TWI586173B - 投影系統及投影影像的修正方法 - Google Patents

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Description

投影系統及投影影像的修正方法
本發明是有關於投影修正的技術領域，特別是有關於一種投影系統及投影影像的修正方法。
在現有的生活中，投影成像已經是很慣用的手段。然而，在投影成像的技術中，經過投影而得的影像與原本的影像常出現不同程度的變形。因此，這就使得一般的投影器材必須提供適當的影像修正手段，才能視情況需求來提供一些補救措施。舉例來說，一般的投影器材大概都會提供梯形修正(keystone adjustment)的技術。此種梯形修正的技術是藉由調整機內投影角度而實現修正梯形畫面的目的。
以現有的應用層面來看，正逐漸被廣泛使用於行車過程的抬頭顯示系統會利用汽車的擋風玻璃或安全帽的前蓋而成影。但由於汽車的擋風玻璃或安全帽的前蓋都是曲面，因此當畫面被投射在擋風玻璃或安全帽的前蓋上之後，就會因為成影平面是曲面而造成投影影像出現扭曲變形的狀況。這種投影影像扭曲變形的問題無法單純的以前述的梯形修正的技術來解決。一般常見的手段是利用不同光學元件的搭配或光學元件的光學參數的調整來達到影像修正的目的。但是，只要成影平面的曲率發生變化，光學元件的搭配方式就要改變，或者光學元件的光學參數就要重新計算設計。這無疑對投影系統的進一步推廣造成了不小的阻礙。
為了解決上述問題，本發明提供一種投影系統及投影影像的修正方法。此投影系統藉由調整投影前的影像形狀來改變投影影像、不需要使用複雜的光學補償機構設計或光學參數調整，因此可以降低投影時校正投影影像所需的成本。
從一個方面來看，本發明提供一種投影影像的變形修正方法，適用於修正將影像從投射裝置進行投射的時候所產生的影像變形。此投影影像的變形修正方法包括：將原始影像資料顯示為符合第一邊界特質的第一影像；使用投射裝置投射第一影像投射為投影影像；分析投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別；根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別，調整第一邊界特質直到投影影像的邊界形狀符合未調整的第一邊界特質為止；以及在投影影像的邊界形狀符合未調整的第一邊界特質時，將當時的第一邊界特質記錄為第二邊界特質。其中，第一邊界特質為第一影像的至少一條外圍顯示界線的形狀。
在一個實施例中，前述的分析該投影影像的該邊界形狀與未調整的該第一邊界特質之間的差別的步驟，包括：在原始影像資料中用以顯示為第一邊界特質的至少一條外圍顯示界線的資料中，取兩個以上的原始影像參考點；設定符合未調整的第一邊界特質的一個期望投影影像的邊界；估計至少一個原始影像參考點在被顯示為第一影像時所對應的至少一個參考點顯示位置；估計所得到的至少一個參考點顯示位置在投影影像上所對應的至少一個參考點投影位置；以及自前述的至少一個參考點投影位置中選取適當者，估計每一個被選取的參考點投影位置與期望投影影像的邊界之間所對應的距離，並記錄此距離為被選取的參考點投影位置所對應的參考點位移量。
在一個實施例中，前述根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別，調整第一邊界特質直到投影影像的邊界形狀符合未調整的第一邊界特質為止的步驟，包括：判斷每一個被選取的參考點投影位置所對應的參考點位移量是否小於或等於某一預設值；當每一個被選取的參考點投影位置所對應的參考點位移量皆小於或等於此預設值，判斷為投影影像的邊界形狀符合未調整過的第一邊界特質；以及當任何一個被選取的參考點投影位置所對應的參考點位移量大於此預設值，則調整現有的第一邊界特質、將原始影像資料顯示為符合現有的第一邊界特質的第一影像，以及使用投射裝置將第一影像投射為投影影像。
在一個實施例中，前述調整現有的第一邊界特質的步驟包括：保持原始影像參考點的位置不變並調整至少一個參考點顯示位置，使參考點顯示位置在投影影像上對應的參考點投影位置比之前更接近期望投影影像的邊界；以每兩個相鄰的參考點顯示位置為參數，使用三次樣條法取得所選的兩個相鄰的參考點顯示位置之間的一個三次樣條函數；以及以所取得的所有三次樣條函數的集合作為現有的第一邊界特質。
在一個實施例中，此投影影像的變形修正方法更包括：在後續投影時以該第二邊界特質顯示該原始影像資料。
在一個實施例中，前述在後續投影時以該第二邊界特質顯示該原始影像資料的步驟，包括：計算第二邊界特質中位於第一設定方向上的相對的兩條外圍顯示界線之間的每一列中可允許顯示的畫素數量；計算第二邊界特質中位於第二設定方向上的相對的兩條外圍顯示界線之間的每一欄中可允許顯示的畫素數量；根據計算得到的每一列中可允許顯示的畫素數量，縮放原始影像資料中相對應的每一列的影像資料；以及根據計算得到的每一欄中可允許顯示的畫素數量，縮放原始影像資料中相對應的每一欄的影像資料。
在一個實施例中，前述的第一影像的周圍以兩兩相交的四條外圍顯示界線為邊界，且這些原始影像參考點對應顯示在每一側顯示界線上的數量不完全相同。
從另一個方面來看，本發明提供一種投影系統，包括一個投影校正裝置。投影校正裝置包括：第一影像資料源、第一中介顯示裝置、第一投影裝置、一個影像擷取裝置以及一個處理裝置。其中，第一影像資料源提供原始影像資料；第一中介顯示裝置電性耦接至第一影像資料源以接收原始影像資料，並將原始影像資料顯示為符合第一邊界特質的第一影像；第一投影裝置投射第一影像而得投影影像；影像擷取裝置擷取投影影像；處理裝置電性耦接至中介顯示裝置及影像擷取裝置，且處理裝置從影像擷取裝置取得投影影像，分析投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別，並根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別，調整第一邊界特質以改變第一影像的邊界形狀，直到投影影像的邊界形狀符合未調整的第一邊界特質為止。再者，在投影影像的邊界形狀符合未調整的第一邊界特質時，處理裝置還會將當時的第一邊界特質記錄並輸出為第二邊界特質。
在一個實施例中，前述的投影系統更包括一個正常投影裝置。此正常投影裝置包括：第二影像資料源、第二中介顯示裝置以及第二投影裝置。其中，第二影像資料源提供影像資料；第二中介顯示裝置電性耦接至第二影像資料源以接收影像資料，並將影像資料顯示為符合第二邊界特質的第二影像；第二投影裝置投影第二影像。
在一個實施例中，前述的第一影像與第二影像被投射於可反光的曲面物體。
從另一個方面來看，本發明還提供一種投影影像的變形修正方法，其適用於修正將影像從投射裝置向外投射的時候所產生的影像變形。此投影影像的變形修正方法包括：將原始影像資料顯示為第一影像；將第一影像投射為投影影像；分析投影影像的邊界形狀與未調整的第一影像的形狀之間的差別；在不改變原始影像資料的形狀的條件下，根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一影像的形狀之間的差別，調整第一影像的形狀直到投影影像的邊界形狀符合未調整的第一影像的形狀為止；以及在投影影像的邊界形狀符合未調整的第一影像的形狀時，記錄並輸出當時的第一影像的形狀。
根據上述，本發明所提供的投影系統及投影影像的變形修正方法係調整即將投射的影像的形狀，以藉此達到調整投影影像形狀、修正投影影像變形的目的。由於不需要使用到光學元件來修正投影影像的變形，因此成本相對低廉，適於廣泛地運用於各種應用層面上。更可貴的，比之使用硬體必須隨投影介質的特性不同(例如投影平面的曲度等)而變更光學元件的各類參數才能修正變形而言，本發明所提供的投影系統及投影影像的變形修正方法可以輕鬆的運用同樣的手法而達到在不同特性的投影介質上修正變形的效果。因此本發明所提供的技術非常適於實用。
請參照圖1，其為根據本發明一實施例的投影系統的電路方塊圖。在本實施例中，投影系統10包括了一個投影校正裝置100以及一個正常投影裝置150。投影校正裝置100包括：一個第一影像資料源102、一個第一中介顯示裝置104、一個第一投影裝置106、一個影像擷取裝置108以及一個處理裝置110。正常投影裝置150包括：一個第二影像資料源152、一個第二中介顯示裝置154以及一個第二投影裝置156。投影校正裝置100會根據投影在物體180上的投影影像來進行投影影像的變形校正，而正常投影裝置150則根據投影校正裝置100進行投影影像的變形校正之後所得到的一些參數PAR來進行投影操作。
在投影校正裝置100中，第一影像資料源102與第一中介顯示裝置104電性耦接，並且第一影像資料源102會提供原始影像資料至第一中介顯示裝置104。第一中介顯示裝置104在從第一影像資料源102接收到原始影像資料之後，就會將所接收到的原始影像資料顯示為符合第一邊界特質的影像(後稱為第一影像)。第一投影裝置106投射此第一影像而在物體180上獲得相對應的一個投影影像。影像擷取裝置108擷取此投影影像，並將所擷取到的投影影像提供至處理裝置110；由於影像擷取裝置108應該要能夠擷取到完整的投影影像，因此在第一投影裝置106投射第一影像而在物體180的區域A 1處獲得投影影像之後的時候、影像擷取裝置108擷取影像時所選擇的區域A 2的大小應該要等同於或者大於區域A 1的大小。處理裝置110透過信號線112電性耦接至第一中介顯示裝置104，並透過信號線114電性耦接至影像擷取裝置108，且處理裝置110從影像擷取裝置108取得先前擷取的投影影像，分析投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別，並根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別來調整第一邊界特質以改變第一影像的邊界形狀，直到投影影像的邊界形狀符合未調整的第一邊界特質為止。而在投影影像的邊界形狀符合未調整的第一邊界特質時，處理裝置110還會將當時的第一邊界特質記錄並輸出為第二邊界特質以供正常投影裝置150使用。
在正常投影裝置150中，第二影像資料源152提供影像資料；第二中介顯示裝置154則電性耦接至第二影像資料源152以接收由第二影像資料源152所提供的影像資料，並將所接收到的影像資料顯示為符合前述之第二邊界特質的影像(後稱為第二影像)；第二投影裝置156對顯示在第二影像資料源152上的第二影像進行投影，並在物體185上獲得相對應的投影影像。
在此應注意的是，投影校正裝置100在投影時所選擇影像成像標的，也就是前述的物體180，應該盡可能的與物體185具有同樣的外型特性。如此一來，由投影校正裝置100所獲得的第二邊界特質就可以直接適用在正常投影裝置150上，無須其它調整。舉例來說，若想要將正常投影裝置150運用在行車時所使用的抬頭顯示系統中，則表示物體185可能是各類車輛的擋風玻璃或安全帽的前蓋，所以物體180也應該選擇與所採用的擋風玻璃或前蓋具有同樣曲度的、可反光的曲面物體，以節省後續需要額外進行的變形調整操作。
再者，雖然在本實施例中是以一個正常投影裝置150搭配一個投影校正裝置100而組成投影系統10，但實際上由投影校正裝置100所提供的第二邊界特質可以同時被多個正常投影裝置150所採用。正常投影裝置150的個數並不影響本發明技術的施行。
接下來請參照圖2，其為根據本發明一實施例的投影影像的變形修正方法的流程圖。在本實施例中，首先於顯示之前先取得第一邊界特質(步驟S200)。此處的第一邊界特質，指的是在一個顯示裝置上顯示影像時，限制此影像顯示區域範圍的邊界的形狀。以一般常見的四方形顯示裝置為例，影像顯示區域範圍的邊界會包括用以限制最上方的顯示位置的上側顯示界線、用以限制最下方的顯示位置的下側顯示界線、用以限制最左方的顯示位置的左側顯示界線與用以限制最右方的顯示位置的右側顯示界線等，總共四側顯示界線。此時的第一邊界特質所指的就是其中一側顯示界線的形狀，或者是兩側以上顯示界線的形狀的組合。在本實施例中，無論是哪一側顯示界線，都被統一稱呼為外圍顯示界線。也就是說，上側顯示界線、下側顯示界線、左側顯示界線與右側顯示界線分別是一條外圍顯示界線，而第一邊界特質就包括了其中至少一條外圍顯示界線的形狀。
在取得第一邊界特質之後，接著就利用顯示裝置將原始影像資料顯示為符合現有的第一邊界特質(此時現有的第一邊界特質就是未調整的第一邊界特質)的第一影像(步驟S210)。而在顯示了第一影像之後，就可以進一步使用投射裝置來投射此第一影像以獲得相對應的一個投影影像(步驟S220)，並接著分析此投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質所呈現的形狀之間的差別(步驟S230)。接下來，根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質所呈現的形狀之間是否存在足夠的差別(步驟S240)，此變形修正方法會進入不同的流程。
假設在步驟S240判別投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質所呈現的形狀之間是否存在差別時，發現這兩者之間的差別極小或者不存在差別，則流程就接續至步驟S250以將現有的第一邊界特質記錄為後續可供其它顯示裝置使用的第二邊界特質。相對的，假設在步驟S240的判別中發現投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質所呈現的形狀之間存在足夠大的差別，則流程會接續至步驟S260以根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質之間的差別來調整第一邊界特質。在調整過第一邊界特質之後，流程會回到步驟S210並再次執行步驟S210至步驟S240的各項操作。在此要釐清的是，在第一次執行步驟S210的時候所使用的第一邊界特質，應該是從步驟S200中取得的、未經調整的第一邊界特質；而在第二次以及接下來執行步驟S210的時候所使用的現有的第一邊界特質，則是經過步驟S260調整而得到的調整過的第一邊界特質(此時現有的第一邊界特質就不是原本未調整的第一邊界特質)。因此，第一次執行步驟S210時所得到的第一影像的邊界的形狀，會與第二次及接下來執行步驟S210時所得到的第一影像的邊界的形狀不同。而隨著第一影像具有不同的邊界形狀，在步驟S220中也可以得到對應的、具備不同邊界形狀的投影影像。
應注意的是，在本揭露中所提到的諸如「符合第一邊界特質的第一影像」的敘述，意思是指第一影像的外圍顯示界線的形狀相似於第一邊界特質所呈現的形狀，而非限定連長度都完全相同。類似的，在本揭露中所提到的諸如「投影影像符合第一邊界特質所呈現的形狀」的敘述，意思也是指投影影像的外圍顯示界線的形狀相似於第一邊界特質所呈現的形狀，而非限定連長度都完全相同。
請一併參照圖3，其為根據本發明一實施例於施行步驟S230時所執行的操作的詳細流程圖。在本實施例中，於步驟S220使用投射裝置投射第一影像以獲得投影影像之後，會在原始影像資料中用來顯示為至少一條外圍顯示界線的資料裡，取得兩個以上的原始影像參考點(步驟S300)。除此之外，為了分析上的方便，最好也設定一個期望投影影像，並使此期望投影影像的邊界的形狀符合未調整的第一邊界特質所呈現的形狀(步驟S310)。值得注意的是，步驟S300與步驟S310屬於資料準備的操作，因此不一定必須在步驟S230之後才能執行，而步驟S300與步驟S310之間的順序也不一定要依照本實施例中所示的順序來進行。簡單來說，步驟S300與步驟S310只要在步驟S320之前執行即可，其餘並無太多限制。
在得到原始影像參考點以及期望投影影像之後，流程前進到步驟S320以估計所選的一個原始影像參考點在被顯示為第一影像時所對應的參考點顯示位置，並接著估計此參考點顯示位置在投影影像上所對應的參考點投影位置(步驟S340)。在取得參考點投影位置之後，就可以估計參考點投影位置與期望投影影像的邊界之間的距離，並將其記錄為與所選的原始影像參考點相對應的一個參考點位移量(步驟S340)。在每取得一個參考點位移量之後，流程會前進到步驟S350以判斷是否所有先前取得的原始影像參考點都已經經過步驟S320到步驟S340的處理。假若還有先前取得的原始影像參考點還沒有經過處理，那麼流程就會回到步驟S320以進行下一個原始影像參考點的處理操作；但假若所有先前取得的原始影像參考點都已經被處理過，那麼流程就可以往前繼續執行步驟S240所定的操作。
值得注意的是，根據圖2與圖3所揭露的內容，在每一次重複步驟S210到步驟S240的時候，所有先前取得的原始影像參考點都必須重新進行一次步驟S320到步驟S340的處理。然而，實際上如果某些原始影像參考點所對應的參考點顯示位置已經被定位完成(在之後將會提及)，那麼在這個參考點顯示位置被定位完成之後，與其相對應的原始影像參考點就可以不再被放入步驟S320到步驟S340的處理對象中。藉此將可以節省許多不必要的計算操作。
請一併參照圖4，其為根據本發明一實施例於施行步驟S240與S260時所執行的操作的詳細流程圖。於前述步驟S230(或者步驟S300至步驟S350)分析投影影像的邊界形狀與未調整的第一邊界特質所呈現的形狀之間的差別之後，本實施例會先在步驟S400中取得一個在先前估計而得的參考點投影位置，接著再判斷與所取出的參考點投影位置相對應的參考點位移量是否小於或等於某一個預設值(步驟S410)。假若在步驟S410中得知目前處理中的參考點位移量大於預設值，則流程即前進到步驟S420以調整現有的第一邊界特質。在以適當的方式調整過現有的第一邊界特質之後，在步驟S430中會判斷是否全部的參考點投影位置都已經確認過。若步驟S430中的判斷結果為否，則流程回到步驟S400以取得另一個尚未處理過的參考點投影位置並重複接續的操作；相反的，若步驟S430中的判斷結果為是，則流程前進到步驟S210以及接續的其它操作。
回過頭來看，假若在步驟S410中所得到的判斷結果為是，則流程前進到步驟S440，判斷是否全部的參考點投影位置都已經確認過。若步驟S440中的判斷結果為否，則流程回到步驟S400以取得另一個尚未處理過的參考點投影位置並重複接續的操作；相反的，若步驟S440中的判斷結果為是，則流程前進到步驟S450先判斷是否全部的參考點位移量都小於或等於前述的預設值，並根據步驟S450判斷的結果，在全部的參考點位移量都小於或等於前述的預設值的時候認定投影影像的邊界形狀符合未調整過的第一邊界特質(步驟S460)，在有任何一個參考店位移量大於預設值的時候回到步驟S210以新的第一邊界特質來顯示原始影像資料。
更進一步的，請參考圖5，其為根據本發明一實施例於施行步驟S420時所執行的操作的詳細流程圖。在本實施例中，要調整現有的第一邊界特質的時候，首先是保持所有原始影像參考點的位置不變，並調整在先前取得的、正在處理中的原始影像參考點所對應的參考點顯示位置，使所調整的參考點顯示位置在投影影像上對應的參考點投影位置比還沒有調整參考點顯示位置之前更為接近期望投影影像的邊界(步驟S500)。接下來再於步驟S510以此正在處理的原始影像參考點的參考點顯示位置以及相鄰的原始影像參考點的參考點顯示位置作為參數，使用三次樣條法(Cubic Spline)取得這兩個相鄰的參考點顯示位置之間的三次樣條函數(Cubic Spline Function)，並在之後以全部的三次樣條函數的集合來作為現有的第一邊界特質(步驟S520)。
由於藉由調整第一邊界特質而使得投影影像的形狀最終能夠與未調整過的第一邊界特質的形狀相符，因此經過前述各實施例所提供的流程後所最終得到的第二邊界特質就可以被用來在後續投影時使用。換句話說，若其它條件不變，那麼當直接將原始影像資料顯示為符合第二邊界特質的顯示影像(後稱第二顯示影像)的時候，投影第二影像而得的投影影像的形狀就應該符合原有的、未經調整的第一邊界特質所呈現的形狀。於是，在後續投影時可以直接以第二邊界特質來顯示原始影像資料，而所顯示出來的影像經過投影操作之後所得到的就是經過變形之後的投影影像。
在此需要注意的是，由於原有的第一邊界特質與第二邊界特質所呈現的形狀通常是不一樣的，所以在顯示具備同一尺寸大小的原始影像資料的時候就必須做適當地調整。請參照圖6，其為根據本發明一實施例於使用第二邊界特質顯示原始影像資料時的操作流程圖。如圖所示，本實施例在要使用第二邊界特質顯示原始影像資料的時候，會先計算第二邊界特質中位於某一方向(後稱第一設定方向，例如x軸方向)上的相對的兩條外圍顯示界線之間的每一列中可允許顯示的畫素數量(步驟S600)，並且計算第二邊界特質中位於另一方向(後稱第二設定方向，例如y軸方向)上的相對的兩條外圍顯示界線之間的每一欄中可允許顯示的畫素數量(步驟S602)；之後再根據計算得到的每一列中可允許顯示的畫素數量，縮放原始影像資料中相對應的每一列的影像資料(步驟S610)，以及根據計算得到的每一欄中可允許顯示的畫素數量，縮放原始影像資料中相對應的每一欄的影像資料(步驟S612)。
為了使前述的說明能更加具體，以下提出一個實際執行的例子以供參考。請參照圖7A與圖7B，其中的圖7A為根據本發明一實施例的投影影像的變形修正方法中根據調整前的第一邊界特質顯示原始影像資料時的顯示影像的外觀圖，圖7B為將圖7A中的顯示影像投影而成的投影影像的外觀圖。在本實施例中，第一邊界特質兩兩相交的四條外圍顯示界線B 1、B 2、B 3與B 4為邊界，並以此顯示為一個四個邊界都是直線的第一影像。而投影此第一影像時，因為各種條件的影響，導致所得到的投影影像成為如圖7B一樣的，四個邊界各有不同扭曲程度的投影影像。其中，圖7B所示的由四條筆直虛線邊界C 1、C 2、C 3與C 4所定義的區域範圍就是前述的期望投影影像。由此可見，目前所得的投影像的邊界形狀與期望投影影像之間的外型是有差異的，所以所呈現出來的影像內容也會呈現變形的現象。
如圖7A所示，假設在原始影像資料中對應於各外圍顯示界線B 1、B 2、B 3與B 4分別挑選出了5個、8個、4個與5個原始影像參考點(各外圍顯示界線上所取的原始影像參考點數量可以相同也可以不同)，而且為了方便起見，特別挑選了位於各外圍顯示界線的交界處的點作為其中一部份的原始影像參考點，使得這些原始影像參考點分別對應到外圍顯示界線B 1上的參考點顯示位置m 1、m 2、m 3、m 4與m 5，對應到外圍顯示界線B 2上的參考點顯示位置n 1、n 2、n 3、n 4、n 5、n 6、n 7與n 8，對應到外圍顯示界線B 3上的參考點顯示位置m 5、o 1、o 2與n 8，以及對應到外圍顯示界線B 4上的參考點顯示位置m 1、p 1、p 2、p 3與n 1。
在將第一影像投影成投影影像的時候，外圍顯示界線B 1上的參考點顯示位置m 1、m 2、m 3、m 4與m 5會分別對應到參考點投影位置s 1、s 2、s 3、s 4與s 5，外圍顯示界線B 2上的參考點顯示位置n 1、n 2、n 3、n 4、n 5、n 6、n 7與n 8會分別對應到參考點投影位置t 1、t 2、t 3、t 4、t 5、t 6、t 7與t 8，外圍顯示界線B 3上的參考點顯示位置m 5、o 1、o 2與n 8會分別對應到參考點投影位置s 5、u 1、u 2與t 8，外圍顯示界線B 4上的參考點顯示位置m 1、p 1、p 2、p 3與n 1會分別對應到參考點投影位置s 1、v 1、v 2、v 3與t 1。
很明顯的，投影影像的形狀與期望投影影像的邊界形狀有所不同。對此，在本發明中就藉由調整各參考點顯示位置m 1～m 5、n 1～n 8、o 1、o 2以及p 1～p 3的方式來調整投影影像的形狀。
舉例來說，請參照圖7C與圖7D，其中，圖7C為圖7B所示的參考點投影位置s 1與期望投影影像的邊界之間的相對位置示意圖，圖7D則為調整參考點投影位置s 1的時候對參考點顯示位置m 1所做的調整操作的示意圖。在考慮參考點投影位置s 1與邊界C 1之間的差異的時候，距離D 1就是前述的參考點位移量；而在考慮參考點投影位置s 1與邊界C 2之間的差異的時候，距離D 2就是前述的參考點位移量。也就是說，為了要使投影影像的形狀能修正成期望投影影像的形狀，最好是嘗試把參考點投影位置s1向圖式的左上方略為移動。由於在一般的狀況下，投影影像的位置變化的方向與被用來投影的源頭(在此為第一影像)的位置變化的方向是一致的，而位置變化的距離則與投影影像的放大或縮小倍率有關，因此在嘗試把參考點投影位置s1向圖式的左上方略為移動的時候，可以利用把與參考點投影位置s 1相對應的參考點顯示位置m 1向左上方移動。例如，可以將參考點顯示位置m 1向左方及上方各移動一小段距離，使參考點顯示位置m 1能被移動到圖7D所示的參考點顯示位置m 1’。
再舉另一例子來看，請參照圖7E與圖7F，其中，圖7E為圖7B所示的參考點投影位置t 5和t 6與期望投影影像的邊界之間的相對位置示意圖，圖7F則為調整參考點投影位置t 5和t 6的時候對參考點顯示位置n 5和n 6所做的調整操作的示意圖。在考慮參考點投影位置t 5與邊界C 3之間的差異的時候，距離D 3就是前述的參考點位移量；而在考慮參考點投影位置t 6與邊界C 3之間的差異的時候，距離D 4就是前述的參考點位移量。也就是說，為了要使投影影像的形狀能修正成期望投影影像的形狀，最好是嘗試把參考點投影位置t5向圖式的上方略為移動，並嘗試把參考點投影位置t6向圖式的下方略為移動。因此，相對應的，就可以將參考點顯示位置n 5向上方移動一小段距離，使參考點顯示位置n 5能被移動到圖7F所示的參考點顯示位置n 5’，並將參考點顯示位置n 6向下方移動一小段距離，使參考點顯示位置n 6能被移動到圖7F所示的參考點顯示位置n 6’。
接下來請參照圖7G，其為圖7A的第一影像經過變形校正後所得的影像外型示意圖。其中，原本的參考點顯示位置m 1～m 5、n 1～n 8、o 1、o 2與p 1～p 3會經由類似圖7C到圖7F所陳述的邏輯進行調整，並在調整過後分別對應到新的參考點顯示位置m 11～m 15、n 11～n 18、o 11、o 12與p 11～p 13。在得到新的參考點顯示位置m 11～m 15、n 11～n 18、o 11、o 12與p 11～p 13之後，就可以以參考點顯示位置m 11、m 15、n 11與n 18為四個頂點(因為與參考點顯示位置m 11、m 15、n 11及n 18相對應的參考點顯示位置m 1、m 5、n 1及n 8即為原本的四個頂點)，再以兩兩相鄰的參考點顯示位置，例如：參考點顯示位置m 11與m 12、參考點顯示位置m 12與m 13…參考點顯示位置m 11與p 11、參考點顯示位置p 11與p 12…等等，分別作為參數，使用三次樣條法取得這兩個相鄰的參考點顯示位置之間的三次樣條函數，並在之後以全部的三次樣條函數的集合(亦即圖7G之中由參考點顯示位置m 11～m 15、n 11～n 18、o 11、o 12與p 11～p 13連接起來的線的形狀)來作為現有的第一邊界特質。
應注意的是，前述對於第一邊界特質的調整，可以一次只調整一個邊界，也可以一次調整多個邊界。
再者，在經由前述的操作而得到調整過的第一邊界特質之後，可以進行如圖4所示的流程以判斷最後得到的投影影像是否符合需求。假若所得到的投影影像不符合需求，那麼可以基於目前所得的調整後的第一影像，再用同樣的方法進行一次調整，直到所得到的投影影像符合需求為止。一旦所得到的投影影像符合需求，那麼目前所得的調整後的第一影像的外圍顯示界線就會被記錄下來成為前述的第二邊界特質。而在之後的投影過程中，就可以直接利用所記錄下來的第二邊界特質來顯示原始影像資料，免除再次校正的麻煩。
其中，在記錄第二邊界特質的時候，比較簡單的方式是記錄各外圍顯示界線所經過的像素點的位置。這樣一來不但可以清楚且完整地記錄下第二邊界特質所呈現的形狀，而且還可以利用所記錄下來的資料而在顯示原始影像資料的時候直接進行影像的縮放(如圖6)。
從另一個角度來看，本發明所提出的投影影像的變形修正方法可統整為如圖8所示的流程圖。請參照圖8，其為根據本發明一實施例的投影影像的變形修正方法的流程圖。在本實施例中，首先將原始影像資料顯示為第一影像(步驟S800)；將第一影像投射為投影影像(步驟S810)；分析投影影像的邊界形狀與未調整的第一影像的形狀之間的差別(步驟S820)；在不改變原始影像資料的形狀的條件下，根據投影影像的邊界形狀與未調整的第一影像的形狀之間的差別，調整第一影像的形狀直到投影影像的邊界形狀符合未調整的第一影像的形狀為止(步驟S830)；以及在投影影像的邊界形狀符合未調整的第一影像的形狀時，記錄並輸出當時的第一影像的形狀(步驟S840)。
藉由上述的技術手段，本發明所提供的投影系統及投影影像的變形修正方法可以藉著調整即將投射的影像的形狀而達到調整投影影像形狀、修正投影影像變形的目的。由於不需要使用到光學元件來修正投影影像的變形，因此成本相對低廉，適於廣泛地運用於各種應用層面上。更可貴的，比之使用硬體必須隨投影介質的特性不同(例如投影平面的曲度等)而變更光學元件的各類參數才能修正變形而言，本發明所提供的投影系統及投影影像的變形修正方法可以輕鬆的運用同樣的手法而達到在不同特性的投影介質上修正變形的效果。因此本發明所提供的技術非常適於實用。
10‧‧‧投影系統
100‧‧‧投影校正裝置
102‧‧‧第一影像資料源
104‧‧‧第一中介顯示裝置
106‧‧‧第一投影裝置
108‧‧‧影像擷取裝置
110‧‧‧處理裝置
112、114‧‧‧信號線
150‧‧‧正常投影裝置
152‧‧‧第二影像資料源
154‧‧‧第二中介顯示裝置
156‧‧‧第二投影裝置
180、185‧‧‧物體
A1、A2‧‧‧區域
B1、B2、B3、B4‧‧‧外圍顯示界線
C1、C2、C3、C4‧‧‧邊界
D1、D2、D3、D4‧‧‧距離
m1～m5、n1～n8、o1、o2、p1～p3、m1’、n5’、n6’‧‧‧參考點顯示位置
m11～m15、n11～n18、o11、o12、p11～p13‧‧‧參考點顯示位置
s1～s5、t1～t8、u1、u2、v1～v3‧‧‧參考點投影位置
S200～S260‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S300～S350‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S400～S460‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S500～S520‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S600～S612‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
S800～S840‧‧‧本發明一實施例的施行步驟
圖1為根據本發明一實施例的投影系統的電路方塊圖。 圖2為根據本發明一實施例的投影影像的變形修正方法的流程圖。 圖3為根據本發明一實施例於施行步驟S230時所執行的操作的詳細流程圖。 圖4為根據本發明一實施例於施行步驟S260時所執行的操作的詳細流程圖。 圖5為根據本發明一實施例於施行步驟S420時所執行的操作的詳細流程圖。 圖6為根據本發明一實施例於使用第二邊界特質顯示原始影像資料時的操作流程圖。 圖7A為根據本發明一實施例的投影影像的變形修正方法中根據調整前的第一邊界特質顯示原始影像資料時的顯示影像的外觀圖。 圖7B為將圖7A中的顯示影像投影而成的投影影像的外觀圖。 圖7C為圖7B所示的參考點投影位置s 1與期望投影影像的邊界之間的相對位置示意圖。 圖7D為調整參考點投影位置s 1的時候對參考點顯示位置m 1所做的調整操作的示意圖。 圖7E為圖7B所示的參考點投影位置t 5和t 6與期望投影影像的邊界之間的相對位置示意圖。 圖7F為調整參考點投影位置t 5和t 6的時候對參考點顯示位置n 5和n 6所做的調整操作的示意圖。 圖7G為圖7A的第一影像經過變形校正後所得的影像外型示意圖。 圖8為根據本發明一實施例的投影影像的變形修正方法的流程圖。
無
S800~S840‧‧‧本發明一實施例的施行步驟

Claims (6)

  1. 一種投影影像的變形修正方法，適用於修正從一投射裝置投射影像的時候所產生的影像變形，其特徵在於，該投影影像的變形修正方法包括下列步驟：將一原始影像資料顯示為符合一第一邊界特質的一第一影像；使用該投射裝置投射該第一影像以獲得一投影影像；分析該投影影像的一邊界形狀與未調整的該第一邊界特質之間的差別；根據該投影影像的該邊界形狀與未調整的該第一邊界特質之間的差別，調整該第一邊界特質直到該投影影像的該邊界形狀符合未調整的該第一邊界特質為止；以及在該投影影像的該邊界形狀符合未調整的該第一邊界特質時，將當時的該第一邊界特質記錄為一第二邊界特質，其中，該第一邊界特質為該第一影像的至少一條外圍顯示界線的形狀，其中，前述分析該投影影像的該邊界形狀與未調整的該第一邊界特質之間的差別的步驟，包括下列步驟：在該原始影像資料中用以顯示為該第一邊界特質的該至少一條外圍顯示界線的資料中，取兩個以上的原始影像參考點；設定符合未調整的該第一邊界特質的一期望投影影像的邊界；估計該些原始影像參考點中的至少一者在被顯示為符合現有的該第一邊界特質的該第一影像時所對應的至少一個參考點顯示位置；估計該至少一個參考點顯示位置在該投影影像上所對應的至少一個參考點投影位置；以及 自該至少一個參考點投影位置中選取適當者，估計每一個被選取的該參考點投影位置與該期望投影影像的邊界之間所對應的一距離，並記錄該距離為被選取的該參考點投影位置所對應的一參考點位移量，其中，前述根據該投影影像的該邊界形狀與未調整的該第一邊界特質之間的差別，調整該第一邊界特質直到該投影影像的該邊界形狀符合未調整的該第一邊界特質為止的步驟，包括下列步驟：判斷每一個被選取的該參考點投影位置所對應的該參考點位移量是否小於或等於一預設值；當任一個被選取的該參考點投影位置所對應的該參考點位移量大於該預設值，進行下列步驟：調整現有的該第一邊界特質；將該原始影像資料顯示為符合現有的該第一邊界特質的該第一影像；以及使用該投射裝置投射該第一影像以獲得該投影影像；以及當每一個被選取的該參考點投影位置所對應的該參考點位移量皆小於或等於該預設值，判斷為該投影影像的該邊界形狀符合未調整過的該第一邊界特質。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的投影影像的變形修正方法，其中，前述調整現有的該第一邊界特質的步驟包括下列步驟：保持該些原始影像參考點的位置不變，並調整至少一個該參考點顯示位置，使該參考點顯示位置在該投影影像上對應的該參考點投影位置比之前更接近該期望投影影像的邊界； 以每兩個相鄰的該些參考點顯示位置為參數，使用三次樣條法取得所選的兩個相鄰的該些參考點顯示位置之間的一個三次樣條函數；以及以所取得的所有該些三次樣條函數的集合作為現有的該第一邊界特質。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的投影影像的變形修正方法，更包括下列步驟：在後續投影時以該第二邊界特質顯示該原始影像資料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的投影影像的變形修正方法，其中，前述在後續投影時以該第二邊界特質顯示該原始影像資料的步驟，包括下列步驟：計算該第二邊界特質中位於一第一設定方向上的相對的兩條外圍顯示界線之間的每一列中可允許顯示的畫素數量；計算該第二邊界特質中位於一第二設定方向上的相對的兩條外圍顯示界線之間的每一欄中可允許顯示的畫素數量；根據計算得到的每一列中可允許顯示的畫素數量，縮放該原始影像資料中相對應的每一列的影像資料；以及根據計算得到的每一欄中可允許顯示的畫素數量，縮放該原始影像資料中相對應的每一欄的影像資料。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的投影影像的變形修正方法，其中：該第一影像的周圍以兩兩相交的四條外圍顯示界線為邊界，且該些原始影像參考點對應顯示在每一該些四側顯示界線上的數量不完全相同。
  6. 一種投影系統，其特徵在於包括： 一投影校正裝置，包括：一第一影像資料源，提供一原始影像資料；一第一中介顯示裝置，電性耦接至該第一影像資料源以接收該原始影像資料，並將該原始影像資料顯示為符合一第一邊界特質的一第一影像；一第一投影裝置，投影該第一影像投影以成一投影影像；一影像擷取裝置，擷取該投影影像；以及一處理裝置，電性耦接至該中介顯示裝置及該影像擷取裝置；以及一正常投影裝置，包括：一第二影像資料源，提供一影像資料；一第二中介顯示裝置，電性耦接至該第二影像資料源以接收該影像資料，並將該影像資料顯示為符合一第二邊界特質的一第二影像；以及一第二投影裝置，投影該第二影像，其中，該處理裝置從該影像擷取裝置取得該投影影像，分析該投影影像的一邊界形狀與未調整的該第一邊界特質之間的差別，並根據該投影影像的該邊界形狀與未調整的該第一邊界特質之間的差別，調整該第一邊界特質以改變該第一影像的該邊界形狀，直到該投影影像的該邊界形狀符合未調整的該第一邊界特質為止，其中，該第一影像與該第二影像被投射至可反光的曲面物體，其中，在該投影影像的該邊界形狀符合未調整的該第一邊界特質時，將當時的該第一邊界特質記錄並輸出為該第二邊界特質。
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