專利名稱：圖像投影方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像投影技術(shù)，尤其涉及一種圖像投影方法和一種圖像投影設(shè)備，該圖像投影設(shè)備通過自動使被投影的圖像適合于屏幕而向屏幕投影該圖像。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在屏幕放置于圖像投影設(shè)備前面右側(cè)的前提下，該圖像投影設(shè)備在屏幕上投影圖像。然而，實際上有可能存在屏幕沒有放置在圖像投影設(shè)備前面右側(cè)而是從傾斜方向投影圖像的情況。在這些情況下，所顯示的投影圖像具有畸變，因此還需要校正梯形畸變、獨立校正圖像的四角等等。
例如，未審查的日本專利申請公開No.2002-62842公開了一種投影圖像校正方法，其基于屏幕的位置來校正在預(yù)定尺寸屏幕上的投影圖像，并通過處理相機捕獲到的圖像來校正檢測到的傾斜。
然而，諸如投影圖像是否適合于屏幕的位置以及被投影的圖像的四個角是否適合于屏幕的四個角之類的判斷是人工完成的。因此，用戶需要學(xué)習(xí)用法并逐漸習(xí)慣實際應(yīng)用。這就約束了這種自動校正功能的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種圖像投影方法和一種圖像投影設(shè)備，其允許圖像自動適合于屏幕，并且使被投影的圖像的畸變得到校正。
根據(jù)本發(fā)明，上述目的可以通過測量或估算屏幕距離、利用圖像識別技術(shù)檢測屏幕形狀，以及根據(jù)檢測結(jié)果和屏幕距離控制圖像投影位置來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種圖像投影設(shè)備包括圖像投影器，用于將圖像投影到屏幕上；圖像傳感器，用于捕獲該屏幕的圖像；距離確定部件，用于確定該圖像投影設(shè)備和該屏幕之間的屏幕距離；屏幕檢測器用于根據(jù)所捕獲到的該屏幕的圖像檢測該屏幕的傳感器觀察形狀；屏幕形狀變換器，用于根據(jù)該屏幕距離變換該屏幕的傳感器觀察形狀，以產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀；以及圖像修正器，用于修正要被投影的圖像，使其適合于該屏幕的投影器觀察形狀，以便將被修正的圖像輸出到該圖像投影器。
作為本發(fā)明的一種實施例，屏幕形狀變換器包括坐標(biāo)變換器，用于根據(jù)該屏幕距離，將描述該屏幕的傳感器觀察形狀的傳感器坐標(biāo)系變換為投影器坐標(biāo)系，以便產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀。
該坐標(biāo)變換器可以包括多個坐標(biāo)變換表，每個坐標(biāo)變換表都為多個預(yù)定屏幕距離中的一個對應(yīng)的預(yù)定屏幕距離存儲該傳感器坐標(biāo)系和該投影器坐標(biāo)系之間的對應(yīng)；以及內(nèi)插器，用于根據(jù)該屏幕距離內(nèi)插該屏幕的多個投影器觀察形狀，以產(chǎn)生對應(yīng)于該屏幕的傳感器觀察形狀的屏幕的投影器觀察形狀，其中當(dāng)輸入該屏幕的傳感器觀察形狀時，從所述坐標(biāo)變換表中的相應(yīng)的坐標(biāo)變換表中獲得所述的屏幕的多個投影器觀察形狀。
作為本發(fā)明的另一實施例，該屏幕形狀變換器包括距離估計器，用于根據(jù)該屏幕距離和該屏幕的傳感器觀察形狀，估計該圖像投影設(shè)備與該屏幕的多個代表點中的每一個點之間的屏幕點距離；以及坐標(biāo)變換器，用于根據(jù)為這些代表點所估計的屏幕點距離，將描述該屏幕的傳感器觀察形狀的傳感器坐標(biāo)系變換為投影器坐標(biāo)系，以產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀。
該距離確定部件可以采用諸如測距裝置之類的不同裝置，該測距裝置通過監(jiān)視從屏幕反射的傳輸信號來測量屏幕距離。
該距離確定部件可以包括焦點估算器，用于根據(jù)所捕獲到的該屏幕圖像，估算被投影到該屏幕上的圖像的焦點度；焦點控制器，用于改變該圖像投影器的焦點位置；以及距離計算器，用于通過確定使被投影到該屏幕上的圖像的焦點度最大化的焦點位置，來計算該屏幕距離。
該距離確定部件可以包括焦點控制器，用于將該圖像投影器設(shè)定在預(yù)定焦點位置；以及距離估計器，用于根據(jù)所捕獲到的該圖像的散焦度來估計該屏幕距離。
作為本發(fā)明的另一方面，一種用于具有圖像投影器和圖像傳感器的圖像投影設(shè)備的圖像投影方法，包括a)由該圖像傳感器捕獲該屏幕的圖像；b)確定該圖像投影設(shè)備和屏幕之間的屏幕距離；c)根據(jù)所捕獲到的屏幕圖像，檢測該屏幕的傳感器觀察形狀；d)根據(jù)該屏幕距離變換該屏幕的傳感器觀察形狀，以便產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀；以及e)修正要被投影的圖像，使其適合于該屏幕的投影器觀察形狀，以便將修正圖像投影到該屏幕上。
根據(jù)本發(fā)明，該圖像投影設(shè)備利用所安裝的圖像傳感器檢測屏幕，并根據(jù)屏幕距離校正要被投影的圖像形狀，使其適合于該屏幕的實際觀察形狀。因此，該圖像投影設(shè)備具有自動使投影圖像適合于從投影器觀察的屏幕形狀的效果。
利用圖像傳感器檢測到的屏幕形狀的信息，也可以估計屏幕距離并且可以進(jìn)一步精確校正屏幕上的投影圖像。


圖1是方框圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像投影設(shè)備；圖2是投影圖像區(qū)域的示意圖，用于解釋本發(fā)明的基本操作；圖3是第一實施例中圖像傳感器捕獲到的圖像的示意圖；圖4是方框圖，其示出了第一實施例中的屏幕檢測器；圖5是在屏幕檢測器中獲得的二進(jìn)制圖像的示意圖；圖6是圖像的示意圖，用于解釋屏幕檢測器的輪廓提取操作；圖7是圖像的示意圖，用于解釋屏幕檢測器的坐標(biāo)變換操作；圖8是方框圖，其示出了第一實施例中的坐標(biāo)變換部件；圖9是方框圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第二實施例的圖像投影設(shè)備；圖10A是圖像的示意圖，用于解釋根據(jù)本發(fā)明第三實施例的圖像投影設(shè)備中距離的精確估計；圖10B是用于解釋第三實施例中距離的精確估計的圖表；圖11是方框圖，其示出了第三實施例中的坐標(biāo)變換部件；以及圖12是方框圖，其示出了根據(jù)本發(fā)明第四實施例的圖像投影設(shè)備。
具體實施例方式
1、第一實施例參考圖1，根據(jù)本發(fā)明第一實施例的圖像投影設(shè)備10將預(yù)定圖像投影到屏幕20上，使得該屏幕20包含在投影圖像區(qū)域30內(nèi)。
該圖像投影設(shè)備10設(shè)有圖像投影器101、圖像傳感器102和測距裝置103。該圖像投影器101是一種傳統(tǒng)意義上的圖像投影設(shè)備。該圖像投影器101和該圖像傳感器102受到控制器104控制。該測距裝置103是距離確定裝置的一個實例，其測量圖像投影設(shè)備10和屏幕20之間的距離。該圖像投影器101從控制器104輸入圖像數(shù)據(jù)，并將該圖像投影到空間。假定該屏幕20位于投影圖像區(qū)域30之內(nèi)。如圖1所示，該屏幕20通常具有這種結(jié)構(gòu)黑色邊框圍繞圖像要被投影要的白色區(qū)域。
該圖像傳感器102捕獲包括屏幕20的投影圖像區(qū)域30的圖像，并且將捕獲到的圖像數(shù)據(jù)S輸出到屏幕檢測器105。該屏幕檢測器105根據(jù)捕獲到的圖像數(shù)據(jù)S檢測屏幕圖象的位置數(shù)據(jù)(u，v)，這將在后面進(jìn)行描述。坐標(biāo)變換部件106從屏幕檢測器105輸入屏幕圖象的位置數(shù)據(jù)(u，v)，并從測距裝置103輸入測得的距離數(shù)據(jù)，并將坐標(biāo)從(u，v)變換為(X，Y)，這將在后面進(jìn)行描述。
參考圖2到8，對圖1所示的第一實施例的進(jìn)行詳細(xì)描述。
當(dāng)該圖像投影器101將完整均勻的白色圖像投影到空間時，從圖像投影器101的位置觀察的場景可能如圖2所示的那樣。該投影圖像區(qū)域30通常采用矩形。例如，當(dāng)投影圖像尺寸為XGA(1024×768像素)時，投影圖像區(qū)域30左上方的像素位置由(0，0)來表示，并且右下方的像素位置由(1023，767)表示。該屏幕20包含在投影圖像區(qū)域30內(nèi)部，并且屏幕的四個角分別對應(yīng)于投影圖像中的(X1，Y1)、(X2，Y2)(X3，Y3)和(X4，Y4)的像素位置。
實際上，需要圖像投影設(shè)備10將整幅圖像投影到屏幕20的整個表面上。從而，通過使圖像四個角適合(X1，Y1)、(X2，Y2)(X3，Y3)和(X4，Y4)，并且利用畸變校正功能將該圖像中每個像素移動到對應(yīng)的位置，位于屏幕20前右側(cè)的觀察者可以看到?jīng)]有畸變的圖像。為了將此實現(xiàn)，在設(shè)置圖像投影設(shè)備10的時候，有必要獲知屏幕的四個角在該圖像投影設(shè)備10的投影區(qū)域30中的位置(X1，Y1)、(X2，Y2)(X3，Y3)和(X4，Y4)。為了獲知屏幕20的四個角的位置，如下所述使用了圖像傳感器102。
該圖像傳感器102捕獲通過投影均勻圖像而獲得的場景圖像，該均勻圖像例如如上所述的整幅均勻白色圖像。如果屏幕20在圖像傳感器102前右側(cè)被捕獲，則圖像傳感器102獲取的屏幕圖像的形狀應(yīng)該是矩形。
然而，通常情況下，如圖3所示，捕獲到的屏幕20是畸變的四邊形形狀，如捕獲到的圖像(S)內(nèi)的屏幕圖像20一樣。該四邊形的形狀類似于圖2所示的投影圖像的屏幕形狀，但是實際上并不相同，這是因為圖像投影器101和圖像傳感器102的光學(xué)系統(tǒng)和它們的安裝位置存在差異。在實際的圖像傳感器102情況中，由于鏡頭存在畸變，屏幕圖像20i不會整齊地變?yōu)樗倪呅?。然而，假定該鏡頭的畸變已經(jīng)在圖像傳感器102或在圖像傳感器102以后的處理裝置中得以校正了。
屏幕檢測器105利用圖像處理技術(shù)根據(jù)捕獲到的圖像S檢測屏幕圖像20i的四個角，以獲得角點坐標(biāo)(ui，vi)(i＝1，2，3，4)。坐標(biāo)變換部件106將所獲得的圖像傳感器102捕獲到的圖像坐標(biāo)系中的角點坐標(biāo)(ui，vi)(i＝1，2，3，4)變換為圖像投影器101坐標(biāo)系中的位置(Xi，Yi)(i＝1，2，3，4)。如上所述，控制器104控制圖像投影器101來投影整幅的圖像，同時使圖像的四個角與(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)和(X4，Y4)一致，并且利用畸變校正功能將每個像素移動到對應(yīng)位置。因此，要被投影的圖像就被正確地投影在整個屏幕20上。
當(dāng)執(zhí)行了前面的處理時，坐標(biāo)變換部件106將從圖像傳感器102中獲得的四個角點坐標(biāo)變換為圖像投影器101的坐標(biāo)系。當(dāng)圖像投影器101的光軸與圖像傳感器102的光軸不一致時，坐標(biāo)(ui，vi)(i＝1，2，3，4)和(Xi，Yi)(i＝1，2，3，4)之間不具有一一對應(yīng)。在圖像投影器101和圖像傳感器102的位置關(guān)系固定的情況下，如果圖像投影器101和屏幕20之間的距離(此后稱作屏幕距離)要充分地大于圖像投影器101和圖像傳感器102之間的距離，則誤差可以忽略。從而使(ui，vi)(i＝1，2，3，4)和(Xi，Yi)(i＝1，2，3，4)之間的對應(yīng)可以在最初得到校準(zhǔn)。另外(ui，vi)(i＝1，2，3，4)和(Xi，Yi)(i＝1，2，3，4)之間的對應(yīng)根據(jù)屏幕距離而變化。因此，有必要在屏幕距離的基礎(chǔ)上校準(zhǔn)該對應(yīng)，并且坐標(biāo)變換部件106必須根據(jù)該對應(yīng)進(jìn)行坐標(biāo)變換。該屏幕距離是從測距裝置103中獲得的。
測距裝置103測量圖像投影設(shè)備10到屏幕20的距離，并將測得的距離輸出到坐標(biāo)變換部件106。坐標(biāo)變換部件106根據(jù)測得的屏幕距離將(ui，vi)(i＝1，2，3，4)變換為(Xi，Yi)(i＝1，2，3，4)。
此后，將參照圖4-8對屏幕檢測器105和坐標(biāo)變換部件106進(jìn)行詳細(xì)描述。
屏幕檢測假定圖像投影器101將整幅均勻的白色圖像投影到空間，并且由被投影的光照亮屏幕20。如果環(huán)境足夠亮，這種照明是不必要的。
圖像傳感器102獲取該場景的圖像，從而獲得了如圖3中所示的捕獲到的圖像S。屏幕檢測器105處理該捕獲到的圖像S以計算四個角的位置，即，左上(u1，v1)、右上(u2，v2)、左下(u3，v3)和右下(u4，v4)。
參照圖4，將描述屏幕檢測器105的功能結(jié)構(gòu)。圖像存儲器110存儲捕獲到的圖像數(shù)據(jù)S。在該捕獲到的圖像數(shù)據(jù)S中，每個像素值由f(u，v)表示。將捕獲到的圖像數(shù)據(jù)S輸入二值化部件111以進(jìn)行二值化。二進(jìn)制圖像數(shù)據(jù)從該二值化部件111輸出到二進(jìn)制圖像存儲器112。
存儲在二進(jìn)制圖像存儲器112內(nèi)的二進(jìn)制圖像中，每個像素值由g(u，v)表示，其設(shè)定為值“1”或“0”。如果f(u，v)滿足f(u，v)≥θth，其中θth為預(yù)定的閾值，那么將值“1”寫入g(u，v)的對應(yīng)像素。否則，將值“0”寫入對應(yīng)像素。由于屏幕20通常是白色的，對應(yīng)于屏幕20的屏幕部分具有g(shù)(u，v)＝1。
然而根據(jù)該方法，在場景亮度變化的環(huán)境中，可能不會正確提取該屏幕部分。為了根據(jù)圖像靈活地確定前面的閾值θth，可利用例如一種判別式分析的方法(參照Otsu“基于判別式和最小平方準(zhǔn)則的自動閾值選取方法(An Automatic Threshold Selection Method Basedon Discilminant and Least Squares Criteria)”，Institute ofElectronics and Communication Engineers，Vol.J63-D，No.4，pp.349-356)。根據(jù)該方法，研究了圖像像素亮度的直方圖，并且以如下方式確定了閾值當(dāng)圖像被分成了兩個區(qū)域，即亮區(qū)和暗區(qū)時，誤差最小化。
因此，根據(jù)圖3所示的原始圖像S獲得了圖5所示的二進(jìn)制圖像。在該二進(jìn)制圖像的中部具有對應(yīng)于屏幕20的‘1’區(qū)域51，并且在‘1’區(qū)域51的外部是‘0’區(qū)域52。然而在許多情況中，根據(jù)場景的亮度，圍繞‘1’區(qū)域51還額外存在冗余的‘1’區(qū)域53。為了僅僅選擇對應(yīng)于屏幕20的‘1’區(qū)域51的輪廓，區(qū)域選擇器113描繪出了‘1’區(qū)域51和53的輪廓以分離二進(jìn)制圖像內(nèi)的區(qū)域。
用于獲得簡單而有效結(jié)果的選取準(zhǔn)則如下a)選擇具有最大尺寸的區(qū)域；以及b)選擇重心最接近圖像中心的區(qū)域。
利用公知的圖像處理技術(shù)，根據(jù)前述的準(zhǔn)則(a)和(b)可以從二進(jìn)制圖像中選取該區(qū)域。假定區(qū)域選擇器113獲得的屏幕部分輪廓數(shù)據(jù)114如圖6所示，角檢測器115檢測四個角(u1，v1)、(u2，v2)、(u3，v3)和(u4，v4)，以將其作為屏幕的四個角的坐標(biāo)輸出到坐標(biāo)變換部件106。
上述屏幕檢測過程的實例將在下面描述。
屏幕20的圖像通常從它的原始矩形開始畸變，但是不會很大程度地旋轉(zhuǎn)。因此，利用下面的等式(1)將屏幕20的圖像坐標(biāo)(u，v)在描繪屏幕區(qū)域中輪廓像素的同時變換為旋轉(zhuǎn)了45度的坐標(biāo)系。
u’＝u-vv’＝u+v (1)諸如常規(guī)旋轉(zhuǎn)處理之類的縮放處理并不總是必要的。(u’，v’)相對于(u，v)位于圖7所示的坐標(biāo)系中。通過跟蹤輪廓，使u’最小化的位置是對應(yīng)于左上角點(u1’，v1’)的(u1，v1)。使v’最大化的位置是對應(yīng)于右上角點(u2’，v2’)的(u2，v2)。使v’最小化的位置是對應(yīng)于左下角點(u3’，v3’)的(u3，v3)。使u’最大化的位置是對應(yīng)于右下角點(u4’，v4’)的(u4，v4)。
如上所述，屏幕檢測器105獲得的四個角的坐標(biāo)由依賴于圖像傳感器102的坐標(biāo)系(u，v)表示。從而，坐標(biāo)變換部件106將該坐標(biāo)變換為圖像投影器101的坐標(biāo)系(X，Y)。
上述的屏幕檢測器105的結(jié)構(gòu)并不局限于圖4中的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，通過將捕獲到的圖像數(shù)據(jù)變換為二進(jìn)制提取該輪廓，并且檢測了角點。使用Sobel算子和拉普拉斯算子的公知邊緣檢測裝置可以檢測圖像中像素值突然改變的位置。可以通過連接這些檢測到的位置而提取出該輪廓，并且可以通過類似于前述角檢測器115的角檢測器獲得角點的位置。另外，利用直線或線段近似該輪廓，并且其相交點可以確定為角點。
測距測距裝置103可以采用公知的測距技術(shù)。例如，可以使用自動對焦相機的測距裝置，其中檢測從物體反射的入射紅外線，并且通過三角測量原理獲得距離?？紤]到測距裝置103將目標(biāo)作為整體檢測其位置，因此將獲得的距離Z輸出到坐標(biāo)變換部件106。
坐標(biāo)變換圖8示出了坐標(biāo)變換部件106的實例。該坐標(biāo)變換部件106設(shè)有三個查找表(LUT)和內(nèi)插部件123，三個查找表(LUT)即為第一LUT120、第二LUT 121和第三LUT 122。如上所述，由于(u，v)和(X，Y)之間的對應(yīng)隨著圖像投影器101和屏幕20之間的距離的不同而不同，因此提前對一些有代表性的距離(此處，三個距離a、b和c)進(jìn)行校準(zhǔn)。
在本實例中，在圖像投影器101和屏幕20之間的距離Z為a＝1米的情況下，第一LUT 120存儲(u，v)和(X，Y)之間的對應(yīng)。因此，提供了(u，v)，第一LUT 120輸出屏幕20放置在距離1米遠(yuǎn)的情況下(X，Y)的(X’，Y’)。以相同的方式，在圖像投影器101和屏幕20之間的距離Z為b＝2米的情況下，第二LUT 121存儲(u，v)和(X，Y)之間的對應(yīng)。因此，提供了(u，v)，第二LUT 121輸出屏幕20放置在距離2米遠(yuǎn)的情況下(X，Y)的(X”，Y”)。在圖像投影器101和屏幕20之間的距離Z為c＝3米的情況下，第三LUT 122存儲(u，v)和(X，Y)之間的對應(yīng)。因此，提供了(u，v)，第三LUT 122輸出屏幕20放置在距離3米遠(yuǎn)的情況下(X，Y)的(X，Y)。
內(nèi)插部件123分別輸入第一LUT 120、第二LUT 121和第三LUT 122的輸出(X’，Y’)、(X”，Y”)和(X，Y)，并且輸出坐標(biāo)(X，Y)，該坐標(biāo)(X，Y)是依賴于測距裝置103測得的距離Z，根據(jù)輸出(X’，Y’)、(X”，Y”)和(X，Y)通過內(nèi)插而獲得的。
以Z＝1.5米的情況作為實例，所需值(X，Y)位于第一LUT 120的輸出(X’，Y’)和第二LUT 121的輸出(X”，Y”)之間的中點。從而，內(nèi)插部件123利用如下等式(2)獲得了圖像投影器101的坐標(biāo)系中四個角的位置，并將它們輸出到控制器104。
X＝0.5X’+0.5X”
Y＝0.5Y’+0.5Y”(2)通過將整幅圖像的四個角移動到變換結(jié)果(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)和(X4，Y4)并相應(yīng)地使整幅圖像變形，控制器104形成了修正圖像，并將該被修正的圖像發(fā)送到圖像投影器101。該圖像投影器101投影該被修正的圖像，使得能夠?qū)崿F(xiàn)與屏幕20的位置和形狀相對應(yīng)的圖像的投影。
該坐標(biāo)變換部件106的結(jié)構(gòu)不局限于圖8的結(jié)構(gòu)。在圖8所示的結(jié)構(gòu)中，在距離Z的代表值的每個表中，獲得了對應(yīng)于(u，v)的(X，Y)的代表值，并且在實際測得距離的基礎(chǔ)上，通過內(nèi)插處理計算出作為結(jié)果的(X，Y)?？商鎿Q地，通過在校準(zhǔn)階段參照(u，v，Z)的三維表，或者通過使用諸如用于(u，v，Z)的(X，Y)近似值的多項式之類的變換表達(dá)式，可以獲得(X，Y)的結(jié)果值。
此外，坐標(biāo)變換部件106可以設(shè)有多個查找表(LUT)，每個查閱表都為圖像投影器101和屏幕20之間的對應(yīng)的預(yù)置距離存儲(u，v)和(X，Y)之間的對應(yīng)。LUT的數(shù)目不局限于如當(dāng)前實施例所述的3個。
2、第二實施例下面將參考圖9描述本發(fā)明的第二實施例。根據(jù)第二實施例的圖像投影設(shè)備11沒有被提供第一實施例的測距裝置106，但具有如下所述的另一種距離確定裝置。
在第二實施例中，控制器104在屏幕檢測處理之前準(zhǔn)備適當(dāng)?shù)膱D像，并且圖像投影器101將該適當(dāng)?shù)膱D像投影到屏幕20上。此時，聚焦控制器201通過諸如旋轉(zhuǎn)圖像投影器101的焦點環(huán)之類的操作，對于所投影的圖像執(zhí)行圖像投影器101的焦點位移操作。因此，具有各種焦點度的圖像就被圖像傳感器102捕捉到，并且焦點估算部件203借助于公知的方法估算投影圖像的焦點度，例如估算其邊緣的對比度和銳度等。
距離計算器202根據(jù)圖像投影器101的焦點位置計算圖像投影設(shè)備11和屏幕20之間的距離Z，在該距離處焦點估算部件203估算該投影圖像在焦點上使最清晰的。將所獲得的距離Z用于坐標(biāo)變換部件106并且用于從(u，v)到(X，Y)的變換處理，如第一實施例的情況中一樣。
3.第三實施例在上述這些實施例中，通過測距裝置103或距離計算器202在整個屏幕中獲得了單個距離Z。然而，所顯示的屏幕20的圖像存在畸變的原因是屏幕20的表面不正交于投影方向。因此，從圖像投影設(shè)備到屏幕各點的距離彼此不同。因此，當(dāng)對屏幕20所檢測的四個角利用相同的距離Z而將坐標(biāo)從(u，v)變換到(X，Y)時，產(chǎn)生了誤差。然而，該屏幕檢測器104已經(jīng)獲得如前面所述圖像中該屏幕的四個角的位置，使得能夠通過利用所獲得的四個角的位置估計四個角的距離。
如圖10A所示，更具體地說，假定捕獲了屏幕20的圖像20i。由于在捕獲到的屏幕圖像20i中，左邊比右邊長，因此發(fā)現(xiàn)圖像投影器101是從左側(cè)投影圖像的。左邊的長度表示為L1，右邊的長度表示為L2。屏幕本身是矩形的，并且其左邊的長度等于右邊的長度。
在這種情況下，如圖10B所示，L1和L2之間的差值取決于到各邊距離的差值。換句話說，當(dāng)具有長度L的邊位于距離D1處時，捕獲到的邊的長度為L1。當(dāng)該邊位于距離D2處時，捕獲到的邊的長度為L2。這種關(guān)系由下面的等式(3)表示L1＝(L/D1)dL2＝(L/D2)d ...(3).
因此，兩個距離D1和D2之間的關(guān)系由下面的等式(4)表示D2＝(L1/L2)D1 ...(4).
假定圖像投影器101和屏幕20之間的單一平均距離D0可以計算出來，并且如圖10B所示，其對應(yīng)于整個屏幕中的中點位置處的垂直長度L0＝(L1+L2)/2，通過如下等式(5)能夠估計兩個左角點的距離D1和兩個右角點的距離D2D1＝(L0/L1)D0D2＝(L0/L2)D0 ...(5).
等式(4)和(5)使用了左邊和右邊的長度。以相同的方式，可以利用頂邊和底邊估計出該距離。而且，利用四邊的長度可以精確獲得四個角距離的關(guān)系。
具有改進(jìn)精度的坐標(biāo)變換部件106的另一實例將參照圖11進(jìn)行描述。
如圖11所示，坐標(biāo)變換部件106設(shè)有第一LUT 120、第二LUT 121和第三LUT122、內(nèi)插部件123和角點距離估計器124。如上所述，由于(ui，vi)和(Xi，Yi)之間的對應(yīng)隨著圖像投影器101和屏幕20每個角點之間的距離而不同。
當(dāng)四個角的像素位置(ui，vi)(i＝1到4)從屏幕檢測器105輸入時，角點距離估計器124利用四個角的坐標(biāo)以及測距裝置103或距離計算器202獲得的距離Z，根據(jù)上面的等式(4)估計四個角的距離值Zi(i＝1到4)。由于將(ui，vi)提供給了第一到第三LUT120-122，內(nèi)插部件123使用Zi相對于分別從第一到第三LUT 120-122輸入的(X’，Y’)、(X”，Y”)和(X，Y)輸出(Xi，Yi)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠提高在所獲得的圖像投影設(shè)備坐標(biāo)系中的角點精度。
4、第四實施例然后，將參考圖12描述第四實施例。根據(jù)第四實施例的圖像投影設(shè)備12沒有提供第二實施例的焦點估算部件203，但具有如下所述的另一種距離確定裝置。
在第四實施例中，聚焦控制器201將圖像投影器101設(shè)定在預(yù)定的焦點位置，并且該圖像投影器101將預(yù)定圖像投影到屏幕20上。圖像傳感器102捕獲該投影圖像30，并且將捕獲到的圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到距離估計器301。該距離估計器301估計投影圖像的散焦度，以便估計屏幕距離。該方法是在計算機視覺領(lǐng)域被稱作自散焦的距離(Depth FromDefocus)的公知技術(shù)，其可以獲得粗略距離。然后，如第一實施例中的情況一樣，坐標(biāo)變換部件106將坐標(biāo)從(u，v)變換到(X，Y)。
權(quán)利要求
1.一種圖像投影設(shè)備，包括圖像投影器，用于將圖像投影到屏幕上；圖像傳感器，用于捕獲該屏幕的圖像；距離確定部件，用于確定該圖像投影設(shè)備和該屏幕之間的屏幕距離；屏幕檢測器，用于根據(jù)所捕獲到的該屏幕的圖像檢測該屏幕的傳感器觀察形狀；屏幕形狀變換器，用于根據(jù)該屏幕距離變換該屏幕的傳感器觀察形狀，以產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀；以及圖像修正器，用于修正要被投影的圖像，使其適合于屏幕的投影器觀察形狀，以便將修正的圖像輸出到該圖像投影器。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像投影設(shè)備，其中該屏幕形狀變換器包括坐標(biāo)變換器，用于根據(jù)該屏幕距離，將描述該屏幕的傳感器觀察形狀的傳感器坐標(biāo)系變換為投影器坐標(biāo)系，以便產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像投影設(shè)備，其中該坐標(biāo)變換器包括多個坐標(biāo)變換表，每個坐標(biāo)變換表都為多個預(yù)定屏幕距離中的一個對應(yīng)的預(yù)定屏幕距離存儲該傳感器坐標(biāo)系和該投影器坐標(biāo)系之間的對應(yīng)；以及內(nèi)插器，用于根據(jù)該屏幕距離內(nèi)插該屏幕的多個投影器觀察形狀，以便產(chǎn)生對應(yīng)于該屏幕的傳感器觀察形狀的屏幕的投影器觀察形狀，其中，當(dāng)輸入該屏幕的傳感器觀察形狀時，從所述坐標(biāo)變換表中的相應(yīng)的坐標(biāo)變換表中獲得所述的屏幕的多個投影器觀察形狀。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像投影設(shè)備，其中該屏幕形狀變換器包括距離估計器，用于根據(jù)該屏幕距離和該屏幕的傳感器觀察形狀，估計該圖像投影設(shè)備與該屏幕的多個代表點中的每一個點之間的屏幕點距離；以及坐標(biāo)變換器，用于根據(jù)為這些代表點所估計的屏幕點距離，將描述該屏幕的傳感器觀察形狀的傳感器坐標(biāo)系變換為投影器坐標(biāo)系，以產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀。
5.如權(quán)利要求4所述的圖像投影設(shè)備，其中該坐標(biāo)變換器包括多個坐標(biāo)變換表，每個坐標(biāo)變換表都為多個預(yù)定屏幕距離中的一個對應(yīng)的預(yù)定屏幕距離存儲該傳感器坐標(biāo)系和該投影器坐標(biāo)系之間的對應(yīng)；以及內(nèi)插器，用于根據(jù)為這些代表點所估計的屏幕點距離內(nèi)插該屏幕的多個投影器觀察形狀，以便產(chǎn)生對應(yīng)于該屏幕的傳感器觀察形狀的屏幕的投影器觀察形狀，其中，當(dāng)輸入該屏幕的傳感器觀察形狀時，從所述坐標(biāo)變換表中的相應(yīng)的坐標(biāo)變換表中獲得該屏幕的多個投影器觀察形狀。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像投影設(shè)備，其中，該距離確定部件是一個測距裝置，該測距裝置通過監(jiān)視從該屏幕反射的傳輸信號來測量該屏幕距離。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像投影設(shè)備，其中該距離確定部件包括焦點估算器，用于根據(jù)所捕獲到的該屏幕的圖像，估算被投影到該屏幕上的圖像的焦點度；焦點控制器，用于改變該圖像投影器的焦點位置；以及距離計算器，用于通過確定使被投影到該屏幕上的圖像的焦點度最大化的焦點位置，來計算該屏幕距離。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像投影設(shè)備，其中該距離確定部件包括焦點控制器，用于將該圖像投影器設(shè)定在預(yù)定焦點位置；以及距離估計器，用于根據(jù)所捕獲到的該圖像的散焦度來估計該屏幕距離。
9.一種用于具有圖像投影器和圖像傳感器的圖像投影設(shè)備的圖像投影方法，包括a)由該圖像傳感器捕獲該屏幕的圖像；b)確定該圖像投影設(shè)備和屏幕之間的屏幕距離；c)根據(jù)所捕獲到的該屏幕的圖像，檢測該屏幕的傳感器觀察形狀；d)根據(jù)該屏幕距離變換該屏幕的傳感器觀察形狀，以便產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀；以及e)修正要被投影的圖像，使其適合于該屏幕的投影器觀察形狀，以便將修正的圖像投影到該屏幕上。
10.如權(quán)利要求9所述的圖像投影方法，其中步驟d)包括根據(jù)該屏幕距離，將描述該屏幕的傳感器觀察形狀的傳感器坐標(biāo)系變換為投影器坐標(biāo)系，以便產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀。
11.如權(quán)利要求9所述的圖像投影方法，其中步驟d)包括根據(jù)該屏幕距離和該屏幕的傳感器觀察形狀，估計該圖像投影設(shè)備與該屏幕的多個代表點中的每一個點之間的屏幕點距離；以及根據(jù)為這些代表點所估計的屏幕點距離，將描述該屏幕的傳感器觀察形狀的傳感器坐標(biāo)系變換為投影器坐標(biāo)系，以便產(chǎn)生該屏幕的投影器觀察形狀。
全文摘要
一種圖像投影設(shè)備包括一個用于確定該圖像投影設(shè)備與屏幕之間的屏幕距離的測距裝置和屏幕。一個圖像傳感器捕獲該屏幕的形狀，并且該屏幕檢測器根據(jù)所捕獲到的該屏幕的圖像檢測該屏幕的傳感器觀察形狀。根據(jù)該屏幕距離利用坐標(biāo)變換器將該屏幕的傳感器觀察形狀變換為該屏幕的投影器觀察形狀。一個控制器修正要被投影的圖像，使其適合于該屏幕的投影器觀察形狀。將被修正的圖像投影到該屏幕上。
文檔編號H04N17/00GK1584729SQ20041005769
公開日2005年2月23日 申請日期2004年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月22日
發(fā)明者田島讓二 申請人:日本電氣株式會社