[发明专利]图像投影系统和图像投影方法

说明书

一种图像投影系统和图像投影方法。该系统用于向投影对象投射内容图像，包括：非可见光投影设备，通过使用非可见光向投影对象投射形状测量所用的图案图像；摄像装置，拍摄投射到投影对象的图案图像；测量控制装置，基于图案图像来获取投影对象的形状信息；可见光投影设备，通过使用可见光与非可见光投影设备同时向投影对象投射投影用内容图像；校准处理装置，基于利用摄像装置对非可见光投影设备所投射的非可见光图像和可见光投影设备所投射的可见光图像进行拍摄所获得的图像，执行使非可见光图像与可见光图像关联的校准处理；及投影图像处理装置，基于形状信息和校准处理的结果将预先准备的内容图像转换成与投影对象对应的投影用内容图像。

本申请是申请日为2017年5月9日、申请号为201780030485.0、发明名称为“图像投影系统和图像投影方法”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用于根据投影对象的变化来将内容图像实时地投射到该投影对象的图像投影系统和图像投影方法。

背景技术

已知有被称为投影映射的技术作为用于将期望的内容图像投射到诸如建筑物等的投影对象的技术。投影对象通常具有三维形状。因此，在原样投影内容图像的情况下，由于投影对象的表面的粗糙度或深度的大小，因而与投影设备分开的位置中的观众可能将投影图像看作失真图像。因此，通过预先测量相对于投影对象的各点的摄像装置的各像素和投影设备之间的对应关系、对内容图像进行相应的坐标转换、并且投射该内容图像，可以看到不存在失真的内容图像。

在投影对象是诸如建筑物等的固定物体的情况下，预先测量相对于投影对象的各点的摄像装置的各像素和投影设备之间的对应，并且基于摄像装置的各像素和投影设备之间的固定的对应信息来进行投影映射。然而，可以对诸如车辆、舞者或运动员等的不断变化的投影对象(以下称为“运动物体”)进行投影映射，并且期望用于对运动物体适当地进行投影映射的技术。

然而，在向运动物体的投影的情况下，即使运动物体具有与人的慢速行走大致相同的例如约1米/秒的低速运动，在大约60帧/秒的典型视频处理中，在测量所用的摄像和投影之间也产生几厘米的移动误差。

作为用于解决这种问题的高速且低延迟的测量和投影的技术，例如，在WO2015/125403的小册子中，公开了包括投影设备和至少一个摄像装置的图像投影系统。该投影设备投射表示内容图像的视频光和包括与投影坐标系中的投影坐标的编码信息相对应的图案图像的图案光。投影设备具有透镜光学系统、可见光LED光源、红外LED光源、以及用于投影来自这两个光源的光的一个数字微镜装置(下文中，称为“DMD”)。根据该图像投影系统，内容图像的投影和投影对象的测量由同一投影设备进行。因此，可以将内容图像投射到结构物体上的预期位置。

可能需要以更高的亮度和更高的帧频将内容图像投射到高速改变的运动物体。因此，在投影映射中需要用于使投影中所使用的光源具有高亮度并且以更高的速度切换投影图像的技术。

特别地，在全色图像的投影的情况下，即使利用在WO2015/125403中公开的投影设备，使红色、蓝色和绿色的各颜色的光源具有高亮度从技术上也并不容易且也需要高成本。另外，利用一个DMD，红色、蓝色和绿色这三个颜色以及红外线这四种光的高速投影受到限制，并且此外，诸如用以将四种光引导至透镜光学系统的镜等的光学系统非常复杂。

如果单独配置可见光光源所用的可见光投影设备和红外线(非可见光)光源所用的红外线投影设备(即，如果使用单独的DMD和光学系统)，则可见光和红外线的投影位置彼此不同，因而除现有技术中的技术那样、基于利用红外线投影设备所投射的红外线的图案图像来测量投影对象的距离(此外，投影对象的位置和形状)的测量处理外，还新需要进行使从可见光投影设备投射的可见光图像的各像素与摄像装置的拍摄图像(此外，从红外线投影设备投射的红外线图像)的各像素相关联的校准处理。