模組更包括一控制單元，該控制單元係與該第一影像擷取模組之該第一感光元件及該第二影像擷取模組之該第二感光元件相連接，以控制該第一感光元件透過該第一透鏡擷取該影像或控制該第二感光元件透過該第二透鏡擷取該影像。
3. 如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該影像處理模組更包括一影像處理單元，該影像處理單元係以演算法將該影像轉換為該三維視訊訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該影像處理模組更包括一影像處理單元，該影像處理單元係根據該第一側影像及該第二側影像將該影像轉換為三維視訊訊號。
5. 如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該第一感光元件及該第一透鏡或該第二感光元件及該第二透鏡係選擇性地停用，並以該第二感光元件及該第二透鏡或該第一感光元件及該第一透鏡擷取該影像。
6. 如申請專利範圍第5項所述之投影系統，其中該三維視訊訊號係為一維固定之一視訊。
7. 如申請專利範圍第1項所述之投影系統，其中該控制模組更包括一驅動訊號轉換器，該驅動訊號轉換器係將該三維視訊訊號轉換為該投影模組相容之一訊號格式，以使該投影模組進行即時之該投影工作。
8. 一種投影方法，至少包括步驟：提供一立體實物以及一投影系統，該投影系統包括一第一影像擷取模組、一第二影像擷取模組、一影像處理模組、一控制模組及一投影模組； 該第一影像擷取模組及該第二影像擷取模組擷取該立體實物之一影像；該影像處理模組將該影像轉換為一三維視訊訊號；該控制模組對該三維視訊訊號進行視訊處理及訊號轉換；以及該投影模組進行一投影工作；其中，該第一影像擷取模組以及該第二影像擷取模組係選擇性地同時啟動以擷取該影像，該第一影像擷取模組之一第一感光元件係透過一第一透鏡擷取一第一側影像像，該第二影像擷取模組之一第二感光元件係透過一第二透鏡擷取一第二側影像，並以該第一側影像及該第二側影像建構該影像。