[发明专利]调整投影仪姿态的计算机实现方法和装置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及图像投影仪，更具体地涉及校正被显示图像中的梯形失真问题。

背景技术

图像投影仪已普遍使用。这些投影仪瞄准垂直显示表面以进行幻灯片演示或显示视频。许多投影仪使用传输LCD，并且典型地具有单个透镜。投影仪可以一次显示一幅显示图像或显示图像序列。

这些投影仪典型地设计得使得仅当垂直于显示表面中心对准投影仪的光轴的时候，才能在显示表面上显示未失真的图像。如果违反了以上前提，则最后输出图像可能不是矩形的，并且将最好是梯形、最差是任意的四边形.此问题称为梯形失真。

以现有技术中的投影仪，校正梯形失真的一个途径是，通过平移和旋转投影仪而移动它来乏味地调整投影仪的物理位置，直到显示矩形图像。

1998年8月18日授权给Appel等的美国专利No.5548357，“高架投影仪的梯形失真和聚焦校正”描述了显示测试幻灯片的系统.用户识别彼此最平行的或对.该线对标识启动失真校正程序，该程序利用穿过投影仪的水平面与显示屏之间的斜角.

1998年8月授权给Woo的美国专利No.5795046，“在显示图片的投影系统中预补偿非对称图片的方法”描述了这样的系统，其中用户通过键盘向系统中输入位置信息来补偿投影角和梯形误差。

2003年2月18日授权给Raskar的美国专利No.6520647，“对任意方位的投影仪的自动梯形失真校正”描述了在关于显示表面任意定位的投影仪中校正梯形失真的方法。相对于显示表面测量投影仪光轴的仰角、滚转角和方位角。从仰角、滚转角和方位角确定平面投影变换矩阵。根据该平面投影变换使由投影仪投影的源图像变形(warp)，然后再投影到显示表面上。

但是，数字地变形图像导致图像质量的劣化，因为必须重新采样像素，并丢弃一些像素。

发明内容

本发明调整投影仪相对于显示表面的姿态。确定显示表面和投影仪之间的单应性H_D，P。单应性H_D，P被分解为表达投影仪姿态M_P的旋转和平移参数。确定相应于理想单应性H₀的投影仪的理想姿态M₀。根据M_A＝M₀(M_P)^-1确定姿态调整M_A.将M_A分解为旋转和平移调整参数。然后，根据旋转和平移调整参数机械地调整投影仪到理想姿态M₀。

附图说明

图1是根据本发明的投影仪系统的结构图；

图2是根据本发明的具有邻接图像的多投影仪系统的结构图；

图3是根据本发明的调整投影仪姿态的方法的流程图；以及

图4是根据本发明的具有重叠图像的多投影仪系统的结构图。

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的投影仪显示系统100包括具有真实世界(x，y，z)坐标中的任意姿态M_p的投影仪100，以及(u，v)坐标系中的显示表面120.坐标系可以具有范围[0，...，1]中的规格化值，或实际物理尺寸。投影仪和显示表面的纵横比基本匹配.所谓姿态，我们特指围绕三个轴的旋转和平移。投影仪相对于显示表面的姿态是任意且未知的。因此，存在本发明机械地解决的潜在的梯形失真问题.

本系统也可以包括光学传感器，例如，光学传感器安装在摄影机140中作为CCD栅格.投影仪和摄影机连接到执行根据本发明的方法300的处理器150。投影仪和摄像机的内部参数和径向失真是已知的。

或者，显示屏可以包括安装在显示表面上已知位置的光电传感器160。通过电线、光纤电缆或无线链路将光电传感器连接到处理器150。

可以从前面或背面观察显示表面。显示表面包括位置已知的可辨别特征，比如角121和边122。投影仪可以显示输出图像170或图像序列，即，视频。投影仪安装在平台130上，平台130有六个外部自由度以产生投影仪相对于平面120的一些任意姿态。连接点131可以改变投影仪的姿态M_p。以电动机驱动连接点131。

如上所述，输出图像170可以是某些任意的失真四边形，不一定与显示表面对准。需要校正这样的失真使得被显示图像是矩形并且与显示表面边缘对准，而不用数字地变形被显示图像。