WO2006056577A1 - Trapezoid rectification in laser projection systems - Google Patents

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WO2006056577A1 PCT/EP2005/056171 EP2005056171W WO2006056577A1 WO 2006056577 A1 WO2006056577 A1 WO 2006056577A1 EP 2005056171 W EP2005056171 W EP 2005056171W WO 2006056577 A1 WO2006056577 A1 WO 2006056577A1
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Christian Gammer
Ralf Hying
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Benq Mobile Gmbh & Co. Ohg
Benq Corporation
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    • 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.
  • This counterdistraction occurs in particular by a real-time adaptation of the laser modulation.
  • 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
  • FIGS 3 and 4 an application of the method according to the invention.
  • the method according to the invention compensates for the trapezoidal drawing in that the image content is, so to speak, counter-distorted before the projection on electronic paths.
  • the trapezoidal distortion resulting from the optical path is, for example, influenced 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.
  • Such a distortion is caused, for example, by se by an obliquely upwardly directed projector on ei ⁇ nem table.
  • the orientation between the projection axis and the projection surface is to be determined.
  • methods for example via inclination sensors, or methods based on distance measurements. These methods are not the subject of the invention and are therefore not described in detail.
  • the counter-distortion of the image content takes place by adaptation of the laser modulation.
  • 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 maximum line length in the example shown is the length of the line at the bottom of the screen.
  • the line length t z thus also changes.
  • the length of the delay time t D is linearly reduced from its maximum value in the uppermost row, for example, down to the value zero in the last row.
  • the last, lowest line is a - largely - undistorted displayed line.
  • the laser remains dark, ie no pixels are displayed on the projection surface.
  • the delay time t D will increase from a value of zero to its maximum value or extreme value.
  • the number of pixels per line is preferably constant throughout the image.
  • the method according to the invention can be used in all laser projection devices 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.
  • ASIC electronic circuit
  • FIG 3 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.

Abstract

The invention relates to a method for electronic trapezoid rectification for laser projection systems, in particular for mobile laser projection systems. According to the invention, a trapezoid distortion appearing on the optical path is compensated by a counter distortion produced on the electronic path, the distortion being, preferably, a distortion of the image content. The superposition of both of the distortions enables an at least approximately distortion free projection image with parallel edges to be produced.

Description

Beschreibungdescription
Trapezentzerrung bei LaserprojektionssystemenTrapezoidal strain in laser projection systems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method according to the preamble of patent claim 1.
Mobile Laserprojektionssysteme werden in Zukunft beispiels¬ weise bei Mobiltelefonen beziehungsweise Handys und bei PDAs (Personal Digital Assistant) eingesetzt.Mobile laser projection systems will be used in the future, for example, in mobile phones or mobile phones and in PDAs (Personal Digital Assistant).
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.As a result of the general miniaturization of mobile devices on the one hand, and the constantly growing amount of data to be displayed on the other hand, it will become increasingly difficult in the future to cope with these two developments, for example in a mobile telephone. The 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.
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.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.
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.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.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Kompensation der Trapezverzerrung mit Hilfe einer Gegenverzerrung des Bildinhaltes.In the method according to the invention, the compensation of the keystone distortion by means of a counter-distortion of the image content.
Diese Gegenverzerrung erfolgt insbesondere durch eine Echt¬ zeitanpassung der Lasermodulation.This counterdistraction occurs in particular by a real-time adaptation of the laser modulation.
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines in der Zeich¬ nung dargestellten Ausführungsbeispieles beschrieben. Dabei zeigen:In the following, the invention will be described with reference to an exemplary embodiment shown in the drawing. Showing:
Figur 1 ein Grundkonzept des erfindungsgemäßen Verfahrens, Figur 2 eine Prinzipdarstellung zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens, undFigure 1 is a basic concept of the method according to the invention, Figure 2 is a schematic diagram for carrying out the inventive method, and
Figur 3 und 4 eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens.Figures 3 and 4 an application of the method according to the invention.
Das erfindungsgemäße Verfahren kompensiert die Trapezver¬ zeichnung, indem der Bildinhalt vor der Projektion auf elekt¬ ronischen Wege sozusagen gegenverzerrt wird.The method according to the invention compensates for the trapezoidal drawing in that the image content is, so to speak, counter-distorted before the projection on electronic paths.
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.As schematically illustrated in FIG. 1, the trapezoidal distortion resulting from the optical path is, for example, influenced by an oblique angle of incidence of the projection beam onto a projection surface, compensated by an electronically generated opposite distortion or distortion. As a result of the superimposition of the two distortions, an at least almost distortion-free projection image with parallel edges is formed as desired.
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.The optical keystone distortion produces a comparatively wider image line at the upper edge of the image than at the lower edge. Such a distortion is caused, for example, by se by an obliquely upwardly directed projector on ei¬ nem table.
Zur Durchführung der Bildentzerrung ist die Orientierung zwi- sehen 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.To carry out the image equalization, the orientation between the projection axis and the projection surface is to be determined. For this purpose, there are already developed methods, for example via inclination sensors, or methods based on distance measurements. These methods are not the subject of the invention and are therefore not described in detail.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Gegenver¬ zerrung des Bildinhaltes durch eine Anpassung der Lasermodu¬ lation.In one embodiment of the invention, the counter-distortion of the image content takes place by adaptation of the laser modulation.
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.As shown in FIG. 2, 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.
Erreicht wird dies durch Einfügen einer Verzögerungszeit tD zwischen dem eigentlichen Zeilenbeginn (bezogen auf eine für alle Zeilen gültige Synchronisationslinie) und dem Beginn der Lasermodulation für diese Zeile. Die gleiche Zeit wird auch nach der Darstellung einer vollständigen Zeile eingefügt, so dass gilt:This is achieved by inserting a delay time t D between the actual beginning of the line (based on a synchronization line valid for all lines) and the beginning of the laser modulation for this line. The same time is also inserted after the representation of a complete line, so that:
2 * tD + tz = maximaleZeilenlaenge mit tD : Verzögerungszeit tz : Zeilenlänge2 * t D + t z = maximum line length with t D : delay time t z : line length
Die maximale Zeilenlänge ist im dargestellten Beispiel die Länge der Zeile am unteren Bildrand. Abhängig von der Dauer der Verzögerungszeit tD, die ab der Synchronisationslinie gewertet wird, ändert sich somit auch die Zeilenlänge tz. Die Länge der Verzögerungszeit tD wird ausgehend von ihrem Maximalwert in der obersten Zeile bei- spielsweise linear verringert bis auf den Wert Null in der letzten Zeile. Hierbei ist die letzte, unterste Zeile eine - weitgehend - unverzerrt abgebildete Zeile. Während der Dauer der Verzögerungszeit tD bleibt der Laser dunkel, das heisst es werden keine Bildpunkte auf der Projektionsfläche darge- stellt.The maximum line length in the example shown is the length of the line at the bottom of the screen. Depending on the duration of the delay time t D , which is evaluated from the synchronization line, the line length t z thus also changes. The length of the delay time t D is linearly reduced from its maximum value in the uppermost row, for example, down to the value zero in the last row. Here, the last, lowest line is a - largely - undistorted displayed line. During the duration of the delay time t D , the laser remains dark, ie no pixels are displayed on the projection surface.
Bei einer in umgekehrter Richtung wirkenden Verzerrung wird die Verzögerungszeit tD ausgehend von einem Wert Null bis auf ihren Maximalwert beziehungsweise Extremwert zunehmen.In the case of a distortion acting in the reverse direction, the delay time t D will increase from a value of zero to its maximum value or extreme value.
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.The number of pixels per line is preferably constant throughout the image. By this method, a compression of the pixel representation is achieved in the horizontal direction, wherein the compression decreases in a horizontal direction from top to bottom.
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.In the foregoing, an artificial keystone distortion for compensation of a projection has been described, wherein the projection has been widened by a keystone distortion at the upper edge. Of course, the method according to the invention can also be used in the opposite direction if the projection at the lower edge is widened by distortion.
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.The method according to the invention can be used in all laser projection devices 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. With reference to Figure 3, 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 α 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.
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. As shown in FIG. 4, 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.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur elektronischen Trapezentzerrung für Laser¬ projektionssysteme, insbesondere für mobile Laserprojektions- Systeme, 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.1. A method for electronic Trapezzentzerrung for Laser¬ projection systems, in particular for mobile laser projection systems, characterized in that a resulting optically trapezoidal distortion is compensated Siert by an electronically generated entge¬ gengesetzten distortion or distortion of BiId- content, said by the Overlaying the two distortions creates an at least almost distortion-free projection image with parallel edges.
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 Lasermodulation erfolgt, wobei bei der Projektion einer Zeile die Pixel an einer entsprechenden Bildkante gestaucht werden.2. Method according to claim 1, wherein the counterdistraction of the image content is carried out by an adaptation of the laser modulation, wherein in the projection of a line the pixels are compressed at a corresponding image edge.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 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 durch Einfügen einer Verzögerungszeit (tD ) zwischen dem ei¬ gentlichen Zeilenbeginn, bezogen auf eine für alle Zeilen gültige Synchronisationslinie, und dem Beginn der Lasermodu- lation für diese Zeile sowie analog der gleichen Verzöge¬ rungszeit (tD ) am Zeilenende.3. The method according to claim 2, characterized in that by inserting a delay time (t D ) between the ei¬ genlichen start of line, based on a valid line valid for all lines, and the beginning of the laser modulation for this line and analogous to the same delay time Verzöge¬ (t D ) at the end of the line.
4. Verfahren nach Anspruch 3, 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 Dauer der Verzögerungszeit (tD ) ausgehend von ihrem Ex¬ tremwert verringert wird bis auf den Wert Null in einer un¬ verzerrten Zeile. 4. The method according to claim 3, characterized in that the duration of the delay time (t D ), starting from its Ex¬ tremwert is reduced to the value zero in an undistorted line.
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