WO2025201490A1 - 一种激光投影设备和激光投影图像显示方法 - Google Patents

一种激光投影设备和激光投影图像显示方法

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WO2025201490A1
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plane
laser projection
coordinate axis
projection device
imaging camera
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李晓平
刘显荣
田有良
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Qingdao Hisense Laser Display Co Ltd
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Qingdao Hisense Laser Display Co Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to display technology, and more specifically, to a laser projection device and a laser projection image display method.
  • Ultra-short-throw laser projection equipment has developed rapidly in recent years. Ultra-short-throw lenses have a relatively short throw, allowing for large-scale projection at short distances, and have been widely used.
  • the device may move, and the projected image may be deformed or distorted, resulting in poor display effect. Therefore, the position of the ultra-short-throw laser projection device needs to be adjusted.
  • the embodiments of the present application provide a laser projection device and a laser projection image display method, which can be used to solve the problem in the related art that when the position of the ultra-short-throw laser projection device moves, the projection image display effect is poor, and it is difficult for the user to adjust the position of the ultra-short-throw laser projection device, resulting in a poor user experience.
  • an embodiment of the present application provides a laser projection device, comprising:
  • An ultra-short-throw lens includes a reflector for reflecting an image beam to display a projection image on a projection screen;
  • N imaging cameras wherein a vertical distance between the imaging camera and a first plane is less than or equal to half the width of the laser projection device, a vertical distance between the imaging camera and a second plane is less than or equal to a vertical distance between the optical axis of the ultra-short focus lens and the upper surface of the laser projection device, and a vertical distance between the imaging camera and a third plane is less than or equal to the depth of the laser projection device; the imaging cameras are used to capture an image including a projected image and a projection screen, and the image is used to adjust the position of the laser projection device and/or calibrate the projected image;
  • N is a natural number greater than or equal to 1;
  • the first plane is a plane formed by the first coordinate axis and the second coordinate axis
  • the second plane is a plane formed by the third coordinate axis and the second coordinate axis
  • the third plane is a plane formed by the third coordinate axis and the first coordinate axis
  • the intersection of the first coordinate axis, the second coordinate axis and the third coordinate axis is the intersection of the optical axis of the ultra-short focus lens and the reflector.
  • the first coordinate axis, the second coordinate axis and the third coordinate axis are respectively consistent with the directions corresponding to the height, depth and width of the laser projection device.
  • the upper surface is the surface of the laser projection device that is parallel to the second plane and away from the second plane.
  • FIG1 is a schematic structural diagram of an ultra-short-throw laser projection device in the related art
  • FIG2 is a schematic diagram of a projection of an ultra-short-throw laser projection device provided in an embodiment of the present application
  • FIG3 is a schematic diagram of the projection principle of an ultra-short-throw laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG5 is a schematic structural diagram of an ultra-short-throw lens provided in an embodiment of the present application.
  • FIG6 is a schematic diagram showing the positional relationship between an imaging camera and a projection screen according to an embodiment of the present application.
  • FIG7 is a schematic diagram of the spatial structure of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG8 is a second schematic diagram of the positional relationship between an imaging camera and a projection screen provided in an embodiment of the present application.
  • FIG9 is a side view of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG10 is a top view of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG11 is a second top view of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG12 is a third schematic diagram of the positional relationship between an imaging camera and a projection screen provided in an embodiment of the present application.
  • FIG13 is a third top view of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG14 is a fourth top view of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG15 is a fifth top view of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • FIG16 is a schematic flow chart of a laser projection image display method provided in an embodiment of the present application.
  • FIG17 is a schematic diagram of a feature map card provided in an embodiment of the present application.
  • FIG18 is a schematic diagram of a shooting range of an imaging camera provided in an embodiment of the present application.
  • FIG19 is a schematic flow chart of a method for correcting a projection image according to an embodiment of the present application.
  • Figure 21 is a schematic diagram of a focus chart provided in an embodiment of the present application.
  • FIG1 is a schematic structural diagram of an ultra-short-throw laser projection device in related art.
  • the ultra-short-throw laser projection device may include a laser light source 101 , an optical machine 102 , and an ultra-short-throw lens 103 .
  • the ultra-short-throw laser projection equipment can also include: various driver boards, heat dissipation modules, human eye protection modules, remote control modules, audio, wifi and other related modules, etc., which are not shown one by one in Figure 1.
  • Figure 2 is a projection schematic diagram of an ultra-short-focus laser projection device provided in an embodiment of the present application
  • Figure 3 is a schematic diagram of the projection principle of an ultra-short-focus laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • the ultra-short-focus laser projection device is based on the reflector 1031 in the ultra-short-focus lens 103, which reflects light onto the projection screen 105, so that the picture is displayed on the projection screen 105.
  • ultra-short-focus lenses are highly sensitive to temperature. During use, as the temperature changes, some lenses in the ultra-short-focus lens may undergo slight deformation, resulting in poor display effects of the projected image.
  • the present application provides a laser projection device, which includes N imaging cameras.
  • the imaging cameras can capture images including the projection image and the projection screen.
  • the position changes and clarity changes of the projection image can be monitored in real time and adjusted in real time.
  • the position of the laser projection device can be adjusted, and the projection image can also be automatically corrected by software.
  • the present application can also automatically correct when part or all of the projection image is blurred or out of focus due to temperature drift, so as to improve the clarity of the projection image, effectively avoiding the problem of reduced image clarity due to temperature drift, and improving the display effect of the projection image.
  • the laser projection equipment of the present application may be an ultra-short-throw laser TV, an ultra-short-throw laser projection equipment, or an ultra-short-throw equipment with other light sources, etc.
  • the present application does not limit the type of laser projection equipment.
  • the ultra-short-focus lens 401 includes a reflector for reflecting the image beam to display the projection image on the projection screen;
  • N imaging cameras 402 wherein the vertical distance between the imaging camera 402 and a first plane is less than or equal to the half-width of the laser projection device, the vertical distance between the imaging camera 402 and a second plane is less than or equal to the vertical distance between the optical axis of the ultra-short focus lens 401 and the upper surface of the laser projection device, and the vertical distance between the imaging camera 402 and a third plane is less than or equal to the depth of the laser projection device; the imaging cameras 402 are used to capture images including the projected image and the projection screen, and the images are used to adjust the position of the laser projection device and/or calibrate the projected image;
  • N is a natural number greater than or equal to 1;
  • the first plane is a plane formed by the first coordinate axis and the second coordinate axis
  • the second plane is a plane formed by the third coordinate axis and the second coordinate axis
  • the third plane is a plane formed by the third coordinate axis and the first coordinate axis
  • the intersection of the first coordinate axis, the second coordinate axis and the third coordinate axis is the intersection of the optical axis of the ultra-short focus lens 401 and the reflector.
  • the first coordinate axis, the second coordinate axis and the third coordinate axis are respectively consistent with the directions corresponding to the height, depth and width of the laser projection device.
  • the upper surface is the surface of the laser projection device that is parallel to the second plane and away from the second plane.
  • the laser projection device in addition to the ultra-short-focus lens 401, also includes a light source and an optical engine.
  • the optical engine may include a light valve modulation device.
  • the light beam emitted by the light source is incident on the optical engine and modulated by the light valve modulation device to obtain an image beam, which is then emitted to the ultra-short-focus lens 401.
  • Figure 5 is a schematic structural diagram of an ultra-short-focus lens provided in an embodiment of the present application.
  • the ultra-short-focus lens 401 may include a reflector 4011 and multiple other lenses 4012.
  • the image beam is transmitted to the reflector 4011 through the multiple lenses and reflected by the reflector 4011 onto the projection screen to achieve projection.
  • the throw ratio of the ultra-short-throw lens 401 is less than or equal to 0.5.
  • One calculation method for the throw ratio is: the distance from the intersection of the last lens element of the ultra-short-throw lens 401 and the optical axis of the ultra-short-throw lens 401 to the projection screen/the width of the projected image.
  • the last lens element of the ultra-short-throw lens 401 is the reflector 4011.
  • the sum of the shooting ranges of the N imaging cameras 402 is larger than the size of the projection screen.
  • N is a natural number greater than 1, it indicates that there are multiple imaging cameras 402, and the sum of the shooting ranges of the multiple imaging cameras 402 is the sum of the shooting ranges of each imaging camera 402.
  • N when N is 1, it indicates that there is one imaging camera 402 .
  • the sum of the shooting ranges of the N imaging cameras 402 is the shooting range of the imaging camera 402 , and the shooting range only needs to be larger than the size of the projection screen.
  • the size of the projection image presented by the laser projection device is usually of a certain size, in order to achieve automatic screen insertion, the size of the projection image can be increased and then calibrated to the required size.
  • the size of the projection image in this application can be regarded as the calibrated size, at which point the size of the projection image is consistent with the size of the projection screen.
  • FIG6 is a schematic diagram illustrating the positional relationship between an imaging camera and a projection image according to an embodiment of the present application.
  • ABCD represents the projection image or screen
  • EFGK represents the shooting range of the imaging camera 402
  • Limg/2 represents the half diagonal of the shooting range, i.e., half of the diagonal of the shooting range.
  • the first plane is the YOZ plane
  • the second plane is the XOZ plane
  • the third plane is the XOY plane.
  • FIG7 is a schematic diagram of the spatial structure of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • the first coordinate axis is the Y-axis, which corresponds to the height of the laser projection device;
  • the second coordinate axis is the Z-axis, which corresponds to the depth of the laser projection device;
  • the third coordinate axis is the X-axis, which corresponds to the width of the laser projection device.
  • Point O where the X-axis, Y-axis, and Z-axis intersect, is the intersection of the optical axis of the ultra-short-throw lens 401 and the reflector 4011.
  • the center point of the projection image is O', and the plane X'O'Y' where the projection image is located is established based on O', where X' is parallel to the third coordinate axis X axis, and Y' is parallel to the first coordinate axis Y axis.
  • the second coordinate axis Z is the optical axis of the ultra-short-throw lens 401.
  • the second plane XOZ and the first plane YOZ both contain the optical axis of the ultra-short-throw lens 401 and are perpendicular to the plane X'O'Y' where the projection image is located.
  • the third plane XOY is parallel to the plane X'O'Y' where the projection image is located.
  • the coordinates of the imaging camera 402 are labeled (x, y, z).
  • the absolute value of x represents the vertical distance between the imaging camera 402 and the first plane YOZ.
  • x represents the vertical distance between the imaging camera 402 and the first plane YOZ.
  • y represents the vertical distance between the imaging camera 402 and the second plane XOZ.
  • y represents the vertical distance between the imaging camera 402 and the third plane XOY.
  • the placement position (x, y, z) of the imaging camera 402 must meet the following requirements: the absolute value of x is less than or equal to the half-width of the laser projection device, the absolute value of y is less than or equal to the vertical distance from the optical axis of the ultra-short focus lens 401 to the upper surface of the laser projection device, or less than or equal to the vertical distance from the optical axis of the ultra-short focus lens 401 to the lower surface of the laser projection device, and the absolute value of z is less than or equal to the depth of the laser projection device.
  • the vertical distance between the imaging camera 402 and the first plane YOZ is less than or equal to 11/12 of the half width of the laser projection device.
  • Figure 9 is a side view of a laser projection device provided in an embodiment of the present application
  • Figure 10 is a top view 1 of a laser projection device provided in an embodiment of the present application
  • Figure 11 is a top view 2 of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • Figure 8 is a second schematic diagram of the positional relationship between the imaging camera and the projection screen provided in an embodiment of the present application.
  • x, y, and z of imaging camera 402 are all non-zero.
  • the absolute value of x is the perpendicular distance between imaging camera 402 and first plane YOZ, which can represent the offset of imaging camera 402 in the width direction. As long as the absolute value of x is less than or equal to 11/12 of the half-width of the laser projection device, its specific value can be set according to actual needs.
  • the specific position of the imaging camera 402 is not limited.
  • X'left and X'right represent the distances from the projection screen to the two sides of the imaging camera 402's capture range in the direction corresponding to the X-axis
  • Y'up and Y'down represent the distances from the projection screen to the two sides of the imaging camera 402's capture range in the direction corresponding to the Y-axis.
  • the shooting ranges of the multiple imaging cameras 402 are the same in size, or the shooting ranges of the multiple imaging cameras 402 are different in size.
  • Figure 12 is a third schematic diagram of the positional relationship between an imaging camera and a projection screen provided in an embodiment of the present application.
  • the coordinates of the two imaging cameras 402 are (x1, y1, z1) and (x2, y2, z2), respectively, where the absolute value of x1 and the absolute value of x2 may be equal or unequal.
  • the absolute value of y1 and the absolute value of y2 may be equal or unequal
  • the absolute value of z1 and the absolute value of z2 may be equal or unequal.
  • the multiple imaging cameras 402 are arranged symmetrically along the optical axis of the ultra-short focus lens 401, or the multiple imaging cameras 402 are arranged asymmetrically along the optical axis of the ultra-short focus lens; wherein the direction corresponding to the optical axis of the ultra-short focus lens 401 is consistent with the second coordinate axis Z axis.
  • two imaging cameras 402 are taken as an example, whose coordinates are (x1, y1, z1) and (x2, y2, z2) respectively.
  • the two imaging cameras 402 are symmetrical along the optical axis of the ultra-short focus lens 401.
  • the laser projection device when the laser projection device includes three imaging cameras 402 , one of them can be located on the optical axis of the ultra-short focus lens 401 , and the remaining two imaging cameras 402 can be arranged symmetrically along the optical axis of the ultra-short focus lens 401 .
  • Figure 13 is a top view three of a laser projection device provided in an embodiment of the present application
  • Figure 14 is a top view four of a laser projection device provided in an embodiment of the present application
  • Figure 15 is a top view five of a laser projection device provided in an embodiment of the present application.
  • the vertical distance between each imaging camera 402 and the first plane YOZ is less than or equal to 11/12 of the half width of the laser projection device
  • the vertical distance to the second plane XOZ is less than or equal to the vertical distance from the optical axis of the ultra-short focus lens 401 to the upper surface of the laser projection device
  • the vertical distance to the third plane XOY is less than or equal to the depth of the laser projection device.
  • the processor can obtain the above images and determine the positional relationship between the projection picture and the projection screen based on the above images, further adjust the position of the laser projection device or correct the projection picture so that the projection picture can be displayed on the projection screen, thereby achieving automatic screen entry.
  • the processor can also determine the clarity of the current projected image based on the image. If the ultra-short-throw lens 401 experiences temperature drift, causing some or all areas of the projected image to appear blurred and out of focus, resulting in reduced clarity, the processor can adjust the focus of the ultra-short-throw lens 401 to improve the clarity of the projected image and enhance the display quality.
  • the present application provides a laser projection device, including an ultra-short focus lens 401 and N imaging cameras 402, where N is a natural number greater than or equal to 1.
  • the ultra-short focus lens 401 includes a reflector 4011, which can reflect the image beam onto the projection screen to display the projection picture on the projection screen.
  • the vertical distance between the imaging camera 402 and the first plane YOZ is less than or equal to the half-width of the laser projection device
  • the vertical distance between the imaging camera 402 and the second plane XOZ is less than or equal to the vertical distance between the optical axis of the ultra-short focus lens 401 and the upper surface of the laser projection device
  • the vertical distance between the imaging camera 402 and the third plane XOY is less than or equal to the depth of the laser projection device.
  • the shooting range of the imaging camera 402 needs to be larger than the size of the projection screen.
  • the sum of the shooting ranges of the N imaging cameras 402 exceeds the width of the projection screen by a first width unilateral dimension and a second width unilateral dimension that are both greater than or equal to 3 mm.
  • the shooting range of the imaging camera 402 exceeds the first width unilateral dimension and the second width unilateral dimension of the projection screen width, both of which are greater than or equal to 3 mm.
  • the third coordinate axis, X corresponds to the width of the laser projection device. Still referring to FIG6 , the direction corresponding to the third coordinate axis, X, is the left-right direction shown in FIG6 .
  • the first width dimension, X'left is shown in FIG6 , representing the distance between the left edge P1 of the imaging camera 402's imaging range and the left edge P2 of the projection screen.
  • the second width dimension, X'right is shown in FIG6 , representing the distance between the right edge P4 of the imaging camera 402's imaging range and the right edge P3 of the projection screen.
  • FIG19 is a flow chart of a method for correcting a projection image provided in an embodiment of the present application.
  • System initialization includes starting the imaging camera, loading the parameters of the projection device, and setting the default projection area.
  • S1902 Project and display a feature image card to obtain a first image captured by an imaging camera.
  • the feature card is projected and displayed, and the feature card may be as shown in Figure 17.
  • the first image captured by the imaging camera can be seen from the above embodiment, which will not be described here.
  • S1903 Process the first image to obtain a second image.
  • the positions of the vertices of the projection screen contained in each image can be determined. Furthermore, by comparing the positions of the vertices of the projection screen contained in each image and the actual positions of the vertices of the projection screen, it is determined that the projection area needs to be adjusted.
  • the positions of the four vertices of the projection screen may be determined, and the corresponding perspective transformation matrix may be determined based on the positions of the four vertices of the projection screen in practice.
  • S1906 Determine correction parameters according to the perspective transformation matrix and the positions of the feature points in the second image.
  • the laser projection device can obtain the pixel value of the image to be projected, and map each pixel of the image to be projected to a corresponding position according to the deviation parameter to display the image to be projected, so as to realize the correction of the projection picture.
  • Pixel values contain visual information such as image color, brightness, texture, etc.
  • the correction result after correction that is, the projection image
  • the correction result after correction can be verified to determine whether the correction effect meets the requirements.
  • the feature map card When correcting the correction result, the feature map card can be re-projected, a new image can be collected by the imaging camera, and the edge alignment error can be determined based on the new image.
  • the edge alignment error is less than the preset value, the deviation parameter can be saved and the correction process can be exited; when the edge alignment error is greater than or equal to the preset value, the above steps S1902-1907 can be re-executed until the edge alignment error is less than the preset value.
  • the system initialization includes starting the imaging camera, loading the parameters of the projection device, and setting the default projection area.
  • S2002 Project and display the focus card to obtain a third image captured by the imaging camera.
  • S2003 Determine the intensity value of a single pixel line in the third image, and obtain line width values corresponding to the positions of two pixel points whose intensity values drop to a preset intensity.
  • the crosshairs in the focus chart can be determined using an edge detection algorithm or template matching. For a single pixel line (horizontal or vertical line) of the crosshairs, the intensity value of each pixel point in the single pixel line is obtained.
  • the preset intensity is a value less than the peak intensity, which may be 25% or 20% of the peak intensity, and is not limited in this embodiment of the present application.
  • an intensity distribution curve can be drawn.
  • the distance between the two positions where the intensity drops to 20% is determined as the line width value.
  • the process may return to steps S2002 - S2004 until the obtained line width value is less than or equal to the preset line width value.
  • Another possible implementation is to perform single-step adjustment. Each time a step is adjusted, the process returns to execute steps S2002 to S2004 until the obtained line width value is less than or equal to the preset line width value.
  • the laser projection device can automatically perform temperature drift correction based on the captured image to maintain a high clarity of the projected image and ensure the display effect of the projected image.

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Abstract

一种激光投影设备，包括：超短焦镜头（401），包括对影像光束进行反射的反射镜（4011）；N个取像摄像头（402），用于拍摄包括投影画面和投影屏幕的图像；取像摄像头（402）与第一平面（YOZ）的垂直距离小于或等于激光投影设备的半宽，与第二平面（XOZ）的垂直距离小于或等于超短焦镜头（401）的光轴到激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面（XOY）的垂直距离小于或等于激光投影设备的深度；第一平面（YOZ）为第一坐标轴（Y）和第二坐标轴（Z）构成的平面，第二平面（XOZ）为第三坐标轴（X）和第二坐标轴（Z）构成的平面，第三平面（XOY）为第三坐标轴（X）和第一坐标轴（Y）构成的平面，第一坐标轴（Y）、第二坐标轴（Z）和第三坐标轴（X）分别与激光投影设备的高度、深度和宽度对应的方向一致，由此实现自动校正。还提供一种激光投影图像显示方法。

Description

一种激光投影设备和激光投影图像显示方法
本申请要求于2024年03月29日提交的、申请号为202410386134.5的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本申请实施例涉及显示技术。更具体地讲，涉及一种激光投影设备和激光投影图像显示方法。
背景技术
近几年，超短焦激光投影设备得到了快速的发展。由于超短焦镜头因投射比较短，可以在短距离内实现大尺寸投影，得到了较为广泛的应用。
但是由于超短焦激光投影设备的位置敏感度较高，导致设备发生移动，此时投影画面可能出现形变或畸变等，显示效果较差，因此需要对超短焦激光投影设备的位置进行调整。
但是对于用户而言，调整超短焦激光投影设备位置的难度较大，给用户带来不便，使得用户体验较差。
发明内容
本申请实施例提供一种激光投影设备和激光投影图像显示方法，可用以解决相关技术中，当超短焦激光投影设备位置发生移动时，投影画面显示效果较差，对于用户而言，用户调整超短焦激光投影设备位置的难度较大，导致用户体验较差的问题。
第一方面，本申请实施例提供一种激光投影设备，所述激光投影设备包括：
超短焦镜头，包括反射镜，所述反射镜用于对影像光束进行反射，以在投影屏幕上显示投影画面；
N个取像摄像头，所述取像摄像头与第一平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的半宽，与第二平面的垂直距离小于或等于所述超短焦镜头的光轴到所述激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的深度；所述取像摄像头用于拍摄包括投影画面和投影屏幕的图像，所述图像用于调整所述激光投影设备的位置和/或对所述投影画面进行校正；
其中，N为大于等于1的自然数；
所述第一平面为第一坐标轴和第二坐标轴构成的平面，所述第二平面为第三坐标轴和所述第二坐标轴构成的平面，所述第三平面为所述第三坐标轴和所述第一坐标轴构成的平面；
所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴的交点为所述超短焦镜头的光轴与所述反射镜的交点，所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴分别与所述激光投影设备的高度、深度、宽度对应的方向一致，所述上表面为所述激光投影设备中，与所述第二平面平行，且远离所述第二平面的表面。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的实施方式，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为相关技术中一种超短焦激光投影设备的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种超短焦激光投影设备的投影示意图；
图3为本申请实施例提供的一种超短焦激光投影设备投影的原理示意图；
图4为本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的一种超短焦镜头的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种取像摄像头与投影画面的位置关系示意图一；
图7为本申请实施例提供的一种激光投影设备的空间结构示意图；
图8为本申请实施例提供的一种取像摄像头与投影画面的位置关系示意图二；
图9为本申请实施例提供的一种激光投影设备的侧视图；
图10为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图一；
图11为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图二；
图12为本申请实施例提供的一种取像摄像头与投影画面的位置关系示意图三；
图13为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图三；
图14为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图四；
图15为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图五；
图16为本申请实施例提供的一种激光投影图像显示方法的流程示意图；
图17为本申请实施例提供的一种特征图卡的示意图；
图18为本申请实施例提供的一种取像摄像头的拍摄范围的示意图；
图19为本申请实施例提供的一种投影画面的校正方法的流程示意图；
图20为本申请实施例提供的一种温漂校正的流程示意图；
图21为本申请实施例提供的一种对焦图卡的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的那些组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
图1为相关技术中一种超短焦激光投影设备的结构示意图，参考图1所示，超短焦激光投影设备可包括激光光源101、光机102以及超短焦镜头103等。
除上述模块外，超短焦激光投影设备还可以包括：各类驱动板卡、散热模块、人眼保护模块、遥控模块、音响、wifi等相关模块等，图1中并未一一示出。
图2为本申请实施例提供的一种超短焦激光投影设备的投影示意图，图3为本申请实施例提供的一种超短焦激光投影设备投影的原理示意图，结合图2和图3所示，超短焦激光投影设备是基于超短焦镜头103中的反射镜1031，将光线反射到投影屏幕105上，使得画面在投影屏幕105上进行显示。
由上述可知，超短焦激光投影设备进行投影成像时，光线需要经过反射镜斜向上出射，因此超短焦激光投影设备出射的光线与投影屏幕之间需严格对位，位置敏感度较高。当超短焦激光投影设备存在轻微的移位时，也会导致投影画面产生形变或畸变等，导致显示效果较差。对于用户而言，调整超短焦激光投影设备的难度较大，给用户带来不便，使得用户体验较差。
同时，超短焦镜头对温度敏感度较高，在使用阶段，随着温度的变化，超短焦镜头内的一些镜片可能会发生细微的变形，进而导致投影画面的显示效果较差。
基于此，本申请提供一种激光投影设备，该激光投影设备包括N个取像摄像头，取像摄像头能够拍摄包括投影画面和投影屏幕的图像，基于拍摄的图像能够实时监控投影画面的位置变化以及清晰度变化，并进行实时调整，具体的，可以调整激光投影设备的位置、也可以对投影画面进行软件自动校正等，无需用户手动调整激光投影设备的位置，即可实现自动入幕，从而提升了用户体验。同时，本申请还能够因温漂现象，导致投影画面的部分区域或全部区域模糊虚焦时进行自动校正，以提高投影画面的清晰度，有效避免了因温漂现象导致的画面清晰度降低的问题，提升了投影画面的显示效果。
本申请的激光投影设备可以是超短焦激光电视、超短焦激光投影设备以及其他光源的超短焦设备等，本申请对激光投影设备的类型不作限制。
下面结合具体的实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图4为本申请实施例提供的一种激光投影设备的结构示意图，参考图4所示，所述激光投影设备包括：
超短焦镜头401，包括反射镜，所述反射镜用于对影像光束进行反射，以在投影屏幕上显示投影画面；
N个取像摄像头402，所述取像摄像头402与第一平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的半宽，与第二平面的垂直距离小于或等于所述超短焦镜头401的光轴到所述激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的深度；所述取像摄像头402用于拍摄包括投影画面和投影屏幕的图像，所述图像用于调整所述激光投影设备的位置和/或对所述投影画面进行校正；
其中，N为大于等于1的自然数；
所述第一平面为第一坐标轴和第二坐标轴构成的平面，所述第二平面为第三坐标轴和所述第二坐标轴构成的平面，所述第三平面为所述第三坐标轴和所述第一坐标轴构成的平面；
所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴的交点为所述超短焦镜头401的光轴与所述反射镜的交点，所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴分别与所述激光投影设备的高度、深度、宽度对应的方向一致，所述上表面为所述激光投影设备中，与所述第二平面平行，且远离所述第二平面的表面。
在一种实施场景下，除超短焦镜头401外，激光投影设备还包括光源和光机等，光机中可包括光阀调制器件，光源出射的光束入射至光机，经光阀调制器件调制后可得到影像光束，并将影像光束出射至超短焦镜头401。图5为本申请实施例提供的一种超短焦镜头的结构示意图，超短焦镜头401可包括反射镜4011和其他多个透镜4012，影像光束经多个透镜传输至反射镜4011，经反射镜4011反射至投影屏幕上从而实现投影。
在一些实施例中，所述超短焦镜头401的投射比小于或等于0.5。其中，投射比的一种计算方式为：超短焦镜头401最后一片镜片与超短焦镜头401光轴的交点到投影屏幕的距离/投影画面的宽度。超短焦镜头401最后一片镜片即为反射镜4011。
在一些实施例中，所述N个取像摄像头402的拍摄范围的和大于所述投影画面的尺寸。
取像摄像头402的数量可以为一个或多个。在一种实施场景下，当N为大于1的自然数时，表示取像摄像头402的数量为多个，多个取像摄像头402的拍摄范围的和即为每一取像摄像头402拍摄范围的叠加。
在另一种实施场景下，当N为1时，表示取像摄像头402的数量为一个，此时N个取像摄像头402拍摄范围的和即为该取像摄像头402的拍摄范围，该拍摄范围大于投影画面的尺寸即可。
由于通常情况下，激光投影设备呈现的投影画面为一定尺寸，为实现自动入幕，可将投影画面的尺寸增大后，校正到所需要的尺寸。本申请的投影画面的尺寸可以视为校正后的尺寸，此时投影画面的尺寸与投影屏幕的尺寸一致。
以单个取像摄像头402进行举例说明，图6为本申请实施例提供的一种取像摄像头与投影画面的位置关系示意图一，参考图6所示，其中，ABCD表示投影画面或投影屏幕，EFGK表示该取像摄像头402的拍摄范围，Limg/2为拍摄范围的半对角线，即拍摄范围对角线的一半。第一平面为YOZ平面，第二平面为XOZ平面，第三平面为XOY平面。
图7为本申请实施例提供的一种激光投影设备的空间结构示意图，结合图6和图7所示，第一坐标轴为Y轴，与激光投影设备的高度对应的方向一致；第二坐标轴为Z轴，与激光投影设备的深度对应的方向一致；第三坐标轴为X轴，与激光投影设备的宽度方向一致。X轴、Y轴和Z轴相交的O点为超短焦镜头401的光轴与反射镜4011的交点。
投影画面的中心点为O’，基于O’建立投影画面所在的平面X’O’Y’，其中，X’与第三坐标轴X轴平行，Y’与第一坐标轴Y轴平行。
需要说明的是，第二坐标轴Z轴即为超短焦镜头401的光轴，第二平面XOZ和第一平面YOZ均包含超短焦镜头401光轴，且与投影画面所在的平面X’O’Y’垂直。第三平面XOY则与投影画面所在的平面X’O’Y’平行。
将取像摄像头402的坐标记为(x，y，z)，其中，x的绝对值即可用于表征取像摄像头402与第一平面YOZ的垂直距离，当取像摄像头402位于超短焦镜头401光轴的右侧时，x＞0，当取像摄像头402位于超短焦镜头401光轴的左侧时，x＜0。y的绝对值用于表征取像摄像头402与第二平面XOZ的垂直距离，当取像摄像头402位于超短焦镜头401光轴的上方时，y＞0，当取像摄像头402位于超短焦镜头401光轴的下方时，y＜0。z的绝对值用于表征取像摄像头402与第三平面XOY的垂直距离，当取像摄像头402远离投影画面时，z＞0，当取像摄像头402靠近投影画面时，z＜0。
由于取像摄像头402需位于激光投影设备内部，因此取像摄像头402的放置位置(x，y，z)需满足以下要求：x的绝对值小于或等于激光投影设备的半宽，y的绝对值小于或等于超短焦镜头401的光轴到激光投影设备上表面的垂直距离，或者，小于或等于超短焦镜头401的光轴到激光投影设备下表面的垂直距离，z的绝对值则小于或等于激光投影设备的深度。
在一些实施例中，所述取像摄像头402与所述第一平面YOZ的垂直距离小于或等于所述激光投影设备半宽的11/12。
在一种实施场景下，当所述取像摄像头402的数量为一个时，所述取像摄像头402位于所述第二坐标轴Z轴上，即x＝0，偏移量为0，小于激光投影设备半宽的11/12，此时取像摄像头402在宽度方向即X方向上居中放置，具体可参考图6所示的取像摄像头402的位置。
此时，单个取像摄像头402与激光投影设备的具体位置可参考图9至图11所示，其中，图9为本申请实施例提供的一种激光投影设备的侧视图，图10为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图一，图11为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图二。
在另一种实施场景下，仍以单个取像摄像头402进行举例说明，取像摄像头402在宽度方向上存在一定的偏移量时，具体可参考图8所示，图8为本申请实施例提供的一种取像摄像头与投影画面的位置关系示意图二，此时取像摄像头402的x、y和z均不为0。其中，x的绝对值为取像摄像头402与第一平面YOZ的垂直距离，可表征取像摄像头402在宽度方向上偏移量的大小。x的绝对值在满足小于或等于激光投影设备半宽的11/12的情况下，其具体大小可根据实际需求进行设置。
对于单个取像摄像头402而言，取像摄像头402拍摄范围的中心存在与投影画面的中心点O’重合或不重合两种情况，其中，拍摄范围的中心即为取像摄像头402的光轴与显示画面的交点，具体如下所示：
在一种实施场景下，若该取像摄像头402的光轴与显示画面的交点与投影画面的中心点O’重合时，其拍摄范围在宽度和高度方向上对称，即X’left＝X’right且Y’up＝Y’down，此时对取像摄像头402的具体位置不进行限定。其中，X’left和X’right分别为在X轴对应的方向上，该取像摄像头402拍摄范围的两侧分别到投影屏幕的距离，Y’up和Y’down分别表示在Y轴对应的方向上，该取像摄像头402拍摄范围的两侧分别到投影屏幕的距离。
在另一种实施场景下，若该取像摄像头402的光轴与显示画面的交点与投影画面的中心点O’没有重合，其拍摄范围则在宽度和高度方向上不对称，此时X’left≠X’right和/或Y’up≠Y’down。
结合图6和图8所示，当单个取像摄像头402在宽度方向上存在一定的偏移，且Y’up、Y’down、X′left、X′right不同，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点也随之偏移，不再与投影画面的中心点O’重合，即取像摄像头402拍摄范围的中心与投影画面的中心点O’分离，以保证取像摄像头402在宽度和高度方向上满足拍摄范围的要求。若取像摄像头402视场范围即拍摄范围够大，不要求宽度左右方向拍摄范围相同，则对取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点可以满足要求拍摄的范围即可，不强制要求随之偏移，或与投影画面的中心点O’重合。
在一些实施例下，当所述取像摄像头402的数量为多个时，多个取像摄像头402拍摄范围的大小相同，或者，多个取像摄像头拍摄范围的大小不同。
在一种实施场景下，多个取像摄像头402拍摄范围的大小相同时，多个取像摄像头402均分拍摄全区域或考虑一定的叠加区域，全区域即为多个取像摄像头402拍摄范围的和，叠加区域仅计算一次。
以两个取像摄像头402进行举例说明，图12为本申请实施例提供的一种取像摄像头与投影画面的位置关系示意图三，两个取像摄像头402的坐标分别为(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，其中，x1的绝对值和x2的绝对值可以相等或者不相等，同理，y1的绝对值和y2的绝对值可以相等或者不相等，z1的绝对值和z2的绝对值可以相等或者不相等。
在一种实施场景下，所述多个取像摄像头402沿所述超短焦镜头401的光轴对称排布，或者，所述多个取像摄像头402沿超短焦镜头的光轴非对称排布；其中，所述超短焦镜头401的光轴对应的方向与所述第二坐标轴Z轴一致。
在一种实施场景下，当多个取像摄像头402沿超短焦镜头401的光轴对称排布时，以两个取像摄像头402进行举例说明，其坐标分别为(x1，y1，z1)和(x2，y2，z2)，当x1＝-x2，y1＝y2，z1＝z2时，两个取像摄像头402沿超短焦镜头401的光轴对称。
在一种实施场景下，当激光投影设备包括三个取像摄像头402时，其中一个可位于超短焦镜头401的光轴上，剩余两个取像摄像头402可沿超短焦镜头401的光轴对称排布。
三个取像摄像头402与激光投影设备的位置关系可参考图13至图15所示，其中，图13为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图三，图14为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图四，图15为本申请实施例提供的一种激光投影设备的俯视图五。
在另一种实施场景下，多个取像摄像头402的位置沿超短焦镜头401的光轴为非对称排布时，仅需满足每一取像摄像头402与第一平面YOZ的垂直距离均需小于或等于激光投影设备半宽的11/12，且与第二平面XOZ的垂直距离小于或等于超短焦镜头401的光轴到激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面XOY的垂直距离小于或等于激光投影设备的深度即可。
在一种实施场景下，N个取像摄像头402拍摄包括投影画面和投影屏幕的图像后，处理器可获取上述图像，并基于上述图像确定投影画面和投影屏幕的位置关系，进一步调整激光投影设备的位置或对投影画面进行校正，以使投影画面能够在投影屏幕中显示，实现自动入幕。
其中，对投影画面进行校正时，可基于相关软件实现投影画面的自动校正。在一种实施场景下，对投影画面进行校正时，可调整投影画面在投影屏幕上的水平和垂直位置，以使投影画面居中或对齐，和/或，调整投影画面的大小，使其适应投影屏幕的尺寸，和/或，调整画面形状、旋转角度、梯形形状以及画面边缘等，使投影画面在投影屏幕上呈现较佳的显示效果。
在一种实施场景下，处理器还可以基于该图像获取当前投影画面的清晰度。当超短焦镜头401产生温漂现象导致投影画面的部分区域或全部区域出现模糊虚焦的情况，清晰度降低时，处理器可通过调整超短焦镜头401的聚焦，以提高投影画面的清晰度，以提高显示效果。
本申请提供一种激光投影设备，包括超短焦镜头401和N个取像摄像头402，N为大于等于1的自然数。其中，超短焦镜头401包括反射镜4011，反射镜4011能够对影像光束反射至投影屏幕上，以在投影屏幕上显示投影画面。对于任一取像摄像头402，取像摄像头402与第一平面YOZ的垂直距离小于或等于激光投影设备的半宽，与第二平面XOZ的垂直距离小于或等于超短焦镜头401的光轴到激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面XOY的垂直距离小于或等于激光投影设备的深度。由于激光投影设备包括的N个取像摄像头402能够拍摄包括投影画面和投影屏幕的图像，基于拍摄的图像即可用于调整激光投影设备的位置、也可以对投影画面进行软件自动校正等，从而实现自动入幕，无需用户手动调整激光投影设备的位置，提升了用户体验。同时，基于拍摄的图像也能够在激光投影设备出现温漂现象时进行自动校正，以使投影画面保持较高的清晰度，保证投影画面的显示效果。
在本申请的一个或多个实施例中，为实现自动入幕，取像摄像头402的拍摄范围需要大于投影屏幕的尺寸，具体的，在一种实施场景下，所述N个取像摄像头402的拍摄范围的和，超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm；
其中，基于所述第三坐标轴X轴对应的方向，所述第一宽度单边尺寸为所述N个取像摄像头402拍摄范围的和的一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离；
所述第二宽度单边尺寸为所述N个取像摄像头402拍摄范围的和的另一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离。
在一种实施场景下，当N为1，取像摄像头402的数量为一个时，N个取像摄像头402拍摄范围的和即为该取像摄像头402的拍摄范围，此时该取像摄像头402的拍摄范围超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm。
在另一种实施场景下，当N为大于1的自然数，即取像摄像头402的数量为多个，则多个取像摄像头402的拍摄范围的和超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm。
第三坐标轴X轴与激光投影设备的宽度对应的一致，仍参考图6所示，第三坐标轴X轴对应的方向即为图6中所示的左右方向，第一宽度单边尺寸即为图6所示的X’left，用于表示取像摄像头402拍摄范围的左侧边缘P1与投影屏幕左侧边缘P2之间的距离。第二宽度单边尺寸即为图6所示的X’right，用于表示取像摄像头402拍摄范围的右侧边缘P4与投影屏幕右侧边缘P3之间的距离。
需要说明的是，第一宽度单边尺寸X’left和第二宽度单边尺寸X’right可以相同，也可以不同，可根据实际需求进行设置，本申请对此不作限定。
以任一取像摄像头402进行举例说明，取像摄像头402的放置位置为(x，y，z)，在一种实施场景下，当x＝0即取像摄像头402位于Z轴上时，此时在X’方向上，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到投影画面的中心点的距离为0，且第一宽度单边尺寸X’left和第二宽度单边尺寸X’right相等。其中，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点即为该取像摄像头402拍摄范围的中心。
在另一种实施场景下，当x＞0时，即在宽度方向上，取像摄像头402向右偏移，此时取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点也随之偏移，位于投影画面中心点的右侧，第一宽度单边尺寸X’left小于第二宽度单边尺寸X’right。
同理，在另一种实施场景下，当x＜0时，即在宽度方向上，取像摄像头402向左偏移，此时取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点也随之偏移，位于投影画面中心点的左侧，第一宽度单边尺寸X’left大于第二宽度单边尺寸X’right。
在一些实施例中，所述N个取像摄像头402的拍摄范围的和，超出投影屏幕高度的第一高度单边尺寸和第二高度单边尺寸均大于或等于3mm；
其中，基于所述第一坐标轴Y轴对应的方向，所述第一高度单边尺寸为所述N个取像摄像头402拍摄范围的和的一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离；
所述第二高度单边尺寸为所述N个取像摄像头402拍摄范围的和的另一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离。
在一种实施场景下，当N为1，即取像摄像头402的数量为一个，此时N个取像摄像头402拍摄范围的和即为该取像摄像头402的拍摄范围，该取像摄像头402的拍摄范围超出投影屏幕高度的第一高度单边尺寸和第二高度单边尺寸均大于或等于3mm。
仍参考图6所示，第一坐标轴Y轴对应的方向即为上下方向，第一高度单边尺寸即为图6所示的Y’up，用于表示取像摄像头402拍摄范围的上侧边缘Q1与投影屏幕上侧边缘Q2之间的距离。第二高度单边尺寸即为图6所示的Y’down，用于表示取像摄像头402的下侧边缘Q4与投影屏幕下侧边缘Q3之间的距离。
其中，第一高度单边尺寸和第二高度单边尺寸可以相同，也可以不同，可根据实际需求进行设置，本申请对此不作限定。
需要说明的是，若仅需解决由于温漂问题导致的投影画面清晰度较低，此时取像摄像头402的拍摄范围可以等于或大于投影屏幕的尺寸，对第一宽度单边尺寸、第二宽度单边尺寸、第一高度单边尺寸以及第二高度单边尺寸不进行限定。
在一些实施例中，所述N个取像摄像头402与所述第二平面XOZ成一定的倾斜角度放置，所述倾斜角度为所述取像摄像头402的光轴与所述第二平面XOZ的夹角。
在一种实施场景下，当N为大于1的自然数，即取像摄像头402的数量为多个时，每一取像摄像头402均需确定对应的倾斜角度，不同取像摄像头402对应的倾斜角度可以相同，也可以不同。
以任一取像摄像头402进行说明，参考图6所示，取像摄像头402的倾斜角度为图6所示的θcam。当倾斜角度增大时，其拍摄范围则向上移动。当倾斜角度减小时，其拍摄范围则向下移动。因此，倾斜角度的大小会改变取像摄像头402的光轴与投影画面的交点，在高度方向即Y’方向上的位置，同时，也会影响第一高度单边尺寸和第二高度单边尺寸的大小。
在一种实施场景下，当取像摄像头402以某一倾斜角度放置时，其取像摄像头402的光轴与投影画面的交点与投影画面的中心点处于同一高度，将该倾斜角度记为目标倾斜角度，此时，第一高度单边尺寸和第二高度单边尺寸相等。
在另一种实施场景下，当取像摄像头402的倾斜角度大于目标倾斜角度时，拍摄范围向上移动，则取像摄像头402的光轴与投影画面的交点，在Y’方向上高于投影画面的中心点，第一高度单边尺寸大于第二高度单边尺寸。
在另一种实施场景下，当取像摄像头402的倾斜角度小于目标倾斜角度时，拍摄范围向下移动，则取像摄像头402的光轴与投影画面的交点，在Y’方向上低于投影画面的中心点，第一高度单边尺寸小于第二高度单边尺寸。
仍以单个取像摄像头402进行举例说明，在一种实施场景下，当单个取像摄像头402位于第二坐标轴Z轴上时，仍参考图6所述，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面相交于投影画面的中心点O’，倾斜角度为图6所示的θcam，以取像摄像头402的拍摄范围即视场覆盖范围与投影画面的中心点O’重合效果较佳，此时，倾斜角度θcam的一种计算方式如下所示：
θcam＝180*atan(H1/D1)/PI()                          (1)
其中，H1＝(Y’up-Y’down+H-scr)/2+H-scr*(offset-1)/2-y+Y’down   (2)
或者，H1＝(Y’up+Y’down)/2+H-scr/2+H-scr*(offset-1)/2-y        (3)
D1＝W-scr*TR+z                               (4)
上述公式中，θcam表示取像摄像头402的倾斜角度，即取像摄像头402的光轴与第二平面XOZ的夹角，D1为第二坐标轴Z轴方向上，取像摄像头402到投影画面的垂直距离，PI()表示π，Y’up为第一高度单边尺寸，为正，Y’down为第二高度单边尺寸，为负，H-scr为投影画面的高度，为正，offset为投影画面中心到第二平面XOZ的垂直距离/投影画面的半高，W-scr为投影画面的宽度，为正，TR为投射比，y和z则为取像摄像头402的坐标，考虑其在OXYZ坐标系中的正负，H1为第一坐标轴Y轴方向上，投影画面的中心点O’与取像摄像头402所在的与第二平面XOZ平行的平面之间的垂直距离。由于此时取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点即为投影画面的中心点O’，因此H1也可以表示取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到取像摄像头402所在的与第二平面XOZ平行的平面之间的垂直距离。
此时，取像摄像头402在各个方向的半视场角的计算公式可参考下述所示：
θx1＝180*atan(Wcam/2/DL-op)/PI()                      (5)
θy1＝180*atan(Hcam/2/DL-op)/PI()                        (6)
θimg＝180*atan(sqrt((Hcam/2)^2+(Wcam/2)^2)/DL-op)/PI()          (7)
DL-op＝sqrt(D1^2+H1^2)                         (8)
Hcam/2＝投影画面高度/2+(Y’up-Y’down)/2                  (9)
Wcam/2＝投影画面宽度/2+(X’right-X’left)/2                (10)
其中，θx1表示取像摄像头402宽度方向的半视场角，θy1表示取像摄像头402高度方向的半视场角，θimg表示取像摄像头402对角线方向的半视场角，Hcam/2表示取像摄像头402拍摄范围的半高度，Wcam/2表示取像摄像头402拍摄范围的半宽度，Y’up为第一高度单边尺寸，为正，Y’down为第二高度单边尺寸，为负，X’left为第一宽度单边尺寸为负，X’right为第二宽度单边尺寸，为正，DL-op为取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到取像摄像头402之间的距离，D1为取像摄像头402到投影画面的垂直距离，H1为基于第一坐标轴Y轴方向上，投影画面的中心点O’与取像摄像头402所在的与第二平面XOZ平行的平面之间的垂直距离，PI()表示π。
在另一种实施场景下，当单个取像摄像头402未以目标倾斜角度进行放置，并且，未位于第二坐标轴Z轴上时，即该取像摄像头402在第三坐标轴X轴方向上存在一定的偏移，参考图8所示，此时取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点为W1，未与投影画面的中心点O’重合。
此时，在第一坐标轴Y轴方向上，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到取像摄像头402所在的与第二平面XOZ平行的平面之间的垂直距离则为图8所示的H1’，H1’的一种计算方式如下：
H1’＝sqrt(H1^2+(x-(X’right-X’left)/2)^2)                 (11)
其中，H1为基于第一坐标轴Y轴对应的方向，投影画面的中心点O’与取像摄像头402所在的与第二平面XOZ平行的平面之间的垂直距离，x是取像摄像头的一个坐标值，X’left为第一宽度单边尺寸，为负，X’right为第二宽度单边尺寸，为正。
此时，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到取像摄像头402之间的距离DL-op’的计算方式如下：
DL-op’＝sqrt(D1’^2+H1’^2)                    (12)
其中，D1’为第二坐标轴Z轴方向上，取像摄像头402到投影画面的垂直距离，H1’为在第一坐标轴Y轴方向上，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到取像摄像头402所在的与第二平面XOZ平行的平面之间的垂直距离。
取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点未与投影画面中心点重合时，基于上述的公式11和12，确定取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到取像摄像头402所在的与第二平面XOZ平行的平面之间的垂直距离H1’，以及，取像摄像头402的光轴L-op与投影画面的交点到取像摄像头402之间的距离DL-op’后，可参考上述公式1-10，确定此时取像摄像头402在各个方向上的视场角以及放置的倾斜角度。
当取像摄像头402的数量为多个时，每一取像摄像头402在宽度、高度以及对角线方向的视场角，以及每一取像摄像头402的倾斜角度的计算原理与上述单一取像摄像头402的计算原理基本一致，可参考上述所示，此处不再详细赘述。
需要说明的是，N个取像摄像头402的拍摄范围的和的中心可以与投影画面的中心点重合，也可以不与投影画面的中心点重合，仅需满足N个取像摄像头402拍摄范围的和大于投影画面的尺寸，且超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm，超出投影屏幕高度的第一高度单边尺寸和第二高度单边尺寸均大于或等于3mm即可。
综上，N个取像摄像头402的拍摄范围的和，超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm，超出投影屏幕高度的第一高度单边尺寸和第二高度单边尺寸均大于或等于3mm，以使N个取像摄像头402的拍摄范围的和满足自动入幕的要求，实现自动入幕。
本申请还提供了一种激光投影图像显示方法，具体可参见图16所示，图16为本申请实施例提供的一种激光投影图像显示方法的流程示意图。
需要说明的是，该方法应用于上述实施例所述的激光投影设备，该激光投影设备包括：超短焦镜头和N个取像摄像头。
超短焦镜头包括反射镜，该反射镜用于对影像光束进行反射，以在投影屏幕上显示投影画面。
取像摄像头与第一平面的垂直距离小于或等于激光投影设备的半宽，与第二平面的垂直距离小于或等于超短焦镜头的光轴到激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面的垂直距离小于或等于激光投影设备的深度；其中，N为大于等于1的自然数。
第一平面为第一坐标轴和第二坐标轴构成的平面，第二平面为第三坐标轴和第二坐标轴构成的平面，第三平面为第三坐标轴和第一坐标轴构成的平面；
第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴的交点为超短焦镜头的光轴与反射镜的交点，第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴分别与激光投影设备的高度、深度、宽度对应的方向一致，上表面为激光投影设备中，与第二平面平行，且远离第二平面的表面。
如图16所示，激光投影图像显示方法可以包括下述步骤：
S1601、获取通过N个取像摄像头拍摄的图像，图像包含投影画面和投影屏幕。
在本申请中，当对投影图像进行校正时，可以控制在投影屏幕上投影显示特征图卡。投影显示的特征图卡可如图17所示，图17为本申请实施例提供的一种特征图卡的示意图。
需要说明的是，本申请实施例仅以图17所示的特征图卡为棋盘格为例进行说明，并不构成任何限定。
示例性的，当投影主机在投影屏幕中投影特征图卡时，可以向投影设备上安装的N个取像摄像头发送指令，N个取像摄像头可以响应于该指令对投影屏幕进行拍摄，并将拍摄得到的拍摄图像发送给投影主机，使得投影主机可以获取到N个取像摄像头拍摄的图像。
应理解，拍摄的图像的数量与取像摄像头的数量相对应。当取像摄像头的数量为一个时，获取到的图像为一张。当取像摄像头的数量为两个时，获取到的图像的数量为两张。当取像摄像头的数量为多个时，获取到的图像的数量为多张。
一种可能的实现中，多个取像摄像头拍摄到的图像共同组成包含整个特征图卡和投影屏幕的图像。例如，当取像摄像头的数量为两个时，每个取像摄像头拍摄的图像为特征图卡和投影屏幕的一半。
其中，N个取像摄像头的拍摄范围的和大于投影屏幕的尺寸，具体的，N个取像摄像头的拍摄范围的和，超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm。N个取像摄像头的拍摄范围的和可参见图18所示，图18为本申请实施例提供的一种取像摄像头的拍摄范围的示意图。
示例性的，获取到图像之后，可以对图像进行处理，具体的，可以对图像进行去噪、对比度增强等处理以突出屏幕边缘。
S1602、基于图像确定投影画面和投影屏幕的位置关系。
投影画面和投影屏幕的位置关系包括投影画面的位置偏差参数。
示例性的，可以根据图像中特征图卡的特征点的位置和投影画面未出现偏移或畸变时的特征点的位置，确定当前投影画面和投影屏幕的位置关系，即确定投影画面的位置偏差参数。
S1603、根据位置关系调整激光投影设备的位置和/或对投影画面进行校正。
在本申请中，根据所述位置关系调整所述激光投影设备的位置可以包括，根据所述位置关系，确定所述激光投影设备的位置调整参数；根据所述位置调整参数，调整所述激光投影设备的位置，以使投影画面居中或对齐。
示例性的，可以将投影画面的位置偏差参数，转换为激光投影设备的位置调整参数，例如，当投影画面出现向左偏移的情况时，可以确定激光投影设备向右移动的参数，使得激光投影设备可以向右移动，以将投影画面调整为居中对齐的位置。
这样，通过调整激光投影设备的位置，可以将投影画面调整与投影屏幕居中对齐的位置，提升投影画面的显示效果。
在本申请中，根据所述位置关系对所述投影画面进行校正可以包括，根据所述位置关系，确定校正参数；根据所述校正参数，调整所述投影画面在所述投影屏幕上的水平和垂直位置，和/或，调整投影画面的大小，和/或，调整画面形状、旋转角度、梯形形状以及画面边缘，以使投影画面居中或对齐。
这样，通过内部校正，将投影画面调整与投影屏幕居中对齐的位置，提升投影画面的显示效果。
可以理解的是，当需要同时对激光投影设备的位置和投影画面进行校正时，可以先校正激光投影设备的位置，再对投影画面进行校正。该种情况下，在校正完激光投影设备的位置之后，需要重新投影显示特征图卡，再通过取像摄像头采集新的图像，根据新的图像确定新的位置关系，以根据新的位置对投影图像进行校正。
因此，本申请提供的投影显示方法，可以根据取像摄像头拍着的图像对激光投影设备的位置和/或投影画面进行校正，能够提升投影显示效果。
在本申请中，对投影画面进行校正的整个过程可参见图19所述，图19为本申请实施例提供的一种投影画面的校正方法的流程示意图。
如图19所示，投影画面的校正方法可以包括下述步骤：
S1901、系统初始化。
在进入投影画面校正流程时，首先进行系统初始化，系统初始化包括启动取像摄像头，加载投影设备的参数，设置默认的投影区域。
S1902、投影显示特征图卡，获取通过取像摄像头拍摄的第一图像。
根据默认的投影区域，投影显示特征图卡，特征图卡可以为上述图17所示。取像摄像头拍摄的第一图像可参见上述实施例所述，在此不再赘述。
S1903、对第一图像进行处理，得到第二图像。
对第一图像进行去噪、对比度增强等处理，得到处理后的第二图像，以突出投影屏幕的边缘，便于后续的边缘检测。
S1904、对第二图像进行边缘检测，确定需要调整的目标区域。
使用边缘检测算法、霍夫变换检测直线边缘，识别投影屏幕的顶点，并确定第二图像中投影屏幕的顶点的位置。
当取像摄像头为一个时，可以确定出投影屏幕的四个顶点的位置，进一步的，通过比较第二图像中投影屏幕的四个顶点的位置，以及，实际中投影屏幕的四个顶点的位置，确定需要调整的投影区域。
当取像摄像头为两个时，可以确定每个图像中包含的投影屏幕的顶点的位置，进一步的，通过比较每个图像中包含的投影屏幕的顶点的位置，以及，实际中投影屏幕的顶点的位置，确定需要调整投影区域。
S1905、确定透视变换矩阵。
示例性的，可以确定的投影屏幕的四个顶点的位置，以及，实际中投影屏幕的四个顶点的位置，确定对应的透视变换矩阵。
S1906、根据透视变换矩阵和第二图像中特征点的位置，确定校正参数。
第二图像中的特征点为特征图卡中特征点，可以利用上述确定第二图像中投影屏幕顶点的位置的方法，确定第二图像中特征点的位置。
根据目标区域内特征点的位置和透视变换矩阵，可以确定需要调整到的位置，以确定校正参数，即位置偏差参数。
需要说明的是，上述所述的位置均可以用坐标表示，因此，位置偏差参数也可以为坐标偏差参数。
S1907、根据校正参数，对投影画面进行校正。
激光投影设备可以获取待投影的图像的像素值，根据偏差参数，将待投影图像的每个像素映射到对应位置，以显示待投影的图像，以实现对投影画面的校正。
像素值包含了图像的颜色、亮度、纹理等视觉信息。
S1908、校正结果是否满足要求。
在本申请实施例中，可以对校正之后的校正结果，即投影画面进行验证，以确定校正效果是否满足要求。
在对校正结果进行校正时，可以重新投影显示特征图卡，通过取像摄像头采集新的图像，根据新的图像确定边缘对齐误差，当边缘对齐误差小于预设值时，可以保存偏差参数并退出校正流程；当边缘对齐误差大于或等于预设值时，可以重新执行上述步骤S1902-1907，直至边缘对齐误差小于预设值。
这样，利用激光投影设备中的取像摄像头对投影画面进行校正，可以提升激光投影设备的投影显示效果。
在本申请中，当激光投影设备由于温漂现象导致的画面清晰度降低时，可以利用取像摄像头自动进行温漂校正，可参见图20所述，图20为本申请实施例提供的一种温漂校正的流程示意图。
如图20所示，激光投影设备进行温漂校正的流程可以包括下述步骤：
S2001、系统初始化。
在进入温漂校正流程时，首先进行系统初始化，系统初始化包括启动取像摄像头，加载投影设备的参数，设置默认的投影区域。
S2002、投影显示对焦图卡，获取通过取像摄像头拍摄的第三图像。
对焦图卡为包含有十字刻线或其他清晰的对焦标记的图卡。
根据默认的投影区域，投影显示对焦图卡，对焦图卡可参见图21所示，图21为本申请实施例提供的一种对焦图卡的示意图。
S2003、确定第三图像中的单像素线的强度值，并获取强度值下降至预设强度的两个像素点的位置对应的线宽值。
以图21所述的对焦图卡为例，可以通过边缘检测算法或模板匹配，确定对焦图卡中的十字刻线。针对十字刻线的单像素线(水平或垂直线)，获取单像素线各个像素点的强度值。
预设强度为小于强度峰值的值，可以为强度峰值的25％，或者20％，本申请实施例对此不做限定。
以预设强度为强度峰值的20％为例，在获取单像素线各个像素点的强度值之后，可以绘制强度分布曲线。在强度分布曲线中，从强度峰值位置向两侧查找，确定强度下降到峰值20％的位置。将两个下降至20％强度位置之间的距离确定为线宽值。
S2004、当线宽值大于预设线宽值时，对投影画面进行温漂校正。
预设线宽值可以是基于激光投影设备的实际情况进行设定的，本申请实施例对此不做限定。
当线宽值大于预设线宽值时，可以启动镜头的自动对焦程序，对投影画面进行温漂校正。
对投影画面进行温漂校正可以包括下述两种可能的实现：
一种可能的实现，可以根据预先设定的线宽值和对焦调整步长之间的对应关系，确定当前的线宽值对应的对焦调整步长，根据该对焦调整步长进行对焦。
在对焦之后，可以返回执行步骤S2002-S2004，直至得到的线宽值小于或等于预设线宽值。
另一种可能的实现，可以单步长调整，每调整一个步长，可以返回执行步骤S2002-S2004，直至得到的线宽值小于或等于预设线宽值。
这样，在激光投影设备出现温漂现象时，激光投影设备可以基于拍摄的图像自动进行温漂校正，以使投影画面保持较高的清晰度，保证投影画面的显示效果。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理以及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用所述实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。

Claims (20)

  1. 一种激光投影设备，所述激光投影设备包括：
    超短焦镜头，包括反射镜，所述反射镜用于对影像光束进行反射，以在投影屏幕上显示投影画面；
    N个取像摄像头，所述取像摄像头与第一平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的半宽，与第二平面的垂直距离小于或等于所述超短焦镜头的光轴到所述激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的深度；所述取像摄像头用于拍摄包括投影画面和投影屏幕的图像，所述图像用于调整所述激光投影设备的位置和/或对所述投影画面进行校正；
    其中，N为大于等于1的自然数；
    所述第一平面为第一坐标轴和第二坐标轴构成的平面，所述第二平面为第三坐标轴和所述第二坐标轴构成的平面，所述第三平面为所述第三坐标轴和所述第一坐标轴构成的平面；
    所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴的交点为所述超短焦镜头的光轴与所述反射镜的交点，所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴分别与所述激光投影设备的高度、深度、宽度对应的方向一致，所述上表面为所述激光投影设备中，与所述第二平面平行，且远离所述第二平面的表面。
  2. 根据权利要求1所述的激光投影设备，所述取像摄像头与所述第一平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备半宽的11/12。
  3. 根据权利要求1所述的激光投影设备，所述N个取像摄像头的拍摄范围的和大于所述投影画面的尺寸。
  4. 根据权利要求1所述的激光投影设备，所述N个取像摄像头与所述第二平面成一定的倾斜角度放置，所述倾斜角度为所述取像摄像头的光轴与所述第二平面的夹角。
  5. 根据权利要求1-4任一项所述的激光投影设备，所述N个取像摄像头的拍摄范围的和，超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm；
    其中，基于所述第三坐标轴对应的方向，所述第一宽度单边尺寸为所述N个取像摄像头拍摄范围的和的一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离；
    所述第二宽度单边尺寸为所述N个取像摄像头拍摄范围的和的另一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离。
  6. 根据权利要求1所述的激光投影设备，所述取像摄像头的数量为一个，所述取像摄像头位于所述第二坐标轴上。
  7. 根据权利要求6所述的激光投影设备，所述取像摄像头在所述第三坐标轴对应的方向上居中放置。
  8. 根据权利要求1或2所述的激光投影设备，所述取像摄像头的数量为一个，所述取像摄像头与所述第一平面的垂直距离、与所述第二平面的垂直距离、与所述第三平面的垂直距离均大于0。
  9. 根据权利要求8所述的激光投影设备，所述取像摄像头拍摄范围的中心与投影画面的中心点重合。
  10. 根据权利要求8所述的激光投影设备，所述取像摄像头拍摄范围的中心与投影画面的中心点不重合。
  11. 根据权利要求1所述的激光投影设备，所述取像摄像头的数量为两个，两个取像摄像头分别与所述第一平面的垂直距离相等或不相等，两个取像摄像头分别与所述第二平面的垂直距离相等或不相等，两个取像摄像头分别与所述第三平面的垂直距离相等或不相等。
  12. 根据权利要求1所述的激光投影设备，所述取像摄像头的数量为多个，多个取像摄像头拍摄范围的大小相同，或者，多个取像摄像头拍摄范围的大小不同。
  13. 根据权利要求12所述的激光投影设备，所述多个取像摄像头沿所述超短焦镜头的光轴对称排布，或者，所述多个取像摄像头沿超短焦镜头的光轴非对称排布；
    其中，所述超短焦镜头的光轴对应的方向与所述第二坐标轴一致。
  14. 根据权利要求1所述的激光投影设备，所述超短焦镜头的投射比小于或等于0.5。
  15. 一种激光投影图像显示方法，应用于激光投影设备，所述激光投影设备包括：
    超短焦镜头，包括反射镜，所述反射镜用于对影像光束进行反射，以在投影屏幕上显示投影画面；
    N个取像摄像头，所述取像摄像头与第一平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的半宽，与第二平面的垂直距离小于或等于所述超短焦镜头的光轴到所述激光投影设备上表面的垂直距离，与第三平面的垂直距离小于或等于所述激光投影设备的深度；其中，N为大于等于1的自然数；
    所述第一平面为第一坐标轴和第二坐标轴构成的平面，所述第二平面为第三坐标轴和所述第二坐标轴构成的平面，所述第三平面为所述第三坐标轴和所述第一坐标轴构成的平面；
    所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴的交点为所述超短焦镜头的光轴与所述反射镜的交点，所述第一坐标轴、所述第二坐标轴和所述第三坐标轴分别与所述激光投影设备的高度、深度、宽度对应的方向一致，所述上表面为所述激光投影设备中，与所述第二平面平行，且远离所述第二平面的表面；
    所述方法，包括：
    获取通过所述N个取像摄像头拍摄的图像，所述图像包含所述投影画面和所述投影屏幕；
    基于所述图像确定投影画面和投影屏幕的位置关系；
    根据所述位置关系调整所述激光投影设备的位置和/或对所述投影画面进行校正。
  16. 根据权利要求15所述的方法，所述根据所述位置关系调整所述激光投影设备的位置，包括：
    根据所述位置关系，确定所述激光投影设备的位置调整参数；
    根据所述位置调整参数，调整所述激光投影设备的位置，以使投影画面居中或对齐。
  17. 根据权利要求15所述的方法，所述根据所述位置关系对所述投影画面进行校正，包括：
    根据所述位置关系，确定校正参数；
    根据所述校正参数，调整所述投影画面在所述投影屏幕上的水平和垂直位置，和/或，调整投影画面的大小，和/或，调整画面形状、旋转角度、梯形形状以及画面边缘，以使投影画面居中或对齐。
  18. 根据权利要求15所述的方法，所述N个取像摄像头的拍摄范围的和，超出投影屏幕宽度的第一宽度单边尺寸和第二宽度单边尺寸均大于或等于3mm；
    其中，基于所述第三坐标轴对应的方向，所述第一宽度单边尺寸为所述N个取像摄像头拍摄范围的和的一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离；
    所述第二宽度单边尺寸为所述N个取像摄像头拍摄范围的和的另一侧边缘与所述投影屏幕之间的距离。
  19. 根据权利要求15-18任一项所述的方法，所述取像摄像头的数量为一个，所述取像摄像头位于所述第二坐标轴上，所述取像摄像头在所述第三坐标轴对应的方向上居中放置；或，所述取像摄像头与所述第一平面的垂直距离、与所述第二平面的垂直距离、与所述第三平面的垂直距离均大于0。
  20. 根据权利要求15-18任一项所述的方法，所述取像摄像头的数量为两个，两个取像摄像头分别与所述第一平面的垂直距离相等或不相等，两个取像摄像头分别与所述第二平面的垂直距离相等或不相等，两个取像摄像头分别与所述第三平面的垂直距离相等或不相等。
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