专利名称：投影校正系统及方法
技术领域：
本发明是有关于一种投影校正系统及方法，且特别是有关于一种可以即时校正投影影像失真的投影校正系统及方法。
背景技术：
随着多年的发展，数字投影仪已经成为不可或缺的多媒体工具之一，其常应用于诸如家庭影院、数字教学或是会议报告等多种用途。传统的投影仪常因为与投影屏幕之间的角度问题，导致原始影像在被投射到投影屏幕上会产生梯形失真的现象而得到扭曲的投影影像。因此，一般的投影仪通常会提供梯形校正的功能。为了改善上述的梯形失真现象，美国专利案号7，470，029公开了一种影像处理系统。在此影像处理系统中，投影仪会预先投射一全白的测试影像以得到对应的一组角落坐标，再投射一原始影像以得到对应的另一组角落坐标。影像处理系统比较此两组角落坐标而得到投影仪到投影屏幕之间的距离，再依据三维空间的坐标计算得到投影仪的姿态，并据以校正投影影像。然而，由于需要计算多点的坐标，并进行反复的坐标转换，上述影像处理系统并不适用于即时校正。另外，在美国专利案号6，753，907提出了一种校正扭曲影像的方法，其利用位于不同位置的投影仪与摄影机，计算得到投影影像与检索影像的转换矩阵，并找到投影屏幕与检索影像的转换矩阵，据以得到投影影像与投影屏幕的转换矩阵。此校正扭曲影像的方法通过投影影像与投影屏幕的转换矩阵对投影影像进行校正。然而，由于需要进行反复的坐标矩阵转换，上述校正扭曲影像的方法也不适用于即时校正。然而，随着便携装置的高度发展，便携式的手持微型投影仪或是整合在便携装置的微型投影仪的泛用度也逐渐提高。由于微型投影仪在使用时其位置不固定，甚至是随时晃动，因此必须针对微型投影仪的姿势做即时性的投影影像梯形校正，因此耗时很多的计算复杂及运算量庞大的影像校正方法不适用于微型投影仪。
发明内容
本发明为了克服上述缺陷，提供一种投影校正系统及方法，通过检索并分析投影影像的形变信息，得到投影单元的姿态，并据以对原始影像作校正，从而得以快速且即时地对投影影像作不间断地校正。为了实现上述目的，本发明提供一种投影校正系统，包括一投影单元，用以投射一原始影像在一目标物上，该原始影像为一投影影像；一影像检索单元，用以从该目标物上检索一投影区域影像，该投影区域影像包括该投影影像；以及一影像处理单元，用以从该投影区域影像中得到对应于该投影影像的一投影影像轮廓，且对该投影影像轮廓进行运算得到该投影单元对应于该目标物的一水平倾角及一垂直倾角；其中，该影像处理单元依据该水平倾角及该垂直倾角预扭曲该原始影像以得到一校正影像并输出该校正影像至该投影单元，使得该投影单元投射该校正影像在该目标物上。
其中该投影单元的光轴与该影像检索单元的光轴平行。其中该投影单元的光轴与该影像检索单元的光轴相交。其中该影像处理单元对该投影区域影像进行运算以得到多个影像边缘特征，并通过该些影像边缘特征以识别该投影影像轮廓。其中该影像处理单元计算两个相邻影像边缘特征的一夹角。其中该影像处理单元依据该夹角计算得到该垂直倾角。其中该影像处理单元依据该夹角计算得到该水平倾角。其中该影像处理单元计算该投影影像轮廓的一长宽比。其中该影像处理单元依据该长宽比计算得到该垂直倾角。其中该影像处理单元依据该长宽比计算得到该水平倾角。为了实现上述目的，本发明还提供一种投影校正方法，包括投射一原始影像在一目标物上，该原始影像为一投影影像；从该目标物上检索一投影区域影像，该投影区域影像包括该投影影像；从该投影区域影像中得到对应于该投影影像的一投影影像轮廓，且对该投影影像轮廓进行运算得到一水平倾角及一垂直倾角；以及依据该水平倾角及该垂直倾角预扭曲该原始影像以得到一校正影像，并投射该校正影像在该目标物上。其中更重复上述投射、检索、运算及预扭曲的步骤，以进行即时校正。其中投射该原始影像及该校正影像的光轴与检索该投影区域影像的光轴平行。其中投射该原始影像及该校正影像的光轴与检索该投影区域影像的光轴相交。该方法更包括对该投影区域影像进行运算以得到多个影像边缘特征，并通过该些影像边缘特征以识别该投影影像轮廓。该方法更包括计算两个相邻影像边缘特征的一夹角。其中依据该夹角计算得到该垂直倾角。其中依据该夹角计算得到该水平倾角。其中依据该夹角计算的方法可为查阅表、内插法、拟合曲线或映射函数其中之一。该方法更包括计算该投影影像轮廓的一长宽比。其中依据该长宽比计算得到该垂直倾角。其中依据该长宽比计算得到该水平倾角。其中依据该长宽比计算的方法可为查阅表、内插法、拟合曲线或映射函数其中之一。本发明的投影校正系统及方法，通过检索并分析投影影像的形变信息，依据投影影像的长宽比以及依据投影影像的夹角得到水平倾角与垂直倾角，因此不需复杂的坐标运算及矩阵转换即可以知道投影单元的姿态，并据以对原始影像作预扭曲校正。如此一来，无须进行前置的校正步骤，即可以快速地解决投影影像的梯形失真问题。此外，更进一步地， 由于计算量小，因此可以持续地对投影影像作即时校正，而不会耗费整体系统资源，也不须额外的元件，适于应用在各种便携装置，并且不限于此。为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一实施例，并配合附图，作详细说明如下
图1绘示依照本发明的一实施例的投影校正系统的示意图。图2绘示依照本发明的一实施例的投影校正方法的流程图。图3A 图3D绘示依照本发明的一实施例的投影区域影像的示意图。图4A 图4D绘示依照本发明的一实施例的对应于投影影像轮廓的夹角θ及长宽比L/W的示意图。图5Α绘示依照本发明的一实施例的投影单元与影像检索单元的配置图的一例。图5Β绘示依照本发明的一实施例的投影单元与影像检索单元的光轴示意图。图6Α绘示投影单元与影像检索单元的光轴平行时，夹角对长宽比的示意图。图6Β绘示投影单元与影像检索单元的光轴相交时，夹角对长宽比的示意图。附图标记说明100:投影校正系统110:投影单元120 影像检索单元130 影像处理单元140 投影区域影像150 投影影像500 便携装置510 投影单元520 影像检索单元
具体实施例方式本发明提出一种投影校正系统及方法，通过检索并分析投影影像的形变信息，得到投影单元的姿态，并据以对原始影像作校正，从而得以快速且即时地对投影影像作不间断地校正。请参照图1，其绘示依照本发明的一实施例的投影校正系统的示意图。投影校正系统100包括一投影单元110、一影像检索单元120以及一影像处理单元130。其中，投影校正系统100应用于一微型投影仪，因此影像检索单元120例如可以为便携装置原先内建的一摄影机或一数字相机等，无须增加额外的元件。请参照图2，其绘示依照本发明的一实施例的投影校正方法的流程图。在步骤 S200中，投影单元110投射一原始影像在一目标物上，该原始影像为一投影影像，此目标物可以为传统的投影屏幕，也可以为一墙面或任意可被投射影像以供辨识的地方。在步骤 S210中，影像检索单元120从目标物上检索一投影区域影像。请参照图3Α 图3D，其绘示依照本发明的一实施例的投影区域影像的示意图。由图3Α可知，投影区域影像140实质上包括投影影像150(具有梯形失真现象)及其他不属于投影影像但也被检索的背景。在步骤S220中，影像处理单元130接收投影区域影像140，并从投影区域影像140 中得到对应于投影影像150的一投影影像轮廓。实际上如图:3B所示，影像处理单元130对投影区域影像140进行运算以得到多个影像边缘特征。由于在投影时，投影影像150与背景的亮度不同，因此通过运算处理可轻易地得到投影影像150的投影影像轮廓，而不受环境光场影响。然后如图3C所示，影像处理单元130检索投影影像轮廓的多个影像边缘特征， 并如图3D所示，影像处理单元130通过多个影像边缘特征以识别投影影像轮廓而得到4个顶点A D的坐标。接着，在步骤S230中，影像处理单元130计算两个相邻影像边缘特征的夹角θ。 此外，在步骤S240中，影像处理单元130计算投影影像轮廓的长宽比L/W。在步骤S250中， 通过计算两个相邻影像边缘特征的夹角θ与投影影像轮廓的长宽比L/W，以得到投影单元 110对应于目标物的垂直倾角θν与水平倾角9h。请参照图4Α 图4D，其绘示依照本发明的一实施例的对应于投影影像轮廓的夹角θ及长宽比L/W的示意图。在图4A中，投影单元110位于影像检索单元120的下方。在图4B中，投影单元110位于影像检索单元120的上方。在图4C中，投影单元110位于影像检索单元120的右方。在图4D中，投影单元110 位于影像检索单元120的左方。举图4A为例做说明。由于在步骤S220中得到4个顶点A D的坐标，因此Ll即为点 A和点B在影像坐标上横坐标差，或AB向量的向量长度，L2即为点C和点D在影像坐标上横坐标差，或CD向量的向量长度，Wl为点B和点D在影像坐标上纵坐标差，或BD向量的向量长度， W2为点A和点C在影像坐标上纵坐标差，或AC向量的向量长度。长宽比L/W特征即为((L1+L2) /2) / ((W1+W2) /2)。此外，基于投影单元110及影像检索单元120不同的相对位置，夹角θ有所差异。 如图4Α所示，夹角ΘΑ的变化具高敏感度，由公式ΘΑ = 90° +tarTHb/a)得出，其中向量坐标参考以C点为坐标原点，a与b皆为向量，也可由AB向量和AC向量的内积与向量长度求出ΘΑ = cos-1 (AB .AC/IAB I | AC |)，其中向量a及向量b为向量AB的2个垂直分量。如图4B所示，向量坐标参考以C点为坐标原点，a与b皆为向量，其中夹角θ e的变化具高敏感度，由公式θ c = 90° -tan—Yb/a)得出，也可由CA向量和CD向量的内积与向量长度求出^c = C0s-HCAWDZICAI |CD|)，其中向量a及向量b为向量⑶的2个垂直分量。如图 4C所示，向量坐标参考以c点为坐标原点，a与b皆为向量，其中夹角变化具高敏感度，由公式eD = 90° +tanla/b)得出，也可由DC向量和DB向量的内积与向量长度求出 eD = cos—HDC · DB/lDC DB|)，其中向量a及向量b为向量DB的2个垂直分量。如图4D 所示，向量坐标参考以C点为坐标原点，a与b皆为向量，其中夹角θ e的变化具高敏感度， 由公式θ。= 90° -tarTHa/b)得出，也可由CA向量和CD向量的内积与向量长度求出θε =cos-1 (CA ·⑶/ I CAI I⑶I)，其中向量a及向量b为向量CA的2个垂直分量。虽然在上述的实施例中，图4A以9,作为夹角Θ、图4B以Θ。作为夹角Θ、图4C以9Jt为夹角Θ、 图4D以Θ。作为夹角θ，然而，本领域普通技术人员应当知道可以用其余的三个端点的内角作为夹角θ，并不以此为限。此外，在图4A、4B、4C与4D中，右上与左下的投影影像仅为示意以便于说明，实际发生梯形失真现象的投影影像有很多种情况，并不以此所示附图为限。在步骤S230中，在计算得到夹角θ后，影像处理单元130实质上依据夹角θ (即 ΘΑ、ΘΒ、Θ。、θD)计算得到垂直倾角Θv或水平倾角eh(即步骤S250)。例如从一查阅表中利用内插法得到垂直倾角θ v或水平倾角θ h，或经由一拟合曲线计算而得，或经过一映射函数转换而得。在步骤S240中，在计算得到长宽比L/W后，影像处理单元130实质上依据长宽比L/W计算得到该水平倾角eh或垂直倾角θν(即步骤S250)。例如从一查阅表中利用内插法得到水平倾角θ h或垂直倾角θ v，或经由一拟合曲线计算而得，或经过一映射函数转换而得。步骤S250中所依据的查阅表、内插法、拟合曲线或映射函数，经由多次的实验，观察在不同的垂直倾角θν及水平倾角θ h下的多次投影影像而整理得到，或是直接经由光路计算后所得到的关系函数，将夹角θ与长宽比L/W转换成垂直倾角θν或水平倾角9h。在图4A 图4B中也已绘示不同的垂直倾角θ v及水平倾角θ 的多次投影影像。兹举图4D为例做说明。在图4D中，夹角Θ。(即Θ)越小，垂直倾角07越小，反之，夹角9。越大，垂直倾角θν越大。并且长宽比L/W越大，水平倾角eh越小，反之长宽比L/W 越小，水平倾角Qh越大。参看第4A、4B与4C图，则有不同的结果。由此可知，当投影单元 110与影像检索单元120具上下位置的相对关系时，夹角θ与水平倾角911具相对应关系， 以及长宽比L/W与垂直倾角θ ν具相对应关系，此时，水平倾角9h由夹角θ经计算而得， 垂直倾角9,由长宽比L/W经计算而得；而当基于投影单元110及影像检索单元120具左右位置的相对关系时，夹角θ与垂直倾角θν具相对应关系，以及长宽比L/W与水平倾角eh 具相对应关系，此时，水平倾角θ 长宽比L/W经计算而得，垂直倾角θν由夹角θ经计算而得。综合而言，垂直倾角θν及水平倾角长宽比L/W与夹角θ经计算而得，但其两两之间的关系，则视投影单元Iio及影像检索单元120的相对位置而定，并不以此为限。在得到垂直倾角θν及水平倾角eh后，在步骤S260中，影像处理单元130依据水平倾角Qh及垂直倾角97预先扭曲补偿原始影像以得到一校正影像，影像处理单元130并输出校正影像至投影单元110，使得投影单元110投射校正影像在目标物上。如此一来，即可以解决投影影像的梯形失真问题。此外，本实施例更进一步地重复投射、检索、运算及预扭曲的步骤S200 S260以进行即时校正，直到投影影像不随投影单元110的晃动而失真。此外，在本发明中，投影单元110的光轴与影像检索单元120的光轴可平行，也可以相交。更详细的说，投射原始影像及校正影像的光轴与检索投影区域影像的光轴可以是平行或是相交。请参照图5A及图5B，图5A绘示依照本发明的一实施例的投影单元与影像检索单元的配置图，图5B绘示依照本发明的一实施例的投影单元与影像检索单元的光轴示意图。在图5A中，投影单元510与影像检索单元520位于便携装置500不平行的两个平面上，以使得光轴相交。而对应于投影单元510与影像检索单元520之间的距离D及不同的投影距离(Lmax、L&Lmin)，可以设计得到光轴相交的适当角度1，如图5B所示。其中，投影单元510投影距离的设计公式为1 = tan-^D/L)1为光轴相交的角度，D为投影单元510与影像检索单元520之间的距离，L为投影距离。在一实施例中，投影单元510与影像检索单元520之间的距离D为5公分，若投影单元510的最大投影距离Lmax为300公分，则光轴相交的角度Imax为0. 9548°，若投影单元 510的最小投影距离Lmin为30公分，则光轴相交的角度Imin为9. 4623°。因此，可依照需求设计出合适的各项参数。若投影单元与影像检索单元的光轴相交，则可以提升影像的解析度。请参照图6A 及图6B，图6A绘示投影单元与影像检索单元光轴平行的情况下(如图4A、4B、4C与4D)，夹角θ对长宽比L/W的示意图，图6Β绘示投影单元与影像检索单元光轴相交的情况下(如图5A)，夹角θ对长宽比L/W的示意图。比较图6A及图6B可知，夹角及长宽比的变化在光轴相交时较光轴平行时明显，因此利于进行内插而得到较精确的夹角及长宽比。本发明上述实施例所公开的投影校正系统及方法，具有多项优点，以下仅列举部分优点说明如下本发明的投影校正系统及方法，通过检索并分析投影影像的形变信息，依据投影影像的长宽比以及依据投影影像的夹角得到水平倾角与垂直倾角，因此不需复杂的坐标运算及矩阵转换即可以知道投影单元的姿态，并据以对原始影像作预扭曲校正。如此一来，无须进行前置的校正步骤，即可以快速地解决投影影像的梯形失真问题。此外，更进一步地， 由于计算量小，因此可以持续地对投影影像作即时校正，而不会耗费整体系统资源，也不须额外的元件，适于应用在各种便携装置，并且不限于此。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的普通技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种投影校正系统，包括一投影单元，用以投射一原始影像在一目标物上，该原始影像为一投影影像；一影像检索单元，用以从该目标物上检索一投影区域影像，该投影区域影像包括该投影影像；以及一影像处理单元，用以从该投影区域影像中得到对应于该投影影像的一投影影像轮廓，且对该投影影像轮廓进行运算得到该投影单元对应于该目标物的一水平倾角及一垂直倾角；其中，该影像处理单元依据该水平倾角及该垂直倾角预扭曲该原始影像以得到一校正影像并输出该校正影像至该投影单元，使得该投影单元投射该校正影像在该目标物上。
2.根据权利要求1所述的投影校正系统，其中该投影单元的光轴与该影像检索单元的光轴平行。
3.根据权利要求1所述的投影校正系统，其中该投影单元的光轴与该影像检索单元的光轴相交。
4.根据权利要求1所述的投影校正系统，其中该影像处理单元对该投影区域影像进行运算以得到多个影像边缘特征，并通过该些影像边缘特征以识别该投影影像轮廓。
5.根据权利要求4所述的投影校正系统，其中该影像处理单元计算两个相邻影像边缘特征的一夹角。
6.根据权利要求5所述的投影校正系统，其中该影像处理单元依据该夹角计算得到该垂直倾角。
7.根据权利要求5所述的投影校正系统，其中该影像处理单元依据该夹角计算得到该水平倾角。
8.根据权利要求4所述的投影校正系统，其中该影像处理单元计算该投影影像轮廓的 “~~■长宽t匕。
9.根据权利要求8所述的投影校正系统，其中该影像处理单元依据该长宽比计算得到该垂直倾角。
10.根据权利要求8所述的投影校正系统，其中该影像处理单元依据该长宽比计算得到该水平倾角。
11.一种投影校正方法，包括投射一原始影像在一目标物上，该原始影像为一投影影像；从该目标物上检索一投影区域影像，该投影区域影像包括该投影影像；从该投影区域影像中得到对应于该投影影像的一投影影像轮廓，且对该投影影像轮廓进行运算得到一水平倾角及一垂直倾角；以及依据该水平倾角及该垂直倾角预扭曲该原始影像以得到一校正影像，并投射该校正影像在该目标物上。
12.根据权利要求11所述的投影校正方法，其中更重复上述投射、检索、运算及预扭曲的步骤，以进行即时校正。
13.根据权利要求11所述的投影校正方法，其中投射该原始影像及该校正影像的光轴与检索该投影区域影像的光轴平行。
14.根据权利要求11所述的投影校正方法，其中投射该原始影像及该校正影像的光轴与检索该投影区域影像的光轴相交。
15.根据权利要求11所述的投影校正方法，更包括对该投影区域影像进行运算以得到多个影像边缘特征，并通过该些影像边缘特征以识别该投影影像轮廓。
16.根据权利要求15所述的投影校正方法，更包括 计算两个相邻影像边缘特征的一夹角。
17.根据权利要求16所述的投影校正方法，其中依据该夹角计算得到该垂直倾角。
18.根据权利要求16所述的投影校正方法，其中依据该夹角计算得到该水平倾角。
19.根据权利要求17或18所述的投影校正方法，其中依据该夹角计算的方法可为查阅表、内插法、拟合曲线或映射函数其中之一。
20.根据权利要求15所述的投影校正方法，更包括 计算该投影影像轮廓的一长宽比。
21.根据权利要求20所述的投影校正方法，其中依据该长宽比计算得到该垂直倾角。
22.根据权利要求20所述的投影校正方法，其中依据该长宽比计算得到该水平倾角。
23.根据权利要求21或22所述的投影校正方法，其中依据该长宽比计算的方法可为查阅表、内插法、拟合曲线或映射函数其中之一。
全文摘要
一种投影校正方法，包括下列步骤。投射一原始影像在一目标物上，该原始影像为一投影影像。从目标物上检索一投影区域影像，投影区域影像包括投影影像。从投影区域影像中得到对应于投影影像的一投影影像轮廓，且对投影影像轮廓进行运算得到一水平倾角及一垂直倾角。依据水平倾角及垂直倾角预扭曲原始影像以得到一校正影像，并投射校正影像在目标物上。
文档编号H04N5/74GK102158673SQ20101011607
公开日2011年8月17日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者吴泰锋, 周明杰, 王郁仁, 陈庆昌 申请人:财团法人工业技术研究院