投影儀及其控制方法
【專利摘要】投影儀包括：圖像采集部件，其采集包括在其上圖像正被投影的目標(biāo)的區(qū)域的圖像；距離測量部件，其根據(jù)由所述圖像采集部件獲得的所采集圖像數(shù)據(jù)計算關(guān)于所述目標(biāo)和所述圖像采集部件之間的距離的距離數(shù)據(jù)；平面估計部件，其根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)估計與所述目標(biāo)對應(yīng)的平面；以及對焦調(diào)整部件，其基于關(guān)于所述平面的信息調(diào)整要投影的所述圖像的對焦。
【專利說明】投影儀及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種投影儀及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]投影儀是用于將圖像投影到諸如屏幕之類的目標(biāo)上的裝置。存在一種投影儀，當(dāng)投影圖像時，其測量到目標(biāo)的距離，并且調(diào)整要投影的圖像的對焦。此外，存在一種投影儀，其采集投影的圖像，并且基于所采集圖像調(diào)整所述圖像的對焦。
[0003]專利參考N0.1 (稍后提及)公開一種技術(shù)，其使用有源(active)傳感器，將紅外線投影到目標(biāo)上，根據(jù)所反射的光的光接收強(qiáng)度測量到目標(biāo)的距離，以及基于所述距離調(diào)整對焦。
[0004]專利參考N0.2 (稍后提及)公開一種技術(shù)，其采集一投影對焦圖案的圖像，根據(jù)相鄰像素檢測所采集圖像數(shù)據(jù)的全部像素的亮度(brightness)差，計算亮度差的絕對值的總和，并移動對焦透鏡于具有總和的最大值的位置，并且因此進(jìn)行自動對焦調(diào)整。
[0005]專利參考N0.3 (稍后提及)公開一種技術(shù)(登山自動對焦技術(shù))，其通過光接收傳感器接收投影的圖像的反射光，提取從所述光接收傳感器輸出的電信號輸出的高頻分量，計算根據(jù)高頻分量的積分等獲得的圖像信號(圖像數(shù)據(jù))的對比度，以及獲得具有最大對比度的位置作為焦點(diǎn)。
[0006]當(dāng)在投影儀和目標(biāo)之間存在障礙物(演示臺或桌子等)時，或當(dāng)墻等靠近目標(biāo)的與在其上投影圖像的側(cè)相對的側(cè)時，根據(jù)由專利參考N0.1公開的技術(shù)，存在其中在使用光接收元件的信號輸入電平的檢測而進(jìn)行到目標(biāo)的距離的測量中包括誤差的情況。因此，可能不能實(shí)現(xiàn)對焦調(diào)整。此外，根據(jù)由專利參考N0.2公開的技術(shù)，存在其中關(guān)于障礙物的亮度或?qū)Ρ榷染哂凶畲笾?，并且因此，使用亮度或?qū)Ρ榷瓤赡懿荒軐?shí)現(xiàn)對焦調(diào)整的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種投影儀，其具有:圖像采集部件，其采集包括在其上圖像正被投影的目標(biāo)的區(qū)域的圖像；距離測量部件，其計算關(guān)于所述目標(biāo)和所述圖像采集部件之間的距離的距離數(shù)據(jù)；平面估計部件，其根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)估計與所述目標(biāo)對應(yīng)的平面；以及對焦調(diào)整部件，其基于關(guān)于所述平面的信息調(diào)整投影的所述圖像的對焦。
[0008]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀下列詳細(xì)描述時將使本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)變得更清
/E.0
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1示出投影儀的一個示例的一般配置；
[0010]圖2是示出投影儀的功能的一個示例的功能框圖；
[0011]圖3圖示作為各個像素的輸出的像素輸出信號的照度(luminance)分量；
[0012]圖4A、4B和4C圖示預(yù)定圖案的示例；[0013]圖5是圖示立體相機(jī)的部分的一個示例的放大視圖；
[0014]圖6是示出估計平面的操作的一個示例的流程圖；
[0015]圖7是示出根據(jù)第一實(shí)施例的投影儀的操作的一個示例的流程圖；
[0016]圖8圖示投影的操作的一個示例；
[0017]圖9是示出根據(jù)第一實(shí)施例的第一變型的投影儀的操作的一個示例的流程圖；
[0018]圖10是根據(jù)第一實(shí)施例的第二變型的投影儀的操作的一個示例的流程圖；
[0019]圖11A、11B和IlC圖示根據(jù)所述第一實(shí)施例的第二變型的預(yù)定圖案的示例；以及
[0020]圖12示出根據(jù)第二實(shí)施例的投影儀系統(tǒng)的一個示例的一般配置。
【具體實(shí)施方式】
[0021]在此討論的實(shí)施例的目的是提供一種即使當(dāng)在投影儀和目標(biāo)之間存在障礙物時或當(dāng)墻等靠近目標(biāo)背面時也可以進(jìn)行正被投射的圖像的對焦調(diào)整的投影儀。
[0022]將詳細(xì)描述根據(jù)實(shí)施例的投影儀，所述投影儀中的每一個通過平面近似(approximate)正在其上圖像正被投影的目標(biāo)，并且進(jìn)行正被投影的所述圖像的對焦調(diào)整。
[0023](投影儀的配置)
[0024]圖1示出根據(jù)實(shí)施例的投影儀的一個示例的一般配置。
[0025]圖1中，投影儀100包括控制部件110、投影部件120、圖像采集部件130、距離測量部件140、平面估計部件150、對焦調(diào)整部件160、圖像形狀改變量計算部件170和接口(I/F)部件180。
[0026]投影儀100使用圖像采集部件130和距離測量部件140采集在其上圖像正被投影的目標(biāo)(在下文中，稱為“投影目標(biāo)”)的圖像并計算距離數(shù)據(jù)。投影儀100使用平面估計部件150根據(jù)距離數(shù)據(jù)估計與投影目標(biāo)對應(yīng)的平面。投影儀100使用對焦調(diào)整部件160基于關(guān)于所估計的平面的信息等移動投影透鏡121，并且調(diào)整正被投影的圖像的對焦(焦點(diǎn))。
[0027]只要可以在其表面上投影圖像，就可以使用任何事物作為投影目標(biāo)，諸如屏幕、墻和白板等。
[0028]控制部件110進(jìn)行整個投影儀的控制。控制部件110控制投影部件120等?？刂撇考?10使用投影光控制部件111控制投影光改變部件122的操作，并且當(dāng)投影圖像時控制光強(qiáng)度。
[0029]投影部件120將圖像投影在投影目標(biāo)上。投影部件120包括投影透鏡121、投影光改變部件122、光源123、投影圖像生成部件124、投影圖像存儲部件125、投影圖像形狀改變部件126和校準(zhǔn)圖案存儲部件127。投影部件120使用投影透鏡121和光源123等將存儲在投影圖像存儲部件125中的圖像投影到投影目標(biāo)上。
[0030]圖像采集部件130在圖像拾取裝置(圖像傳感器)上形成包括投影目標(biāo)的區(qū)域的圖像，并且獲得圖像傳感器的像素輸出信號作為所采集圖像數(shù)據(jù)。圖像采集部件130包括圖像采集部件A (131A)、圖像采集部件B (131B)和所采集圖像存儲部件132。圖像采集部件A (131A)和圖像采集部件B (131B)用作立體相機(jī)。
[0031]“立體相機(jī)”(使用圖5稍后描述)在圖像采集部件A (131A)和圖像采集部件B(131B)中分別包括兩個圖像采集透鏡(132a和132b)以及兩個圖像傳感器(133a和133b)，并且同時利用兩個圖像采集透鏡拍攝投影目標(biāo)。圖像采集透鏡使得投影目標(biāo)的圖像分別入射在圖像傳感器上。圖像傳感器具有在其上像網(wǎng)格一樣排列多個光接收元件(像素)的光接收表面，并且形成包括分別通過圖像采集透鏡入射在光接收表面上的投影目標(biāo)的區(qū)域的圖像?？梢詫⒐虘B(tài)圖像傳感器或有機(jī)圖像傳感器等用作圖像傳感器。
[0032]距離測量部件140測量從投影儀100到投影目標(biāo)的距離。距離測量部件140包括距離計算部件141和距離信息存儲部件142。距離測量部件140根據(jù)三角原理計算到投影目標(biāo)的距離。稍后將在(測量距離的操作)中描述細(xì)節(jié)。
[0033]平面估計部件150估計與投影目標(biāo)對應(yīng)的平面。平面估計部件150通過對應(yīng)的平面遞歸地近似投影目標(biāo)。通過平面近似的具體方法可以是在基于多個位置近似估計平面之后，排除遠(yuǎn)離所估計的平面預(yù)定距離的位置，并且再次估計平面的方法(回歸分析方法)。稍后將在(估計平面的操作)中描述細(xì)節(jié)。
[0034]對焦調(diào)整部件160在投影目標(biāo)上將投影透鏡121對焦。對焦調(diào)整部件160包括焦距計算部件161和透鏡驅(qū)動部件162。稍后將在(對焦調(diào)整的操作)中描述細(xì)節(jié)。
[0035]圖像形狀改變量計算部件170計算關(guān)于要投影的圖像的校正(諸如放大、大小減少和/或梯形失真校正的圖像處理簡單地稱為“校正”)的信息。圖像形狀改變量計算部件170基于由距離測量部件140計算的距離數(shù)據(jù)計算關(guān)于校正的信息和/或計算關(guān)于由平面估計部件150估計的平面的信息。稍后將在(要投影校正圖像的操作)中描述細(xì)節(jié)。
[0036]I/F部件180進(jìn)行從投影儀100的外部輸入信息/向投影儀100的外部輸出信息。I/F部件180包括操作面板181和投影數(shù)據(jù)獲得部件182。操作面板181是用戶操作的用戶接口。投影數(shù)據(jù)獲得部件182從外部個人計算機(jī)(PC)等輸入關(guān)于要投影的圖像的數(shù)據(jù)。
[0037](投影儀的功能)
[0038]將使用圖2描述投影儀100的功能的一個示例。
[0039]圖2是投影儀100的功能框圖。
[0040]圖2中，控制部件110響應(yīng)于經(jīng)由I/F部件180 (操作面板181等)給出的用于操作的指令，輸出用于向投影部件120給出開始投影圖像的指令的信號用于開始投影圖像。此外，控制部件110輸出用于向圖像采集部件130給出開始采集圖像的指令的信號。
[0041]投影部件120經(jīng)由投影透鏡121將存儲在校準(zhǔn)圖案存儲部件127中的校準(zhǔn)圖案或存儲在投影圖像存儲部件125中的圖像投影到投影目標(biāo)上。此外，投影部件120使用投影圖像形狀改變部件126基于由圖像形狀改變量計算部件170計算的關(guān)于校正的信息校正要投影的圖像(改變要投影的圖像的形狀)，并且投影校正后的圖像。
[0042]圖像采集部件130使用立體相機(jī)(圖像采集部件A和B (131A和131B))采集包括投影目標(biāo)的區(qū)域的圖像，并且獲得兩組所采集圖像數(shù)據(jù)。此外，圖像采集部件130向距離測量部件140和圖像形狀改變量計算部件170輸出所獲得的所采集圖像數(shù)據(jù)?！八杉瘓D像數(shù)據(jù)”意指從由光接收元件接收的光的亮度等獲得的、轉(zhuǎn)換為電信號(像素輸出信號)的數(shù)據(jù)。
[0043]距離測量部件140基于兩組所采集圖像數(shù)據(jù)計算與投影目標(biāo)的表面上的多個位置(在下文中，稱為“對應(yīng)點(diǎn)”)對應(yīng)的距離數(shù)據(jù)。此外，距離測量部件140向平面估計部件150和圖像形狀改變量計算部件170輸出距離數(shù)據(jù)?！熬嚯x數(shù)據(jù)”意指關(guān)于從投影儀(圖像采集部件130)到投影目標(biāo)(對應(yīng)點(diǎn))的距離的數(shù)據(jù)。
[0044]平面估計部件150基于由距離測量部件140計算的距離數(shù)據(jù)計算關(guān)于與投影目標(biāo)對應(yīng)的平面的回歸平面數(shù)據(jù)。此外，平面估計部件150向圖像形狀改變量計算部件170和對焦調(diào)整部件160輸出回歸平面數(shù)據(jù)。“回歸平面數(shù)據(jù)”意指與包括根據(jù)回歸分析方法計算的三維空間中的多個位置的平面有關(guān)的數(shù)據(jù)。
[0045]對焦調(diào)整部件160基于關(guān)于由平面估計部件150等估計的平面的信息來移動投影透鏡121，并且調(diào)整正被投影的圖像的對焦。此外，對焦調(diào)整部件160向控制部件110輸出關(guān)于對焦調(diào)整的結(jié)果的信息。
[0046]圖像形狀改變量計算部件170使用由圖像采集部件130獲得的所采集圖像數(shù)據(jù)生成關(guān)于包括投影目標(biāo)的區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。此外，圖像形狀改變量計算部件170基于由平面估計部件150估計的回歸平面數(shù)據(jù)和由距離測量部件130計算的距離數(shù)據(jù)計算校正數(shù)據(jù)，并且向投影部件120 (投影圖像形狀改變部件126)輸出校正數(shù)據(jù)?！皥D像數(shù)據(jù)”意指關(guān)于從對由一個或多個圖像傳感器輸出的像素數(shù)據(jù)信號進(jìn)行數(shù)字處理而獲得的圖像的數(shù)據(jù)。此外，“校正數(shù)據(jù)”意指關(guān)于要由投影部件120投影的圖像的校正的數(shù)據(jù)。
[0047](提取對應(yīng)點(diǎn)的操作)
[0048]將使用圖3、4A、4B和4C描述距離測量部件140基于由圖像采集部件130的立體相機(jī)獲得的兩組所采集圖像數(shù)據(jù)提取對應(yīng)點(diǎn)的操作。
[0049]圖3圖示基于從由圖像采集部件130的立體相機(jī)采集的投影目標(biāo)的圖像獲得的所采集圖像數(shù)據(jù)的、作為相應(yīng)像素的輸出的像素輸出信號的照度分量。圖3中，X-方向是像網(wǎng)格一樣排列的像素(光接收元件)的行或列的方向。Z-方向是與X-方向垂直的、像網(wǎng)格一樣排列的像素(光接收元件)的行或列的方向。
[0050]圖3中，距離測量部件140首先從由立體相機(jī)獲得的兩組所采集圖像數(shù)據(jù)中的一組(在下文中，稱為“所采集圖像數(shù)據(jù)A”)中選擇任意像素(圖3中的BI)作為選擇點(diǎn)。
[0051]然后，距離測量部件140將所選擇點(diǎn)的照度分量與所采集圖像數(shù)據(jù)A中的周圍8個像素(圖3中，B8)的照度分量相比較。此時，在所選擇點(diǎn)的照度分量大于八個周圍像素中的每一個的照度分量或小于八個周圍像素中的每一個的照度分量的情況下，作為特征點(diǎn)(xA, zA)提取所選擇點(diǎn)。此外，如圖3中所示，距離測量部件140提取具有四條邊的區(qū)域作為模板塊A，其中各條邊具有15個像素，中心是特征點(diǎn)。
[0052]注意到，因?yàn)橛删嚯x測量部件140這樣比較照度分量，所以在圖像采集部件130輸出像素輸出信號作為RGB信號(具有對應(yīng)于三原色的紅色、綠色和藍(lán)色分量的信號)時，只有指示照度的綠色分量的信號可以以近似方式使用。此外，照度分量的比較可以將所選擇點(diǎn)的像素與周圍16個像素(圖3中的B16)在照度分量上相比較。
[0053]然后，距離測量部件140從由立體相機(jī)采集的兩組所采集圖像數(shù)據(jù)中的另一組(在下文中，稱為“所采集圖像數(shù)據(jù)B”)中選擇任意像素作為選擇點(diǎn)(xB，zB)。此外，距離測量部件140選擇具有四條邊的區(qū)域作為模板塊B，其中各條邊具有15個像素，中心是特征點(diǎn)。距離測量部件140計算相應(yīng)模板塊A和B的照度(或亮度)的總和，并且比較這樣獲得的相應(yīng)總和?？梢砸蒙院竺枋龅慕^對距離的和以及稍后描述的差的平方和作為比較方法的具體示例。
[0054]然后，從模板塊B中選擇在模板塊A和B之間的比較中在該點(diǎn)處照度(或亮度)的相應(yīng)總和之間的差最小的所選擇點(diǎn)(xb，zb)。然后，當(dāng)照度(亮度)的相應(yīng)總和之間的該差等于或小于預(yù)定值時，所采集圖像數(shù)據(jù)A的特征點(diǎn)(xA，zA)和所采集圖像數(shù)據(jù)B的所選擇點(diǎn)(XB, ZB)關(guān)聯(lián)在一起，并且提取特征點(diǎn)(XA, Za)(選擇點(diǎn)(XB, Zb))作為對應(yīng)點(diǎn)(Xab, ZabX “預(yù)定值”可以是與投影目標(biāo)和投影儀之間的距離對應(yīng)的值或與景深(depth of field)對應(yīng)的值。此外，預(yù)定值還可以是根據(jù)數(shù)值計算和/或?qū)嶒?yàn)等確定的值。
[0055]在對應(yīng)點(diǎn)的提取中，距離測量部件140將從所采集圖像數(shù)據(jù)A中提取的特征點(diǎn)中的任何一個與所采集圖像數(shù)據(jù)B的所選擇點(diǎn)相比較。此時，距離測量部件140提取多個對應(yīng)點(diǎn)(在下文中，稱為“三維點(diǎn)群”)。
[0056]注意到，“SAD”是對于上述總和的比較獲得絕對值的差的總和的方法。假設(shè)由相對坐標(biāo)(x，z)表示像素，則Ia (x，z)表示所采集圖像數(shù)據(jù)A的像素(x，z)的比較值(照度分量等)，并且IB(x，z)表示所采集圖像數(shù)據(jù)B的像素(x，z)的比較值(照度分量等)，AD (差的總和)從下列公式(I)中獲得:
【權(quán)利要求】
1.一種投影儀包括: 圖像采集部件，其采集包括在其上圖像正被投影的目標(biāo)的區(qū)域的圖像； 距離測量部件，其根據(jù)由所述圖像采集部件獲得的所采集圖像數(shù)據(jù)，計算關(guān)于所述目標(biāo)和所述圖像采集部件之間的距離的距離數(shù)據(jù)； 平面估計部件，其根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)，估計與所述目標(biāo)對應(yīng)的平面；以及 對焦調(diào)整部件，其基于關(guān)于所述平面的信息調(diào)整正被投影的所述圖像的對焦。
2.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中， 所述距離測量部件根據(jù)所采集圖像數(shù)據(jù)，計算關(guān)于與所述目標(biāo)對應(yīng)的多個位置的多組距離數(shù)據(jù)，以及 所述平面估計部件移除關(guān)于多個位置的離所述平面預(yù)定距離的位置的距離數(shù)據(jù)，并且遞歸地近似所述平面。
3.如權(quán)利要求2所述的投影儀，其中， 所述平面估計部件計算在離所述區(qū)域的中心預(yù)定范圍內(nèi)存在的所述位置的、與所述遞歸地估計的平面對應(yīng)的距離數(shù)據(jù)的多組距離數(shù)據(jù)的數(shù)目，計算所計算的數(shù)目與所述多組距離數(shù)據(jù)的數(shù)目的比值，并且在所計算的比值小于或等于預(yù)定比值的情況下，基于所移除的距離數(shù)據(jù)遞歸地近似所述平面。
4.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中， 所述平面估計部件和所述對焦調(diào)整部件遞歸地進(jìn)行估計與所述目標(biāo)對應(yīng)的平面的操作和調(diào)整與所述目標(biāo)對應(yīng)的對焦的操作。
5.如權(quán)利要求1所述的投`影儀，還包括， 投影預(yù)定圖案的投影部件。
6.如權(quán)利要求5所述的投影儀，其中， 所述投影部件根據(jù)由所述平面估計部件和所述對焦調(diào)整部件遞歸地進(jìn)行的估計所述平面的操作和調(diào)整對焦的操作來選擇所述預(yù)定圖案。
7.如權(quán)利要求1所述的投影儀，其中， 所述平面估計部件基于關(guān)于顏色、亮度和邊緣強(qiáng)度的所采集圖像數(shù)據(jù)的多項(xiàng)信息中的至少一項(xiàng)估計所述平面。
8.如權(quán)利要求1所述的投影儀，還包括， 校正要被投影的所述圖像的投影圖像形狀改變部件。
9.一種投影儀的控制方法包括: 采集包括在其上圖像正被投影的目標(biāo)的區(qū)域的圖像，并獲得所采集圖像數(shù)據(jù)； 根據(jù)所采集圖像數(shù)據(jù)，計算關(guān)于所述目標(biāo)和已采集所述圖像的位置之間的距離的距離數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)，估計與所述目標(biāo)對應(yīng)的平面；以及 基于關(guān)于所述平面的信息調(diào)整正被投影的所述圖像的對焦。
10.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中， 計算所述距離數(shù)據(jù)，根據(jù)所采集圖像數(shù)據(jù)，計算關(guān)于與所述目標(biāo)對應(yīng)的多個位置的多組距離數(shù)據(jù)，以及 估計所述平面，移除關(guān)于多個位置的離所述平面預(yù)定距離的位置的距離數(shù)據(jù)，并且遞歸地近似所述平面。
11.如權(quán)利要求10所述的控制方法，其中， 估計所述平面，計算在離所述區(qū)域的中心預(yù)定范圍內(nèi)存在的所述位置的、與所述遞歸地估計的平面對應(yīng)的距離數(shù)據(jù)的多組距離數(shù)據(jù)的數(shù)目，計算所計算的數(shù)目與所述多組距離數(shù)據(jù)的數(shù)目的比值，并且在所計算的比值小于或等于預(yù)定比值的情況下，基于所移除的距離數(shù)據(jù)遞歸地近似所述平面。
12.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中， 遞歸地進(jìn)行估計所述平面和調(diào)整對焦。
13.如權(quán)利要求9所述的控制方法，還包括， 投影預(yù)定圖案。
14.如權(quán)利要求13所述的控制方法，其中， 投影所述預(yù)定圖案，根據(jù)遞歸地進(jìn)行的估計所述平面和調(diào)整對焦選擇所述預(yù)定圖案。
15.如權(quán)利要求9所述的控制方法，其中， 估計所述平面，基于關(guān)于顏色、亮度和邊緣強(qiáng)度的所采集圖像數(shù)據(jù)的多項(xiàng)信息中的至少一項(xiàng)估計所述平面。
【文檔編號】G03B21/14GK103782232SQ201280039839
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月18日
【發(fā)明者】長谷川史裕, 住吉信一 申請人:株式會社理光