WO2006056576A1 - Trapezentzerrung bei laserprojektionssystemen - Google Patents

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WO2006056576A1
WO2006056576A1 PCT/EP2005/056170 EP2005056170W WO2006056576A1 WO 2006056576 A1 WO2006056576 A1 WO 2006056576A1 EP 2005056170 W EP2005056170 W EP 2005056170W WO 2006056576 A1 WO2006056576 A1 WO 2006056576A1
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distortion
projection
trapezoidal
laser projection
projection systems
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PCT/EP2005/056170
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Inventor
Christian Gammer
Ralf Hying
Original Assignee
Benq Mobile Gmbh & Co. Ohg
Benq Corporation
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00—Details of colour television systems
    • H04N9/12—Picture reproducers
    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3129—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM] scanning a light beam on the display screen
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0025—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N9/31—Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3179—Video signal processing therefor
    • H04N9/3185—Geometric adjustment, e.g. keystone or convergence

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
  • miniaturization of projection devices for their use in interaction with mobile telephones can be a way out of this contrast.
  • a promising design of mini projectors is the projection with the aid of a laser beam deflected via a 2D micromirror.
  • the laser beam scans the projection surface line by line, similar to the electron beam in a cathode ray tube.
  • An image is created by modulating the image data onto the laser beam.
  • a problem in the projection with mobile projection systems is that the angle between the projection direction, or between the center beam of the projection beam, and the normal of the projection surface can change during the projection. If this angle is not zero, image distortions occur, the so-called trapezoidal distortion or keystone distortion.
  • the invention has for its object to provide a method for electronic equalization of the keystone distortion. This object is achieved by the features specified in patent claim 1 features.
  • the compensation of the keystone distortion by means of a counter-distortion of the image content.
  • Figure 1 is a basic concept of the method according to the invention
  • Figure 2 is a schematic diagram for carrying out the inventive method
  • Figure 3 and 4 is an application of the method according to the invention.
  • the method according to the invention compensates for the trapezoidal distortion by virtually counter-distorting the image content before the projection by electronic means.
  • the trapezoidal distortion resulting from the optical path is caused, for example, by an oblique angle of incidence of the projection beam onto a projection surface, compensated by an electronically generated opposite distortion or distortion.
  • an at least almost distortion-free projection image with parallel edges is formed as desired.
  • the optical keystone distortion produces a comparatively wider image line at the upper edge of the image than at the lower edge.
  • a distortion is caused, for example, by an obliquely upwardly directed projector on a table.
  • the orientation between the projection axis and the projection surface is to be determined.
  • methods for example tilt sensors, or methods based on distance measurements. These methods are not the subject of the invention and are therefore not described in detail.
  • the Schmidt ⁇ distortion of the image content by an adjustment of Spiegelaus- steering takes place.
  • the pixels at the upper edge of the image are slightly compressed, for example by an algorithm, during the projection of a line. This results in narrower lines at the upper edge of the image projection and wider lines at the lower edge. This is done, as already stated in the principle description, in opposite relationship to the existing or on optical way resulting keystone distortion.
  • the oscillation amplitude of the projection mirror (not explicitly shown).
  • the oscillation amplitude increases with the amplitude of an excitation signal.
  • the horizontal oscillation amplitude is changed starting from the upper edge of the picture to the opposite lower edge of the picture in accordance with the desired counterdistortion.
  • the oscillation amplitude decreases from top to bottom, for example, linearly with the progressive line number.
  • the maximum line length in the example shown is the length of the line at the bottom of the screen. This line length corresponds to the maximum amplitude of the drive signal. In the case of a distortion acting in the reverse direction, the oscillation amplitude and thus also the line length will decrease from bottom to top.
  • the number of pixels per line is preferably throughout
  • the method according to the invention can be used in all laser projection apparatuses in which the projection beam is deflected via micromirrors.
  • One of the advantages is that no additional mechanical or optical components are needed, but only the activation of the laser is expanded.
  • the method can be implemented, for example, as an electronic circuit, FPGA (ASIC) module or as software in a microcontroller or DSP.
  • the method is illustrated by the example of a built-in a pen projection system.
  • the details are the figure removed.
  • the projection is designed in this example to an angle ⁇ of preferably 60 degrees between pin axis and projection surface. If, during use of the pen, this angle is changed by the hand position of the user, this change can be detected, for example, via an inclination sensor and corrected in real time by the method according to the invention.
  • the method according to the invention is basically not only suitable for compensating a trapezoidal distortion in one direction, but can also compensate for distortions that arise due to the inclination of the projection unit in several directions or due to rotation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektronischen Trapezentzerrung für Laserprojektionssysteme, insbesondere für mobile Laserprojektionssysteme. Erfindungsgemäß wird eine auf optischen Weg entstandene Trapezverzeichnung kompensiert durch eine auf elektronischem Weg erzeugte entgegengesetzte Verzeichnung beziehungsweise Verzerrung des Bildinhaltes, wobei durch die Überlagerung der beiden Verzerrungen ein zumindest nahezu verzerrungsfreies Projektionsbild mit parallelen Kanten entsteht.

Description

Beschreibung
Trapezentzerrung bei Laserprojektionssystemen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Mobile Laserprojektionssysteme werden in Zukunft beispiels¬ weise bei Mobiltelefonen beziehungsweise Handys und bei PDAs (Personal Digital Assistant) eingesetzt.
In Folge der allgemeinen Miniaturisierung von mobilen Geräten einerseits und der ständig wachsenden darzustellenden Daten¬ menge andererseits wird es zukünftig immer schwieriger, die- sen beiden Entwicklungen beispielsweise in einem Mobiltelefon gerecht zu werden. Die Miniaturisierung von Projektionsgerä¬ ten zu deren Verwendung im Zusammenspiel mit Mobiltelefonen kann einen Ausweg aus diesem Gegensatz bedeuten. Eine viel versprechende Ausführung von Mini-Projektoren ist die Projek- tion mit Hilfe eines über 2D-Mikrospiegel abgelenkten Laser¬ strahls. Dabei scannt der Laserstrahl die Projektionsfläche zeilenweise ab, ähnlich wie der Elektrodenstrahl in einer Ka¬ thodenstrahlröhre. Ein Bild entsteht, indem die Bilddaten auf den Laserstrahl moduliert werden.
Ein Problem bei der Projektion mit mobilen Projektionssyste¬ men ist, dass sich der Winkel zwischen der Projektionsrich¬ tung, beziehungsweise zwischen dem Mittelstrahl des Projekti¬ onsbündels, und der Normalen der Projektionsfläche während der Projektion ändern kann. Wenn dieser Winkel nicht null ist treten Bildverzerrungen auf, die sogenannte Trapezverzeich¬ nung beziehungsweise Trapezverzerrung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur elektronischen Entzerrung der Trapezverzeichnung anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentan¬ spruch 1 angegebenem Merkmale gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Kompensation der Trapezverzerrung mit Hilfe einer Gegenverzerrung des Bildinhaltes.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 ein Grundkonzept des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 eine Prinzipdarstellung zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens, und Figur 3 und 4 eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens.
Das erfindungsgemäße Verfahren kompensiert die Trapezver¬ zeichnung, indem der Bildinhalt vor der Projektion auf elekt- ronischen Wege sozusagen gegenverzerrt wird.
Wie in Figur 1 schematisch dargestellt, wird die auf opti¬ schen Weg entstandene Trapezverzeichnung, beispielsweise be¬ wirkt durch einen schrägen Einfallswinkel des Projektions- Strahles auf eine Projektionsfläche, kompensiert durch eine auf elektronischem Weg erzeugte entgegengesetzte Verzeichnung beziehungsweise Verzerrung. Durch die Überlagerung der beiden Verzerrungen entsteht wie erwünscht ein zumindest nahezu ver¬ zerrungsfreies Projektionsbild mit parallelen Kanten.
Die optische Trapezverzeichnung erzeugt hierbei am oberen Bildrand eine vergleichsweise breitere Bildzeile wie am unte¬ ren Rand. Bewirkt wird eine solche Verzeichnung beispielswei¬ se durch einen schräg nach oben gerichteten Projektor auf ei- nem Tisch. Zur Durchführung der Bildentzerrung ist die Orientierung zwi¬ schen Projektionsachse und Projektionsfläche zu ermitteln. Zu diesem Zweck gibt es bereits entwickelte Verfahren, bei¬ spielsweise über Neigungssensoren, oder Methoden, die auf Ab- Standsmessungen basieren. Diese Verfahren sind nicht Gegens¬ tand der Erfindung und werden daher nicht näher ausgeführt.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Gegenver¬ zerrung des Bildinhaltes durch eine Anpassung der Spiegelaus- lenkung.
Wie in Figur 2 dargestellt werden, beispielsweise durch einen Algorithmus, bei der Projektion einer Zeile die Pixel an der oberen Bildkante etwas gestaucht. Hierdurch entstehen am obe- ren Rand der Bildprojektion schmalere und am unteren Rand breitere Zeilen. Dies geschieht, wie schon bei der Prinzip- Beschreibung ausgeführt, im entgegengesetztem Verhältnis zur vorhandenen beziehungsweise auf optischen Weg entstandenen Trapezverzerrung.
Erreicht wird dies durch Veränderung der Schwingungsamplitude des Projektionsspiegels (nicht explizit dargestellt) . Die Schwingungsamplitude nimmt zu mit der Amplitude eines Anre¬ gungssignales. Durch eine Modulation der Amplitude des Ansteuersignales wird daher die horizontale Schwingungsampli¬ tude beginnend vom oberen Bildrand zum entgegengesetzten un¬ teren Bildrand entsprechend der gewünschten Gegenverzerrung verändert.
Im dargestellten Fall nimmt die Schwingungsamplitude von oben nach unten beispielsweise linear mit der fortschreitenden Zeilennummer ab.
Die maximale Zeilenlänge ist im dargestellten Beispiel die Länge der Zeile am unteren Bildrand. Diese Zeilenlänge ent¬ spricht der Maximalamplitude des Ansteuersignales. Bei einer in umgekehrter Richtung wirkenden Verzerrung wird die Schwingungsamplitude und damit auch die Zeilenlänge von unten nach oben abnehmen.
Die Anzahl der Pixel pro Zeile ist vorzugsweise im ganzen
Bild konstant. Durch dieses Verfahren wird eine Stauchung der Pixeldarstellung in horizontaler Richtung erreicht, wobei die Stauchung in horizontaler Richtung von oben nach unten ab¬ nimmt.
Vorstehend wurde eine künstliche Trapezverzeichnung zur Kom¬ pensation einer Projektion beschrieben, wobei die Projektion durch eine Trapezverzerrung am oberen Rand verbreitert wurde. Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auch in umgekehrter Richtung anwendbar, wenn die Projektion am unte¬ ren Rand durch Verzerrung verbreitert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in allen Laserprojekti¬ onsgeräten eingesetzt werden, in denen der Projektionsstrahl über Mikrospiegel abgelenkt wird. Einer der Vorteile ist, dass keine zusätzlichen mechanischen oder optischen Komponen¬ ten benötigt werden, sondern lediglich die Ansteuerung des Lasers erweitert wird. Das Verfahren kann beispielsweise als elektronische Schaltung, FPGA(ASIC) Modul oder als Software in einem MikroController oder DSP implementiert werden.
An Hand von Figur 3 wird das Verfahren am Beispiel eines in einen Stift eingebauten Projektionssystems verdeutlicht. Die Einzelheiten sind der Figur entnehmbar. Die Projektion ist in diesem Beispiel auf einen Winkel α von vorzugsweise 60 Grad zwischen Stiftachse und Projektionsfläche ausgelegt. Wird während der Benutzung des Stifts dieser Winkel durch die Handhaltung des Benutzers verändert, kann diese Veränderung beispielsweise über einen Neigungssensor erfasst und in Echt- zeit über das erfindungsgemäße Verfahren korrigiert werden. Wie in Figur 4 dargestellt eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich nicht nur zum Ausgleich einer Trapez¬ verzeichnung in einer Richtung, sondern kann auch Verzerrun¬ gen ausgleichen, die durch Neigung der Projektionseinheit in mehrere Richtungen oder durch Drehung entstehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur elektronischen Trapezentzerrung für Laser¬ projektionssysteme mit Schwingspiegel, insbesondere für mobi- Ie Laserprojektionssysteme, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a s s eine auf optischen Weg entstandene Trapezverzeichnung kompen¬ siert wird durch eine auf elektronischem Weg erzeugte entge¬ gengesetzte Verzeichnung beziehungsweise Verzerrung des BiId- inhaltes, wobei durch die Überlagerung der beiden Verzerrun¬ gen ein zumindest nahezu verzerrungsfreies Projektionsbild mit parallelen Kanten entsteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t d a s s die Gegenverzerrung des Bildinhaltes durch eine Anpassung der Schwingungsamplitude für ein Spiegelansteuersignal erfolgt, wobei bei der Projektion einer Zeile die Pixel an einer ent¬ sprechenden Bildkante gestaucht werden.
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