專利名稱：采用傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種投影儀，并且具體涉及具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，用于計(jì)算投影儀的投影設(shè)備的投影的光軸與投影表面的傾角。
背景技術(shù)：
液晶技術(shù)與DLP(注冊(cè)的商標(biāo))(數(shù)字光處理)技術(shù)的快速發(fā)展伴隨著更密致與更高功能性的投影儀的預(yù)先發(fā)展。伴隨此發(fā)展，用于圖像投影的現(xiàn)有技術(shù)的投影儀的使用已擴(kuò)展，并且現(xiàn)在投影儀用于家庭使用取代顯示器型電視作為大尺寸顯示設(shè)備而得到關(guān)注。
然而，與顯示型電視比較，投影儀的圖像平面可為屏幕或墻壁，并且因此出現(xiàn)圖像失真的問題，這由投影儀的投影軸與投影表面之間的關(guān)系引起。為了對(duì)此問題提供解決方案，日本專利未決公開No.281597/97公開了一種方法，包括用于檢測(cè)液晶投影儀的安裝角的檢測(cè)裝置，以及用于檢測(cè)液晶投影儀與投影對(duì)象之間距離的距離檢測(cè)裝置，從而根據(jù)從兩個(gè)檢測(cè)結(jié)果計(jì)算的角，調(diào)節(jié)液晶顯示單元的角。此外，日本專利未決公開No.169211/01公開了一種失真校正方法，其中可控制角的激光指示器的光點(diǎn)(light spot)被投影到彎曲的屏幕；產(chǎn)生用于測(cè)量的點(diǎn)像(dot image)并從投影儀投影到屏幕，光點(diǎn)的圖像與點(diǎn)像被照相機(jī)捕捉，并且測(cè)量它們的位置；以及改變點(diǎn)像，直到兩點(diǎn)重合，于是幀存儲(chǔ)器中點(diǎn)像的象素坐標(biāo)在輸入圖像上被轉(zhuǎn)變?yōu)楣恻c(diǎn)的坐標(biāo)，并且在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參數(shù)存儲(chǔ)器中設(shè)定。在日本專利未決公開No.197249/97中還公開了一種液晶投影儀，其中投影到屏幕上的圖像圖案(image pattern)經(jīng)過狹縫并且由線傳感器接收，于是此圖像圖案的反射的光的位置用于查尋到屏幕的距離；在屏幕上改變投影到屏幕上的圖像圖案，并且基于經(jīng)過狹縫并由線傳感器接收的圖像圖案的反射的光的位置的改變，找到屏幕的傾角；以及通過控制對(duì)角線操作機(jī)構(gòu)以使投影儀單元前后傾斜，實(shí)現(xiàn)對(duì)角線調(diào)節(jié)。
已實(shí)際使用這些技術(shù)，由此如果已知相對(duì)于投影儀的投影軸屏幕垂直和水平方向的傾斜，則通過轉(zhuǎn)換投影儀的幀存儲(chǔ)器中的坐標(biāo)，沒有失真的圖像可投影到屏幕上。這樣，日本專利未決公開No.5278/03已公開了一種投影儀，其中在垂直地安裝屏幕的前提下，通過重力傳感器檢測(cè)投影儀的傾斜，并且測(cè)量特別趨于產(chǎn)生失真的垂直方向的傾斜，然后根據(jù)此傾斜，校正失真。
然而，在日本專利未決公開No.281597/97中公開的方法需要機(jī)械調(diào)節(jié)液晶顯示單元的角。在日本專利未決公開No.169211/01中公開的方法需要控制激光指示器的角，并且因此需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。在日本專利未決公開No.197249/97中公開的方法需要在屏幕上改變圖像圖案以檢測(cè)角，并且因此不能得到實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)失真校正所需的檢測(cè)速度。在日本專利未決公開No.5278/03中公開的方法假定屏幕垂直安裝，并且因此當(dāng)屏幕沒有垂直安裝時(shí)，或當(dāng)屏幕相對(duì)于投影儀的投影軸在水平方向傾斜時(shí)，不能提供失真的精確校正。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，用于校正圖像失真；此投影儀通過簡(jiǎn)單配置，能夠精確地測(cè)量相對(duì)于投影儀的投影軸屏幕水平與垂直方向的傾斜的角度。
根據(jù)本發(fā)明具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀包括傾角測(cè)量設(shè)備，用于計(jì)算投影設(shè)備的投影軸與投影表面之間的傾角，并且該投影儀根據(jù)計(jì)算的傾角控制顯示單元的輸出圖像以校正投影表面上圖像的失真。傾角測(cè)量設(shè)備包括光引導(dǎo)單元，在投影儀殼體的投影側(cè)表面上提供，并且所述光引導(dǎo)單元以規(guī)定方向與投影軸分離；光檢測(cè)元件，用于通過光引導(dǎo)單元，接收從投影到投影表面的至少兩點(diǎn)反射的光；以及傾角計(jì)算單元，基于光檢測(cè)元件的反射的光的光檢測(cè)位置信息，所述傾角計(jì)算單元用于計(jì)算投影設(shè)備的投影軸與投影表面之間的傾角。
在本發(fā)明的第一模式中，傾角測(cè)量設(shè)備具有用于將至少兩點(diǎn)投影到投影表面的激光指示器；數(shù)字照相機(jī)，具有作為光引導(dǎo)單元的鏡頭；以及作為光檢測(cè)元件的攝像元件；以及作為傾角計(jì)算單元的圖像分析傾角計(jì)算單元。激光指示器的投影端口和數(shù)字照相機(jī)的鏡頭在投影儀的投影側(cè)表面上提供。激光指示器將至少兩點(diǎn)投影到投影表面上，用于建立投影設(shè)備的各自的垂直方向與水平方向。激光指示器的投影端口以垂直和/或水平方向距離數(shù)字照相機(jī)的鏡頭規(guī)定的間距排列，并且數(shù)字照相機(jī)能夠捕捉投影表面上的點(diǎn)的圖像。圖像分析傾角計(jì)算單元，基于數(shù)字照相機(jī)的攝像元件捕捉的圖像，分析連接已由數(shù)字照相機(jī)捕捉的投影表面上的點(diǎn)的線，即光檢測(cè)位置信息，和指示投影設(shè)備的垂直方向與水平方向的參考線之間的傾角，并且基于此傾角，計(jì)算投影設(shè)備的投影軸與投影表面之間的傾角。
激光指示器可為三個(gè)投影點(diǎn)的點(diǎn)型激光指示器，兩個(gè)投影線的線型激光指示器，或一個(gè)投影垂直線的交叉線型激光指示器。
基于數(shù)字照相機(jī)的攝像元件的捕捉的圖像，參考線與連接由數(shù)字照相機(jī)捕捉的點(diǎn)的線之間傾角的分析可通過下列步驟實(shí)現(xiàn)計(jì)算對(duì)應(yīng)捕捉的圖像的兩邊的交叉點(diǎn)以及指示線或連接點(diǎn)的線之一的圖象元件的象素?cái)?shù)之間的差值；然后利用關(guān)聯(lián)差動(dòng)的象素?cái)?shù)與傾角的預(yù)先建立的表計(jì)算傾角。
在本發(fā)明的第二模式中，投影設(shè)備具有測(cè)試圖案輸出功能，用于從投影鏡頭沿著其中找到傾角的參考平面投影平面光束，以致在投影表面上形成投影圖像。傾角測(cè)量設(shè)備具有光引導(dǎo)單元；作為光檢測(cè)元件的一對(duì)左/右線性排列的攝像元件；以及作為傾角計(jì)算單元的光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元。光引導(dǎo)單元在投影儀殼體的投影側(cè)表面上提供，并且光引導(dǎo)單元以垂直于參考屏幕的方向與投影軸分離。線性排列的攝像元件以垂直方向在殼體的內(nèi)部提供到垂直的中心線的左邊與右邊，所述中心線相對(duì)于參考平面在投影軸上面。通過光引導(dǎo)單元，所述線性排列的攝像元件接收投影到投影表面的線的投影圖像的反射的光，并且基于高度信息和左側(cè)與右側(cè)線性排列的攝像元件中反射的光的光檢測(cè)位置的高度差值信息，光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元計(jì)算投影鏡頭與投影表面之間的距離以及投影設(shè)備的投影軸與投影表面之間的傾角。
測(cè)量的傾角可為水平平面中在投影軸與投影表面之間的傾角；并且參考平面為包含投影軸的水平平面。此外，傾角測(cè)量設(shè)備可包括垂直傾斜傳感器，用于在包括投影儀的投影軸的垂直平面檢測(cè)投影軸的傾角；并且通過將由垂直傾斜傳感器檢測(cè)的垂直平面的傾角與從高度信息和右側(cè)與左側(cè)線性排列的攝像元件中反射的光的光檢測(cè)位置的高度差值信息計(jì)算的水平平面的傾角結(jié)合，可控制顯示單元的輸出圖像。測(cè)量的傾角可為垂直平面中在投影軸與投影表面之間的傾角，并且參考平面為包含投影軸的垂直平面。投影設(shè)備可具有用于調(diào)節(jié)投影鏡頭的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元，并且焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元由在光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元中計(jì)算的投影鏡頭與投影表面之間的距離控制。
光引導(dǎo)單元為在投影儀的殼體壁中提供的針孔或光學(xué)鏡頭。
通過從對(duì)應(yīng)傾角預(yù)先計(jì)算的顯示單元的輸入圖像的校正值中建立LSI控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)投影表面與投影設(shè)備的投影軸之間的傾角對(duì)顯示單元的輸出圖像的控制，然后控制投影儀圖像處理LSI。
投影設(shè)備可為包括液晶顯示單元的液晶投影儀；或可為包括DMD(數(shù)字微鏡器件)顯示單元、色輪與光源的DLP(注冊(cè)的商標(biāo))投影儀。
在液晶顯示單元中通過改變圖像的象素的排列，水平方向與垂直方向投影表面與投影設(shè)備的投影軸之間的傾角計(jì)算的容易使得能夠?qū)⑼队暗酵队氨砻娴膱D像修改到正確狀態(tài)。
得到此效果的原因在于傾角測(cè)量設(shè)備包括光引導(dǎo)單元，在投影儀殼體的投影側(cè)表面上提供，并且光引導(dǎo)單元以規(guī)定方向與投影軸分離；光檢測(cè)元件，用于通過光引導(dǎo)單元，接收從投影到投影表面的至少兩點(diǎn)反射的光；以及傾角計(jì)算單元，基于光檢測(cè)元件的反射的光的光檢測(cè)位置信息，傾角計(jì)算單元用于計(jì)算投影設(shè)備的投影軸與所述投影表面之間形成的傾角。
第二模式還使得自動(dòng)的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)成為可能。得到此能力的原因在于基于光檢測(cè)元件中反射的光的光檢測(cè)位置信息，在光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元中，還可同時(shí)計(jì)算投影鏡頭與投影表面之間的距離。
參照示出本發(fā)明的例子的附圖，從以下描述中，本發(fā)明的上述及其它目的、特性與優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一模式，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的示意框圖。
圖2A是示出了根據(jù)本發(fā)明第一模式的第一實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀投影期間投影狀態(tài)的示意性側(cè)視圖。
圖2B是根據(jù)本發(fā)明第一模式的第一實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的正視圖。
圖2C是根據(jù)本發(fā)明第一模式的第一實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的數(shù)字照相機(jī)捕捉的圖像的示意圖。
圖3A是示出了根據(jù)本發(fā)明第一模式的第二實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的投影狀態(tài)的示意性側(cè)視圖。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明第一模式的第二實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的正視圖。
圖3C是根據(jù)本發(fā)明第一模式的第二實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的數(shù)字照相機(jī)捕捉的圖像的示意圖。
圖4示出了基于第一模式中差動(dòng)的象素?cái)?shù)，校正液晶顯示單元的輸出圖像的步驟的流程框圖。
圖5A是示出了根據(jù)本發(fā)明第一模式的第三實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的投影狀態(tài)的示意性側(cè)視圖。
圖5B是根據(jù)本發(fā)明第一模式的第三實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的正視圖。
圖5C是根據(jù)本發(fā)明第一模式的第三實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的數(shù)字照相機(jī)捕捉的圖像的示意圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明第二模式的第一實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的示意框圖。
圖7A是根據(jù)本發(fā)明第二模式的第一實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的正視圖。
圖7B是示出了根據(jù)本發(fā)明第二模式的第一實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的投影狀態(tài)的示意性側(cè)視圖。
圖7C是示出了根據(jù)本發(fā)明第二模式的第一實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的投影狀態(tài)的示意性俯視圖。
圖7D是示出了根據(jù)本發(fā)明第二模式的第一實(shí)施例，根據(jù)具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的投影設(shè)備的測(cè)試圖案輸出功能，在參考平面中投影的平面光束從垂直的投影表面反射的狀態(tài)的示意圖。
圖8是示出了基于一對(duì)左/右線性排列的攝像元件中從測(cè)試圖案投影圖像的投影表面反射的光的光檢測(cè)位置，校正液晶顯示單元的輸出圖像的步驟的流程框圖。
圖9是示出了當(dāng)使用凸透鏡作為光引導(dǎo)單元時(shí)，從投影表面到線性排列的攝像元件反射的光的輸入的示意圖。
圖10是根據(jù)本發(fā)明第二模式的第二實(shí)施例，具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀的示意框圖。
具體實(shí)施例方式
為了便于理解，在當(dāng)前描述的每幅圖的全部模式與實(shí)施例中，相同的名稱與參考數(shù)字指的是相同的組成元件。本說明指的是其中投影儀10為液晶投影儀的情況，但本發(fā)明還可應(yīng)用于DLP(注冊(cè)的商標(biāo))(數(shù)字光處理)投影儀。代替用作液晶投影儀的液晶顯示單元22，DLP投影儀通常具有DMD(數(shù)字微鏡器件)顯示單元、色輪與光源。
如圖1所示，在本發(fā)明的第一模式中的投影儀10具有包括投影鏡頭21與液晶顯示單元22的投影設(shè)備20；用于控制液晶顯示單元22的圖像的圖像控制單元23；傾角測(cè)量設(shè)備30；以及用于控制整個(gè)操作的CPU(中央處理單元)60。
傾角測(cè)量設(shè)備30具有在投影表面上用于投影至少兩點(diǎn)的激光指示器40；包括鏡頭51與攝像元件(pickup element)52的數(shù)字照相機(jī)50以及圖像分析傾角計(jì)算單元53。如圖2A與圖2B所示，在投影儀10的照明側(cè)表面上提供了數(shù)字照相機(jī)50的激光指示器41與鏡頭51的投影端口。激光指示器41將至少兩點(diǎn)81投影到投影表面70，用于建立投影設(shè)備20的每個(gè)垂直方向與水平方向。數(shù)字照相機(jī)50的鏡頭51以垂直與水平方向從激光指示器41的投影端口以規(guī)定間隔排列，并且能夠捕捉投影表面70的兩點(diǎn)81的圖像。如圖2C所示，基于數(shù)字照相機(jī)50的攝像元件52的捕捉的圖像80，圖像分析傾角計(jì)算單元53分析被數(shù)字照相機(jī)50捕捉而連接投影表面70的點(diǎn)81的線和指示投影設(shè)備20的垂直與水平方向的參考線之間的傾角，并且基于此傾角，圖像分析傾角計(jì)算單元53計(jì)算投影設(shè)備20的投影27的軸與投影表面70之間的傾角。圖像控制單元23根據(jù)計(jì)算的傾角，控制液晶顯示單元22的輸出圖像，并且這樣校正在投影表面70上的圖像失真。
如圖6所示，在本發(fā)明第二模式中的投影儀10具有投影設(shè)備20，其包括投影鏡頭21、焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元26與液晶顯示單元22；控制液晶顯示單元22的圖像控制單元23；傾角測(cè)量設(shè)備30以及控制整個(gè)操作的CPU60。
投影設(shè)備20具有測(cè)試圖案輸出功能，用于沿著參考平面28從投影鏡頭21投影平面光束，其中找到相對(duì)于投影表面70的傾角，從而在投影表面70上形成線的投影圖像。傾角測(cè)量設(shè)備30具有針孔54、左對(duì)與右對(duì)線性排列的攝像元件55L與55R以及光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元56。以垂直于參考平面28的方向與投影27的軸分離在投影儀10的殼體的投影側(cè)表面上提供了針孔54。線性排列的攝像元件55在殼體的內(nèi)部提供，并且相對(duì)于參考平面28垂直地在投影27的軸上面的中心線左側(cè)與右側(cè)以垂直方向等距排列。如圖7B所示，通過針孔54，光檢測(cè)投影到投影表面70上從線性投影圖像84反射的光32。光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元56基于高度信息和左對(duì)與右對(duì)線性排列的攝像元件55中反射的光32的光檢測(cè)位置的高度差信息，計(jì)算從投影儀10的投影鏡頭21到投影表面70的距離以及投影設(shè)備20的投影27的軸與投影表面70之間的傾角。根據(jù)此計(jì)算的傾角對(duì)于液晶顯示單元22的輸出圖像，圖像控制單元23校正投影表面70上的圖像失真。此外，基于從投影鏡頭21到投影表面70計(jì)算的距離，控制焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元26，由此可調(diào)節(jié)投影鏡頭21的焦點(diǎn)。
下面是關(guān)于本發(fā)明第一模式的第一實(shí)施例的說明。此配置相同于上述第一模式的配置，并且因此這里省略了配置的說明。
如圖2A所示，投影儀10放置在臺(tái)子90上，并且通常垂直地傾斜，以致圖像被投影到諸如屏幕或墻之類的投影表面70上。這樣，當(dāng)其中投影設(shè)備20的投影27的軸垂直于投影表面70實(shí)現(xiàn)投影時(shí)，液晶顯示單元22的圖像平面被放大并且投影到投影平面上而沒有改變，但是投影設(shè)備20的投影27的軸相對(duì)于投影表面70的傾斜導(dǎo)致來自投影鏡頭21距離的改變，此改變依賴當(dāng)與投影27的軸垂直于投影表面70的情況比較時(shí)的位置，引起在投影圖像平面中的失真問題，例如，由于在距離投影鏡頭21更遠(yuǎn)的點(diǎn)所在位置圖像平面的放大。已采用各種設(shè)計(jì)以解決此問題，包括在上述專利文件中提出的這些設(shè)計(jì)。如果在此情況下能夠精確地測(cè)量投影設(shè)備20的投影27的軸與投影表面70之間的傾角，則可以通過圖像控制單元23改變液晶顯示單元22的圖像的象素的排列，將投影到投影表面70上的圖像修改到正確的形狀，并且從傾角可數(shù)字化地找到改變的角度。
本發(fā)明的一個(gè)目的是投影設(shè)備20的投影27的軸與投影表面70之間傾角的精確評(píng)估，并且下文描述的傾角測(cè)量設(shè)備30達(dá)到此目的。
如圖2B所示，在傾角測(cè)量設(shè)備30中，排列三個(gè)點(diǎn)型(point-type)激光指示器41a、41b與41c和具有光檢測(cè)元件52的數(shù)字照相機(jī)50的鏡頭51，從而放置在圍繞投影設(shè)備20的投影鏡頭21的正方形的頂點(diǎn)。此排列不需精確的正方形。
來自三個(gè)點(diǎn)型激光指示器41a、41b與41c的激光束49連接投影表面70上的點(diǎn)81a、81b與81c。圖2C表示當(dāng)點(diǎn)81a、81b與81c被數(shù)字照相機(jī)50的攝像元件52捕捉時(shí)，捕捉的圖像80。投影表面70的上部?jī)A斜遠(yuǎn)離光指示器41a，并且在一位置被捕捉的攝像元件52的圖像中，其中該位置在水平方向上與激光指示器41a與激光指示器41b不同，因此圖中激光指示器41a的點(diǎn)81a在比激光指示器41b的點(diǎn)81b向右更遠(yuǎn)的位置顯示。類似地，盡管在圖中沒有示出，投影表面70的左側(cè)也遠(yuǎn)離激光指示器41b傾斜，并且在攝像元件52的圖像中，該圖像處于垂直上不同于激光指示器41b和激光指示器41c的位置，因此激光指示器41b的點(diǎn)81b在高于激光指示器41c的點(diǎn)81c的位置顯示。
在圖像分析傾角計(jì)算單元53中，基于捕捉的圖像80的象素位置，分析捕捉的圖像80中每個(gè)點(diǎn)的位置，并且通過規(guī)定的計(jì)算公式，以垂直和水平方向計(jì)算投影設(shè)備20的投影軸27與投影表面70之間的傾角，并且結(jié)果作為輸出提供到圖像控制單元23。基于這些傾角，圖像控制單元23使用規(guī)定的計(jì)算公式以改變液晶顯示單元22的圖像的象素排列，并且因此將投影到投影表面70上的圖像修改為正確的形式。
在第一模式的第一實(shí)施例中，三個(gè)點(diǎn)型激光指示器41a、41b與41c和具有攝像元件52的數(shù)字照相機(jī)50的鏡頭51各自排列，以致放置在圍繞投影設(shè)備20的投影鏡頭21的正方形頂點(diǎn)。然而，如圖3A與圖3B所示，在第一模式的第二實(shí)施例中，投影垂直的指示線的一線型激光指示器42a排列在圍繞投影鏡頭21的垂直中心線與數(shù)字照相機(jī)50的鏡頭51的位置水平對(duì)稱的位置，并且投影水平的指示線的一線型激光指示器42c排列在圍繞投影鏡頭21的水平中心線與數(shù)字照相機(jī)50的鏡頭51的位置垂直對(duì)稱的位置。
線型激光指示器42a與42c為可顯示線的激光指示器，并且通常在高級(jí)激光指示器當(dāng)中找到，并且這些線型激光指示器42a與42c照射投影表面70作為指示線82a與82c。因此通過分析圖3C中所示捕捉的圖像80的指示線82a與82c的象素位置，在圖像分析傾角計(jì)算單元53中可計(jì)算傾角。以下也成為可能例如通過每條指示線82a與82c得到捕捉的圖像80兩邊的交叉部分的象素位置，計(jì)算兩個(gè)象素位置的象素?cái)?shù)的差值，然后通過使用預(yù)先準(zhǔn)備的關(guān)聯(lián)差動(dòng)的象素?cái)?shù)與傾角的表，計(jì)算傾角，由此該過程可比第一實(shí)施例簡(jiǎn)化。
如圖4所示，圖像分析傾角計(jì)算單元53從攝像元件52的捕捉的圖像80得到差動(dòng)的象素?cái)?shù)信息，用于垂直差動(dòng)的象素?cái)?shù)86與水平差動(dòng)的象素?cái)?shù)87(步驟S1)，并且基于此差動(dòng)的象素?cái)?shù)信息，產(chǎn)生投影設(shè)備20的投影27的軸與投影表面70之間的傾角(步驟S2)。圖像控制單元23接收產(chǎn)生的傾角，并且產(chǎn)生LSI控制參數(shù)(步驟S3)并控制投影儀的圖像處LSI(步驟S4)，由此在液晶顯示單元22上輸入圖像24被校正成為輸出圖像25。當(dāng)輸出圖像25投影到投影表面70上時(shí)，此輸出圖像25變成接近輸入圖像24的圖像。
在第一模式的第二實(shí)施例中，如圖5A與5B所示，兩個(gè)線型激光指示器42a與42c分別圍繞投影鏡頭21的垂直中心線與水平中心線水平和垂直對(duì)稱于數(shù)字照相機(jī)50的鏡頭51而排列，但是在第一模式的第三實(shí)施例中，一交叉線型激光指示器43在對(duì)角線上相對(duì)于置于其間的投影設(shè)備20的投影鏡頭21對(duì)稱于數(shù)字照相機(jī)50的鏡頭51而排列。
交叉線型激光指示器43為能夠顯示交叉線的激光指示器，并且在高級(jí)激光指示器中找到，并且此交叉線型激光指示器43將指示線83照射到投影表面70，該指示線83類似于第一模式的第二實(shí)施例中的指示線。然后，圖5C示出的捕捉的圖像80中的指示線83的象素可在圖像分析傾角計(jì)算單元53中分析以計(jì)算傾角，或者如上所述，可計(jì)算在具有指示線83的捕捉的圖像80的兩邊交叉部分的象素位置處象素?cái)?shù)的差值，然后通過使用已預(yù)先準(zhǔn)備關(guān)聯(lián)差動(dòng)的象素?cái)?shù)與傾角的表，計(jì)算傾角。
下面是關(guān)于本發(fā)明第二模式的第一實(shí)施例。此模式的配置與上述第二模式的模式相同，并且因此這里省略。
與其中投影表面70垂直于投影27的軸的情況比較，當(dāng)諸如屏幕或墻之類的投影表面70相對(duì)于圖7B與圖7C示出的投影27的軸傾斜時(shí)，從投影鏡頭21到投影表面70的距離由位置改變，并且因?yàn)閳D像由此從距離投影鏡頭21更遠(yuǎn)的位置擴(kuò)展，所以在投影圖像中出現(xiàn)失真的問題。這樣，如果可精確地測(cè)量投影設(shè)備20的投影27的軸與投影表面70之間的傾角，則可以通過圖像控制單元23改變液晶顯示單元22的圖像的象素的排列，將投影到投影表面70上的圖像修改到正確的形狀，并且從傾角可數(shù)字化地找到改變的角度。
投影設(shè)備20包括測(cè)試圖案輸出功能，用于從投影鏡頭21沿著參考平面28投影平面光束，其中與投影表面70的傾角被找到，從而在投影表面70上形成直線的投影圖像84。如圖7D所示，投影光束31象在投影圖像84上集中的反射光束32一樣以垂直方向反射。如圖7A所示，以垂直于參考平面28的方向離投影27的軸一定距離，在投影10殼體的投影一側(cè)的表面提供傾角測(cè)量設(shè)備30的針孔54。此外，線性排列的攝像元件55L與55R在殼體內(nèi)部垂直地提供，同時(shí)線性排列的攝像元件55L與55R相對(duì)于參考平面28在投影27的軸上面對(duì)垂直00000000000線左右等分。對(duì)于投影到投影表面70上從線性投影圖像84反射的光32，線性排列的攝像元件55L與55R光檢測(cè)通過針孔54入射的反射的光32。如果投影表面70被假定垂直于圖7D示出的投影27的軸，則光檢測(cè)位置(即在垂直放置和左右對(duì)稱排列的線性排列的攝像元件55L與55R中的高度)將左右相等。然而，如果投影表面70后退到投影表面70’的位置，則經(jīng)過針孔54的反射的光32將改變?yōu)橛牲c(diǎn)劃線示出的位置，并且將降低線性排列的攝像元件55L與55R中光檢測(cè)位置。這樣，基于線性排列的攝像元件55L與55R中光檢測(cè)位置，通過使用預(yù)先準(zhǔn)備的表，可計(jì)算投影鏡頭21與投影表面70之間的距離。當(dāng)如圖7D所示投影表面70垂直于投影27的軸時(shí)，線性排列的攝像元件55L與55R中檢測(cè)的位置將具有相同的高度，但是如果如圖7B與圖7C所示，投影表面70在參考平面28上相對(duì)于投影27的軸的軸線水平地傾斜，則左側(cè)線性排列的攝像元件55L與右側(cè)線性排列的攝像元件55R中光檢測(cè)位置的高度將不同。然而，平均的高度將為在由投影的光束31產(chǎn)生的投影27的軸中在垂直方向上的反射光32的高度，并且因此通過此平均高度，計(jì)算投影鏡頭21與投影表面70之間的距離。
當(dāng)如圖7B與7C所示，投影表面70在參考平面28內(nèi)相對(duì)于軸線水平地傾斜時(shí)，左側(cè)與右側(cè)線性排列的攝像元件55L與55R中光檢測(cè)位置的高度如圖所示將不同，但是如上所述，這些高度對(duì)應(yīng)投影鏡頭21與入射到線性排列的攝像元件55L與55R的反射光束32的投影圖像84中反射點(diǎn)之間的距離。因此，找到這些高度中的差值就能夠找到投影鏡頭21與入射到線性排列的攝像元件55L與55R的反射光束32的投影圖像84中每個(gè)輸入光束反射點(diǎn)85之間距離差值的近似值。這些輸入光束反射點(diǎn)85之間的間距可從如下計(jì)算左側(cè)與右側(cè)線性排列的攝像元件55L與55R之間的間距，針孔54與連接左側(cè)與右側(cè)線性排列的攝像元件的線之間的距離，以及接近投影鏡頭21與反射表面70之間距離的針孔54與反射表面70之間的距離。因此，投影27的軸與投影表面70之間的參考平面28內(nèi)的傾角可從如下計(jì)算輸入光束反射點(diǎn)85之間的距離，以及投影鏡頭21與入射到線性排列的攝像元件55L與55R的反射光束32的投影圖像84中每個(gè)輸入光束反射點(diǎn)85之間距離之間的差值。根據(jù)這樣計(jì)算的傾角，通過在圖像控制單元23處控制液晶顯示單元22的輸出圖像，校正投影表面70上圖像的失真。此外，基于投影鏡頭21與投影表面70之間已計(jì)算的距離，通過控制焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元26，還可調(diào)節(jié)投影鏡頭21的焦點(diǎn)。
現(xiàn)在參照?qǐng)D8，下面是基于以一對(duì)左/右排列的線性排列的攝像元件55中在投影表面70上從檢測(cè)圖案投影圖像反射光束32的光檢測(cè)位置，修改液晶顯示單元22的輸出圖像的步驟的說明。
光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元56基于左側(cè)線性排列的攝像元件55L中光檢測(cè)位置的高度，計(jì)算到左側(cè)輸入光束反射點(diǎn)85的距離(S11)，基于右側(cè)線性排列的攝像元件55R中光檢測(cè)位置的高度，計(jì)算到右側(cè)輸入光束反射點(diǎn)85的距離(812)，然后計(jì)算到反射表面70距離的平均值(S13)。
然后，光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元56得到左側(cè)與右側(cè)線性排列的攝像元件55L與55R中光檢測(cè)位置的高度的差值(814)，并且基于到反射表面70距離的平均值以及左側(cè)與右側(cè)線性排列的攝像元件55L與55R中光檢測(cè)位置的高度的差值，通過執(zhí)行運(yùn)算操作或通過參照表，產(chǎn)生投影設(shè)備20的光軸27與投影表面70之間的傾角(S15)。
圖像控制單元23接收產(chǎn)生的傾角并且產(chǎn)生LSI控制參數(shù)(步驟S16)，并且控制投影儀的圖像處理LSI(步驟S17)，由此在液晶顯示單元22上將輸入圖像24校正為輸出圖像25。當(dāng)投影到投影表面70上時(shí)，此輸出圖像25為接近輸入圖像24的圖像。利用到反射表面70距離的平均值，可控制焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元26的聚焦伺服電機(jī)使得投影鏡頭21的焦點(diǎn)到投影表面70能夠調(diào)節(jié)。
對(duì)此點(diǎn)的說明涉及水平方向傾角的測(cè)量，但是在圍繞投影27的軸旋轉(zhuǎn)90°的位置使用針孔54與線性排列的攝像元件55能夠以垂直方向測(cè)量?jī)A角。
此外，在對(duì)此點(diǎn)的說明中，光引導(dǎo)單元為針孔，但是如果光引導(dǎo)單元為光學(xué)鏡頭，則可實(shí)現(xiàn)相同的測(cè)量。當(dāng)如圖9所示使用凸透鏡59時(shí)，從投影表面70反射光束32入射到線性排列的攝像元件55，類似于使用針孔54時(shí)從投影表面70反射光束32。
如圖10所示，第二模式的第二實(shí)施例的配置與操作與第二模式的第一實(shí)施例相同，除了垂直傾斜傳感器57的傾角測(cè)量設(shè)備30以外，其為采用加速檢測(cè)元件的傾斜傳感器(G-傳感器)，例如，當(dāng)設(shè)定機(jī)器時(shí)，該加速檢測(cè)元件也用于確定中心，并且精確地測(cè)量相對(duì)于重力方向的傾角并且提供結(jié)果作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。因此相同的組件給定相同的參考數(shù)字，并且這里省略這些部件的說明。
由垂直傾角傳感器57檢測(cè)的垂直方向的傾角作為輸入應(yīng)用于光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元56。在光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元56中，利用通過一對(duì)線性排列的攝像元件55測(cè)量的光檢測(cè)位置信息，計(jì)算水平方向的傾角，并且結(jié)合由垂直傾角傳感器檢測(cè)的垂直方向的傾角，作為輸出提供到圖像控制單元23。圖像控制單元23疊加垂直方向與水平方向的傾角并產(chǎn)生LSI控制參數(shù)。這樣，當(dāng)在光引導(dǎo)單元中使用凸透鏡59取代針孔54時(shí)，同樣實(shí)施與第一實(shí)施例中描述的相同的處理。然而，應(yīng)當(dāng)明白盡管本發(fā)明的特征與優(yōu)點(diǎn)已在以上描述中闡述，該公開也僅為示例性的，并且在隨附的權(quán)利要求內(nèi)部件的排列可進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，用于將圖像投影到投影表面，所述投影儀包括用于將圖像投影到所述投影表面的投影設(shè)備；傾角測(cè)量設(shè)備，用于計(jì)算所述投影設(shè)備的投影軸與所述投影表面之間形成的傾角；以及圖像控制單元，用于根據(jù)計(jì)算的傾角控制所述投影設(shè)備的輸出圖像以校正投影到所述投影表面的圖像的失真；其中所述傾角測(cè)量設(shè)備包括光引導(dǎo)單元，在所述投影儀殼體的投影側(cè)表面上提供，并且所述光引導(dǎo)單元在規(guī)定方向上與所述投影軸分離；光檢測(cè)元件，利用所述光引導(dǎo)單元，用于接收從投影到所述投影表面的至少兩點(diǎn)反射的光；以及傾角計(jì)算單元，基于所述光檢測(cè)元件的所述反射光的光檢測(cè)位置信息，用于計(jì)算所述投影設(shè)備的所述投影軸與所述投影表面之間形成的傾角。
2.如權(quán)利要求1所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述傾角測(cè)量設(shè)備具有用于將至少兩點(diǎn)投影到所述投影表面的激光指示器；數(shù)字照相機(jī)，具有作為所述光引導(dǎo)單元的鏡頭；以及作為所述光檢測(cè)元件的攝像元件；以及作為所述傾角計(jì)算單元的圖像分析傾角計(jì)算單元；所述激光指示器的投影端口和所述數(shù)字照相機(jī)的鏡頭在所述投影儀的投影側(cè)表面上提供；所述激光指示器將至少兩點(diǎn)投影到所述投影表面上，用于建立所述投影設(shè)備的各個(gè)垂直方向與水平方向；所述激光指示器的投影端口在垂直和/或水平方向以距離所述數(shù)字照相機(jī)的所述鏡頭規(guī)定的間距排列，并且所述數(shù)字照相機(jī)能夠捕捉所述投影表面上的所述點(diǎn)的圖像；以及所述圖像分析傾角計(jì)算單元分析所述數(shù)字照相機(jī)的所述攝像元件捕捉的圖像，以得到作為光檢測(cè)位置信息的已由所述數(shù)字照相機(jī)捕捉的在所述投影表面上連接圖像的點(diǎn)的線與指示所述投影設(shè)備的垂直方向與水平方向的參考線之間的傾角，并且基于此傾角，計(jì)算所述投影設(shè)備的所述投影軸與所述投影表面之間形成的傾角。
3.如權(quán)利要求2所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述激光指示器為投影點(diǎn)的點(diǎn)型激光指示器；并且排列三個(gè)所述點(diǎn)型激光指示器與所述數(shù)字照相機(jī)的所述鏡頭，以致它們每個(gè)位于圍繞所述投影設(shè)備的投影鏡頭的正方形的各個(gè)頂點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求2所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述激光指示器為投影線的線型激光指示器；并且圍繞所述投影設(shè)備的投影鏡頭，投影垂直指示線的一線型激光指示器圍繞所述投影鏡頭的垂直中心線排列在水平對(duì)稱于所述數(shù)字照相機(jī)鏡頭的位置，投影水平指示線的一線型激光指示器圍繞所述投影鏡頭的水平中心線排列在垂直對(duì)稱于所述數(shù)字照相機(jī)鏡頭的位置。
5.如權(quán)利要求2所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述激光指示器為投影垂直線的交叉線型激光指示器；并且一交叉線型激光指示器排列在對(duì)角線上相對(duì)于置于其間的所述投影設(shè)備的所述投影鏡頭對(duì)稱于所述數(shù)字照相機(jī)鏡頭的位置，以致所述交叉線型激光指示器投影水平與垂直指示線。
6.如權(quán)利要求2所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中基于所述數(shù)字照相機(jī)的攝像元件的捕捉的圖像，所述參考線與連接由所述數(shù)字照相機(jī)捕捉的點(diǎn)的所述線之間傾角的分析通過下列實(shí)現(xiàn)找到象素位置，該象素位置對(duì)應(yīng)于連接多個(gè)點(diǎn)與所述捕捉的圖像的兩邊的所述線的交點(diǎn)，并且計(jì)算這兩個(gè)象素位置的象素?cái)?shù)的差值；以及利用關(guān)聯(lián)差動(dòng)的象素?cái)?shù)與傾角的預(yù)先準(zhǔn)備的表，計(jì)算傾角。
7.如權(quán)利要求2所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中通過利用對(duì)應(yīng)所述傾角預(yù)先計(jì)算的所述顯示單元的輸入圖像的校正值準(zhǔn)備LSI控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)所述投影設(shè)備的投影軸與所述投影表面之間形成的傾角對(duì)所述顯示單元的輸出圖像的控制，然后控制投影儀的圖像處理LSI。
8.如權(quán)利要求2所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述投影設(shè)備包括液晶顯示單元。
9.如權(quán)利要求2所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述投影設(shè)備包括DMD(數(shù)字微鏡器件)顯示單元、色輪與光源。
10.如權(quán)利要求1所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述投影設(shè)備具有測(cè)試圖案輸出功能，用于從所述投影設(shè)備的投影鏡頭沿著其中找到所述傾角的參考平面投影平面光束，以致在所述投影表面上形成由連續(xù)點(diǎn)組成的線性投影圖像；所述傾角測(cè)量設(shè)備具有所述光引導(dǎo)單元；作為所述光檢測(cè)元件的一對(duì)左/右線性排列的攝像元件；以及作為所述傾角計(jì)算單元的光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元；其中所述光引導(dǎo)單元在所述投影儀殼體的投影側(cè)表面上提供，并且所述光引導(dǎo)單元在垂直于所述參考平面的方向與所述投影軸分離；所述線性排列的攝像元件以垂直方向在所述殼體的內(nèi)部提供到相對(duì)于所述參考平面在所述投影軸上面的垂直中心線的左邊與右邊，并且利用所述光引導(dǎo)單元，所述線性排列的攝像元件光檢測(cè)投影到所述投影表面的所述線性投影圖像的反射光；以及基于高度信息和所述左側(cè)與右側(cè)線性排列的攝像元件中所述反射光的光檢測(cè)位置的高度差值信息，所述光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元計(jì)算所述投影鏡頭與所述投影表面之間的距離以及所述投影設(shè)備的所述投影軸與所述投影表面之間形成的傾角。
11.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中測(cè)量的傾角為在所述投影軸與所述投影表面之間在水平方向形成的傾角，并且所述參考平面為包含所述投影軸的水平平面。
12.如權(quán)利要求11所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述傾角測(cè)量設(shè)備還包括垂直傾斜傳感器，用于在包括所述投影儀的所述投影軸的垂直平面檢測(cè)所述投影軸的傾角；并且通過將由垂直傾斜傳感器檢測(cè)的垂直平面的傾角與從高度信息和所述右側(cè)與左側(cè)線性排列的攝像元件中所述反射光的光檢測(cè)位置的高度差值信息計(jì)算的水平平面的傾角結(jié)合，控制所述顯示單元的輸出圖像。
13.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中測(cè)量的傾角為垂直平面中所述投影表面與所述投影軸之間形成的傾角，并且所述參考平面包含所述投影軸的垂直平面。
14.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述投影設(shè)備具有用于調(diào)節(jié)所述投影鏡頭的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元，并且所述焦點(diǎn)調(diào)節(jié)單元由在所述光檢測(cè)位置分析距離/傾角計(jì)算單元中計(jì)算的所述投影表面與所述投影鏡頭之間的距離控制。
15.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述光引導(dǎo)單元為在所述投影儀的殼體壁中提供的針孔。
16.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述光引導(dǎo)單元為在所述投影儀的殼體壁中提供的光學(xué)鏡頭。
17.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中通過從對(duì)應(yīng)所述傾角預(yù)先計(jì)算的所述顯示單元的輸入圖像的校正值中準(zhǔn)備LSI控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)所述投影表面與所述投影設(shè)備的所述投影軸之間形成的傾角對(duì)所述顯示單元的輸出圖像的控制，然后控制投影儀的圖像處理LSI。
18.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述投影設(shè)備包括液晶顯示單元。
19.如權(quán)利要求10所述的具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀，其中所述投影設(shè)備包括DMD(數(shù)字微鏡器件)顯示單元、色輪與光源。
全文摘要
一種具有傾角測(cè)量設(shè)備的投影儀具有用于將圖像投影到投影表面的投影設(shè)備；傾角測(cè)量設(shè)備，用于計(jì)算投影設(shè)備的投影軸與投影表面之間形成的傾角；以及圖像控制單元，用于根據(jù)計(jì)算的傾角控制投影設(shè)備的輸出圖像并且這樣校正投影到投影表面的圖像的失真。傾角測(cè)量設(shè)備包括光引導(dǎo)單元，在投影儀殼體的投影側(cè)表面上提供，并且光引導(dǎo)單元以規(guī)定方向與投影軸分離；光檢測(cè)元件，用于通過光引導(dǎo)單元，光檢測(cè)從投影到投影表面的至少兩點(diǎn)反射的光；以及傾角計(jì)算單元，基于光檢測(cè)元件的反射的光的光檢測(cè)位置信息，傾角計(jì)算單元用于計(jì)算投影設(shè)備的投影軸與投影表面之間形成的傾角。
文檔編號(hào)H04N17/00GK1599441SQ20041008249
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者田村陽一 申請(qǐng)人:日本電氣視象技術(shù)株式會(huì)社